Грибы как компьютерные чипы: учёные создают «живую память» из шиитаке

Грибы могут стать основой для новых типов компьютерных микросхем — дешёвых, экологичных и вдохновлённых природой. К такому выводу пришли исследователи из Университета штата Огайо (США), которые обнаружили, что обычные съедобные грибы, включая шиитаке, способны функционировать как органические мемристоры — элементы, запоминающие своё электрическое состояние. Результаты исследования опубликованы в журнале PLOS One.

От грибницы к биочипу

Мемристоры — это компоненты, которые могут «помнить» предыдущие сигналы и изменять проводимость в зависимости от истории напряжений. Они считаются основой для будущих нейроморфных процессоров, имитирующих работу человеческого мозга. Учёные выяснили, что грибная ткань способна выполнять те же функции, что и традиционные полупроводниковые материалы. Для эксперимента они вырастили образцы шиитаке и шампиньонов, затем высушили их для сохранения формы и подключили к электрическим цепям. Под воздействием различных напряжений грибы демонстрировали характерные для мемристоров переключения между состояниями — своего рода «биологическую память». «Создавая микросхемы, которые имитируют активность нейронов, мы можем значительно снизить энергопотребление устройств в режиме ожидания. Это не только технологическое, но и экономическое преимущество», — отметил ведущий автор исследования, нейрофизиолог Джон ЛаРокко из Медицинского колледжа Университета штата Огайо.

Электрическая активность грибов

В ходе испытаний грибные чипы проявили удивительную стабильность. При работе в режиме оперативной памяти (RAM) они смогли переключаться между электрическими состояниями до 5 850 раз в секунду с точностью около 90%. При увеличении частоты точность снижалась, однако, как и в биологических сетях мозга, её можно было восстановить, объединив несколько грибов в единую схему. Учёные подключали электроды к разным частям плодового тела — ножке, шляпке, внутренним тканям — и фиксировали, что каждая область имеет собственные электрофизические свойства. Это позволило управлять потоками тока, фактически «программируя» гриб.

Экологичная альтернатива кремнию

Главное преимущество «грибных микросхем» — их экологичность и доступность. В отличие от традиционных полупроводников, для их производства не требуются редкоземельные металлы и огромные энергетические ресурсы. Грибы биологически разлагаемы, а выращивание и подготовка образцов обходятся во много раз дешевле, чем производство кремниевых чипов. «Фунгальные электронные системы могут стать устойчивой альтернативой современной электронике. Наши эксперименты показывают, насколько просто можно „обучить“ грибы выполнять сложные функции», — объясняет соавтор работы, профессор электротехники и вычислительной техники Кудсия Тахмина.

Перспективы грибной электроники

Исследователи считают, что гибкость грибов открывает путь к масштабированию таких систем. Крупные грибные структуры могут использоваться в периферийных вычислениях и космических миссиях, а миниатюрные — в носимых гаджетах и автономных роботах. В будущем команда планирует усовершенствовать методы культивации, уменьшить размер грибных мемристоров и интегрировать их с традиционными микросхемами. Теоретически, для начала подобных экспериментов достаточно «компостной кучи и простейшей электроники», отмечает ЛаРокко, подчёркивая, что этот путь к биологическим вычислениям открыт уже сегодня.

• Учёные создали трёхслойное микрофлюидное устройство для сверхэффективного охлаждения электроники
• Обычный кристалл оказался идеальным материалом для технологий на сверхнизких температурах
• Учёные научились превращать снимки атомно-силового микроскопа в точные 3D-модели движений белков
• Учёные создали уникальный гидрогель для «неклонируемых» меток безопасности
• Роботы нового поколения: в Caltech создали систему, которая может ходить, ездить и летать
• Учёные создали 3D-печатные материалы, которые полностью гасят вибрации
• Квантовые кристаллы: как учёные из Оберна открыли путь к новой технологической революции
• Телескоп «Джеймс Уэбб» показал рождение тысяч новых звёзд в «Омара»