Грибная электроника приближается — учёные превратили мицелий шиитаке в нейронную сеть

В последние годы учёные активно исследуют возможность использования в электронике грибного мицелия как естественной нейронной сети. С его помощью электроника может стать биоразлагаемой и энергоэффективной, создав основу для высокопроизводительных вычислений будущего, где обычная компостная куча сможет стать элементом кластера.

Традиционные полупроводники на всех этапах обработки требуют огромных энергозатрат и наносят вред окружающей среде, тогда как грибные структуры предлагают экологически чистый и менее затратный с точки зрения потребления энергии подход к обработке и хранению данных. В новом исследовании учёные из Университета штата Огайо (The Ohio State University) предприняли попытку создать на основе обычных съедобных грибов органические мемристоры — компоненты, имитирующие нейронную активность мозга. Подобная технология открывает путь к биоэлектронике, где грибные сети выступают в роли стабильных и недорогих элементов вычислительных платформ.

В ходе работы, результаты которой были опубликованы в журнале PLOS ONE, исследователи культивировали образцы мицелия шиитаке и шампиньонов, после чего высушили их для лучшей сохранности и подключили к электронным цепям. Для тестирования применялись различные напряжения и частоты: в мицелий помещались электроды, а съём данных производился в разных точках структуры. Таким образом, учёные «обучали» сеть мицелия работать подобно мемристору — элементу памяти, который сохраняет информацию о предыдущих электрических состояниях.

В ходе экспериментов было обнаружено, что некоторые участки мицелия воспроизводят эффекты памяти, аналогичные работе полупроводниковых чипов. В частности, удалось добиться скорости переключения электрического состояния мицелия с частотой 5850 Гц и точностью 90 %. По мере увеличения частоты эффективность работы памяти из мицелия снижалась, однако этот барьер можно преодолеть за счёт расширения сети (и параллельной работы множества элементов памяти) — что для грибного мицелия труда не составит. В режиме ожидания, как нетрудно догадаться, мицелий не требовал энергии для поддержания состояний.

Получив столь интересный результат, учёные уже мечтают о носимых гаджетах с грибным мицелием в качестве нейронной сети и о создании огромных ферм для масштабирования вычислений в интересах аэрокосмической отрасли или супервычислений — с минимальными затратами энергии и возможностью полной утилизации «грибных» компьютеров. Почему были выбраны грибы шиитаке? Возможно, это реверанс в сторону спонсора работы — Исследовательского института Honda.