Tutkijat kasvattavat sienirihmastosta 95 %:n tarkkuudella matalataajuisia kytkentäpiirejä, jotka sopivat erinomaisesti bioelektroniikkaan.
Sisällysluettelo
- Sieniä hyödyntävät biolaitteet: tietojen käsittely ilman saastumista.
- Shiitake-sieni elektronisena komponenttina: elävä, kompostoitava muisti.
- Vähemmän energiaa, enemmän kestävyyttä.
- Sienirihmastoverkot: itsensä korjaaminen ja mukautuva kasvu.
- Tulevaisuuden sovellukset: akut, anturit, ympäröivä älykkyys .
Sienistä valmistetut biosirut voivat kilpailla perinteisten puolijohteiden kanssa
Shiitake-sienet voivat olla aasialaisen keittiön tähtiä, mutta nyt ne merkitsevät myös tärkeää virstanpylvästä kestävän elektroniikan kehityksessä.
Tutkijaryhmä on osoittanut, että nämä sienet voivat toimia elävänä prosessorina, joka pystyy tallentamaan ja hakemaan dataa tavalla, joka on hyvin samanlainen kuin tavallisissa siruissa… mutta ilman ympäristön pilaamista.
Shiitake
Shiitake-sienet (Lentinula edodes) ovat syötäviä sieniä, jotka kasvavat Itä-Aasiassa ja joita arvostetaan niiden täyteläisen maun ja ravintoarvon vuoksi. Luonnossa ne kasvavat puiden rungoilla kosteassa, leudossa ilmastossa, mutta nykyään niitä viljellään ympäri maailmaa niiden suosion vuoksi gastronomian ja perinteisen lääketieteen alalla. Mehevän rakenteensa ja umami-maunsa ansiosta ne ovat tulleet välttämättömäksi ainesosaksi monissa keittiöissä, erityisesti japanilaisessa ja kiinalaisessa.
Kulinaarisen käytön lisäksi shiitake-sienillä on immuunijärjestelmää stimuloivia ja antioksidanttisia ominaisuuksia, jotka johtuvat sellaisista yhdisteistä kuin beetaglukaanit ja lentiniini, jota on tutkittu sen kyvyn vahvistaa immuunijärjestelmää ja alentaa kolesterolia. Viime vuosina nämä sienet ovat herättäneet myös tutkijoiden ja teknologian kehittäjien kiinnostuksen, koska niiden sienirihmasto – maanalainen verkosto, joka tukee niitä – osoittaa sähköisiä ja rakenteellisia ominaisuuksia, joita voidaan hyödyntää esimerkiksi bioteknologiassa, kestävän kehityksen alalla ja orgaanisessa elektroniikassa.
Luonnosta inspiraationsa saaneet teknologiat
Kehitettyjen laitteiden perustana on memristori-komponentti, joka ”muistaa” sen läpi kulkeneen virran suuruuden ja muuttaa vastustaan sen mukaisesti. Perinteiset memristorit edellyttävät metallien oksidien kaltaisten materiaalien käyttöä ja erittäin ympäristöystävällisiä tuotantoprosesseja.
Sen sijaan sienimikro-organismilla kasvatetut memristorit voivat kasvaa huoneenlämmössä ilman harvinaisten maametallien käyttöä, ja ne voidaan kompostoida käyttöiän päätyttyä.
Ja mikä mielenkiintoisinta: ne toimivat . Tutkijat ovat vahvistaneet, että dehydraation ja piiriin kytkemisen jälkeen shiitake-sienirihmasto voi toimia orgaanisena memristorina, joka pystyy toimimaan taajuuksilla jopa 5850 Hz 90 %:n kytkentätarkkuudella. Alemmilla taajuuksilla tarkkuus on jopa 95 %.
Tämä avaa tien uudelle sukupolvelle biohajoavia, energiatehokkaita ja edullisia komponentteja .
Mikä on memristorin käsite?
Memristori (lyhenne sanoista ”memory resistor”) on elektroninen komponentti, joka kykenee muistamaan sen läpi kulkeneen sähkövirran suuruuden ja muuttamaan vastustaan tämän tiedon perusteella. Toisin sanoen, sen käyttäytyminen riippuu sen sähköisestä ”muistista”: kun memristori sammutetaan ja käynnistetään uudelleen, se säilyttää tiedot edellisestä tilastaan. Tämä periaate tekee siitä erityisen hyödyllisen kehitettäessä neuromorfisia piirejä, jotka jäljittelevät aivojen synapsien toimintaa, sekä energiaa säästäviä tietovarastoja, joissa tiedot eivät häviä virran katketessa.
Memristori (lyhenne sanoista ”memory resistor”) on elektroninen komponentti, joka kykenee muistamaan sen läpi kulkeneen sähkövirran suuruuden ja muuttamaan vastustaan tämän tiedon perusteella. Toisin sanoen, sen käyttäytyminen riippuu sen sähköisestä ”muistista”: sammutuksen ja uudelleenkäynnistyksen jälkeen memristori säilyttää tiedot edellisestä tilastaan. Tämä periaate tekee siitä erityisen hyödyllisen kehitettäessä neuromorfisia piirejä, jotka jäljittelevät aivojen synapsien toimintaa, sekä energiankestävistä tietovarastoista, joissa tiedot eivät häviä virran katketessa.
Metselliset verkostot: paljon enemmän kuin vain sieniä
Metselli ei ole vain passiivinen materiaali. Se on elävä, monimutkainen verkosto, joka reagoi sähköisiin ärsykkeisiin , välittää signaaleja ja kykenee itsensä korjaamiseen .
Tavallaan se käyttäytyy kuin primitiivinen neuroverkko. Tämä ominaisuus tekee siitä ihanteellisen rajapinnan bioelektroniselle teknologialle: ympäristön antureille, biokompatibeleille ohjaimille ja jopa hajautetun tekoälyn perusmuodoille.
Jotkut eurooppalaiset laboratoriot, kuten epätavanomaisen laskennan laboratorio Länsi-Englannin yliopistossa, ovat jo vuosia tutkineet mahdollisuuksia käyttää sienirihmastoa rinnakkaisessa tietojenkäsittelyssä. Uudet kokeet, jotka on tehty Ohiossa, osoittavat, että näitä ideoita voidaan laajentaa ja kehittää.
Vaikutukset ympäristöön ja yhteiskuntaan
Siinä missä piisirut vaativat intensiivistä louhintaa, tuottavat päästöjä ja synnyttävät kierrätyskelvotonta jätettä, sienirihmasto-biosirut voidaan kasvattaa orgaanisella jätteellä minimaalisella energiankulutuksella. Lisäksi tämä teknologia on saatavilla , mikä avaa mahdollisuuksia maaseutuyhteisöille, riippumattomille tutkijoille ja koulutusaloitteille.
Maailmassa, joka on ylikyllästetty vanhentuneilla elektronisilla laitteilla ( YK:n mukaan vuonna 2024 maailman elektroniikkajätteen määrä ylitti 59 miljoonaa tonnia) , tämä vaihtoehto on paitsi lupaava myös erittäin tarpeellinen.
Samaan aikaan Saksassa ja Alankomaissa toteutettavissa projekteissa arvioidaan jo mahdollisuutta käyttää sienirihmastoa elektroniikkapinnoitteisiin, biohajoaviin eristeisiin ja jopa ympäristön energian talteenottojärjestelmiin.
Potentiaali
Sienten integroiminen teknologiaan ei ole tieteiskirjallisuutta. Se on todellinen tie kohti:
- Elektroniikkateollisuuden ympäristövaikutusten radikaalia vähentämistä.
- Kompostoitavien laitteiden kehittämistä, jotka käytön jälkeen integroituvat takaisin ekosysteemiin.
- Luoda eläviä antureita ympäristön seurantaan , jotka pystyvät havaitsemaan epäpuhtaudet, kosteuden tai lämpötilan muutokset.
- Suunnitella älykkäitä, vähän energiaa kuluttavia järjestelmiä, jotka eivät ole riippuvaisia suurista infrastruktuureista.
- Teknologian demokratisointi: kuka tahansa, jolla on perustiedot, voi valmistaa omia komponentteja.
Kuvittele antureita, jotka on sijoitettu ympäri kaupunkipuutarhoja ja jotka mittaavat typpitasoa ja säätelevät kastelua, tai lämpöön reagoivia sienirihmastoja, jotka toimivat passiivina ilmanvaihtojärjestelminä. Voisimme jopa nähdä hajautettuja tietojenkäsittelyverkostoja, jotka perustuvat luonnolliseen kasvuun ja kehittyvät yhdessä ympäristön kanssa.
Myseeli voi muuttaa muutakin kuin laskentamenetelmiämme. Se voi opettaa meitä ajattelemaan uudelleen suhtautumistamme teknologiaan : vähemmän nopeutta, enemmän kestävyyttä. Vähemmän jätettä, enemmän uusiutumista.
