Forscher der Ohio State University haben eine bahnbrechende Technologie demonstriert: Gewöhnliche Pilze (wie Shiitake-Pilze) können digitale Informationen verarbeiten und speichern und eröffnen so neue Möglichkeiten für nachhaltiges Computing in der Zukunft. Das Team untersuchte, wie Pilzgewebe verwendet werden kann, um Metall-Mikrochips zu ersetzen und zu organischen elektronischen Bauteilen zu werden.
Pilze haben aufgrund ihrer komplexen biologischen Netzwerke und ihrer Anpassungsfähigkeit an die Umwelt schon immer die Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft auf sich gezogen. Untersuchungen zeigen, dass diese biologischen Systeme in „Memristoren“ umgewandelt werden können – Geräte, die elektrische Aktivitäten aufzeichnen können. Das Konzept wird bereits in herkömmlichen Siliziumchips verwendet, und das Team aus Ohio suchte nach einem organischen Äquivalent, um die Bioelektronik voranzutreiben.
Die Forscher wiesen darauf hin, dass Pilzmyzel ein ideales natürliches Substrat für die Übertragung und Speicherung elektrischer Signale ist. Sie züchteten Proben wie Shiitake- und braune Pilze, bewahrten deren innere Struktur nach der Dehydrierung und schlossen Elektroden an verschiedenen Stellen an, um die Reaktion des Materials durch Variation von Spannungen und Frequenzen aufzuzeichnen.
Testergebnisse zeigen, dass der Pilzschaltkreis den Arbeitszustand mit einer Geschwindigkeit von bis zu 5.850 Mal pro Sekunde wechseln und bei Verwendung als temporärer Computerspeicher eine Signalerhaltung von fast 90 % erreichen kann. Obwohl die Leistung bei hohen Frequenzen abnahm, bauten die Forscher durch die Verbindung mehrerer Pilzproben ein System ähnlich einem neuronalen Netzwerk auf, das die Gesamtleistung effektiv verbesserte.
Forschungsleiter Dr. John Larocco (ein Wissenschaftler auf dem Gebiet der Psychiatrie) sagte, dass das Pilzmaterial neuronale Aktivitätsmuster ohne kontinuierliche Stromversorgung simulieren könne, den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs habe und eine positive Bedeutung für die Verbesserung der Recheneffizienz und die Reduzierung des Energieverbrauchs habe. Im Vergleich zu herkömmlichen Chips benötigt dieser Pilz-Memristor-Typ keine seltenen Metalle und energieintensiven Herstellungsprozesse, und seine organischen Komponenten sind zudem abbaubar, was zur Bekämpfung des Elektronikschrottproblems beiträgt.
Co-Autor, außerordentlicher Professor Qudsia Tahmina (Elektrotechnik und Informationstechnik), glaubt, dass dieses Ergebnis die Inspiration natürlicher Systeme für die Innovation von Computermodellen zeigt. Angesichts der wachsenden Besorgnis über den hohen Energieverbrauch und die Auswirkungen auf die Umwelt nimmt die Forschung an bioelektronischen Materialien rasch Fahrt auf. Es wird erwartet, dass Mushroom-Schaltungen in Zukunft traditionelle Geräte im Bereich Low-Power- oder Spezial-Computing ergänzen oder sogar teilweise ersetzen werden.
Das Team wies jedoch darauf hin, dass die Erzielung einer stabileren und zuverlässigeren elektrischen Leistung und ein Miniaturisierungsprozess der Schlüssel zur Förderung dieser Technologie in der Praxis seien. Obwohl die aktuellen experimentellen Proben immer noch eine sichtbare Größe haben, könnten sie in Zukunft auf nanoskalige Komponenten erweitert werden. Es wird erwartet, dass Fungal Computing in Edge Computing, Luft- und Raumfahrtsensoren, tragbaren Geräten und adaptiven elektronischen Komponenten weit verbreitet sein wird. Sein hoher Grad an Konnektivität und Plastizität passt zu den Strukturmerkmalen der biologischen Intelligenz. Allerdings müssen noch viele technische Herausforderungen bewältigt werden, bevor die Geschwindigkeit und Haltbarkeit von Siliziumhalbleitern vollständig übertroffen werden kann.