أجهزة الكمبيوتر التي تعمل بالطاقة الفطر؟ العلماء يحققون ذلك. أعرف كيف |

مع تزايد الطلب العالمي على الحوسبة، يبحث العلماء عن مواد جديدة يمكنها تقديم معالجة موفرة للطاقة دون الاعتماد على المعادن الأرضية النادرة أو تصنيع أشباه الموصلات المعقدة. برزت الحوسبة العصبية، المصممة لتقليد البنية العصبية للدماغ البشري، كواحدة من أكثر الحدود الواعدة في الذكاء الاصطناعي ومعالجة البيانات منخفضة الطاقة. ومع ذلك، فإن المواد المستخدمة حاليًا لبناء الأجهزة العصبية كثيفة الاستخدام للموارد ومكلفة بيئيًا. واستجابة لذلك، يقوم الباحثون باستكشاف الأنظمة البيولوجية غير التقليدية التي تظهر سلوكًا كهربائيًا يشبه الخلايا العصبية. ومن بين هذه الفطريات، تكتسب الفطريات الاهتمام بسبب إشاراتها الكهربائية التكيفية ومرونتها الملحوظة، وخاصة الأنواع مثل فطر اللينتينولا، المعروف باسم فطر شيتاكي.أ دراسة حديثة نشرت في PLOS One أثبت الباحثون أن فطر الشيتاكي يمكن أن يكون بمثابة ذاكرات مستدامة، وهي مكونات صغيرة تكرر وظائف الذاكرة والتعلم في المشابك العصبية. ومن خلال زراعة أفطورة الشيتاكي وربطها بالأقطاب الكهربائية، لاحظ العلماء استجابات كهربائية متكررة مماثلة لتلك التي تظهر في الخلايا العصبية البيولوجية. وتشير النتائج إلى أن الإلكترونيات الحيوية القائمة على الفطريات قد تكون في يوم من الأيام بمثابة بدائل منخفضة التكلفة وقابلة للتحلل الحيوي لمواد الحوسبة التقليدية، مما يوفر طريقًا نحو أنظمة ذكاء اصطناعي قابلة للتطوير وصديقة للبيئة.

من السيليكون إلى الفطريات: تطور الحوسبة العصبية

تهدف الحوسبة العصبية إلى تكرار كيفية معالجة الدماغ البشري للمعلومات وتخزينها باستخدام الحد الأدنى من الطاقة. إن أشباه الموصلات التقليدية، على الرغم من كفاءتها، تكافح من أجل تحقيق القدرة على التكيف وسلوك التعلم الذاتي للشبكات العصبية. تعمل الميمرستورات، وهي مكونات إلكترونية قادرة على الاحتفاظ بالذاكرة من خلال التغيرات في المقاومة الكهربائية، على معالجة هذه الفجوة عن طريق محاكاة وظيفة التشابك العصبي. ومع ذلك، فإن تصنيع هذه الأجهزة بشكل تقليدي يتطلب معادن نادرة وتقنيات تصنيع عالية الطاقة.يسلط بحث PLOS One الضوء على أن الفطريات قد توفر بديلاً مستدامًا. تُظهِر الشبكة الفطرية لفطر شيتاكي نشاطًا كهربائيًا طبيعيًا، مع انتشار الإشارات عبر خيوطها بطرق تشبه إطلاق الخلايا العصبية. وعندما تنمو هذه المادة الحية في ظل ظروف خاضعة للرقابة، فإنها تشكل مسارات موصلة تستجيب ديناميكيًا للمدخلات الكهربائية. حققت الذاكرات الفطرية الناتجة دقة تصل إلى 90% عند ترددات تصل إلى 5.85 كيلو هرتز، مما يدل على الاحتفاظ بالإشارة بشكل موثوق والقدرة على التكيف. يمكن لهذه الآلية البيولوجية، بمجرد تحسينها، أن تقلل من البصمة البيئية المرتبطة بالأجهزة العصبية القائمة على أشباه الموصلات مع الحفاظ على وظائف قابلة للمقارنة.

الذكاء الكهربائي في الطبيعة: كيف تعالج الفطريات المعلومات

لقد تم التعرف على الفطريات منذ فترة طويلة بسبب شبكاتها المعقدة الموجودة تحت الأرض والتي تسمح للمستعمرات بمشاركة العناصر الغذائية والاستجابة للمحفزات البيئية. تُظهر هذه الشبكات نفسها أيضًا تقلبات محتملة كهربائية تشبه النشاط الشبيه بالخلايا العصبية. تنتج أفطورة شيتاكي، على وجه الخصوص، تغيرات في الجهد قابلة للقياس والتي يمكن تدريبها وإعادة برمجتها استجابة للمدخلات الكهربائية. تعكس هذه العملية بشكل فعال كيفية تقوية أو ضعف المشابك العصبية من خلال التحفيز المتكرر، وهو مبدأ أساسي للتعلم في الأنظمة العصبية.في الاختبارات المعملية، حافظت عينات الشيتاكي المجففة على سلوكها الذاكري، مع الحفاظ على الذاكرة الكهربائية بعد معالجة الجفاف. تميز هذه المتانة المواد الفطرية عن الأعضاء العصبية الحساسة، والتي تتطلب مفاعلات حيوية مكلفة وغير مستقرة. يسمح التركيب البيولوجي للفطريات لها بالعمل في ظل ظروف بيئية متغيرة مع استهلاك الحد الأدنى من الطاقة. تفتح هذه الخصائص إمكانيات إنشاء أنظمة إلكترونية حيوية خفيفة الوزن ومكتفية ذاتيًا يمكنها التكيف مع البيانات الجديدة في الوقت الفعلي. ونتيجة لذلك، فإن الحوسبة الفطرية لا تمثل حداثة فحسب، بل تمثل نقلة نوعية محتملة في كيفية تصميم مواد معالجة البيانات وصيانتها.

التصميم المرن: مقاومة الإشعاع وإمكانات تكنولوجيا الفضاء

بالإضافة إلى قدراتها الكهربائية، تمتلك الفطريات قدرة غير عادية على تحمل الإشعاع والبيئات القاسية. يحتوي فطر شيتاكي، على وجه الخصوص، على مركبات مثل اللينتينان، وهو عديد السكاريد الذي يعزز السلامة الهيكلية ويوفر حماية مضادة للأكسدة ضد الإجهاد التأكسدي. هذه المرونة البيوكيميائية تمكن الفطريات من البقاء على قيد الحياة بعد تعرضها للإشعاعات المؤينة، مما يجعلها مرشحة قوية لإلكترونيات الفضاء الجوي، حيث تتحلل المواد التقليدية في كثير من الأحيان.أظهرت التجارب التي أجريت على الأنواع الفطرية في الفضاء أن بعض الهياكل الفطرية تتكيف شكلياً تحت الإشعاع، وربما من خلال إنتاج الميلانين ومركبات وقائية أخرى. توسع دراسة PLOS One هذا الفهم من خلال إظهار أن الذاكرات المبنية على شيتاكي تظل فعالة حتى بعد الجفاف والضغط البيئي، مما يشير إلى أنها يمكن أن تحتفظ بالخصائص الحسابية في الظروف القاسية. من الناحية النظرية، يمكن زراعة هذه الأنظمة البيولوجية مباشرة في موائل خارج كوكب الأرض، مما يقلل الحاجة إلى نقل مواد أشباه الموصلات الهشة من الأرض. بالنسبة للمهمات طويلة الأمد، مثل الإصلاح الذاتي، يمكن لأنظمة الحوسبة القابلة للتحلل الحيوي أن تكون بمثابة مكونات مستدامة لأجهزة الاستشعار المدمجة والروبوتات المستقلة.

التكنولوجيا المستدامة: الوعد بالإلكترونيات القابلة للتحلل

لقد أصبح من الصعب على نحو متزايد تجاهل التكلفة البيئية للحوسبة التقليدية. يتطلب تصنيع أشباه الموصلات قدرًا كبيرًا من الطاقة، والمذيبات الكيميائية، والمعادن غير المتجددة، وكلها تساهم في التلوث والنفايات الإلكترونية. في المقابل، تُشتق الإلكترونيات الفطرية من الكتلة الحيوية المتجددة، ويمكن زراعتها باستخدام وسائط مغذية منخفضة التكلفة، وتتحلل بشكل طبيعي بعد الاستخدام. اعتمدت عملية الزراعة الموضحة في بحث PLOS One على مواد عضوية مثل بذور الفارو وجنين القمح، مما يدعم فكرة إمكانية إنتاج مكونات الحوسبة المعقدة بدون منشآت صناعية أو منتجات ثانوية سامة.علاوة على ذلك، تتوافق المواد ذات الأساس الفطري مع الحركة الأوسع نحو الإلكترونيات الخضراء. وتوفر خصائصها الخفيفة والمرنة والموفرة للطاقة مزايا ليس فقط في مجال الحوسبة ولكن أيضًا في التكنولوجيا القابلة للارتداء والاستشعار البيئي والمزروعات الطبية. ونظرًا لأن الأنظمة الفطرية تعمل من خلال الإشارات الكهربائية الحيوية، بدلًا من الدوائر التقليدية، فقد تتكامل بشكل أكثر سلاسة مع الأنسجة الحية، مما يمهد الطريق لواجهات بيولوجية رقمية هجينة. مع تطور هندسة الأشكال العصبية، يمكن لمثل هذه التصاميم المستوحاة بيولوجيًا أن تساعد في سد الفجوة بين الذكاء الاصطناعي والعضوي.

الحدود التالية للآلات الذكية

على الرغم من أن الحوسبة الفطرية لا تزال في مراحلها التجريبية، إلا أن آثارها المحتملة كبيرة. تمثل دراسة PLOS One واحدة من أولى الأدلة على أن الفطر الصالح للأكل يمكنه أداء وظائف عصبية بدقة قابلة للقياس. ومن خلال الربط بين علم الأحياء والإلكترونيات، يشير البحث إلى مستقبل حيث يمكن لأجهزة معالجة البيانات أن تنمو وتتكيف، بل وتصلح نفسها باستخدام العمليات الطبيعية. إن التحسين المستمر لتقنيات الزراعة، وطرق الحفظ، والتصغير يمكن أن يجعل الذاكرات الفطرية قابلة للحياة للتكامل على نطاق واسع في أنظمة الحوسبة.إن فكرة أن الذكاء يمكن أن ينشأ من المادة العضوية لم تعد مقتصرة على الخيال العلمي. مع كل دراسة جديدة، تصبح إمكانية بناء أجهزة كمبيوتر حية وموفرة للطاقة أكثر وضوحًا. قد يجد فطر شيتاكي، الذي كان يحظى بتقدير كبير في المقام الأول لخصائصه الغذائية، نفسه قريبًا في قلب عصر جديد من التكنولوجيا المستدامة والتكيفية.إقرأ أيضاً | يصنع العلماء البويضات من خلايا الجلد، مما يشكل خطوة إلى الأمام في الطب الإنجابي