Het klinkt als een gek idee: paddenstoelen als duurzaam alternatief voor computerchips. Maar er wordt al lange tijd onderzoek naar gedaan en nu is er een belangrijke stap vooruitgezet.
Paddenstoelen staan al langer in de belangstelling van de bio-elektronica, een opkomend onderzoeksgebied dat biologische materialen gebruikt om nieuwe, duurzame computertechnologie te ontwikkelen.
Shiitake maar dan anders
Zo ontdekten onderzoekers van The Ohio State University onlangs dat eetbare paddenstoelen, zoals shiitakes, kunnen worden getraind om te functioneren als organische dataverwerkers die eerdere elektrische toestanden kunnen onthouden.
Deze op shiitake gebaseerde componenten presteerden op het gebied van geheugen even goed als conventionele halfgeleiderchips. Ze blijken bovendien een goedkoper en milieuvriendelijker alternatief voor andere computeronderdelen.
“Als we microchips hebben die het gedrag van echte neuronen nabootsen, is er veel minder energie nodig in ruststand of wanneer de computer niet actief is”, zegt hoofdonderzoeker John LaRocco van Ohio State’s College of Medicine. “Dat kan een enorm rekenkundig en economisch voordeel opleveren.”
Niet nieuw
Volgens LaRocco zijn schimmelelektronica niet nieuw en ideaal voor de bouw van duurzame computersystemen. Ze zijn biologisch afbreekbaar, veroorzaken nauwelijks elektronisch afval en zijn veel goedkoper te produceren dan traditionele halfgeleiders, waarvoor vaak schaarse metalen en grote hoeveelheden energie nodig zijn. “Mycelium als rekensubstraat is al eerder onderzocht, maar wij proberen een van deze systemen tot het uiterste te drijven”, aldus LaRocco.
Om de mogelijkheden van deze nieuwe memristors te testen, kweekten de onderzoekers shiitake- en champignonmonsters. Nadat ze waren volgroeid, werden de paddenstoelen gedehydrateerd zodat ze lang houdbaar blijven. Daarna werden ze aangesloten op elektronische circuits en blootgesteld aan elektrische spanningen met verschillende sterktes en frequenties.
De memristor, een samentrekking van memory resistor, wordt ook wel het godselement van de elektronica genoemd en is in 2008 ontwikkeld door computerbedrijf HP. Het is een weerstand met een geheugen. Het kan op nanoschaal geproduceerd worden en heeft geen energie nodig om data op te slaan. Het zou op termijn de harde schijf en het RAM-geheugen van een computer kunnen vervangen.
“Op verschillende plekken op de paddenstoel verbonden we draden en meetsondes, omdat elk deel andere elektrische eigenschappen heeft”, legt LaRocco uit. “Afhankelijk van de spanning en verbinding zagen we uiteenlopende prestaties.”
RAM-geheugen
Na twee maanden ontdekten de onderzoekers dat hun paddenstoelenmemristor, gebruikt als RAM-geheugen, met een snelheid van 5850 signalen per seconde kon schakelen tussen elektrische toestanden en dat met een nauwkeurigheid van ongeveer 90 procent. De prestaties namen af bij hogere frequenties, maar – net als bij een echt brein – kon dat worden opgelost door meer paddenstoelen aan het circuit toe te voegen.
“Ons onderzoek laat zien hoe verrassend eenvoudig het is om paddenstoelen te programmeren en te bewaren zodat ze zich op onverwacht nuttige manieren gedragen”, zegt Qudsia Tahmina, universitair hoofddocent elektrotechniek aan Ohio State. “Het toont aan dat technologische vooruitgang hand in hand kan gaan met de natuur.”
De flexibiliteit van paddenstoelen biedt ook mogelijkheden om de technologie op te schalen. Grotere schimmelsystemen kunnen zelfs bruikbaar zijn in de ruimtevaart en kleinere versies kunnen de prestaties van autonome apparaten en draagbare technologie verbeteren.
In de kinderschoenen
Organische memristors staan nog in de kinderschoenen maar er worden steeds nieuwe stappen gezet in de ontwikkeling ervan, bijvoorbeeld door betere kweektechnieken. Werkbare schimmelmemristors moeten echter nog veel kleiner worden dan in de huidige experimenten.
“Maar alles wat je nodig hebt om te beginnen met het gebruik van schimmels in computertechnologie kan zo klein zijn als een composthoop met wat zelfgemaakte elektronica of zo groot als een fabriek met kant-en-klare sjablonen”, zegt LaRocco. “Beide zijn haalbaar met de middelen die we nu al hebben.”
