Die Vorstellung, dass ein lebender Organismus einen Siliziumchip ersetzt, erinnert unweigerlich an Science-Fiction-Szenarien. Eine kürzlich erschienene Studie zeigt jedoch, dass Pilznetzwerke elektrische Verhaltensweisen annehmen können, die dem Gedächtnis ähneln, und weist so den Weg zu neuen, energieeffizienten Computerarchitekturen.
Diese Arbeit untersucht das Potenzial von Pilzen als Ersatz für herkömmliche Metallkomponenten. Mit einer natürlichen Widerstandsfähigkeit und besonderen biologischen Eigenschaften ausgestattet, treten Arten wie der Shiitake somit als ernsthafte Kandidaten für die Bioelektronik hervor. Dieser aufstrebende Sektor sucht gezielt nach den Materialien für die Technologien von morgen.
Pilz-Memristoren könnten laut den Forschern ideale Schnittstellen für die Hochfrequenz-Bioelektronik sein.
Bildnachweis: John LaRocco Wissenschaftler der Ohio State University haben essbare Pilze gezüchtet und so präpariert, dass sie sich wie organische Memristoren verhalten. Diese elektronischen Bauteile bewahren die Erinnerung an vorherige elektrische Signale, ähnlich wie das menschliche Gehirn. Ihre in
PLOS One veröffentlichte Forschung beweist, dass solche Systeme Leistungen erreichen können, die mit denen klassischer Chips vergleichbar sind.
Um diese Memristoren zu testen, verwendete das Team Shiitake- und Champignonpilze. Nachdem sie zur Gewährleistung ihrer Stabilität dehydriert wurden, wurden sie mit elektronischen Schaltkreisen verbunden und dann elektrisch stimuliert. Die gewonnenen Daten zeigen, dass diese Pilzsysteme reproduzierbare Speichereffekte erzeugen, mit Ergebnissen, die denen aktueller Technologien ähneln.
Als Arbeitsspeicher eingesetzt, können diese Pilz-Memristoren ihren elektrischen Zustand mit einer Frequenz von 5,85 kHz ändern, mit einer Genauigkeit von etwa 90 %. Ähnlich wie beim Gehirn können ihre Fähigkeiten gesteigert werden, indem mehrere Pilze mit demselben Schaltkreis verbunden werden. Dieser biomimetische Ansatz bietet zudem Vorteile in Bezug auf den Energieverbrauch.
Ein weiterer bemerkenswerter Vorteil dieses Ansatzes liegt in seiner Nachhaltigkeit. Biologisch abbaubar und einfach zu kultivieren, ermöglichen Pilze eine Reduzierung von Elektroschrott und Produktionskosten im Vergleich zu herkömmlichen Materialien, die auf seltenen Mineralien basieren. Diese umweltfreundliche Perspektive fördert die Erforschung biokompatibler Konzepte.
Diese Technologie könnte Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen finden, wie der Raumfahrt oder tragbaren Geräten. Die Forscher streben nun an, die Produktion durch Verfeinerung der Kultivierungstechniken und Miniaturisierung der Geräte zu optimieren. Bereits jetzt ermöglichen die verfügbaren Ressourcen die Erforschung dieser Möglichkeiten in unterschiedlichen Maßstäben.
Was ist ein Memristor?
Ein Memristor ist ein elektronisches Bauteil, das seinen Widerstand in Abhängigkeit vom elektrischen Strom anpasst, der ihn durchflossen hat. Er bewahrt so einen Speicherzustand, selbst ohne Stromversorgung, was ihn von klassischen Widerständen, Kondensatoren und Induktivitäten unterscheidet. Diese Eigenschaft wurde theoretisch in den 1970er Jahren formuliert, aber ihre praktische Umsetzung ist jüngeren Datums.
Memristoren werden oft mit den Synapsen des menschlichen Gehirns verglichen, da sie den magnetischen Fluss mit der elektrischen Ladung verbinden. Diese Eigenschaft macht sie wertvoll für die Erstellung von nichtflüchtigem Speicher, der seine Daten beim Abschalten nicht verliert. Sie bilden auch die Grundlage für neuromorphe Schaltkreise, die dazu entwickelt sind, neuronales Funktionieren nachzuahmen.
In heutigen Technologien ermöglichen es Memristoren, Informationsverarbeitung und -speicherung in einer einzigen Komponente zu integrieren. Dies erlaubt eine Verkleinerung der Geräte und Energieeinsparungen, da die Daten nicht mehr zwischen verschiedenen Einheiten übertragen werden müssen.
Ihre Entwicklung schreitet voran, mit Forschungen zu verschiedenen Materialien, einschließlich biologischer. Organische Memristoren, wie solche auf Pilzbasis, stellen eine vielversprechende Alternative zu synthetischen Materialien dar und bieten Vorteile in Bezug auf Nachhaltigkeit und Kosten.
Quelle: PLOS ONE