În interiorul laboratorului care cultivă computere-ciuperci, cercetătorii spun că „planifică să facă un creier din ciuperci”: scenariul desprins din The Last of Us

La prima vedere, Laboratorul de Calcul Neconvențional arată ca un spațiu de lucru obișnuit, cu computere și instrumente științifice. Dar dacă te uiți cu atenție, ciudățeniile încep să apară.

O serie de videoclipuri împărtășite cu PopSci arată aspectele neobișnuite ale acestei cercetări: deasupra birourilor aglomerate, există recipiente mari de plastic cu electrozi care ies dintr-o substanță asemănătoare spumei și o placă de bază masivă cu mici ciuperci care cresc deasupra.

Nu, acest laborator nu încearcă să recreeze scene din „The Last of Us”. Cercetătorii de acolo au lucrat la lucruri de genul acesta de ceva vreme: a fost fondat în 2001, cu convingerea că computerele secolului viitor vor fi făcute din sisteme chimice sau vii, care vor funcționa în armonie cu hardware-ul și software-ul.

De ce? Integrarea acestor dinamici complexe și arhitecturi de sistem în infrastructura de calcul ar putea permite, theoretic, procesarea și analizarea informațiilor în moduri noi. Și este cu siguranță o idee care a câștigat teren recent, așa cum s-a văzut prin algoritmi bazați pe biologie experimentală și prototipuri de senzori de microbi și plăci de circuite.

Cu alte cuvinte, cercetătorii încearcă să vadă dacă ciupercile pot îndeplini funcții de calcul și de detectare. Cu computerele fungice, miceliul – structura rădăciii ramificate, asemănătoare unei rețele a ciupercii – acționează ca un conductor, precum și componentele electronice ale unui computer. Ele pot primi și trimite semnale electrice, precum și pot păstra memoria.

„Amestec culturi de miceliu cu cânepă sau cu așchii de lemn, apoi îl pun în cutii de plastic închise și permit miceliului să colonizeze substratul”, spune Andrew Adamatzky, directorul Laboratorului de Calcul Neconvențional de la Universitatea din vestul Angliei, în Bristol.

„Apoi, introducem electrozi și înregistrăm activitatea electrică a miceliului. Deci, prin stimulare, devine activitate electrică și apoi obținem răspunsul”.

El observă că acesta este singurul laborator umed din Marea Britanie – unul în care sunt prezente substanțe chimice, lichide sau biologice – în orice departament de informatică.

Cum vor fi făcute computerele din ciuperci

Calculatoarele clasice de astăzi văd problemele ca fiind binare: unu și zerourile care reprezintă abordarea tradițională pe care o folosesc aceste dispozitive. Cu toate acestea, majoritatea dinamicilor din lumea reală nu pot fi întotdeauna surprinse prin intermediul acestui sistem.

Acesta este motivul pentru care cercetătorii lucrează la tehnologii precum computerele cuantice (care ar putea simula mai bine moleculele) și cipurile vii bazate pe celule cerebrale (care ar putea imita mai bine rețelele neuronale), deoarece acestea pot reprezenta și procesa informații în moduri diferite, utilizând o serie de funcții complexe, multidimensionale și oferind calcule mai precise pentru anumite probleme.

Deja oamenii de știință știu că ciupercile rămân conectate cu mediul și cu organismele din jurul lor folosind un fel de comunicare. Este posibil să fi auzit despre acest lucru, numit rețea de arie largă. Prin descifrarea limbajului folosit de ciuperci pentru a trimite semnale prin această rețea biologică, oamenii de știință ar putea nu doar să obțină informații despre starea ecosistemelor subterane, ci și să le folosească pentru a îmbunătăți propriile sisteme de informații.

Astfel, calculatoarele ciuperci ar putea oferi unele avantaje față de computerele convenționale. Deși nu vor putea egala niciodată vitezele mașinilor moderne de astăzi, ele ar putea fi mai tolerante la erori (se pot autoregenera), reconfigurabile (cresc și evoluează în mod natural) și consumă foarte puțină energie.

Înainte de a da peste ciuperci, Adamatzky a lucrat la computere cu mucegaiuri Slime — da, asta implică utilizarea mucegaiului Slime pentru a rezolva probleme de calcul — din 2006 până în 2016. Physarum, așa cum sunt numite științific mucegaiurile Slime, este o creatură asemănătoare amibei care își împrăștie masa în mod amorf.

Formele pentru Slime sunt „inteligente”, ceea ce înseamnă că își pot rezolva problemele, cum ar fi găsirea celei mai scurte căi printr-un labirint, fără ca programatorii să le dea instrucțiuni sau parametri exacți despre ce să facă. Cu toate acestea, ele pot fi controlate și prin diferite tipuri de stimuli și pot fi utilizate pentru a simula porțile logice, care sunt blocurile de bază pentru circuite și electronice.

O mare parte din munca cu mucegaiurile Slime a fost făcută pe organisme ceea ce sunt cunoscute sub numele de „arborele Steiner” sau „arborele de întindere”, care sunt importante în proiectarea rețelei și sunt rezolvate prin utilizarea algoritmilor de optimizare pentru identificarea căii.

„Cu mucegaiul Slime, am imitat căi și drumuri. Am publicat chiar și o carte despre bioevaluarea rețelelor de transport rutier”, spune Adamatzky.

„De asemenea, am rezolvat multe probleme cu geometria de calcul. Am folosit, de asemenea, forme de Slime pentru a controla roboții”.

Când și-a încheiat proiectele cu mucegai, Adamatzky s-a întrebat dacă s-ar întâmpla ceva interesant dacă ar începe să lucreze cu ciuperci, un organism care este asemănător, dar, în același timp, extrem de diferit de Physarum.

„Am descoperit, de fapt, că ciupercile produc vârfuri asemănătoare potențialului de acțiune. Aceleași vârfuri pe care le produc neuronii”, spune el.

„Suntem primul laborator care a raportat despre activitatea de creștere a ciupercilor măsurată cu microelectrozi și primul care a dezvoltat calcularea fungică și electronica fungică”.

Ca referință, în creier, neuronii folosesc activități și modele de creștere pentru a comunica semnale, iar această proprietate a fost imitată pentru a crea rețele neuronale artificiale. Miceliul face ceva similar. Aceasta înseamnă că cercetătorii pot folosi prezența sau absența unui vârf, ca zero sau unu, și pot codifica intervalele și spațiile diferite ale vârfurilor care sunt detectate pentru a se corela cu diferitele porți văzute în limbajul de programare a computerului.

În plus, miceliul, odată stimulat în două puncte separate, conductivitatea dintre ele crește și comunică mai rapid și mai fiabil, permițând stabilirea memoriei. Acesta este modul în care celulele creierului formează obiceiuri.

Miceliul cu geometrii diferite poate calcula diferite funcții logice și poate mapa aceste circuite, pe baza răspunsurilor electrice pe care le primește: „Dacă trimiteți electroni, aceștia vor crește. „Este posibil să implementez circuite neuromorfe… Putem spune că plănuiesc să fac un creier din ciuperci”, spune Adamatzky.

Până acum, cercetătorii au lucrat cu ciuperci de stridii (Pleurotus djamor), ciuperci fantomă (Omphalotus nidiformis), ciuperci bracket (Ganoderma resinaceum), ciuperci Enoki (Flammulina velutipes), ciuperci branhiale despicate (Schizophyllum comuna) și ciuperci omide (Cordyceps militari).

„În acest moment sunt doar studii de fezabilitate. Demonstrăm doar că este posibil să implementăm calculul și că este posibil să implementăm circuite logice de bază și circuite electronice de bază cu miceliu”, spune Adamatzky.

„În viitor, putem crește computere cu miceliu și dispozitive de control mai avansate”, conchide autorul studiului.