Wyobraźmy sobie komputer, który zamiast krzemowych układów scalonych używa do przechowywania informacji… suszonych grzybów Shiitake. Brzmi jak scenariusz ze świata biohakerów lub futurystycznego filmu, a tymczasem to rzeczywistość rozpisana właśnie w recenzowanym artykule naukowym i zaprezentowana przez zespół badawczy z Ohio State University.
Naukowcy pokazali, że włóknista sieć grzyba — mycelium shiitake (Lentinula edodes) — może pełnić rolę memrystora, czyli elementu pamięciowego zdolnego do „zapamiętywania” poprzednich stanów elektrycznych i pracy w układach neuromorficznych.
Jak naukowcy to zrobili?
Proces nie wymagał superczystych hal produkcyjnych ani rzadkich pierwiastków. Badacze najpierw hodowali shiitake w kontrolowanych warunkach, pozwalając rozwinąć gęste, przewodzące mycelium. Następnie próbki zostały odwodnione, co okazało się kluczowe dla uzyskania stabilnej przewodności bez nadmiaru wody i włączone do prostych układów testowych z elektrodami.
Po „odżywieniu” (rehydratacji) oraz krótkim treningu elektrycznym, grzybowe próbki wykazywały powtarzalne zachowanie memrystora: zmienną rezystancję zależną od historii przyłożonych napięć, a więc zdolność do przechowywania informacji. To właśnie ta kombinacja hodowli, odwodnienia i standardowego interfejsu elektronicznego pozwoliła przetestować grzyb jako element pamięci.
Czy można zastosować pamięć w komputerze domowym?
W badaniu odnotowano konkretne parametry techniczne: grzybowe memrystory zachowywały się poprawnie w testach przy częstotliwościach sięgających 5 850 Hz i osiągały zgodność odczytów na poziomie około 90% (±1%). To oznacza, że jednostkowy „element pamięci” z shiitake był w stanie przełączać się i utrzymywać stany z szybkością rzędu kilku kiloherców, co w kontekście biologicznego materiału jest znaczącym osiągnięciem. Jednocześnie autorzy podkreślają, że eksperymenty były wykonane na stosunkowo grubych próbkach i w krótkiej skali czasowej, więc to pierwsze kroki, nie gotowy produkt przemysłowy.
Dlaczego grzyby?
Powodów, dla których naukowcy zainteresowali się grzybnią shiitake, jest kilka. Po pierwsze dostępność i niska cena surowca: hodowla grzybów jest stosunkowo prosta i skalowalna, nie wymaga wydobycia rzadkich pierwiastków ani skomplikowanych linii produkcyjnych. Po drugie właściwości strukturalne mycelium: porowata, włóknista struktura sprzyja tworzeniu przewodzących ścieżek i filamentów pod wpływem impulsów elektrycznych, co jest mechanizmem analogicznym do tworzenia przewodzących filamentów w niektórych konwencjonalnych memrystorach. Po trzecie odporność: autorzy zauważyli, że shiitake wykazały pewną odporność na odwodnienie (co umożliwia ich konserwację) oraz potencjalnie na promieniowanie, co czyni je interesującymi kandydatami do zastosowań w trudnych warunkach, np. w technologii kosmicznej.
Zastosowania
Nie spodziewajmy się, że jutro wymienimy RAM w laptopie na plasterek shiitake. Jednak autorzy i komentatorzy widzą obszary, w których takie rozwiązanie ma realny sens:
Komputery neuromorficzne i urządzenia edge - memrystory są kluczowym elementem w architekturach neuromorficznych, gdzie pamięć i przetwarzanie są zintegrowane. Grzybowe memrystory mogą dostarczać taniej, energooszczędnej alternatywy dla niektórych zastosowań, zwłaszcza tam, gdzie wymagane jest niskie zużycie mocy i lokalne uczenie maszynowe.
Zastosowania w trudnych środowiskach - dzięki odporności na odwodnienie i wstępnie odnotowanej odporności na promieniowanie, takie biologiczne komponenty mogłyby być przydatne w systemach kosmicznych lub w urządzeniach pracujących w miejscach o ograniczonych zasobach.
Zrównoważona elektronika - koncepcja „uprawy zamiast wydobycia” odpowiada globalnemu trendowi zielonej technologii; jeśli urządzenia będą biodegradowalne i produkowane lokalnie, można zmniejszyć ślad ekologiczny sektora elektroniki.
Jak blisko jesteśmy do praktycznych produktów?
Tu trzeba ostudzić emocje. Artykuł badawczy jasno wskazuje ograniczenia: testy trwały krócej niż dwa miesiące, próbki były relatywnie duże i niejednorodne (różne kultury dawały różne rezultaty), a miniaturyzacja do skali mikroelektroniki pozostaje poważnym wyzwaniem. Innymi słowy, istnieje duża różnica między demonstracją działającego elementu pamięci, a produkcją stabilnych, masowych układów na poziomie nanometrycznym. Autorzy zwracają też uwagę, że aby konkurować z tradycyjnymi urządzeniami, trzeba rozwiązać problemy z powtarzalnością, skalowalnością i długowiecznością.
Czy to bezpieczne?
Technologie bioelektroniczne zawsze niosą ze sobą pytania etyczne i praktyczne. W przypadku shiitake mówimy o użyciu materiału jadalnego jako komponentu elektronicznego - na razie eksperyment ogranicza się do przygotowanych, zdehydratyzowanych próbek, a nie do żywych, autonomicznych „organizmów obliczeniowych”.
Jednak w miarę postępującej konwergencji biologii i informatyki pojawią się kwestie dotyczące trwałości, biodegradacji (kiedy urządzenie ma „umrzeć” i w jaki sposób), a także ewentualnych zagrożeń biologicznych przy masowej produkcji. Potrzebne będą standardy i regulacje, które zapewnią bezpieczne i odpowiedzialne wdrożenia.
W doniesieniach prasowych i portalach technologicznych temat natychmiast wzbudził entuzjazm i metaforyczne odniesienia do „żywych komputerów”. Warto jednak odróżnić sensacyjną narrację od naukowej ostrożności: media podkreślają ekologiczne i innowacyjne aspekty, a autorzy artykułu w PLOS podkreślają etapowość badań i konieczność dalszej pracy nad miniaturyzacją i stabilnością. Organizacje medialne zwracają też uwagę, że badanie było częściowo wspierane przez granty (między innymi współpraca z Honda Research Institute), co uwiarygadnia finansowe i praktyczne zainteresowanie tematem.
Adrian Pluta
E-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.
