Гриби можуть замінити чипи у комп’ютерах майбутнього — дослідження

Біоінженери з Університету штату Огайо навчили гриби шиїтаке поводитися як  мемристори. Це електронні компоненти мікрочипів, що зберігають дані про свої минулі електричні стани, розповідає Phys.org. 

Сама технологія мемристорів лише нещодавно вийшла з лабораторій у промислове виробництво, не говорячи вже про гриби як їх основу. Але розвиток штучного інтелекту стимулює дослідження в напрямку комп’ютерних технологій. Тож можемо спостерігати за явищем, коли паралельно із впровадженням винаходу розробляються альтернативи до нього. 

До появи мемристорів

Мемристори — це один з альтернативних елементів мікрочипів, що є основою всієї звичної для нас техніки: смартфонів, комп’ютерів, плазмових телевізорів тощо. Ринок чипів колосальний – Китай і США конкурують за нього на державному рівні.

Нагадаємо, чипи — це мікросхеми трьох типів, залежно від завдань, які вони виконують. Для процесорів вони виконують обчислення і керують іншими компонентами. Для пам’яті — зберігають дані, програми, або результат їхньої роботи. 

Є ще чипи-контролери, необхідні для управління живленням, звуком, дисплеєм, сенсорами тощо. Іноді всі функції об’єднують в одному корпусі, як це зробила компанія Apple зі своїми A17 Pro. 

Зараз чипи виготовляються переважно із кремнію із додаванням бору, фосфору, сполук металів. Все це потрібне для контролю за провідністю. Якщо дуже сильно спростити, то сучасні чипи закодовують інформацію в одинички і нулики, керуючись струмом. Проводить чип струм — маємо одиничку. Струму немає — буде нолик. 

Мемристори в промисловості

Мемристори — альтернативний варіант елементів пам’яті для чипів. Вона потрібна для всіх трьох типів цих мікросхем: десь вбудована, десь зовнішня. На відміну від класичної провідності, коли струм є або його немає, мемристори кодують одинички і нулики залежно від інтенсивності і частоти струму.

Знову ж таки, вкрай спрощене пояснення, але сильний струм — буде одиничка, слабкий струм — нулик. Мемристори здатні зберігати інформацію про те, який струм через них пропускали. Чим частіше використовувалася комбінація струму різної інтенсивності, тим сильніше “прописується” зв’язок у мікросхемі.

Технологія отримала назву технології ReRAM. Мемристори виробляють теж із кремнію. У порівнянні з іншими елементами пам’яті, вони швидші, споживають менше енергії, довговічніші в роботі. 

ReRAM є пам’яттю нового покоління. З лабораторій у промисловість технологія потрапила порівняно недавно — з 2010 років. Вона залишається дуже дорогою, тому її масове використання ще не розгорнули. 

Зараз ReRAM застосовується у промисловості та напівекспериментальних проєктах на кшталт штучного інтелекту чи робототехніки. Серед компаній, які працюють із нею, є Panasonic, Sony, Toshiba, Crossbar, HP, Micron та інші. 

Грибний міцелій як мемристори

Джон ЛаРокко (John LaRocco) Кудсія Тахміна (Qudsia Tahmina) з Університету штату Огайо є вченими-практиками. Вони спеціалізуються на тому, як живі організми можна використовувати у технологіях. 

Нещодавно у журналі PLOS One вони опублікували результати успішного експерименту із міцелієм грибів, що справився із функцією мемристора. У дослідженні використали шиїтаке та звичайні печериці. 

Спочатку грибам дали дозріти, щоб міцелій окріп та добре розвинувся. Потім зневоднили і підключили до спеціально розроблених для експерименту електросхем. Згодом через міцелій біоінженери пропускали струм різної напруги і з різною частотою. 

Через два місяці вчені використали грибний мемристор як оперативну комп’ютерну пам’ять і виявили, що він чудово працює.  Моделі перемикалися між електричними станами зі швидкістю до 5850 сигналів на секунду з точністю близько 90%. 

Зі збільшенням частоти електричних імпульсів продуктивність падала. Але тут міцелій повівся як людський мозок — функціонал відновлювався, коли біоінженери підключали до схеми більше грибів. 

Гриби — не єдині живі істоти, що можуть оперувати струмом. Електропровідність є базовою властивістю всіх клітин. Ця здатність використовується як один з аргументів на користь гіпотези про походження живої матерії із неживої. Її підтверджують також прадавні мікроби, що живуть за рахунок вклинювання у зв’язки між хімічними елементами. 

Експеримент лабораторний і до використання у промисловості ще далеко. Але вона може вирішити одну з найбільших проблем інфраструктури штучного інтелекту. Вже зараз для повноцінної роботи технології бракує електроенергії. Перехід на біоелектроніку міг би частково вирішити цю проблему. Більше про ресурси, необхідні для розвитку ШІ, читайте у статті “ШІ та мурахи: коли люди стануть кормовою базою для суперінтелекту?” авторства Сергія Корсунського.