Учёные обнаружили, что грибы могут выступать в роли органических устройств памяти, имитируя нейронную активность, при этом потребляя минимум энергии. Группа учёных из Университета штата Огайо вырастила и научила грибы шиитаке работать в качестве компьютерных чипов, способных переключаться между электронными состояниями тысячи раз в секунду. Эти биоразлагаемые и низкозатратные грибные схемы открывают двери к экологичным мозгоподобным вычислениям.
Грибные сети однажды могут заменить крохотные металлические компоненты, обрабатывающие и хранящие компьютерные данные, говорится в новом исследовании.
Грибы известны благодаря своей плотности и необычным биологическим свойствам — качествам, которые делают их привлекательными для биоэлектроники. Эта новая отрасль объединяет биологию и технологию, чтобы создавать новаторские экологичные материалы для вычислительных систем будущего.
Превращая грибы в живые устройства памяти
Исследователи Университета штата Огайо недавно обнаружили, что такие съедобные грибы как шиитаке можно культивировать и заставлять работать в качестве органических мемристоров. Эти компоненты работают подобно клеткам памяти, которые хранят информацию о предыдущих электронных состояниях.
Их эксперименты показали, что устройства на основе грибов могут воспроизводить поведение памяти, которое наблюдается в полупроводниковых чипах. Они также могут позволить создавать другие экологичные, мозгоподобные вычислительные инструменты, производство которых менее затратно.
«Если вы в состоянии разработать микрочипы, имитирующие реальную нейронную активность, вам не нужно огромного количества энергии для работы в режиме ожидания или когда машина не используется, — говорит Джон ЛаРокко, ведущий автор исследования и научный сотрудник факультета психиатрии Медицинского колледжа Университета штата Огайо. — Потенциально это может стать огромным вычислительным и экономическим преимуществом».
Надежда на грибную электронику
ЛаРокко заметил, что грибная электроника не является абсолютно новой идеей, но она становится всё более применимой для экологичных вычислений. Поскольку грибные материалы биоразлагаемы и недороги в изготовлении, они могут помочь снизить количество электронного мусора. Напротив, для производства и эксплуатации классических полупроводников часто требуются редкие минералы и большие количества энергии.
«Мицелий в качестве вычислительного субстрата исследовался ранее в менее интуитивных условиях, но мы в своей работе пытаемся довести одну из этих мемристорных систем до предела», — говорит он.
Результаты работы учёных опубликованы в PLOS One.
Как учёные испытывали грибную память
Чтобы испытать свои возможности, исследователи выращивали образцы грибов шиитаке и шампиньонов. Как только они созрели, их сушили, чтобы они хорошо хранились, а затем присоединяли их к самодельным электронным схемам. Грибы получали контролируемый электрический ток различного напряжения и частоты.
«Мы прикрепляли электрические провода и щупы к различным точкам грибов, поскольку отдельные их части обладают различными электрическими свойствами, — говорит ЛаРокко. — В зависимости от напряжения и связности мы наблюдали разную производительность».
Удивительные результаты грибных схем
Через два месяца после испытаний исследователи обнаружили, что их грибной мемристор может переключаться между электронными состояниями до 5 850 раз в секунду с аккуратностью приблизительно в 90%. Хотя на повышенных электрических частотах производительность снижалась, учёные заметили, что, соединив несколько грибов вместе, можно сохранять стабильность — совсем как в нейронных связях в головном мозге человека.
Кудсия Тамина, соавтор исследования и адъюнкт-профессор электрического и компьютерного инжиниринга в Университете штата Огайо говорит, что результаты показывают, насколько легко грибы можно адаптировать под вычисления. «Человечество всё больше осознаёт необходимость защищать окружающую среду и сохранять её для будущих поколений, — говорит Тамина. — Так что это может стать одним из движущих факторов в основе таких новых экологичных идей как эта».
Учитывая гибкость, которую обеспечивают грибы, предполагается, что существует вероятность масштабирования грибных вычислений, — говорит Тамина. Например, крупные грибные системы могут быть полезны в граничных вычислениях и исследованиях космоса; небольшие — в улучшении производительности автономных систем и портативных устройств.
Заглядывая вперёд: будущее грибных вычислений
Хотя органические мемристоры всё ещё находятся в ранней стадии развития, учёные нацелены доработать методы культивации и уменьшить размеры устройств для будущих работ. Получение компактных, более производительных грибных компонентов станет основой для того, чтобы они стали достойной альтернативой традиционным микрочипам.
«Всё, что вам необходимо — это начать изучать грибы, и вычисления могут быть такими маленькими, как компостная куча из некоторых самодельных электронных устройств, или такими большими, как грибная ферма с заранее подготовленными шаблонами, — говорит ЛаРокко. — Все они будут работать с помощью ресурсов, которые находятся перед нами прямо сейчас».
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Ohio State University.
Вам также может быть интересно:
