Грибы хранят информацию и думают: наука приближается к созданию живых биокомпьютеров

Кто бы мог подумать, что самые обычные грибы — шампиньоны или шиитаке — способны работать как элементы будущих компьютеров? Учёные из Университета штата Огайо показали, что грибы могут запоминать электрические сигналы и менять своё состояние так же, как это делают нейроны в человеческом мозге. Новое направление получило название "грибная электроника", и оно может изменить сам подход к вычислительным системам. Результаты опубликованы в журнале PLOS One.

Когда природа становится схемой

Традиционные микрочипы производятся из кремния и редкоземельных металлов, добыча которых связана с огромными затратами энергии и загрязнением окружающей среды. Исследователи из США предложили экологичную альтернативу — использовать мицелий грибов как органическую основу для микрочипов нового поколения.

"Создание микрочипов, имитирующих работу нейронов, снижает энергозатраты даже в режиме ожидания. Это открывает новые возможности для вычислительных систем", — пояснил Джон ЛаРокко, ведущий автор исследования и научный сотрудник Университета штата Огайо.

Что такое грибные микрочипы

Грибные микрочипы относятся к категории мемристоров - электронных компонентов, способных "запоминать" предыдущие состояния электрического тока. Если обычный транзистор работает по принципу "вкл/выкл", то мемристор хранит информацию о том, как именно ток проходил через него раньше.

По сути, мемристоры — это основа нейроморфных вычислений, где машины имитируют работу мозга. Органические мемристоры из грибов обладают похожими свойствами, но без необходимости использования сложных полупроводников.

Сравнение: традиционные чипы и грибные мемристоры

Как проходил эксперимент

Учёные выращивали съедобные грибы в лаборатории, а затем высушивали их, чтобы стабилизировать структуру мицелия. К каждому образцу подключали провода и датчики, подавая ток разной частоты и напряжения.

"Мы подключали провода к разным точкам гриба и видели, как каждый участок реагирует по-своему, создавая уникальные электрические паттерны", — рассказал Джон ЛаРокко.

Результаты оказались впечатляющими: высушенные грибы вели себя как полноценные мемристоры. Они реагировали на ток, запоминали предыдущее состояние и переключались между электрическими режимами со скоростью до 5 850 сигналов в секунду. Точность составляла около 90 %, а при увеличении частоты сигнала её можно было компенсировать за счёт подключения большего числа грибов — создавая подобие нейронной сети.

Как грибы "запоминают" сигналы

Исследователи объясняют: структура мицелия содержит сложные цепочки белков и полисахаридов, по которым электрический ток проходит с вариативным сопротивлением. Когда ток проходит повторно, внутренние соединения частично "запоминают" путь, аналогично синапсам мозга.

Этот эффект делает грибы идеальными кандидатами для создания биокомпьютеров - устройств, где вычисления происходят не за счёт традиционных транзисторов, а с помощью живых или органических компонентов.

Ошибка → последствие → альтернатива

Ошибка: зависимость современной электроники от неэкологичных материалов.
Последствие: рост энергопотребления, загрязнение и дефицит редкоземельных металлов.
Альтернатива: органические мемристоры из мицелия, которые биоразлагаются и работают при минимальных затратах энергии.

А что если…

А что если в будущем компьютеры действительно "вырастут" в лаборатории? Учёные считают это вполне возможным. Грибы можно выращивать в разных масштабах: от тонких пластин для портативных устройств до крупных сетей для аэрокосмических вычислений.

"Удивительно, как легко можно "программировать" грибы для выполнения полезных функций. Это пример того, как технологии могут развиваться, опираясь на природу", — отметила Кудсия Тахмина, соавтор исследования и доцент кафедры электротехники.

Плюсы и минусы грибной электроники

Возможные применения

1. Носимая электроника. Гибкие сенсоры и умные ткани, которые можно утилизировать без вреда для экологии.
2. Аэрокосмические технологии. Лёгкие биоэлектронные системы с низким энергопотреблением.
3. Биоинтерфейсы. Связь между устройствами и живыми тканями без отторжения.
4. Периферийные вычисления. "Грибные" чипы для автономных роботов и систем искусственного интеллекта.

FAQ

Что такое мемристор?
Это элемент, который запоминает количество прошедшего через него электрического тока и меняет своё сопротивление — как память в нейроне.

Почему именно грибы?
Их мицелий обладает естественной проводимостью и структурой, похожей на нейронные сети, что делает их подходящими для биоэлектроники.

Сколько времени хранится "память" грибного чипа?
Около двух месяцев без деградации свойств, после чего материал можно заменить или вырастить заново.

Безопасны ли такие устройства для человека?
Да, поскольку состоят из органических веществ, они нетоксичны и не загрязняют окружающую среду.

Мифы и правда

Миф: грибные микрочипы — фантастика из фильмов.
Правда: эксперименты уже проведены, и устройства продемонстрировали работу в лабораторных условиях.

Миф: грибы слишком хрупкие для электроники.
Правда: после сушки мицелий сохраняет устойчивую структуру, пригодную для электропроводности.

Миф: такие технологии невозможно масштабировать.
Правда: выращивание мицелия — дешёвый и воспроизводимый процесс, подходящий для массового производства.

3 интересных факта

1. Грибные мемристоры реагируют на электричество не хуже синтетических аналогов и могут "обучаться" при повторяющихся сигналах.
2. Экспериментальные образцы способны переключаться между состояниями в тысячи раз быстрее, чем человеческий нейрон.
3. В будущем подобные системы могут стать основой для экологичных "живых" ИИ, где электроника и биология объединятся.

Исторический контекст

Идея мемристоров возникла ещё в 1971 году, когда физик Леон Чуа теоретически описал элемент, сочетающий свойства резистора и памяти. Тогда технология считалась недостижимой. Сегодня её возрождают с неожиданной стороны — с помощью живых организмов.

Исследования грибных микрочипов показывают: природа сама хранит ответы на технологические вызовы. От мицелия до нейросетей — путь может оказаться короче, чем казалось.