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Un componente eléctrico de memoria llamado "memristor" (memoria + resistor) está atrayendo la atención hacia las computadoras de próxima generación. Si bien esta tecnología tiene la excelente propiedad de almacenar estados eléctricos, su producción requiere minerales raros y fábricas de semiconductores a gran escala.
En los últimos años, los bioprocesadores denominados “organoides cerebrales”, que utilizan células cerebrales cultivadas, han ganado popularidad; sin embargo, requieren mantenimiento y una gestión compleja en biorreactores. Ahora, un equipo de investigación estadounidense ha demostrado que el micelio de los hongos puede funcionar como un memristor.
El micelio es un conjunto de hongos con una estructura filamentosa y radicular que crece sobre madera muerta y otras superficies bajo ciertas condiciones. En tiempos recientes, se ha investigado activamente su potencial como nueva fuente de materiales, incluyendo fibras biopoliméricas funcionales biodegradables.
“Si pudiéramos desarrollar un microchip que imitara la actividad neuronal real, podríamos reducir drásticamente la cantidad de energía consumida cuando la máquina no está en uso”, explica el director del estudio, John LaRocco, de la Facultad de Medicina de la Universidad Estatal de Ohio. “Esto podría tener importantes ventajas tecnológicas y económicas”.
Ecológico y de bajo costo
LaRocco y su equipo cultivaron micelio de shiitake y otros hongos en placas de Petri estándar y lo almacenaron secándolo al sol una vez que alcanzó su pleno desarrollo. Este proceso transforma el micelio en estructuras rígidas con forma de disco. Cuando se van a utilizar, se pueden rehidratar rociándolos con agua para restaurar sus propiedades eléctricas.
Los investigadores conectaron electrodos a las muestras preparadas y midieron la respuesta al hacer pasar corrientes de diferentes voltajes y frecuencias. Dado que las distintas partes del micelio presentan propiedades eléctricas diferentes, buscaron las condiciones óptimas variando los puntos de conexión.
Tras aproximadamente dos meses de experimentos, se descubrió que el memristor basado en shiitake era capaz de cambiar de estado eléctrico hasta 5,850 veces por segundo con una precisión cercana al 90%. En particular, al aplicar una onda sinusoidal de 10 Hz a 1 V, apareció una curva en forma de ocho (conocida como ‘bucle de histéresis estrecho’), característica de un memristor ideal.
Esto demuestra claramente que el micelio recuerda el flujo eléctrico. Los investigadores afirman que, si bien el rendimiento disminuyó a frecuencias más altas, la conexión de múltiples muestras restableció la estabilidad, un fenómeno que, según ellos, se asemeja mucho al efecto de red de las conexiones neuronales en el cerebro humano.
La principal ventaja de los memristores basados en micelio es su sostenibilidad. Los semiconductores convencionales requieren óxidos de metales de transición raros o estructuras basadas en silicio para su fabricación, y su eliminación supone una importante carga ambiental.
En cambio, los hongos se obtienen de biomasa orgánica y son biodegradables, lo que significa que tienen un impacto ambiental mínimo. Además, su cultivo es económico y su producción es fácilmente escalable, lo que permite una adaptación flexible desde experimentos a pequeña escala en placas de Petri hasta la producción en masa a escala industrial.
Uso escalable en muchos campos
Lo más destacable es que este memristor podría ser altamente resistente a la radiación. Los semiconductores convencionales siempre corren el riesgo de sufrir fallos de funcionamiento debido a la radiación espacial. Los componentes derivados de hongos no solo ofrecen flexibilidad física y eficiencia energética, sino que también tienen el potencial de seguir funcionando con normalidad en entornos hostiles, como el espacio.
En el futuro, se espera que la flexibilidad y escalabilidad de los hongos se aprovechen en una amplia gama de campos, desde aplicaciones a macroescala como la computación en el borde y la exploración espacial hasta aplicaciones a microescala como los sistemas autónomos y los dispositivos portátiles. Esto podría conducir a la creación de sustratos informáticos con la adaptabilidad y las capacidades de autorreparación propias de los organismos vivos, que no se encuentran en los componentes electrónicos convencionales.
Sin embargo, aún quedan varios retos por superar antes de que pueda tener un uso práctico. La muestra actual es relativamente grande y se requiere una mayor miniaturización para competir con los microchips convencionales existentes. Además, dado que las propiedades eléctricas de los micelios individuales varían incluso cuando se cultivan en el mismo medio, establecer un proceso de fabricación estable es una tarea urgente.
El equipo de investigación planea desarrollar una técnica para cultivar micelio con formas ideales mediante el uso de una impresora 3D y un método para incorporar contactos eléctricos durante el cultivo. También están explorando la manera óptima de conservarlo a largo plazo, combinando diversas técnicas como la liofilización y recubrimientos especiales.
Es así como los hongos shiitake, un ingrediente alimentario común, arroja luz sobre los desafíos contradictorios que supone resolver el problema de los residuos electrónicos y desarrollar tecnología informática de próxima generación.
