العلماء يصنعون أجهزة كمبيوتر حية مدعومة بالفطر

ماذا لو تمكنت الكائنات الحية من أداء بعض المهام التي تقوم بها رقائق السيليكون؟ يشير بحث جديد إلى أن الأنظمة الفطرية يمكن أن تظهر سلوكًا كهربائيًا يشبه الذاكرة، مما يفتح الباب أمام بنيات حوسبة غير تقليدية ومنخفضة الطاقة.

يمكن للشبكات الفطرية أن تقدم بديلاً للمكونات المعدنية الصغيرة المستخدمة عادةً لمعالجة وتخزين المعلومات الرقمية، وفقًا لدراسة جديدة.

يُعرف الفطر بمرونته الشديدة وسماته البيولوجية المميزة. هذه الصفات الطبيعية تجعلهم مرشحين أقوياء للإلكترونيات الحيوية، وهو مجال بحث متنامٍ يهدف إلى تطوير مواد جديدة لتقنيات الحوسبة المستقبلية.

تحويل الفطر الصالح للأكل إلى أجهزة ذاكرة

الباحثون في جامعة ولاية أوهايو لقد أظهرت أن الفطريات الصالحة للأكل المألوفة، بما في ذلك فطر شيتاكي، يمكن زراعتها وتكييفها لتعمل كذاكرات عضوية. Memristors عبارة عن مكونات إلكترونية تعالج المعلومات عن طريق الاحتفاظ بذاكرة الإشارات الكهربائية السابقة.

ووجد الفريق أن الأجهزة المصنوعة من فطر الشيتاكي تنتج تأثيرات ذاكرة متكررة مماثلة لتلك التي تظهر في رقائق أشباه الموصلات التقليدية. وتشير النتائج أيضًا إلى أن هذه الأنظمة الفطرية يمكن أن تكون بمثابة الأساس لمكونات حوسبة أخرى غير مكلفة وصديقة للبيئة مستوحاة من كيفية عمل الدماغ.

وقال جون لاروكو، المؤلف الرئيسي للدراسة وعالم أبحاث في الطب النفسي في كلية الطب بولاية أوهايو: “إن القدرة على تطوير رقائق دقيقة تحاكي النشاط العصبي الفعلي يعني أنك لا تحتاج إلى الكثير من الطاقة للاستعداد أو عندما لا يتم استخدام الجهاز”. “وهذا شيء يمكن أن يمثل ميزة حسابية واقتصادية محتملة هائلة.”

تدفع الاستدامة الاهتمام المتجدد بالإلكترونيات الفطرية

لقد تم استكشاف الإلكترونيات الفطرية من قبل، لكن لاروكو يقول إنها الآن جذابة بشكل خاص لبناء أنظمة حوسبة أكثر استدامة. ونظرًا لأن الفطريات قابلة للتحلل بيولوجيًا وسهلة النمو نسبيًا، فإنها تولد نفايات إلكترونية أقل وتكلفة إنتاجها أقل من الذاكرات التقليدية والذاكرات التقليدية. أشباه الموصلاتوالتي غالبًا ما تعتمد على المعادن الأرضية النادرة ومراكز البيانات كثيفة الاستخدام للطاقة.

وقال: “لقد تم استكشاف الميسليوم كركيزة حاسوبية من قبل في إعدادات أقل بديهية، لكن عملنا يحاول دفع أحد هذه الأنظمة الذاكرية إلى أقصى حدوده”.

وقد نشرت الدراسة مؤخرا في المجلة بلوس واحد.

اختبار كيفية أداء ذاكرات الفطر

ولاختبار كيفية أداء هذه الذاكرات الجديدة، قام فريق البحث بزراعة مزارع من فطر شيتاكي وفطر الزر. بعد أن وصل الفطر إلى مرحلة النضج، تم تجفيفه لدعم استقراره على المدى الطويل، وتم ربطه بدوائر إلكترونية متخصصة، وتعريضه للتحفيز الكهربائي عبر مجموعة من الفولتية والترددات.

وقال لاروكو: “سنقوم بتوصيل الأسلاك الكهربائية والمسابير في نقاط مختلفة على الفطر لأن الأجزاء المختلفة منه لها خصائص كهربائية مختلفة”. “اعتمادًا على الجهد والاتصال، كنا نرى أداءً مختلفًا.”

وبعد شهرين، اكتشف الفريق أنه عند استخدامه كذاكرة الوصول العشوائي (ذاكرة الوصول العشوائي) – ذاكرة الكمبيوتر التي تخزن البيانات – كان الممرستور الفطري الخاص بهم قادرًا على التبديل بين الحالات الكهربائية بمعدل يصل إلى 5850 إشارة في الثانية، بنسبة 90٪ تقريبًا. دقة. ومع ذلك، انخفض الأداء مع زيادة تردد الفولتية الكهربائية، ولكن مثل الدماغ الفعلي، يمكن إصلاحه عن طريق توصيل المزيد من الفطر بالدائرة.

الدافع البيئي والآثار الأوسع

وقالت قدسية تهمينا، المؤلفة المشاركة في الدراسة والأستاذة المشاركة في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في ولاية أوهايو، إن بحثهم يوضح بالتفصيل مدى سهولة برمجة الفطر والحفاظ عليه ليتصرف بطرق غير متوقعة ومفيدة. علاوة على ذلك، فهو مثال على كيفية تقدم التكنولوجيا عندما تعتمد على العالم الطبيعي.

قالت تهمينة: ​​”لقد أصبح المجتمع يدرك بشكل متزايد الحاجة إلى حماية بيئتنا وضمان الحفاظ عليها للأجيال القادمة. لذلك يمكن أن يكون هذا أحد العوامل الدافعة وراء الأفكار الجديدة الصديقة للبيئة مثل هذه”.

وقال تهمينة إن البناء على المرونة التي يوفرها الفطر يشير أيضًا إلى وجود إمكانيات لتوسيع نطاق الحوسبة الفطرية. على سبيل المثال، قد تكون أنظمة الفطر الأكبر حجمًا مفيدة في الحوسبة المتطورة واستكشاف الفضاء الجوي؛ أصغر حجمًا في تعزيز أداء الأنظمة المستقلة والأجهزة القابلة للارتداء.

لا تزال الذاكرات العضوية في مراحل التطوير المبكرة، لكن العمل المستقبلي يمكن أن يحسن عملية الإنتاج من خلال تحسين تقنيات الزراعة وتصغير الأجهزة، حيث يجب أن تكون الذاكرات الفطرية القابلة للحياة أصغر بكثير مما حققه الباحثون في هذا العمل.

قال لاروكو: “كل ما تحتاجه للبدء في استكشاف الفطريات والحوسبة يمكن أن يكون صغيرًا مثل كومة السماد وبعض الأجهزة الإلكترونية محلية الصنع، أو كبير مثل مصنع استنبات بقوالب معدة مسبقًا”. “جميعهم قادرون على البقاء بالموارد المتاحة لنا الآن.”

المرجع: “الذاكرات المستدامة من أفطورة شيتاكي للإلكترونيات الحيوية عالية التردد” بقلم جون لاروكو، قدسية تهمينا، روبن بيتريكا، جون سيمونيس وجاستن هيل، 10 أكتوبر 2025، بلوس واحد.
دوى: 10.1371/journal.pone.0328965

تم دعم هذه الدراسة من قبل معهد هوندا للأبحاث.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.