Можливо, вони більше відомі своїми кулінарними традиціями, ніж суперкомп'ютерами, але гриби шиїтаке тепер використовуються як живі процесори, що зберігають і витягують дані подібно до напівпровідникових чипів, але практично не впливають на навколишнє середовище.
Вчені з Університету штату Огайо показали, що гриби можна навчити працювати як мемристори – мікроскопічні компоненти, що використовуються для обробки та зберігання даних у комп'ютерних чипах. Команда виявила, що пристрої на основі шиїтаке демонструють схожі з напівпровідниковими чипами ефекти пам'яті, що відтворюються, і можуть бути використані для створення інших типів недорогих, екологічно чистих компонентів, що імітують нейронну активність.
Дослідження опубліковано в журналі PLOS One.
"Можливість розробки мікрочипів, що імітують реальну нейронну активність, означає, що вам не потрібно багато енергії в режимі очікування або коли пристрій не використовується", - сказав провідний автор Джон ЛаРокко, науковий співробітник Медичного коледжу штату Огайо. «Це може дати величезну потенційну обчислювальну та економічну перевагу».
Мемристор («резистор пам'яті») - це елемент схеми, який змінює свій опір залежно від струму, що пройшов через нього. По суті він запам'ятовує минулу електричну активність. Традиційні мемристори виготовляються з оксидів металів або кремнію і вимагають для своєї роботи рідкісноземельних металів, високотемпературного виробництва та великої кількості енергії. На відміну від цього, грибний міцелій – підземна мережа ниток, яка допомагає грибам харчуватися та спілкуватися – можна вирощувати за кімнатної температури, а після закінчення життєвого циклу його легко компостувати.
"Міцелій як обчислювальний субстрат раніше досліджувався в менш інтуїтивних умовах, але наша робота спрямована на те, щоб максимально використати можливості однієї з цих мемристорних систем", - додав ЛаРокко.
Дослідники вирощували шиїтаке та печериці на органічному субстраті в чашках Петрі доти, доки зразок не покрився щільним міцеліальним шаром. Потім ці шари зневоднювали та підключали до електронних схем. При подачі напруги – від 10 Гц до 5850 Гц – грибоподібні схеми починали поводитися як органічні мемристори.
«Ми підключали електричні проводи та датчики в різних точках гриба, оскільки різні його частини мають різні електричні властивості», — сказав ЛаРокко. «Залежно від напруги та типу з'єднання ми спостерігали різну продуктивність».
Через два місяці команда виявила, що при використанні оперативної пам'яті грибний мемристор здатний перемикатися між електричними станами й зберігати цю інформацію зі швидкістю до 5850 сигналів в секунду з точністю близько 90%. На низьких частотах точність перемикання сягала 95%. Продуктивність падала зі зростанням частоти напруги, але це можна було виправити, приєднавши до ланцюга більше грибів.
Хоча електроніка на основі грибів не нова, вчені все більше цікавляться використанням грибів для обчислень та виробництва енергії. Міцелій утворює тривимірну сітку, що самовідновлюється, яка передає електричні імпульси у відповідь на стимули, подібно до нейронів у мозку. На відміну від кремнію, ця органічна система гнучка, масштабована і здатна набувати нових конфігурацій. І, звичайно ж, він набагато екологічніший, ніж наявні синтетичні моделі.
"Суспільство все більше усвідомлює необхідність захисту навколишнього середовища та його збереження для майбутніх поколінь", - сказала співавтор дослідження Кудсія Тахміна, доцент кафедри електротехніки та обчислювальної техніки Університету штату Огайо. «Це може стати одним із рушійних факторів нових біобезпечних ідей, подібних до цих».
Хоча органічні мемристори поки що знаходяться на ранній стадії розвитку, дослідники планують вивчити способи вирощування грибів, які дозволять зменшити розміри пристроїв до необхідних для реального використання розмірів. Дослідники вже працюють над використанням грибів в акумуляторах та для виробництва електроенергії.
«Все, що вам знадобиться для початку вивчення грибів та обчислювальної техніки, може бути як невеликим, наприклад, компостною купою та саморобною електронікою, так і величезним, наприклад, фабрикою з вирощування культур із готовими шаблонами», — сказав ЛаРокко. «Всі вони життєздатні з урахуванням наявних у нас ресурсів».
Джерела: Ohio State University
