อิเล็กทรอนิกส์พลังเชื้อรา: จากจินตนาการไซ-ไฟ สู่ความเป็นจริงที่กำลังเกิดขึ้น

ในเรื่องน่าประหลาดที่ลบเส้นแบ่งระหว่างชีววิทยาและเทคโนโลยี นักวิจัยกำลังเริ่มใช้ประโยชน์จากเชื้อราเพื่อสร้างส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานได้จริง ความก้าวหน้าล่าสุดในวัสดุคอมโพสิตจากไมซีเลียมได้จุดประกายการอภิปรายอย่างเข้มข้นในหมู่ผู้ชื่นชอบเทคโนโลยีและนักวิทยาศาสตร์เช่นเดียวกัน ทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับอนาคตของการคำนวณและว่าธรรมชาติอาจเป็นกุญแจสำคัญต่อวิวัฒนาการทางเทคโนโลยีของเราหรือไม่

วิทยาศาสตร์เบื้องหลังแอคทูเอเตอร์และเมมริสเตอร์จากเชื้อรา

เทคโนโลยีหลักเกี่ยวข้องกับการสร้างวัสดุคอมโพสิตจากไมซีเลียม—โครงข่ายคล้ายรากของเชื้อรา—ผสมกับเส้นใยเซลลูโลสและอนุภาคเพอร์ไลต์ นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าวัสดุคอมโพสิตทางชีวภาพเหล่านี้สามารถทำงานเป็นแอคทูเอเตอร์แบบงอที่ตอบสนองต่อสัญญาณไฟฟ้า เมื่อวัสดุนี้ได้รับกระแสสลับ จะแสดงพฤติกรรมการงอที่คาดการณ์ได้ โดยทิศทางการงอเปลี่ยนไปตามขั้วของแรงดันไฟฟ้า ความสามารถในการงอที่ตั้งโปรแกรมได้นี้เปิดประตูสู่หุ่นยนต์ชีวภาพและวัสดุตอบสนอง

ที่น่าสังเกตคือ เมมริสเตอร์จากเชื้อราสามารถเติบโต ฝึกฝน และเก็บรักษาได้ผ่านการทำแห้ง โดยยังคงการทำงานที่ความถี่สูงถึง 5.85 kHz ด้วยความแม่นยำ 90 ± 1%

การวิจัยขยายเกินกว่าแอคทูเอเตอร์ง่ายๆ ไปสู่ดินแดนของการคำนวณ เมมริสเตอร์จากเชื้อรา—ส่วนประกอบที่สามารถจดจำประวัติไฟฟ้าของมัน—ได้แสดงความสามารถที่น่าประหลาดใจ วงจรชีวภาพเหล่านี้สามารถฝึกฝนและเก็บรักษาได้ผ่านการทำแห้ง โดยยังคงการทำงานแม้หลังจากถูกทำให้แห้ง เทคโนโลยีนี้ทำงานที่ความถี่สูงถึง 5.85 kHz ด้วยความแม่นยำที่น่าประทับใจ ชี้ให้เห็นศักยภาพสำหรับการประยุกต์ใช้การคำนวณพื้นฐาน

ลักษณะด้านประสิทธิภาพ

• ความถี่ในการทำงาน: สูงสุดถึง 5.85 kHz สำหรับเมมริสเตอร์จากเชื้อรา
• ความแม่นยำ: 90 ± 1% สำหรับฟังก์ชันการคำนวณ
• ช่วงแรงดันไฟฟ้า: 1-3 V สำหรับการทำงานของตัวกระตุ้น
• การรักษาการฝึก: ฟังก์ชันการทำงานยังคงอยู่ตลอดกระบวนการขจัดความชื้น

ตั้งคำถามกับการประยุกต์ใช้จริงและความสามารถในการขยายขนาด

ในขณะที่เทคโนโลยีนี้ทำให้หลงใหล ความกังวลในทางปฏิบัติกลับครอบงำการอภิปรายในชุมชน ความถี่ในการทำงานที่ค่อนข้างต่ำ—สูงสุดที่ประมาณ 6 kHz—ทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับประโยชน์ใช้สอยในโลกจริง ในยุคที่ส่วนประกอบซิลิกอนทั่วไปทำงานที่ความเร็วระดับกิกะเฮิร์ตซ์ ช่องว่างด้านประสิทธิภาพนี้เน้นให้เห็นข้อจำกัดในปัจจุบันของการคำนวณทางชีวภาพเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ที่จัดตั้งขึ้นแล้ว

คำถามเรื่องความสามารถในการขยายขนาดปรากฏขึ้นอย่างใหญ่โต อิเล็กทรอนิกส์จากเชื้อราสามารถเปลี่ยนจากสิ่งน่าสนใจในห้องปฏิบัติการไปเป็นผลิตภัณฑ์ที่สามารถแข่งขันในเชิงพาณิชย์ได้หรือไม่? ผู้แสดงความคิดเห็นบางส่วนแสดงความสงสัยเกี่ยวกับว่าเทคโนโลยีจากไมซีเลียมจะสามารถบรรลุความสม่ำเสมอในการผลิตและประสิทธิภาพที่จำเป็นสำหรับการยอมรับในวงกว้างได้หรือไม่ ในขณะที่บางคนแย้งว่าคุณค่าของมันไม่ได้อยู่ที่การแทนที่ซิลิกอนทั้งหมด แต่อยู่ที่การหาการประยุกต์ใช้เฉพาะทางที่คุณสมบัติทางชีวภาพให้ข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใคร

เครือข่ายดั้งเดิมของธรรมชาติ: ไมซีเลียมในฐานะอินเทอร์เน็ตของโลก

การอภิปรายขยายออกไปอย่างเป็นธรรมชาติเกินกว่าการประยุกต์ใช้ในห้องปฏิบัติการ เพื่อพิจารณาบทบาทตามธรรมชาติของเชื้อราในระบบนิเวศ ผู้แสดงความคิดเห็นระบุถึงวิทยาศาสตร์ที่จัดตั้งขึ้นแล้วเกี่ยวกับเครือข่ายไมซีเลียมในป่า ซึ่งเชื้อราทำหน้าที่เป็นระบบการสื่อสารของธรรมชาติ เครือข่ายใต้ดินเหล่านี้เชื่อมต่อต้นไม้และพืชต่างๆ ทำให้พวกมันสามารถแบ่งปันทรัพยากรและข้อมูล—ปรากฏการณ์ที่บางคนเปรียบเทียบกับเครือข่ายประสาทระดับป่า

ขนาดของระบบธรรมชาติเหล่านี้เป็นสิ่งที่ทำให้ตะลึง เครือข่ายไมซีเลียมเดียวในป่าสามารถมีจุดเชื่อมต่อมากกว่าจำนวนเซลล์ประสาทในสมองมนุษย์ มุมมองนี้ปรับกรอบความคิดใหม่ให้เห็นเชื้อราไม่ใช่เป็นสิ่งมีชีวิตดั้งเดิม แต่เป็นระบบเครือข่ายที่ซับซ้อนซึ่งได้ปรับปรุงการแลกเปลี่ยนข้อมูลให้สมบูรณ์แบบมาเป็นเวลาหลายล้านปี การวิจัยเกี่ยวกับอิเล็กทรอนิกส์จากเชื้อราอาจกำลังเรียนรู้จากระบบที่ธรรมชาติได้ปรับให้เหมาะสมแล้วจริงๆ

จากนิยายวิทยาศาสตร์ สู่ความเป็นไปได้ทางวิทยาศาสตร์

การสนทนามักจะสัมผัสถึงแบบแผนจากนิยายวิทยาศาสตร์เป็นประจำ ผู้แสดงความคิดเห็นระลึกถึงงานต่างๆ ที่จินตนาการถึงเทคโนโลยีอินทรีย์ ตั้งแต่ยานชีวภาพในนิยายวิทยาศาสตร์ ไปจนถึงเครือข่ายเชื้อราในเกมยอดนิยม สิ่งที่ครั้งหนึ่งดูเหมือนเป็นจินตนาการล้วนๆ ตอนนี้ดูเหมือนจะเป็นไปได้มากขึ้นเมื่อการวิจัยก้าวหน้า

ความต้านทานรังสีที่สังเกตพบในเชื้อราบางชนิด โดยเฉพาะเห็ดชิตาเกะ ชี้แนะถึงการประยุกต์ใช้ด้านการบินและอวกาศที่อาจเกิดขึ้น ซึ่งอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปอาจล้มเหลว ความทนทานนี้ ร่วมกับความสามารถในการจัดระเบียบตัวเองและซ่อมแซมตัวเองของระบบที่มีชีวิต นำเสนอข้อได้เปรียบที่น่าสนใจสำหรับสภาพแวดล้อมสุดขั้ว ในขณะที่การคำนวณหลักอาจยังคงเป็นแบบซิลิกอนในอนาคตอันใกล้ อิเล็กทรอนิกส์จากเชื้อราอาจหาที่ทางของมันในโดเมนเฉพาะทางที่เทคโนโลยีดั้งเดิมต่อสู้ดิ้นรน

สายพันธุ์เชื้อราหลักในการวิจัย

• Ganoderma lucidum: ใช้สำหรับตัวกระตุ้นคอมโพสิตเส้นใยเชื้อรา มีชื่อเสียงในด้านการเจริญเติบโตที่รวดเร็วและความต้านทานต่อความเครียดจากสิ่งแวดล้อม
• Shiitake: มีความโดดเด่นในด้านความต้านทานต่อรังสี บ่งชี้ถึงศักยภาพในการประยุกต์ใช้ด้านอวกาศ

อนาคตของการคำนวณทางชีวภาพ

การเกิดขึ้นของอิเล็กทรอนิกส์จากเชื้อราเป็นตัวแทนของมากกว่าแค่นวัตกรรมทางเทคนิคอีกอย่าง—มันท้าทายสมมติฐานพื้นฐานของเราเกี่ยวกับสิ่งที่ประกอบขึ้นเป็นเทคโนโลยีการคำนวณ ดังที่ผู้แสดงความคิดเห็นหนึ่งคนระบุไว้ การวิจัยนี้สะท้อนให้เห็นถึงการสำรวจไซเบอร์เนติกส์ในทศวรรษ 1960 เมื่อกระบวนทัศน์การคำนวณหลายแบบแข่งขันกันเพื่อความโดดเด่น วันนี้ ด้วยเทคโนโลยี CMOS กำลังใกล้ถึงขีดจำกัดทางกายภาพ แนวทางทางเลือกกำลังได้รับความเกี่ยวข้องใหม่

เส้นทางไปข้างหน้าอาจเกี่ยวข้องกับระบบไฮบริดที่ใช้ประโยชน์จากจุดแข็งของทั้งอิเล็กทรอนิกส์ทางชีวภาพและแบบดั้งเดิม ส่วนประกอบจากเชื้อราอาจโดดเด่นในบทบาทเฉพาะ เช่น การตรวจจับสิ่งแวดล้อม อินเทอร์เฟซที่ปรับตัวได้ หรือการประยุกต์ใช้ที่ต้องการการย่อยสลายได้ทางชีวภาพ การวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่เป็นตัวแทนของไม่ใช่แค่ความก้าวหน้าทางเทคนิค แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงทางปรัชญาที่มุ่งไปสู่การทำงานร่วมกับระบบชีวภาพ แทนที่จะเพียงแค่สร้างทับมัน

ชุมชนยังคงแบ่งระหว่างการมองโลกในแง่ดีอย่างระมัดระวังและความสงสัยอย่างออกนอกหน้า แต่การสนทนาด้วยตัวเองก็ส่งสัญญาณถึงวิวัฒนาการที่สำคัญในวิธีที่เราเข้าใจแนวคิดเกี่ยวกับอนาคตของเทคโนโลยี ไม่ว่าอิเล็กทรอนิกส์จากเชื้อราจะกลายเป็นเครื่องมือปฏิบัติได้หรือยังคงเป็นสิ่งน่าสนใจในห้องปฏิบัติการ มันก็ประสบความสำเร็จแล้วในการขยายจินตนาการของเราเกี่ยวกับสิ่งที่เป็นไปได้ที่จุดตัดของชีววิทยาและเทคโนโลยี

อ้างอิง: Affordable actuators from writable mycelium for high-frequency bending cycles