Ученые создали работающую компьютерную память из грибов

Фото из открытых источников

Компьютер, использующий мицелий грибов для хранения информации, однажды может стать недорогой альтернативой нынешнему поколению устройств памяти. Используя обычные грибы шиитаке (Lentinula edodes), ученые создали работающие мемристоры — элементы схемы, которые «помнят» свои прошлые электрические состояния — не из диоксида титана или кремния, а из похожей на корень (и отчасти на нейрон) части гриба, называемой мицелием. Новое исследование опубликовано в журнале PLOS One.

Результатом является мемристор, производительность которого сопоставима с производительностью кремниевой микросхемы, но при этом он потенциально недорогой, масштабируемый и экологически безопасный, чего нельзя сказать о многих современных компьютерных компонентах.

«Возможность разработки микрочипов, имитирующих реальную нейронную активность, означает, что вам не потребуется много энергии в режиме ожидания или когда устройство не используется», — говорит Джон ЛаРокко из Университета штата Огайо. «Это может дать огромное потенциальное вычислительное и экономическое преимущество».

Разработка компьютера, ведущего себя подобно мозгу, требует разработки компонентов, которые также ведут себя подобно частям мозга. Одним из таких требований являются мемристоры, способные действовать как синапсы – соединения между нейронами, управляющие потоком информации.

Ученые рассматривали возможность использования грибов в качестве компонентов компьютеров, в том числе и потому, что мицелиальные сети ведут себя подобно нейронным сетям. Они имеют схожую структуру и передают информацию с помощью электрических и химических сигналов, подобно мозгу.

Но тот факт, что на самом деле они не являются мозгом, означает, что необходимы некоторые инженерные решения, чтобы заставить их делать то, что нужно ученым.

Команда использовала грибы шиитаке, поскольку этот вид отличается особой выносливостью, устойчивостью к стрессовым факторам, таким как радиация. Исследователи высеяли девять образцов в чашки Петри с субстратом, содержащим споры шиитаке, и вырастили их при контролируемых температуре и влажности.

Когда мицелий разросся настолько, что покрыл чашку Петри, исследователи высушили каждый образец в хорошо проветриваемом помещении под прямыми солнечными лучами, чтобы обеспечить его долгосрочную жизнеспособность. Подготовленный таким образом, каждый образец был готов к тестированию вычислительных возможностей, подключенный к специально разработанной схеме, которая должна была быть заполнена электрическим током.

«Мы подключали электрические провода и датчики к разным точкам гриба, поскольку разные его части обладают разными электрическими свойствами», — говорит ЛаРокко. «В зависимости от напряжения и типа подключения мы наблюдали разные характеристики».

Исследователи добились производительности своего «мемристора» в 5850 Гц с точностью 90%, то есть он переключает сигналы со скоростью около 5850 раз в секунду, или одно переключение каждые 170 микросекунд. Самые медленные коммерчески доступные мемристоры начинают работать с чуть меньшей, чем вдвое, скорости, поэтому эксперимент весьма перспективен для первых шагов.

Исследователи также обнаружили, что с ростом электрического напряжения эффективность гриба снижалась. Они смогли компенсировать это, добавляя в цепь больше грибов.

В ближайшее время вы не сможете использовать мицелиальный компьютер для своего думскроллинга. Тем не менее, результаты исследования указывают на то, что это перспективное направление для будущих исследований и разработок в области доступных, недорогих и биоразлагаемых компонентов с потенциальным применением от персональных устройств до аэрокосмической отрасли.

«Всё, что вам понадобится для начала изучения грибов и вычислений, может быть как небольшим, вроде компостной кучи и самодельной электроники, так и огромным, вроде фабрики по выращиванию микроорганизмов с готовыми шаблонами», — говорит ЛаРокко. «Все они жизнеспособны с теми ресурсами, которые у нас есть сейчас».

Как отмечают исследователи в своей статье, «будущее вычислений может быть связано с грибками».