A shiitake gombák talán inkább a konyhában, a wokban készült ételekben ismertek, de most egy egészen új szerepben tűnnek fel: élő processzorként, amelyek képesek adatokat tárolni és visszahívni, hasonlóan egy félvezető chiphez – mindezt szinte nulla környezeti lábnyommal.
A kutatás háttere és célja
Az Ohio State University kutatói felfedezték, hogy a gombák – pontosabban a shiitake gomba – képesek memrisztorként működni. A memrisztor egy olyan mikroszkopikus alkatrész, amelyet számítógépes chipekben használnak az adatok feldolgozására és tárolására. A kutatócsoport kimutatta, hogy a shiitake alapú eszközök hasonlóan reprodukálható memóriahatásokat mutatnak, mint a hagyományos félvezető chipek, és alkalmasak lehetnek alacsony költségű, környezetbarát, ideghálózat-inspirálta komponensek létrehozására.
Mi az a memrisztor és miért fontos?
A memrisztor (memory resistor – memóriaellenállás) egy olyan áramköri elem, amely ellenállása változik attól függően, hogy mennyi elektromos áram haladt át rajta korábban – vagyis “emlékszik” a múltbeli elektromos aktivitásra. A hagyományos memrisztorokat fémoxidokból vagy szilíciumból készítik, amelyek előállítása ritkaföldfémeket igényel, magas hőmérsékleten történik és jelentős energiafelhasználással jár.
Ezzel szemben a gombák mikroszkopikus fonalas hálózata, a micélium – amely a gomba tápanyagfelvételét és kommunikációját biztosítja – szobahőmérsékleten nevelhető és életciklusa végén könnyen komposztálható. Ezáltal fenntarthatóbb alternatívát kínál az elektronikai alkatrészek előállításában.
A shiitake micéliumának vizsgálata memrisztorként
A kutatók shiitake és csiperkegombákat tenyésztettek organikus táptalajon Petri-csészékben addig, amíg egy sűrű micéliumréteg nem borította be teljesen a felületet. Ezt követően a micéliumot kiszárították és elektronikus áramkörökhöz csatlakoztatták.
Amikor 10 Hz-től 5 850 Hz-ig terjedő feszültséget alkalmaztak az eszközre, a gombaáramkörök organikus memrisztorként kezdtek viselkedni. A kutatók különböző pontokon helyeztek el vezetékeket és mérőelektródákat, mivel a gomba eltérő részei eltérő elektromos tulajdonságokkal rendelkeznek. Az alkalmazott feszültség és az áramköri kapcsolatok függvényében változó teljesítményt figyeltek meg.
Eredmények: memóriahatás és megbízhatóság
Két hónapnyi kísérlet után kiderült, hogy RAM-ként használva a shiitake memrisztor képes volt elektromos állapotok között váltani és ezeket az információkat megtartani akár 5 850 jelváltás másodpercenként mintegy 90%-os pontossággal. Alacsony frekvencián ez az arány elérte az 95%-ot. A teljesítmény ugyan csökkent magasabb frekvencián, de ezt több gomba összekapcsolásával lehetett kompenzálni.
A gombák szerepe az elektronikai innovációban
Bár nem teljesen új ötlet gombákat használni elektronikában, az utóbbi időben egyre nagyobb érdeklődés mutatkozik irántuk számítástechnikai és energia-előállítási célokra is. A micélium önjavító háromdimenziós hálózatot alkot, amely inger hatására elektromos impulzusokat továbbít – hasonlóan az agy neuronjaihoz.
Szilíciummal ellentétben ez az organikus rendszer rugalmas, skálázható és képes új konfigurációkba nőni. Emellett jóval környezetbarátabb megoldást jelent a jelenlegi szintetikus modelleknél.
Környezettudatosság és jövőbeli kilátások
Qudsia Tahmina, az Ohio State Egyetem villamosmérnöki tanszékének docense hangsúlyozta: „A társadalom egyre inkább tudatában van annak, hogy védenünk kell környezetünket és meg kell őriznünk azt a jövő generációi számára.” Ez lehet az egyik fő hajtóereje az ilyen bio-barát innovációknak.
Bár még korai stádiumban van az organikus memrisztorok fejlesztése, a kutatók már dolgoznak azon is, hogyan lehetne kisebb méretűvé tenni ezeket az eszközöket a gyakorlati alkalmazásokhoz. Emellett folynak kísérletek arra is, hogy gombákat használjanak akkumulátorokhoz vagy elektromosság termeléséhez.
Gombák és számítástechnika: hol tartunk most?
- Minden szükséges eszköz egy egyszerű komposzthalom méretétől kezdve akár egy nagyobb tenyésztőüzemig terjedhet.
- A kísérletekhez elegendőek lehetnek házilag elkészített elektronikai elemek is.
- A technológia fenntarthatóbb alternatívát kínálhat a jelenlegi félvezetős rendszerekkel szemben.
Összegzés
Az Ohio State Egyetem kutatásai új távlatokat nyitnak meg az organikus alapú számítástechnika terén. A shiitake gomba micéliuma nemcsak hogy képes memrisztorként működni, de mindezt alacsony energiafelhasználással és minimális környezeti hatással teszi. Ez egy lépéssel közelebb visz minket ahhoz a jövőhöz, ahol biológiai anyagokból készülnek számítógépes alkatrészek – fenntarthatóbb módon támogatva technológiai fejlődésünket.
A kutatás eredményei részletesen olvashatók a PLOS One tudományos folyóiratban.
Forrás: https://newatlas.com/computers/mushroom-memristors-computing/