Ученые из Университета штата Огайо (США) обнаружили, что обычные съедобные грибы, такие как шиитаке и шампиньоны, обладают удивительными характеристиками и могут работать как органические микрочипы. Эти устройства, называемые мемристорами, способны запоминать электрические сигналы и менять свое состояние, подобно нейронам мозга. Благодаря своим природным свойствам грибы становятся идеальными кандидатами для биоэлектроники — области, которая ищет экологичные и энергоэффективные альтернативы традиционным полупроводникам. Результаты исследований опубликованы в журнале PLOS One.
«Создание микрочипов, имитирующих работу нейронов, снижает энергозатраты даже в режиме ожидания, что открывает новые возможности для вычислительных систем», — говорит Джон ЛаРокко, ведущий автор исследования и научный сотрудник в области психиатрии.
Как грибы учатся считать
Для эксперимента ученые выращивали грибы, а затем сушили их для долгосрочной стабильности. После этого их подключали к сложным электрическим схемам и подавали ток с различными частотами и напряжениями. Каждый участок гриба реагировал по-своему, создавая уникальные электрические паттерны.
«Мы подключали провода и датчики к разным точкам гриба. В зависимости от места подключения мы получали совершенно разные характеристики», — объяснил ЛаРокко.
Через два месяца ученые заметили, что мемристоры из грибов можно использовать в качестве оперативной памяти. Они переключались между состояниями со скоростью до 5 850 сигналов в секунду с точностью около 90 %. С ростом частоты электрических импульсов точность снижалась, но проблему можно было решить, подключив больше грибов, создавая сеть, которая повторяет принципы нейронной обработки.
Природа как инженер
«Удивительно, как легко можно «программировать» грибы для выполнения полезных функций. Это пример того, как технологии могут развиваться, опираясь на природу», — отмечает Кудсия Тахмина, соавтор исследования и доцент кафедры электротехники.
Использование мицелия сокращает отходы и снижает энергозатраты. Грибы можно выращивать в разных масштабах: большие сети пригодны для аэрокосмических и периферийных вычислений, а компактные мемристоры подходят для автономных систем и носимых устройств.
Энергия и память
Грибные мемристоры могут хранить данные, переключаясь между электрическими состояниями, наподобие работы нейронов. По сути, они «запоминают» прошлые сигналы, что позволяет строить устойчивые и эффективные вычислительные системы. При этом грибы не требуют редкоземельных металлов или больших энергетических затрат, как полупроводники.
«Все, что нужно для изучения грибных вычислений, может поместиться на небольшой лабораторной установке или компостной куче. При этом технологии легко масштабируются до фабричных систем с большим количеством микроорганизмов», — добавляет ЛаРокко.
Органические мемристоры пока находятся на ранней стадии, но исследователи видят в них большой потенциал. Грибы обеспечивают недорогие, биоразлагаемые чипы, которые хранят информацию и имитируют работу мозга.
«Общество все больше понимает важность сохранения окружающей среды, и этот проект показывает, как экологичные решения могут сочетаться с передовыми технологиями», — говорит Тахмина.
За существование сложной жизни на суше надо благодарить грибы — открытие
Из гриба создали гидрогель для регенерации человеческих тканей
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram
