Наука на грани фантастики: компьютеры будущего будут хранить свою память в… грибах

Идея звучит как из фильма о будущем: вместо привычных кремниевых микросхем – мягкие грибные структуры, а вместо редких металлов – природные вещества из мицелия и лентинана. Но ученые из Университета штата Огайо доказали, что это возможно. Они показали, что обычные съедобные грибы, шиитаке или шампиньоны, могут работать как “мемристоры”, то есть элементы памяти, способные одновременно хранить и обрабатывать информацию, подобно работе человеческого мозга.

• Будущее на рельсах: вот как выглядит самый быстрый в мире электропоезд

Ведущий автор исследования Джон ЛаРокко, научный сотрудник в области психиатрии Медицинского колледжа штата Огайо, объясняет практический смысл открытия: возможность создавать микрочипы, воспроизводящие нейронную активность, снижает энергетические потребности в режиме ожидания и позволяет устройствам не тратить лишнюю энергию, когда они находятся в фоновом режиме. По его словам, грибные чипы также продемонстрировали удивительную скорость – каждый мог переключать электрические состояния тысячи раз в секунду с высокой точностью.

Физическая основа “памяти” грибов заключается в поведении мицелия – нитевидной ткани гриба, которая реагирует на электрические импульсы изменением сопротивления. В тестах исследователи наблюдали, что повторяющиеся циклы напряжения изменяли проводимость грибных тканей предсказуемым образом: эти изменения сохранялись, “запоминали” закономерности стимуляции и со временем становились стабильнее. На определённых частотах приборов грибы демонстрировали классические петли памяти (кривые гистерезиса), что является признаком мемристивного поведения, при этом устройства лучше всего работали на низких частотах около 10 герц, позволяя “записывать” и “стирать” состояния памяти.

Чтобы создать такие системы, команда выращивала коврики из шиитаке и шампиньонов на доступных органических субстратах: зародышах пшеницы, сене и семенах фарро. Когда материал достигал зрелости, его сушили на солнце для фиксации формы, а затем для восстановления проводимости опрыскивали водой. Исследователи подключали провода и зонды к разным точкам грибных матриц, поскольку различные участки имели разные электрические свойства; каждая часть реагировала по-своему, что дополнительно подтверждало роль внутренней структуры в формировании электрического сигнала.

Ключевое преимущество грибной электроники – это экологичность и простота: такие системы не зависят от редких минералов или энергоёмких производств, их можно выращивать и биологически разлагать после использования. То есть, учитывая растущее осознание необходимости сохранять окружающую среду, выращиваемые чипы могут стать важной частью экологически чистых технологий. Кроме энергетической и экологической выгоды, грибы отличаются устойчивостью к стрессам: шиитаке содержит соединение лентинан, которое защищает клетки от окислительного стресса, а также способно выдерживать воздействие радиации, сильные температурные колебания и ультрафиолет. Исследователи отмечают, что после облучения грибы могут структурно изменяться для выживания, при этом сохраняя питательные вещества и структуру, свойства, полезные для применения в жёстких условиях, например в аэрокосмических или космических миссиях.

Эксперименты также показали, что соединение нескольких грибоподобных дисков повышало общую производительность подобно тому, как нейроны усиливают друг другу связи при повторном использовании. Самонастраиваемая способность грибных систем, позволяющая им “обучаться” после многократной стимуляции, делает их перспективными для нейроморфных архитектур, где хранение и обработка информации происходят одновременно.

Авторы считают, что технология может масштабироваться: крупные грибные массивы потенциально подходят для периферийных вычислений или спутникового оборудования, тогда как меньшие – для встроенных носимых устройств и “мягкой” робототехники. Исследователи говорят, что для начала экспериментов не нужны ни крупные фабрики, ни экзотические материалы, иногда достаточно небольшой кучи компоста и базовой электроники; в будущем это может быть масштабировано до полноценных производственных установок.

Представьте себе поле пшеницы, где каждый колос приносит не одно, а три зерна. Именно такой прорыв сделали учёные из Мэрилендского университета, открыв генетический “ключ”, который отвечает за этот редкий сорт. Активировав его, селекционеры смогут создавать исключительно высокоурожайные культуры, способные противостоять климатическим изменениям. Этот генетический трюк может стать настоящей надеждой для миллиардов людей по всему миру.