Dusan Stankovic/Getty Images

Terwijl het menselijk brein nog steeds beter is dan onze personal computers in veel cognitieve taken, proberen onderzoekers nu die kloof te dichten door machines te bouwen die de opmerkelijke efficiëntie van de hersenen nabootsen.

Industriegiganten zoals IBM en Intel hebben al neuromorfe chips geïntroduceerd die de werklast van kunstmatige intelligentie versnellen, maar hun prestaties worden nog steeds beperkt door de moeilijkheid en de kosten van het produceren van de gespecialiseerde hardware.

Onderzoekers van de Ohio State University stellen een radicaal goedkoper alternatief voor:het gebruik van het wortelachtige netwerk van een gewone paddenstoel. Het mycelium van shiitake-schimmels vormt vertakkende structuren die sterk lijken op neurale netwerken, en net als hersenen kan het opkomend gedrag vertonen wanneer de eenvoudige eenheden met elkaar interacteren.

Hoofdwetenschapper Dr. John LaRocco, een neurale ingenieur bij OSU, assembleerde een circuit door shiitake-mycelium aan te sluiten op standaard computerbedrading en paste vervolgens gecontroleerde spanningspulsen toe. Via verschillende bevestigingspunten zond het schimmelnetwerk signalen uit met frequenties tot 5,85 kHz (ongeveer 5.850 pulsen per seconde), vergelijkbaar met de eerste op silicium gebaseerde memristors. Nog opvallender was dat het mycelium zijn interne weerstand aanpaste als reactie op herhaalde stimuli, waardoor het effectief de signaalsnelheid leerde optimaliseren.

Paddenstoelenmemristors:een veelbelovende nieuwe technologie

Traditionele computers vertrouwen op transistors:kleine schakelaars die, wanneer ze gecombineerd worden, binaire gegevens verwerken. Transistors missen echter het intrinsieke geheugen van neuronen, waardoor biologische hersenen kunnen leren door verbindingen uit het verleden op te slaan. Een apparaat dat kan onthouden (ook wel memristor genoemd) overbrugt die kloof en functioneert als een kunstmatig neuron.

Het team van LaRocco demonstreert dat shiitake-mycelium als memristor kan dienen en signaalsnelheden kan leveren die vergelijkbaar zijn met die van vroege siliciumimplementaties, terwijl er geen zeldzame aardmetalen of complexe fabricagestappen nodig zijn. De kostenbesparingen zijn aanzienlijk:het produceren van op mycelium gebaseerde chips is veel minder hulpbronnenintensief dan op silicium en metaal gebaseerde tegenhangers.

Naast de economische aspecten biedt de schimmelbenadering nog meer voordelen. Shiitake-mycelium vertoont stralingsweerstand, een eigenschap die het geschikt zou kunnen maken voor ruimtevaarttoepassingen waar conventionele siliciumapparaten kwetsbaar zijn.

Hoewel ze zich nog in de experimentele fase bevinden, illustreren deze bevindingen hoe de eigen technische oplossingen van de natuur, zoals schimmelnetwerken, baanbrekende computertechnologieën kunnen inspireren.