Forscher suchten nach Alternativen, aus denen wir Mikrochips bauen können – sie fanden Pilze

Sieht nach Cyberpunk aus, kommt der Realität aber zumindest übertragen ins Labor überraschend nahe: Pilze als Baumaterial für Computerchips (Bildquelle: Adobe Firefly, generative KI)

Jeder Computer beginnt als Silizium-Mineral im Boden – aber vielleicht nicht mehr lange. Anstatt immer weiter an Hardware aus bisherigen Werkstoffen zu feilen, sind Forscher einer weit ungewöhnlicheren Art von Elektronik auf der Spur: Chips aus Pilze.

Denn die teils schmackhaften Hutträger vom Waldboden können weit mehr als ihr simples Aussehen auf den ersten Blick nahelegt. Wissenschaftler haben ein Exemplar gezüchtet und sogenannte »neuromorphe Memristoren« daraus erzeugt.

Wir erklären euch, wie und wo diese quasi-lebendigen Bauteile der Computertechnik zugutekommen.

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Kultivierte Computerchips

Elektronische Gehirne aus Pilzgewebe mit Gedächtnis, in etwa so könnt ihr euch vorstellen, was Forscher in einer neuen Studie präsentieren: Shiitake-Pilz (Fachname: Lentinula edodes) als Memristoren. Champignons (Agaricus bisporus) lagen ebenfalls auf der Werkbank, doch der Fokus lag bei der japanischen Art.

Memristoren imitieren vereinfacht gesagt Synapsen im Gehirn. Bei den Shiitake-Memristoren übernimmt diese Rolle das Gewebe vom Pilz, die Myzelien. Sie leiten Strom ähnlich wie Leiterbahnen, passen aber je nach angelegter Spannung ihren Widerstand an und behalten ihn bei – sozusagen, als ob sie sich erinnern würden. Auf diese Art lassen sich Strukturen ausbilden, die ideal sind, um KI-Anwendungen auszuführen, da sich die neuronalen Muster regelrecht in den Pilz für längere Zeit eingraben (via journal.pone).

Für die hier diskutierten Bauteile findet ihr in eurem PC, Smartphone oder Tablet keine Entsprechung. Neuromorphe Memristoren vereinen als Hardwaretyp Rechen- sowie Speicherfunktionen über klassische Zwischenspeicher (Caches) hinaus in einem Gerät. Ihre Leistungsfähigkeit liegt aber unterhalb der vom spezialisierten Pendant. In einem Bereich sind sie allerdings als Kombi überlegen, da sie weniger Energie pro Rechenschritt benötigen: Mustererkennung, wie sie für KI-Anwendungen gebraucht wird.

Wie entsteht ein Shiitake-Memristor?

• In einer Petrischale dient ein Substrat aus Heu zur Anzucht des Pilzes. Mit der Zeit wachsen die Myzel-Strukturen, aus denen ein Pilz besteht. Sobald die Petrischale vollständig bedeckt ist, geht's an die Ernte. Die Lagerung bis dahin erfolgt bei Raumtemperatur.
• Das entnommene Myzel trocknet nun rund eine Woche. Währenddessen härtet die zuvor weiche Masse zu einer starren Scheibe aus.
• Zur Vorbereitung ihrer Verwendung als Elektrizität leitendes Medium befeuchten die Forscher die Myzel-Scheibe (Rehydration). Danach steht es zur Programmierung mittels Spannung zur Verfügung.

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Langsame Pilzgehirne in Masse

Zwei in Serie geschaltete Shiitake-Memristoren erreichten in den Testreihen eine Schaltgeschwindigkeit von 5,85 Kilohertz. Das liegt weit unterhalb heutiger Silizium-Chips mit mehreren Gigahertz (GHz). 1 GHz entspricht 1.000 Megahertz (MHz) und es braucht wiederum 1.000 Kilohertz für ein einziges MHz.

Allerdings zeigt sich die Herstellung auch als geradezu spottbillig, wie sich aus den Daten der Forscher herauslesen lässt. Eine Petrischalenprobe heranzuzüchten braucht nur ein simples Labor und kostet weniger als einen Euro.

Zudem ließe sich der Prozess wie andere Arten von Landwirtschaft, mit der er sich reichlich Gemeinsamkeiten teilt, relativ einfach skalieren. Denn aufgrund der geringen Anforderungen brauche es nur Platz – auch stapelbar in Regalen – um ausgebreitete Schichten der Myzel-Materie großzuziehen.

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Zukunftspotenzial für neuartige Halbleiter

Obschon wir hier früheste Grundlagenforschung vor uns haben, eröffnen die Pilze als Grundlage neuer Halbleiter spannende Möglichkeiten. Nicht erst seitdem sich zwischen China und dem Rest der Welt der Streit um Seltene Erden zuspitzt, wächst das Interesse an alternativen Werkstoffen für Chips stetig.

Allein der Verzicht auf den teuren sowie umweltgefährdenden Abbau von Mineral garantiert bereits ein gewisses Interesse der Industrie – auch wenn noch einiges bis zur Einsatzreife für Massenmärkte fehlt.

Ein entscheidender Schritt im Zuge weiterer Forschung wäre die Miniaturisierung, denn noch sind die Chips deutlich zu groß. Es handelt sich derzeit um millimetergroße Schaltkreise anstatt wie bei unserer heutigen Hardware, die im Nanometerbereich zu Hause ist.

Doch darüber hinaus verfügen die Pilzchips über eine unerwartete positive Eigenschaft, die sie von ihren Metallkonterparts abhebt: Sie widerstehen der erhöhten Strahlung im Weltraum – ein Problem womit wir selbst heutzutage noch bei jedem Satelliten und vor allem Tiefenraum-Sonden kämpfen.

Wenn sich die bisherigen Tendenzen verstetigen, könnten wir also in Zukunft mit quasi-lebenden Pilz-Computern Forschung betreiben, Rohstoffe abbauen oder sogar dauerhaft in Mondsiedlungen leben – sicher nicht morgen, aber wer weiß, vielleicht im kommenden oder übernächsten Jahrzehnt? Jede heute alltägliche Technik fing ja einst im Labor an, womöglich auch Pilz-Computerchips.