Мрежите от гъбни нишки може да се окажат обещаваща алтернатива на миниатюрните метални устройства, използвани за обработка и съхранение на цифрови данни и компютърна памет, показва ново изследване, публикувано в PLOS One.

Гъбите – биологична алтернатива на силициевите чипове

Отдавна е известно, че гъбите притежават невероятна издръжливост и уникални свойства. Тези качества ги правят подходящи за биоеелектроника – нововъзникваща научна област, която търси природни материали за бъдещи компютри и изкуствен интелект.

Изследователи от Университета в Охайо (The Ohio State University) са открили, че обикновени ядливи гъби, като шийтаке, могат да бъдат „отгледани“ и обучени да действат като органични мемристори – устройства, които обработват данни и „запомнят“ предишни електрически състояния.

Резултатите показват, че тези гъбни мемристори не само имитират функциите на полупроводниковите чипове, но също така могат да бъдат екологична и евтина алтернатива за създаване на изчислителни системи, вдъхновени от човешкия мозък.

„Мозък от гъби“ – устойчиво бъдеще за компютрите

„Развиването на микрочипове, които имитират невронна активност, означава, че не е необходимо много енергия, когато машината не работи активно,“ обяснява Джон ЛаРоко, водещ автор на изследването и учен от Катедрата по психиатрия в Медицинския факултет на университета.

„Това може да бъде огромно предимство както от изчислителна, така и от икономическа гледна точка.“

Гъбните електронни системи не са напълно нова идея, но според ЛаРокo те се превръщат в идеални кандидати за устойчиви изчислителни технологии, защото:

  • генерират минимални електрически отпадъци,

  • са биоразградими,

  • и са по-евтини за производство, тъй като не изискват скъпи редкоземни метали и големи количества енергия – за разлика от традиционните полупроводници.

Експериментът: електрически импулси през шийтаке

За да изследват потенциала на гъбните мемристори, учените култивират шийтаке и бели гъби (button mushrooms). След узряване те се дехидратират, за да се запази структурата им, и се свързват към електронни вериги, по които се подават различни напрежения и честоти.

„Свързвахме електрически проводници и сонди към различни части на гъбите, защото отделните им зони имат различни електрически свойства,“ обяснява ЛаРоко. „В зависимост от напрежението и свързването, получавахме различни резултати.“

След два месеца експерименти екипът установява, че гъбните мемристори, използвани като RAM памет, могат да превключват електрически състояния до 5850 пъти в секунда с точност около 90%.

При по-високи честоти точността намалява, но, подобно на мозъка, добавянето на повече гъби към веригата възстановява ефективността.

Гъбите – интелигентен, биоразградим материал

„Нашето изследване показва колко лесно е да се програмират и запазят гъби така, че да се държат по нови и полезни начини,“ казва Кудсия Тахмина, съавтор на изследването и доцент по електроника и компютърно инженерство в Университета в Охайо.

„Това е пример за това как технологиите могат да напредват, когато използват природата вместо да я експлоатират.“

Тахмина подчертава, че този подход може да бъде разширен и приложен в различни области:

  • по-големи гъбни системи – за edge computing и космически изследвания;

  • по-малки – за автономни устройства и носими технологии.

Следващи стъпки: миниатюризация и мащабиране

Органичните мемристори все още са в начален етап на развитие, но бъдещи изследвания ще се фокусират върху оптимизацията на процеса, включително подобряване на техниките за култивация и миниатюризиране на устройствата.

За да бъдат приложими в реални компютри, гъбните чипове трябва да станат значително по-малки от сегашните експериментални образци.

„Всичко необходимо, за да започнете да изследвате връзката между гъбите и компютърните технологии, може да варира – от малък компостен контейнер с домашна електроника до цяла фабрика за култивация,“ добавя ЛаРоко. „И двете са реално постижими с ресурсите, които вече имаме.“

Източник: Phys.org