Científicos de la Universidad Estatal de Ohio han logrado que los hongos shiitake funcionen como procesadores vivientes, almacenando y recuperando datos como un chip semiconductor tradicional, pero con una huella ambiental casi nula.
Los investigadores han demostrado que los hongos pueden ser entrenados para actuar como memristores – componentes microscópicos utilizados para procesar y almacenar datos en chips de computadora. El equipo encontró que los dispositivos basados en shiitake demostraron efectos de memoria reproducibles similares a los chips basados en semiconductores y podrían usarse para crear otros tipos de componentes de bajo costo, ecológicos e inspirados en redes neuronales.
Un avance en computación biológica
«Poder desarrollar microchips que imiten la actividad neuronal real significa que no necesitas mucha energía para el modo de espera o cuando la máquina no está siendo utilizada», explicó John LaRocco, autor principal e investigador del Colegio de Medicina de la Universidad Estatal de Ohio. «Eso puede ser una enorme ventaja computacional y económica potencial».
Un memristor («memory resistor») es un elemento de circuito que cambia su resistencia dependiendo de cuánta corriente ha pasado a través de él – esencialmente, recuerda la actividad eléctrica pasada. Los memristores tradicionales están hechos de óxidos metálicos o silicio y requieren minerales de tierras raras, producción a alta temperatura y mucha energía para funcionar.
Ventajas del micelio fúngico
En contraste, el micelio fúngico – la red subterránea de filamentos que ayuda a los hongos a alimentarse y comunicarse – puede cultivarse a temperatura ambiente y, al final de su ciclo de vida, ser fácilmente compostado.
«El micelio como sustrato de computación ha sido explorado antes en configuraciones menos intuitivas, pero nuestro trabajo trata de llevar uno de estos sistemas memristivos a sus límites», agregó LaRocco.
Metodología y resultados
Los investigadores cultivaron hongos shiitake y champiñones en un sustrato orgánico en placas de Petri hasta que la muestra estuvo cubierta con una densa alfombra micelial. Estas alfombras fueron luego deshidratadas y conectadas a circuitos electrónicos. Cuando se aplicaron voltajes – desde 10 Hz hasta 5.850 Hz – los circuitos de hongos comenzaron a comportarse como memristores orgánicos.
«Conectaríamos cables eléctricos y sondas en diferentes puntos de los hongos porque distintas partes tienen diferentes propiedades eléctricas», dijo LaRocco. «Dependiendo del voltaje y la conectividad, estábamos viendo diferentes rendimientos».
Rendimiento impresionante
Después de dos meses, el equipo descubrió que cuando se usaba como RAM, el memristor de hongo era capaz de cambiar entre estados eléctricos – y mantener esa información – a hasta 5.850 señales por segundo, con alrededor del 90% de precisión. A bajas frecuencias, logró hasta 95% de precisión de conmutación.
El rendimiento disminuyó a medida que aumentaba la frecuencia de los voltajes, pero esto podía remediarse conectando más hongos al circuito.
El futuro de la biocomputación
Aunque la electrónica basada en hongos no es completamente nueva, los científicos han mostrado un interés creciente en usar hongos para computación y producción de energía. El micelio forma una cuadrícula tridimensional auto-reparable que transmite impulsos eléctricos en respuesta a estímulos, no muy diferente a las neuronas en un cerebro.
A diferencia del silicio, este tipo de sistema orgánico es flexible, escalable y capaz de crecer en nuevas configuraciones. Y, por supuesto, es mucho más ecológico que los modelos sintéticos actuales.
Perspectivas futuras
«La sociedad se ha vuelto cada vez más consciente de la necesidad de proteger nuestro medio ambiente y asegurar que lo preservemos para las generaciones futuras», dijo la coautora Qudsia Tahmina, profesora asociada de ingeniería eléctrica y computacional en la Universidad Estatal de Ohio. «Ese podría ser uno de los factores impulsores detrás de nuevas ideas bio-amigables como estas».
Aunque aún es temprano para los memristores orgánicos, los investigadores planean buscar formas de cultivar hongos que reduzcan los dispositivos al tamaño que necesitarían para uso en el mundo real. Los investigadores ya están trabajando en usar hongos para baterías y para generar electricidad.
«Todo lo que necesitarías para comenzar a explorar hongos y computación podría ser tan pequeño como un montón de compost y algo de electrónica casera, o tan grande como una fábrica de cultivo con plantillas prefabricadas», dijo LaRocco. «Todos son viables con los recursos que tenemos frente a nosotros ahora».
