버섯으로 구동되는 살아있는 컴퓨터

버섯은 강인함과 특이한 생물학적 특성으로 잘 알려져 있으며, 이는 생체 전자 공학에 매력적입니다. 이 신흥 분야는 생물학과 기술을 혼합하여 미래 컴퓨팅 시스템을 위한 혁신적이고 지속 가능한 재료를 설계합니다.

버섯을 살아있는 기억 장치로 전환

오하이오 주립대학교 연구진은 최근 표고버섯과 같은 식용 균류를 재배하고 유기 멤리스터로 기능하도록 유도할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 이러한 구성 요소는 이전 전기 상태에 대한 정보를 유지하는 메모리 셀처럼 작동합니다.

그들의 실험은 버섯 기반 장치가 반도체 칩에서 볼 수 있는 것과 동일한 종류의 메모리 동작을 재현할 수 있음을 보여주었습니다. 또한 생산 비용이 적게 드는 친환경적이고 뇌와 유사한 컴퓨팅 도구를 만들 수도 있습니다.

“실제 신경 활동을 모방하는 마이크로칩을 개발할 수 있다는 것은 대기 또는 기계를 사용하지 않을 때 많은 전력이 필요하지 않다는 것을 의미합니다”라고 이번 연구의 주저자이자 오하이오 주립 의과대학 정신과 연구 과학자인 John LaRocco는 말했습니다. “이것은 엄청난 잠재적인 컴퓨팅 및 경제적 이점이 될 수 있는 것입니다.”

곰팡이 전자공학의 약속

LaRocco는 곰팡이 전자 장치가 아주 새로운 아이디어는 아니지만 지속 가능한 컴퓨팅을 위해 점점 더 실용적이 되고 있다고 지적했습니다. 곰팡이 물질은 생분해성이고 생산 비용이 저렴하기 때문에 전자 폐기물을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 반면, 기존 반도체는 제조 및 작동에 희귀 광물과 많은 양의 에너지가 필요한 경우가 많습니다.

“컴퓨팅 기판으로서의 균사체는 이전에 덜 직관적인 설정에서 탐색되었지만 우리 연구는 이러한 멤리스터 시스템 중 하나를 한계까지 밀어붙이려고 노력하고 있습니다”라고 그는 말했습니다.

팀의 연구 결과는 다음과 같이 발표되었습니다. 플로스원.

과학자들이 버섯 기억력을 테스트한 방법

그 능력을 테스트하기 위해 연구자들은 표고버섯과 양송이버섯 샘플을 재배했습니다. 숙성된 후에는 탈수하여 보존한 다음 맞춤형 전자 회로에 부착했습니다. 버섯은 서로 다른 전압과 주파수에서 제어된 전류에 노출되었습니다.

LaRocco는 “버섯의 개별 부분이 서로 다른 전기적 특성을 갖기 때문에 우리는 버섯의 서로 다른 지점에 전선과 탐침을 연결할 것”이라고 말했습니다. “전압과 연결성에 따라 성능이 달라졌습니다.”

버섯 회로의 놀라운 결과

두 달 간의 테스트 끝에 연구원들은 버섯 기반 멤리스터가 약 90%의 정확도로 초당 최대 5,850회 전기 상태 간에 전환할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 높은 전기 주파수에서는 성능이 저하되었지만 팀은 여러 개의 버섯을 함께 연결하면 인간 두뇌의 신경 연결과 마찬가지로 안정성을 복원하는 데 도움이 된다는 사실을 발견했습니다.

이번 연구의 공동 저자이자 오하이오 주립대 전기 및 컴퓨터 공학 부교수인 Qudsia Tahmina는 이번 결과가 버섯이 컴퓨팅에 얼마나 쉽게 적응할 수 있는지를 강조한다고 말했습니다. Tahmina는 “사회는 환경을 보호하고 미래 세대를 위해 환경을 보존해야 할 필요성을 점점 더 인식하게 되었습니다. 따라서 이는 이와 같은 새로운 친환경 아이디어의 원동력 중 하나가 될 수 있습니다.”라고 말했습니다.

Tahmina는 버섯이 제공하는 유연성을 기반으로 곰팡이 컴퓨팅을 확장할 가능성이 있음을 시사한다고 말했습니다. 예를 들어 더 큰 버섯형 시스템은 엣지 컴퓨팅과 항공우주 탐사에 유용할 수 있습니다. 자율 시스템 및 웨어러블 장치의 성능을 향상시키는 데 더 작은 규모가 필요합니다.

전망: 곰팡이 컴퓨팅의 미래

유기 멤리스터는 아직 초기 단계에 있지만 과학자들은 향후 연구에서 재배 방법을 개선하고 장치 크기를 줄이는 것을 목표로 하고 있습니다. 더 작고 더 효율적인 곰팡이 구성요소를 달성하는 것이 기존 마이크로칩에 대한 실행 가능한 대안을 만드는 데 핵심이 될 것입니다.

LaRocco는 “균류 탐색과 컴퓨팅을 시작하는 데 필요한 모든 것은 퇴비 더미와 집에서 만든 전자 제품만큼 작을 수도 있고 미리 만들어진 템플릿이 있는 배양 공장만큼 클 수도 있습니다”라고 말했습니다. “그들 모두는 현재 우리 앞에 있는 자원으로 실행 가능합니다.”

이 연구에 오하이오 주의 다른 기여자로는 Ruben Petreaca, John Simonis 및 Justin Hill이 있습니다. 이 연구는 혼다 연구소(Honda Research Institute)의 지원을 받았습니다.