Grzyb zamiast chipa? Naukowcy przetestowali pamięć komputerową z shiitake

Naukowcy z Ohio State University zbudowali komputer bazujący na strzępkach grzybni shiitake. Grzyby zastąpiły krzem jako podstawowy materiał memrystorów, elementów obwodu, które „zapamiętują” swoje przeszłe stany elektryczne.

Jeśli dodamy do tego fakt, że badacze z MIT „nauczyli” szpinak wysyłać maile, a inżynierowie z NASA opracowują samobudujące się habitaty z grzybów i porostów, tworzy się nam futurystyczny świat cyber botaniki.

Jeśli chcemy zbudować komputer zachowujący się jak ludzki mózg, należy opracować komponenty, które również zachowują się jak części tego organu. Wśród nich kluczowym wydają się memrystory zdolne działać jak synapsy, czyli połączenia między neuronami, które zarządzają przepływem informacji. Właśnie ta idea przyświecała badaczom z Ohio State University, którzy bazując na podziemnym systemie grzybni shiitake stworzyli niedrogą alternatywę dla współczesnych układów pamięci.

Naśladując prawdziwy mózg

Wynikiem ich pracy jest memrystor o wydajności porównywalnej z chipem krzemowym. W dodatku grzybowy memrystor jest rozwiązaniem tanim, skalowalnym i przyjaznym środowisku.

– Nasze mikroukłady naśladujące faktyczną aktywność neuronową nie wymagają dużo mocy w trybie czuwania lub gdy urządzenie nie jest używane. Właśnie to może stanowić o ich potencjalnej przewadze obliczeniowej i ekonomicznej – twierdzi współautor badań John LaRocco, psychiatra pracujący w Ohio State University.

Dodajmy, że sieci grzybni zachowują się w sposób podobny do sieci neuronowych. Mają podobną strukturę i przekazują informacje za pomocą sygnałów elektrycznych i chemicznych, tak jak mózg. Nie oznacza to jednak, że użycie ich nie wymaga inżynieryjnych przeróbek.

Testy na suszonej grzybni

W ramach badań naukowcy zasadzili dziewięć próbek na podłożu w szalkach Petriego ze sporami shiitake i hodowali je w kontrolowanej temperaturze i wilgotności. Wybór shiitake nie był przypadkowy. Gatunek ten jest wyjątkowo wytrzymały i odporny na stresory takie jak m.in. promieniowanie.

Odpowiednio wyrośnięta grzybnia została wysuszona, a następnie podłączona do specjalnie zbudowanego obwodu. Wówczas, niczym doktor Frankenstein usiłujący ożywić swoje monstrum, naukowcy przepuścili przez obwód prąd elektryczny.

– Podłączaliśmy przewody elektryczne i sondy w różnych punktach grzybni, ponieważ różne części mają odmienne własności elektryczne. W zależności od napięcia i połączeń, obserwowaliśmy różne osiągi – powiedział LaRocco.

Według opublikowanych danych naukowcom udało się osiągnąć wydajność 5 850 Hz, z dokładnością 90 procent dla ich „grzybostora”. Oznacza to, że biologiczny memrystor dokonuje przełączeń sygnału około 5 850 razy na sekundę, czyli jedną przełączkę co ~170 mikrosekund. Jak podają badacze – najwolniejsze komercyjnie dostępne memrystory zaczynają się nieco poniżej dwukrotnie tej prędkości – więc eksperyment jest niezwykle obiecujący jako pierwszy krok.

Badacze odkryli również, że wraz ze wzrostem napięcia elektrycznego wydajność grzyba spada. Udało się to skompensować przez dodanie większej liczby grzybów do obwodu.

Grzybnie kontrolują roboty i budują marsjańskie habitaty

Ale to nie jedyne zastosowanie grzybni. Grzybnia boczniaka królewskiego została użyta do sterowania robotami. Dokonał tego zespół badaczy z Uniwersytetu Cornella w USA i Uniwersytetu Florenckiego we Włoszech. Naukowcy wykazali, że możliwe jest wykorzystanie elektrofizjologicznej aktywności grzyba do sterowania urządzeniem. Grzyb przekształca sygnały środowiskowe w polecenia, które z kolei mogą być wykorzystane do kierowania ruchami urządzenia mechanicznego.

NASA rozwija projekt Mycotecture, którego celem jest stworzenie nowego, wielofunkcyjnego materiału do budownictwa w przestrzeni kosmicznej. Materiału o wysokiej wytrzymałości, za to niewielkiej masie. Koncepcje zakładają różne kombinacje biokompozytów opartych na grzybach. Pierwsze testy takich materiałów wypadły bardzo dobrze, a badacze zwracają szczególną uwagę na wysokie zdolności ochrony przed promieniowaniem. Grzybnia mogłaby być również wykorzystana do filtrowania wody oraz w systemach odzysku minerałów ze ścieków.

Natomiast zespół w Massachusetts Institute of Technology (MIT) poinformował kilka lat temu o tworzeniu monitoringu środowiskowego na bazie liści roślin połączonych z nanorurkami. Gdy korzenie takiej rośliny wykryją niepokojące związki w wodzie gruntowej, roślina przesyła sygnał fluorescencyjny, który zostaje odczytany kamerą IR i może zostać przekształcony w alert/wiadomość, który trafia na skrzynkę email właściwych organizacji. Projekt może okazać się wyjątkowo przydatny w wykrywaniu zanieczyszczeń, materiałów wybuchowych, a nawet nasycenia gruntu wodą.

Jak widać wysoka technologia, która w pewnym momencie odcięła nas od natury, bardzo dosłownie wraca do korzeni. O grzybie sterującym robotem pisaliśmy już rok temu.

Źródło: PLOS One

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.