オハイオ州立大学の研究チームは、シイタケやボタンマッシュルームのような一般的な食用菌類を、「メモリスタ」と呼ばれる基本的な電子部品に変えることに成功しました。メモリスタは、経験した電気的状態を記憶することができ、脳のようなコンピューティングシステムを構築するための重要なコンポーネントです。この発見は『PLOS ONE』の最新号に掲載されており、菌糸ネットワークが将来のコンピューティング技術にとって環境に優しい代替手段となる可能性を秘めており、デジタル情報の処理と保存に金属や半導体に依存する現在のマイクロエレクトロニクスデバイスを置き換える可能性があることを示唆しています。

キノコは、その驚くべき適応能力と独特の生物学的構造により、長い間注目を集めてきました。その内部は菌糸の密集したネットワークで構成されており、バイオエレクトロニクスの有望な素材となる自然な導電性を持っています。チームは、特定の条件下で栽培および脱水されたシイタケやその他のキノコのサンプルを回路に接続できることを発見しました。これらは、異なる電圧や周波数の電流を印加すると安定したメモリ効果を示します。この効果は従来の半導体チップのメモリスタの挙動に似ており、これらの有機素材は、コンピュータメモリのように電源を切った後でも情報を保持できることを意味します。

チームはキノコのさまざまな部分に電極を取り付け、組織内の差動導電性を使用してテストを行いました。2ヶ月間の実験の結果、この菌類ベースのメモリスタはランダムアクセスメモリとして使用した場合、約90%の精度で毎秒最大5850回の信号スイッチング動作を実行できることが示されました。高周波数では性能が低下しますが、これは脳がニューロンの調整された働きを通じて処理能力を高めるのと同様に、並列してより多くのキノコユニットを追加することで補うことができます。

この種の有機チップの最大の利点は、その低消費電力にあります。その動作メカニズムが生物の神経系に近いため、菌類ベースのデバイスはスタンバイ状態や非アクティブ状態ではほとんどエネルギーを消費せず、将来のコンピューティングデバイスにとって大幅なエネルギー効率と経済的な利点を提供する可能性があります。

さらに、希少金属に依存し、エネルギー集約的な製造プロセスを必要とし、分解が困難な従来の電子部品と比較して、菌類ベースのデバイスは生分解性があり、容易に入手可能な原材料を使用し、製造コストが安いため、電子廃棄物を削減し持続可能な開発を促進するのに役立ちます。菌類をコンピューティングに使用するという概念は新しいものではありませんが、本研究は、一般的な食用菌類を実用的な機能を備えたメモリスタシステムに訓練する方法を体系的に実証し、その性能限界を調査した最初の研究です。

この技術の応用範囲は広大です。より大きな菌糸ネットワークは、エッジコンピューティングや航空宇宙探査のような極限環境でのタスクに使用でき、小型化されたデバイスはウェアラブルデバイスや自律型ロボットへの統合が期待されており、その感知能力と応答性を向上させます。

私たちが食卓でよく目にするキノコが、巧みな設計によって脳型コンピューティングシステムを構築するための重要なコンポーネントである「メモリスタ」に変身するとは、想像しがたいかもしれません。メモリスタは、過去の電流パターンを「記憶」できる特殊な回路素子であり、その「メモリ内コンピューティング」は、脳内のニューロンとシナプスの働きを完全に模倣しています。この「キノコ脳」はエネルギー消費が少なく、生分解性があり、容易に入手可能な原材料を使用しており、自然な耐放射線性も備えています。本研究は、コンピューティングの未来に対する新たな可能性を実証するものです。コンピューティングデバイスは冷たい金属で作られる必要はなく、生き物のように柔軟で、環境に優しく、有機的で、効率的であり得るのです。