Svampe kunne drive den næste generation af neuromorfe computere

Dusan Stankovic/Getty Images

Mens den menneskelige hjerne stadig overgår vores personlige computere i mange kognitive opgaver, sigter forskerne nu på at lukke dette hul ved at bygge maskiner, der efterligner hjernens bemærkelsesværdige effektivitet.

Industrigiganter som IBM og Intel har allerede introduceret neuromorfe chips, der accelererer kunstig intelligens-arbejdsbelastning, men deres ydeevne er stadig begrænset af vanskeligheden og omkostningerne ved at producere den specialiserede hardware.

Forskere fra Ohio State University foreslår et radikalt billigere alternativ:at bruge det rodlignende netværk af en almindelig svamp. Myceliet af shiitakesvampe danner forgrenede strukturer, der ligner neurale netværk, og ligesom hjerner kan det udvise emergent adfærd, når dets simple enheder interagerer.

Ledende videnskabsmand Dr. John LaRocco, en neural ingeniør ved OSU, samlede et kredsløb ved at forbinde shiitake-mycelium til standard computerledninger og derefter påføre kontrollerede spændingsimpulser. På tværs af flere fastgørelsespunkter transmitterede svampenetværket signaler ved frekvenser op til 5,85 kHz - omkring 5.850 impulser pr. sekund - sammenlignet med de tidligste siliciumbaserede memristorer. Endnu mere slående, myceliet justerede sin indre modstand som reaktion på gentagne stimuli, og lærte effektivt at optimere signalhastigheden.

Mushroom Memristors:A Promising New Technology

Traditionelle computere er afhængige af transistorer - små switche, der, når de kombineres, behandler binære data. Transistorer mangler imidlertid neuronernes iboende hukommelse, hvilket gør det muligt for biologiske hjerner at lære ved at gemme tidligere forbindelser. En enhed, der kan huske - kendt som en memristor - bygger bro over dette hul og fungerer som en kunstig neuron.

LaRoccos team demonstrerer, at shiitake-mycelium kan tjene som en memristor, der leverer signalhastigheder, der kan sammenlignes med tidlige siliciumimplementeringer, uden at det kræver sjældne jordarters metaller eller komplekse fremstillingstrin. Omkostningsbesparelserne er betydelige:At producere mycelium-baserede chips er langt mindre ressourcekrævende end silicium- og metalbaserede modparter.

Ud over økonomi tilbyder svampetilgangen yderligere fordele. Shiitake-mycelium viser strålingsmodstand, en egenskab, der kan gøre det velegnet til rumfartsapplikationer, hvor konventionelle siliciumenheder er sårbare.

Selvom de stadig er i den eksperimentelle fase, illustrerer disse resultater, hvordan naturens egne tekniske løsninger - som svampenetværk - kan inspirere til banebrydende computerteknologier.