Ученые превратили грибы шиитаке в биологические чипы памяти
Исследователи из Университета штата Огайо продемонстрировали, что обычные грибы вроде шиитаке способны обрабатывать и хранить цифровую информацию.
Грибы давно привлекают внимание ученых своими сложными биологическими сетями и способностью адаптироваться к разным условиям. Команда из Огайо обнаружила, что те же биологические системы можно использовать для создания мемристоров – устройств, сохраняющих память об электрической активности. Мемристоры уже применяются в обычных кремниевых чипах, но исследователи искали органический эквивалент, работающий по принципам биоэлектроники – растущей области на стыке биологии и вычислительной техники.
Грибные структуры, известные как мицелий, обеспечивают естественную основу для проведения и хранения электрических сигналов. В эксперименте грибы, включая шиитаке и шампиньоны, выращивали в контролируемых условиях, затем обезвоживали для сохранения внутренней структуры. Электроды прикрепляли к разным участкам шляпок и ножек, чтобы зафиксировать реакцию материала на электрические импульсы различного напряжения и частоты.
Измерения показали впечатляющие результаты – грибные схемы переключались между электрическими состояниями до 5850 раз в секунду, достигая почти 90-процентного сохранения сигнала при использовании в качестве временной компьютерной памяти. Эта способность к переключению, схожая с работой оперативной памяти, снижалась на высоких частотах. Однако исследователи улучшили производительность, связав несколько грибных образцов в сетевые системы, которые вели себя подобно нейронным путям.
Джон ЛаРокко, научный сотрудник кафедры психиатрии Медицинского колледжа Университета штата Огайо и ведущий автор исследования, отметил, что результаты показывают способность грибных материалов имитировать определенные паттерны нейронной активности без необходимости постоянного питания. Этот низкоэнергетический потенциал открывает перспективы для повышения вычислительной эффективности и снижения энергопотребления.
Хотя грибная электроника изучалась и ранее, команда из Огайо продвинула область вперед, применив систематическое электрическое тестирование и объединив биологическое выращивание с принципами проектирования полупроводников. В отличие от обычных чипов, создание грибных мемристоров не требует редкоземельных металлов или интенсивного энергопотребления при производстве. Органический состав также делает их биоразлагаемыми, предлагая путь к сокращению электронных отходов.
Кудсия Тахмина, соавтор исследования, добавила, что результаты демонстрируют, как природные системы могут вдохновить альтернативные модели вычислений. На фоне растущей обеспокоенности экологическими последствиями технологического производства интерес к биологическим электронным материалам ускоряется. Исследователи считают, что схемы на основе грибов могут однажды дополнить или даже заменить обычные девайсы в некоторых низкоэнергетических или специализированных вычислительных приложениях.
Команда отметила, что дальнейшее развитие зависит от совершенствования методов выращивания для получения более равномерного электрического поведения, а также масштабирования технологии до микроскопических размеров. Текущие экспериментальные образцы всё ещё опираются на видимые физические образцы, а не на компоненты нанометрового масштаба. Однако, как пояснил ЛаРокко, грибные вычисления могут быть реализованы различными способами – от небольших лабораторных электронных устройств до промышленных биопроизводственных процессов.
Возможные применения охватывают облисти от периферийных вычислительных систем и аэрокосмических датчиков до носимых технологий и адаптивных электронных компонентов.
Об авторе
