自組裝微電子模組的形態發生能夠產生可持續的生活科技
背景
近年來我們的世界變得越來越擁擠，科技所生產出來的大量物品，無論是電子裝置、汽車、電池、手機、家電甚至是工業機器人，與生物基於細胞的有界生態系統相比，越來越不契合可持續的原則。自細胞誕生以來，它們提供了生物體與環境之間柔軟而可持續的互動方式，材料組成也可以被完全迴圈再造，唯有少數幾例，如大氣中氧氣的產生以及石油和煤炭等化石燃料的形成（由於缺乏生物催化劑）。然而生物細胞所蘊含的巨大訊息傳輸量（DNA 中的幾十億位元）和基於蛋白質生物化學的代謝復雜性，使得細胞的方法遠遠超出了科技的現有能力，並阻礙了本質上可持續技術的發展。
生態科技的可能性
由德國化工大學肯茨的馬提亞斯·費耶斯（Matthias Fejes）所撰寫的這篇關於自組裝微電子模組形態發生的觀點回顧在《Advanced Materials》期刊上發表，他們認為基於微機器人電子模組的「活體技術」已經近在眼前，這些模組稱為 SMARTLETs，它們可以自組裝成複雜的人工生物體。這項研究屬於微電子形態發生學這一新興領域，即利用微電子控制生成形狀，並建立在肯茨的先前研究上，以構建能自折疊和自行移動的薄膜電子模組。新的模組在褶皺之間帶有微小的矽晶片，大大增加了訊息處理能力。每個模組中儲存的訊息足以編碼出複雜的功能以及電子基因，也就是製造清潔室的製造配方，使得模組能夠像細胞一樣複製並進化，但由於需要經過人類操作的清潔室設施，因此能夠安全地進行。如果按照某種電子結構計劃組裝大量 SMARTELTs，就可以創造出人工生物體，例如中空身體和高度靈活纖毛的輪蟲（Rotifer），如下圖所示。
自組裝過程中的電性自感知
此外矽晶片還可以提供神經形態學學習能力，從而使其在執行過程中不斷改進效能。這些模組的特殊自組裝過程基於物理條碼的匹配，可以實現模組之間的電氣和液體存取。這樣，模組內部的電子晶片可以「感知」組裝狀態和潛在錯誤，從而指導修復、糾正錯誤組裝、誘導拆卸和形成涵蓋多個模組的集體功能。這些功能包括擴充套件通訊（天線）、能量收集和重新分配、遠端感應、材料重新分配等等。
可持續性的重要性
對於可持續性而言，這項技術為什麼至關重要？每個模組的完整數位製造描述都可以讀取其材料內容、來源和環境相關訊息。肯茨大學法學系的達格瑪·紐西爾-蓋斯曼（Dagmar Nuissl-Gesmann）教授觀察到，「這種微尺度上負責任的細節記錄將成為改變規則的新因素，它將能夠對我們的技術產品負起環境和社會責任。」此外自行移動和自組裝-拆卸的能力使得這些模組能夠自行進行回收分類。模組可以被重回使用，重新配置，應用於不同的人工生物體中。如果它們被損壞，那麼它們有限且紀錄的型別將有助於高效的定制材料回收，並且經過排序且完全一致的元件可以使用既定且最佳化的回收協議。這些能力不僅在設計開發和再利用方面帶來了明顯的優勢，還能在這種新型可重構媒介中確保更高水平的可持續性。經濟和商業管理學院的可持續發展專家馬倫·阿諾德（Marlen Arnold）教授表示「即使在大量部署使用的情況下，這些特性也能夠為這項技術提供前所未有的可持續性水平，這將為未來的技術確保與我們安全共享這個星球的標準。」
結論
這項新型的自組裝微電子模組形態發生技術為可持續的生活科技開拓了新的可能性。它借鑒了生物細胞的可持續原則，並將這些原則應用於微電子領域。透過自組裝、自分類、自記錄和自修復的能力，這些模組能夠實現高水平的可持續性，從而為未來科技在與環境共存方面設定了新的標準。然而這項技術當前仍處於研究和開發階段，需要更多的實踐和改進才能真正實現其潛力。科學家、工程師、法律專家和經濟學家之間的跨領域合作將是推動這項技術發展和應用的關鍵。我們期待進一步的研究和創新，以實現這一可持續生活科技的美好未來。
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