Microelectronic Morphogenesis: Progress towards Artificial Organisms

要約

マイクロエレクトロニクスの形態形成とは、形状変化する材料の中でマイクロエレクトロニクスの情報によって複雑な機能構造を作り出し、維持することである。つい最近になって、内蔵された情報技術が、スマート・マイクロデバイスやマイクロロボットを形成するために、材料とその機能を3次元的に再形成するために使われ始めた。形態を制御する電子情報は、生物学的な対応物である遺伝情報と同様に継承可能であり、可逆的な微視的電気接続を可能にするモジュール設計や自己組織化と組み合わされることで、人工生物につながる技術の新たな展望が開かれようとしている。自己維持（自由エネルギーを利用した恒常的な代謝）、自己完結（自己と非自己の区別）、自己再生産（受け継がれた特性を持つ細胞分裂）という、生物における細胞の3つの中核的な能力は、かつては技術的に手の届かなかったものであったが、今や情報指向型材料が手の届くところにある。構造を認識するエレクトロニクスは、マイクロエレクトロニクスの自己組織化において、ゲームを変えるようなエラー修正を校正し、開始するために使用することができる。さらに、非接触通信と電子的にサポートされた学習により、ガイド付き自己組織化を実現し、機能性を高めることができる。本稿では、このような将来的な道筋を切り開いた基本的なブレークスルーを概観し、生命の核となる特性に対処できる範囲と方法を分析し、社会における持続可能なハイテクのために、このような技術が持つ可能性と、実際に必要性について論じる。

要約(オリジナル)

Microelectronic morphogenesis is the creation and maintenance of complex functional structures by microelectronic information within shape-changing materials. Only recently has in-built information technology begun to be used to reshape materials and their functions in three dimensions to form smart microdevices and microrobots. Electronic information that controls morphology is inheritable like its biological counterpart, genetic information, and is set to open new vistas of technology leading to artificial organisms when coupled with modular design and self-assembly that can make reversible microscopic electrical connections. Three core capabilities of cells in organisms, self-maintenance (homeostatic metabolism utilizing free energy), self-containment (distinguishing self from non-self), and self-reproduction (cell division with inherited properties), once well out of reach for technology, are now within the grasp of information-directed materials. Construction-aware electronics can be used to proof-read and initiate game-changing error correction in microelectronic self-assembly. Furthermore, non-contact communication and electronically supported learning enable one to implement guided self-assembly and enhance functionality. This article reviews the fundamental breakthroughs that have opened the pathway to this prospective path, analyzes the extent and way in which the core properties of life can be addressed and discusses the potential and indeed necessity of such technology for sustainable high technology in society.

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