Myśląc o pamięci, mamy w głowie przede wszystkim metal, krzem i szkło. Okazuje się jednak, że coś miękkiego, wilgotnego i pozornie prymitywnego może z tym konkurować. Grzyby — organizmy, które łączą w sobie logikę sieci i intuicję natury — mogą stać się materiałem przyszłości dla komputerów organicznych. Badacze z Ohio State University udowodnili, że grzybnia potrafi działać jak memrystor — element obwodu elektrycznego zdolny do zapamiętywania przepływu prądu.
Memrystor to jeden z czterech podstawowych elementów obwodów elektrycznych — obok rezystora, kondensatora i cewki. Wyróżnia go zdolność „zapamiętywania” poprzednich stanów przewodzenia prądu. To właśnie czyni go niesamowicie istotnym komponentem w badaniach nad sztuczną inteligencją i neuromorficznym przetwarzaniem danych — systemami naśladującymi sposób działania ludzkiego mózgu.
Zespół z Ohio State University postanowił sprawdzić, czy natura już dawno nie rozwiązała tego problemu. W laboratorium wyhodowano grzybnię shiitake oraz pieczarek, a następnie odwodniono próbki, by uzyskać struktury przypominające włóknistą sieć izolatora. Po kilku dniach badacze przyłączyli do nich elektrody, przywrócili przewodnictwo przez lekkie nawilżenie i przepuścili przez próbki serie impulsów elektrycznych o różnych napięciach. Grzyby zareagowały jak materiał elektroniczny z pamięcią.
Biologiczny memrystor
W klasycznych memrystorach stosuje się rzadkie metale: hafn oraz tantal, wymagające skomplikowanych procesów wydobycia i obróbki. Grzyby tymczasem… rosną same. Ich włókna — strzępki grzybni — tworzą rozgałęzione struktury przewodzące impulsy elektryczne w sposób analogiczny do neuronów.
W eksperymencie przy napięciu jednego wolta układy grzybowe działały najstabilniej, a w trybie przypominającym pamięć RAM osiągały częstotliwość niemal 6 kHz i dokładność na poziomie 90%. To wartości skromne w porównaniu z klasycznymi układami scalonymi, ale wystarczające, by udowodnić światu nauki, że taki kierunek ma sens.
Grzyb, który przetrwa promieniowanie
Badacze wskazują, że grzyby mają przewagę nie tylko ekologiczną, ale też fizyczną. Shiitake wykazuje odporność na promieniowanie jonizujące, co może okazać się niesamowicie atrakcyjne w zastosowaniach kosmicznych lub militarnych. Do tego grzybnia jest lekka, wymaga minimalnej ilości energii do utrzymania aktywności i może być łatwo hodowana w kontrolowanych warunkach.
W przeciwieństwie do sztucznych organoidów neuronalnych, które są kruche i wymagają wysokiej precyzji hodowli, grzyby potrafią same tworzyć trwałe sieci. Nie trzeba zaprzęgać do ich projektowania laboratorium – wystarczy dać im przestrzeń i czas. Taki materiał to wprost dar natury, którego nie można przeoczyć.
Od lasu do laboratorium
Pomysł, że komputer mógłby mieć w sobie element pochodzący z grzyba, brzmi jak naprawdę szalony element okołocyberpunkowej powieści. Memrystory na grzybni to nie tyle konkurencja dla krzemu, co jego biologiczny odpowiednik — forma elektroniki, która nie wymaga eksploatacji metali ziem rzadkich i może po prostu się rozłożyć, gdy przestanie być potrzebna. Z obecnie produkowanymi sprzętami tak pięknie nie jest.
Badacze podkreślają, że największym wyzwaniem pozostaje miniaturyzacja — grzybnia jest wciąż zbyt masywna, by trafić do mikroukładów. Ale jeśli uda się ograniczyć jej rozmiar bez utraty właściwości przewodzących, może powstać nowa kategoria urządzeń: biologicznie inspirowane komputery o niskim zużyciu energii, zdolne do adaptacji i „uczenia się”
Czytaj również: Uśpiona część świadomego mózgu. Zdumiewające wyniki badań neurologów
Cyfrowa natura
Badacze wskazują, że to dopiero początek badań: a już osiągnięto niemały sukces. Grzyby od milionów lat budują pod ziemią sieć, która może stać się inspiracją dla informatyki. A może — jeśli nauka pójdzie dalej — staną się kiedyś podstawą dla stworzenia całego wachlarza biokomponentów używanych w informatyce. Wiemy, że się da. Wiemy, że to działa. Teraz zróbmy tak, żeby użycie takiego grzyba miało sens.
