Грибы вполне могут заменить крошечные металлические детали в компьютерах. Речь идет о том, чтобы использовать их для обработки и хранения данных. К такому выводу пришли исследователи из Университета Огайо.

Мы давно знаем, что грибы очень живучие и обладают уникальными свойствами. Эти их природные способности делают их отличными кандидатами для биоэлектроники. В этой области науки как раз ищут новые материалы для компьютеров будущего.

Ученые выяснили, что обычные съедобные грибы, например шиитаке, можно выращивать и специально настраивать. В них получаются органические мемристоры — такие штуки, которые помнят, какое электрическое состояние было раньше. Это очень похоже на то, как работают обычные чипы, но на основе грибов. Причем такие устройства недорогие, не вредят природе и напоминают работу человеческого мозга.

Джон ЛаРокко, главный автор исследования, объясняет:

Если сделать микрочипы, которые копируют активность нейронов, то компьютеру почти не нужна энергия, когда он стоит без дела или просто включен, но им не пользуются. А это огромная выгода — и с точки зрения вычислений, и с точки зрения денег.

Сам по себе грибной компьютер — не новость. Но теперь грибы стали главными претендентами на роль основы для экологичных вычислительных систем, говорит ЛаРокко. Они сами разлагаются без вреда для природы, и их производство дешевле. Обычные мемристоры и чипы требуют редкоземельных металлов и огромного количества энергии для дата-центров.

ЛаРокко уточняет: грибницу как основу для вычислений уже пробовали в разных, порой неочевидных, схемах. А их команда решила выжать из мемристорной системы максимум.

Результаты опубликовали в журнале PLOS ONE.

Чтобы проверить, на что способны новые мемристоры, исследователи вырастили образцы шиитаке и шампиньонов. Когда грибы созрели, их высушили, чтобы они дольше хранились. Потом подключили к электронным схемам и пропустили через них ток с разным напряжением и частотой.

ЛаРокко рассказывает: они подключали провода и щупы к разным местам грибов, потому что разные части гриба по-разному проводят ток. В зависимости от напряжения и того, куда подключались щупы, получались разные результаты.

Через два месяца оказалось, что если использовать грибной мемристор как оперативную память, он переключается между электрическими состояниями до 5850 раз в секунду. Точность при этом — около 90%. Правда, на высокой частоте производительность падает. Но тут грибы ведут себя как настоящий мозг: эту проблему можно решить, добавив в цепь еще грибов.

Кудсия Тахмина, соавтор работы, говорит:

Исследование подробно показывает, как легко запрограммировать и сохранить грибы, чтобы они вели себя неожиданно и полезно. И это отличный пример того, как технологии могут развиваться, если опираться на живую природу.

Тахмина добавляет: общество все лучше понимает, что природу надо беречь ради будущих поколений. И это может быть одной из главных причин, почему появятся новые экологичные идеи вроде этой.

Грибы удобны тем, что их систему можно масштабировать. Например, большие грибные массивы пригодятся для периферийных вычислений и космических исследований. А маленькие — для улучшения работы автономных роботов и носимых гаджетов.

Органические мемристоры еще только в начале пути. В будущем нужно улучшить выращивание и сделать сами устройства миниатюрными. Рабочие грибные мемристоры должны быть гораздо меньше тех, что получились у ученых сейчас.

ЛаРокко подводит итог:

Все, что нужно, чтобы начать эксперименты с грибами и вычислениями, может быть размером с компостную кучу и самодельную электронику. А может — с целый завод по выращиванию с готовыми формами. Любой вариант реален с теми ресурсами, что у нас уже есть.

Ниже — два итоговых списка для наглядности.

Что хорошо в грибных мемристорах:

• Дешевизна производства
• Полное разложение без вреда природе
• Нет нужды в редкоземельных металлах
• Экономия энергии в режиме ожидания
• Возможность наращивать мощность простым добавлением новых грибов

Где это может пригодиться:

• В дата-центрах — чтобы снизить затраты электричества
• В космических аппаратах — там важна надежность и автономность
• В носимых устройствах — часах, браслетах, датчиках
• В системах умного дома и периферийных вычислениях

Для дальнейших исследований эта работа полезна тем, что она впервые показала четкие количественные параметры работы грибной памяти: 5850 переключений в секунду при 90% точности. Это не фантастика, а рабочий прототип. Исследователи открыли конкретное направление для инженеров — как уменьшить размер таких мемристоров и как соединять их в сети. Для реальной жизни польза может быть огромной в двух сценариях: создание дешевых и биоразлагаемых одноразовых вычислительных устройств (например, для экологического мониторинга в лесах) и снижение энергопотребления огромных ферм серверов. Если грибная память потребляет энергию только в момент работы, а не в режиме ожидания, экономия для крупных компаний составит миллионы долларов в год. Плюс снизится зависимость от добычи редкоземельных металлов, что важно для геополитики и экологии.

Главный недостаток исследования — образцы были высушены. Сухой гриб — это уже не живая система, а просто био-материал. Авторы сами пишут, что сделали это для долговременной сохранности. Но тогда мы теряем главное преимущество живых организмов — способность к самовосстановлению и адаптации. Получается, что это не «грибной компьютер», а „компьютер из грибной подложки“. Второй момент: точность 90% для памяти — это очень низкий показатель. Современная оперативная память выдает ошибку раз на миллиарды операций. Здесь же каждая десятая операция — ошибка. Для серьезных вычислений это неприемлемо. Третий момент: масштабирование через добавление грибов снижает быстродействие, потому что сигнал идет дольше. Авторы называют это сходством с мозгом, но для инженера это проблема, а не достоинство. Наконец, исследование не сравнивает стоимость производства высушенного грибного мемристора с обычным чипом напрямую в цифрах.

Ранее ученые сообщили, что некоторые грибы продлевают жизнь.