Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Pilznetzwerke in der Lage sein könnten, die winzigen Metallkomponenten in Computern zu ersetzen, die Daten verarbeiten und speichern. Diese Entdeckung könnte den Weg für eine nachhaltigere und kostengünstigere Computertechnologie ebnen.
Wichtige Erkenntnisse
- Speisepilze wie Shiitake können als organische Memristoren fungieren.
- Pilzbasierte Geräte zeigten ähnliches Speicherverhalten wie Halbleiterchips.
- Diese Technologie könnte Elektronikabfall reduzieren und Energiekosten senken.
- Die Leistung der Pilz-Memristoren erreichte bis zu 5.850 Schaltvorgänge pro Sekunde.
- Die Forschung befindet sich noch in einem frühen Stadium, bietet aber großes Potenzial.
Bioelektronik: Eine neue Ära des Computings
Pilze sind für ihre Robustheit und ungewöhnlichen biologischen Eigenschaften bekannt. Diese Merkmale machen sie besonders attraktiv für das aufstrebende Feld der Bioelektronik. Dieses Forschungsgebiet verbindet Biologie und Technologie, um innovative und nachhaltige Materialien für zukünftige Computersysteme zu entwickeln. Ziel ist es, umweltfreundliche Alternativen zu traditionellen elektronischen Komponenten zu finden.
Forscher der Ohio State University haben kürzlich herausgefunden, dass essbare Pilze wie Shiitake-Pilze angebaut und so manipuliert werden können, dass sie als organische Memristoren funktionieren. Memristoren sind elektronische Bauelemente, die Informationen über frühere elektrische Zustände speichern können – ähnlich wie Speicherzellen in Halbleiterchips.
Interessanter Fakt
Konventionelle Halbleiter benötigen oft seltene Mineralien und große Mengen an Energie für Herstellung und Betrieb. Pilzbasierte Elektronik könnte hier eine umweltfreundliche Alternative darstellen.
Wie Pilze zu Speicherelementen werden
Die Experimente zeigten, dass die auf Pilzen basierenden Geräte das gleiche Speicherverhalten reproduzieren konnten, das man von herkömmlichen Halbleiterchips kennt. Dies eröffnet die Möglichkeit, kostengünstige und umweltfreundliche, gehirnähnliche Computerwerkzeuge zu schaffen, die weniger Strom verbrauchen.
„Die Entwicklung von Mikrochips, die tatsächliche neuronale Aktivität nachahmen, bedeutet, dass man nicht viel Strom für den Standby-Betrieb oder bei Nichtgebrauch der Maschine benötigt“, erklärte John LaRocco, Hauptautor der Studie und Forschungswissenschaftler für Psychiatrie am College of Medicine der Ohio State University. „Das ist ein potenziell großer rechnerischer und wirtschaftlicher Vorteil.“
LaRocco betonte, dass Pilz-Elektronik keine völlig neue Idee ist, aber ihre praktische Anwendbarkeit für nachhaltiges Computing zunimmt. Da Pilzmaterialien biologisch abbaubar und kostengünstig herzustellen sind, können sie dazu beitragen, den Elektroschrott zu reduzieren. Im Gegensatz dazu erfordern herkömmliche Halbleiter oft seltene Mineralien und einen hohen Energieaufwand bei der Herstellung und im Betrieb.
Testphase und vielversprechende Ergebnisse
Um die Fähigkeiten der Pilze zu testen, züchteten die Forscher Shiitake- und Champignonproben. Nach der Reifung wurden diese Pilze dehydriert und an speziell angefertigte elektronische Schaltkreise angeschlossen. Die Pilze wurden dann kontrollierten elektrischen Strömen bei unterschiedlichen Spannungen und Frequenzen ausgesetzt.
„Wir verbanden elektrische Drähte und Sonden an verschiedenen Punkten der Pilze, da unterschiedliche Teile unterschiedliche elektrische Eigenschaften besitzen“, sagte LaRocco. „Abhängig von Spannung und Konnektivität sahen wir unterschiedliche Leistungen.“
Nach zweimonatigen Tests stellten die Forscher fest, dass ihr pilzbasierter Memristor bis zu 5.850 Mal pro Sekunde zwischen elektrischen Zuständen wechseln konnte, mit einer Genauigkeit von etwa 90%. Obwohl die Leistung bei höheren elektrischen Frequenzen abnahm, bemerkte das Team, dass das Verbinden mehrerer Pilze die Stabilität wiederherstellte – ähnlich wie neuronale Verbindungen im menschlichen Gehirn.
Hintergrundinformation
Memristoren sind die vierte grundlegende elektronische Komponente neben Widerständen, Kondensatoren und Induktivitäten. Sie sind in der Lage, sich an die Menge des durch sie fließenden Stroms zu „erinnern“, selbst wenn der Stromkreis unterbrochen wird.
Nachhaltigkeit und zukünftige Anwendungen
Qudsia Tahmina, Mitautorin der Studie und außerordentliche Professorin für Elektrotechnik und Computertechnik an der Ohio State University, hob hervor, wie anpassungsfähig Pilze für Computeranwendungen sind.
„Die Gesellschaft ist sich der Notwendigkeit, unsere Umwelt zu schützen und für zukünftige Generationen zu erhalten, zunehmend bewusst geworden“, sagte Tahmina. „Das könnte einer der treibenden Faktoren hinter neuen biofreundlichen Ideen wie diesen sein.“
Die Flexibilität, die Pilze bieten, deutet auch auf Möglichkeiten zur Skalierung von Pilz-Computing hin, so Tahmina. Größere Pilzsysteme könnten beispielsweise im Edge Computing und in der Raumfahrt nützlich sein. Kleinere Systeme könnten die Leistung autonomer Systeme und tragbarer Geräte verbessern. Ob in der Erkundung des Weltraums oder bei der Verbesserung von Wearables, die potenziellen Einsatzgebiete sind vielfältig.
- Edge Computing: Verarbeitung von Daten näher an der Quelle, um Latenz zu reduzieren.
- Raumfahrt: Leichte, biologisch abbaubare Komponenten für Missionsgeräte.
- Autonome Systeme: Effizientere und anpassungsfähigere Steuerungseinheiten.
- Tragbare Geräte: Kleinere, energieeffizientere Komponenten für Smartwatches und Fitness-Tracker.
Der Weg zur Praxistauglichkeit
Obwohl organische Memristoren noch in den Anfängen stecken, arbeiten Wissenschaftler daran, die Anbaumethoden zu verfeinern und die Gerätegröße zu reduzieren. Kleinere, effizientere Pilzkomponenten sind entscheidend, um sie zu einer praktikablen Alternative zu herkömmlichen Mikrochips zu machen. Die Forschung wird sich in den nächsten Jahren darauf konzentrieren, diese Ziele zu erreichen und die Technologie weiterzuentwickeln.
„Alles, was man bräuchte, um Pilze und Computing zu erforschen, könnte so klein sein wie ein Komposthaufen und selbstgemachte Elektronik oder so groß wie eine Kulturfabrik mit vorgefertigten Vorlagen“, sagte LaRocco. „All das ist mit den Ressourcen, die uns jetzt zur Verfügung stehen, machbar.“
Die Studie wurde vom Honda Research Institute unterstützt. Weitere Mitwirkende der Ohio State University waren Ruben Petreaca, John Simonis und Justin Hill. Diese Zusammenarbeit zeigt das wachsende Interesse an nachhaltigen und innovativen Lösungen für die Herausforderungen der modernen Technologie.
