Исследователи из Университета штата Огайо продемонстрировали революционную технологию: обычные грибы (например, грибы шиитаке) могут обрабатывать и хранить цифровую информацию, открывая новые возможности для устойчивых вычислений в будущем. Команда изучила, как грибковую ткань можно использовать для замены металлических микрочипов и превращения их в органические электронные компоненты.
Грибы всегда привлекали внимание научного сообщества из-за своей сложной биологической сети и способности адаптироваться к окружающей среде. Исследования показывают, что эти биологические системы могут быть преобразованы в «мемристоры» — устройства, способные регистрировать электрическую активность. Эта концепция уже используется в традиционных кремниевых чипах, и команда из Огайо искала органический эквивалент для развития биоэлектроники.
Исследователи отметили, что грибной мицелий является идеальным природным субстратом для передачи и хранения электрического сигнала. Они культивировали такие образцы, как шиитаке и коричневые грибы, сохраняли их внутреннюю структуру после обезвоживания и соединяли электроды в разных частях, чтобы регистрировать реакцию материала путем изменения напряжения и частоты.
Результаты испытаний показывают, что грибковая схема может переключать рабочие состояния со скоростью до 5850 раз в секунду и достигать почти 90% удержания сигнала при использовании в качестве временного компьютерного хранилища. Хотя производительность снизилась на высоких частотах, соединив несколько образцов грибов, исследователи построили систему, похожую на нейронную сеть, которая эффективно улучшила общую производительность.
Руководитель исследования доктор Джон Ларокко (ученый в области психиатрии) заявил, что грибковый материал может имитировать модели нейронной активности без постоянного источника питания, имеет преимущество низкого энергопотребления и имеет положительное значение для повышения эффективности вычислений и снижения энергопотребления. По сравнению с традиционными чипами, этот тип грибкового мемристора не требует использования редких металлов и энергоемких производственных процессов, а его органические компоненты также поддаются разложению, что помогает решить проблему электронных отходов.
Соавтор, доцент Кудсия Тахмина (электрическая и компьютерная инженерия) считает, что этот результат демонстрирует вдохновение естественных систем для инноваций в вычислительных моделях. В условиях растущей обеспокоенности по поводу высокого энергопотребления и воздействия на окружающую среду исследования биоэлектронных материалов стремительно набирают обороты. Ожидается, что в будущем грибообразные схемы дополнят или даже частично заменят традиционные устройства в области маломощных или специализированных вычислений.
Тем не менее, команда отметила, что достижение более стабильных и надежных электрических характеристик и процесс миниатюризации являются ключом к продвижению этой технологии на практике. Хотя текущие экспериментальные образцы все еще имеют видимые размеры, в будущем они могут быть расширены до наноразмерных компонентов. Ожидается, что грибковые вычисления будут широко использоваться в периферийных вычислениях, аэрокосмических датчиках, носимых устройствах и адаптивных электронных компонентах. Его высокая степень связности и пластичности соответствует структурным характеристикам биологического интеллекта. Однако еще предстоит решить множество инженерных проблем, прежде чем полностью превзойти по скорости и долговечности кремниевые полупроводники.