Новітнє дослідження Університету штату Огайо продемонструвало, що звичайні гриби можна перетворити на живі електронні пристрої. Вчені під керівництвом психіатра й наукового співробітника Джона ЛаРокко розробили обчислювальну систему на основі грибів шиїтаке, яка імітує нейронну активність мозку.
“Створення мікрочипів, що наслідують реальну нейронну активність, дозволяє значно зменшити енергоспоживання режимів очікування та неактивного стану устаткування,” — зазначив ЛаРокко. За його словами, це відкриває величезні потенційні переваги для обчислювальної техніки та економіки в цілому.
Як гриби стали комп’ютерами
В основі новації лежить концепція мемристорів — елементів, здатних запам’ятовувати електричні стани й навчатися на їх основі. Традиційно їх виготовляють з кремнію або оксидів металів, що вимагає дорогостойного виробництва й рідкісноземельних мінералів. Команда Університету штату Огайо замість цього звернулась до природи.
Для експерименту дослідники обрали гриби шиїтаке (Lentinula edodes) через їх стійкість та надзвичайну чутливість до електричних сигналів. Гриби вирощували в чашках Петрі на середовищі з фарро, зародків пшениці та сіна до утворення щільного білого шару міцелію. Після висушування на сонячному світлі й повторного зволоження для відновлення провідності зразки підключали до Arduino-схеми. Результатом став біоелектронний аналог нервової клітини, здатний запам’ятовувати та обробляти електричні сигнали.
“Ми підводили дроти до різних ділянок грибів, оскільки їхні частини мають різні електричні властивості,” — пояснив ЛаРокко. “Залежно від напруги та схеми підключення ми отримували різноманітні характеристики.”
Продуктивність та точність біочипів
На низьких частотах грибні чипи демонстрували перемикання станів зі швидкістю до 5850 сигналів на секунду з точністю близько 90%. При повільнішій зміні напруги показник зростав до 95%, що наближалося до параметрів ранніх кремнієвих мемристорів. Подібно людським синапсам, гриби навчалися змінювати електричний опір під час повторної стимуляції.
Ключову роль в експерименті відіграло зневоднення. Висушування грибів забезпечило їх довговічність, водночас зберігши електронні властивості. Результати дослідження опубліковані в журналі PLOS One.
- Низькі енергозатрати у режимі очікування
- Природна біорозкладаність
- Стійкість до радіації завдяки сполуці лентинан
- Вирощування за кімнатної температури
Екологічні переваги та майбутні застосування
Екологічний потенціал грибної електроніки значний. На відміну від традиційного виробництва напівпровідників, яке споживає величезну енергію й створює небезпечні електронні відходи з важкими металами, міцелій росте природним шляхом і біологічно розкладається.
“Суспільство все більше розуміє важливість захисту довкілля для майбутніх поколінь,” — зауважила Кудсія Тахміна, співавторка дослідження й доцентка кафедри електротехніки Університету штату Огайо. “Це може стимулювати розвиток біодружніх технологій, подібних до цієї.”
ЛаРокко додав, що для початку експериментів із грибними обчисленнями потрібні мінімальні ресурси — від компостної купи з саморобною електроніком до повноцінної промислової ферми вирощування.
Хоча нинішні прототипи великі та повільні порівняно з комерційними чипами, вони доводять можливість створення комп’ютерів, які ростуть, адаптуються й розкладаються як живі організми. Зменшення грибних мемристорів до нанометрового масштабу потребуватиме років розробок, проте перспективи вражаючі.
На майдані могли б з’явитися носимі пристрої з біорозкладними схемами, електроніка космічних апаратів зі здатністю до самовідновлення після радіаційного впливу, а також системи на основі міцелію для периферійних обчислень, автономних машин і штучних мозків, що еволюціонують у процесі експлуатації.
