นักวิจัยสร้างไบโอชิป จาก “เห็ดชิตาเกะ” คุณภาพดีกว่าชิปเซมิคอนดักเตอร์

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Ohio State University ในสหรัฐอเมริกา ได้เปิดตัวแนวคิดการเปลี่ยน “เห็ดชิตาเกะ” (Shiitake Mushroom) ให้กลายเป็น Memristor หรือส่วนประกอบในชิปที่ใช้เก็บข้อมูล และประมวลผลแบบเดียวกับชิปเซมิคอนดักเตอร์ 

การค้นพบนี้ถูกมองว่าเป็นก้าวสำคัญของ Organic electronics หรือการเชื่อมโยงระหว่างชีววิทยาและอิเล็กทรอนิกส์ และ Biochip อุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่รวมเทคโนโลยีชีวภาพเข้ากับอุปกรณ์เซนเซอร์ ซึ่งตอบโจทย์ความยั่งยืนอย่างแท้จริง

เทคโนโลยี Mushroom Memristor นี้ไม่เพียงลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม แต่ยังทำงานได้คล้ายระบบประสาทของมนุษย์ ช่วยลดการใช้พลังงาน พร้อมปูทางไปสู่การพัฒนา คอมพิวเตอร์ชีวภาพ (Biocomputing) และอุปกรณ์ AI ที่ใช้พลังงานต่ำ

Memristor หรือ Memory Resistor คือ วงจรไฟฟ้าที่เปลี่ยนค่าความต้านทานตามประวัติการไหลของกระแสไฟฟ้า กล่าวง่าย ๆ คือมันสามารถ “จดจำ” การทำงานที่ผ่านมาได้เหมือน RAM หรือหน่วยประมวลผลในคอมพิวเตอร์ปัจจุบัน โดยปกติ memristor ทำจากโลหะออกไซด์, ซิลิคอน, แร่หายาก, และกระบวนการผลิตอุณหภูมิสูง ซึ่งมีต้นทุนที่สูงและสร้างมลพิษ

นักวิจัยนำ “ไมซีเลียม” (mycelium) หรือเส้นใยใต้ดินของเห็ด มาผลิตเป็นวัสดุชีวภาพที่มีคุณสมบัตินำไฟฟ้า เมื่อเชื่อมเข้ากับวงจร ชิ้นส่วนนี้จะตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าได้เหมือนวงจรไฟฟ้า Memristor จริง ๆ

ในการวิจัย ทางทีมวิจัยปลูกเห็ดชิตาเกะและเห็ดกระดุมในจานเพาะเชื้อจนเกิดแผ่นไมซีเลียมหนาแน่นขึ้นมา จากนั้นจึงนำไปทำให้แห้งและต่อเข้ากับวงจรไฟฟ้าและส่งแรงดันไฟฟ้าในช่วง 10–5,850 Hz ผลลัพธ์ที่ได้คือ

• ทำหน้าที่เป็นหน่วยความจำเหมือน RAM ได้ โดยมันสามารถ “เก็บสถานะทางไฟฟ้า” จากแรงดันที่เคยได้รับไว้ และเรียกกลับมาใช้งานได้ในภายหลัง ทำให้มันทำงานคล้ายเซลล์หน่วยความจำในคอมพิวเตอร์ที่บันทึกข้อมูลแบบไม่ถาวร

• สลับสถานะทางไฟฟ้าได้สูงสุด 5,850 ครั้งต่อวินาที

• ที่ความถี่ต่ำ ความแม่นยำของการ “จำข้อมูล” อยู่ที่ 90–95% 

• เมื่อนำเห็ดหลายแผ่นมาต่อร่วมกัน ประสิทธิภาพยิ่งเพิ่มขึ้น

ทำไมเทคโนโลยี Biochip จากเห็ดถึงสำคัญ

1. เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เติบโตที่อุณหภูมิห้อง ไม่ใช้แร่หายาก ไม่มีสารเคมีที่เป็นพิษ สามารถย่อยสลายได้ และเหมาะสำหรับการลดขยะอิเล็กทรอนิกส์

2. สถาปัตยกรรมแบบเส้นใยของเห็ดคล้ายระบบประสาท ทำให้ Memristor แบบชีวภาพกินพลังงานน้อยกว่าเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมมาก

3. ไมซีเลียมสามารถเติบโตและซ่อมส่วนที่เสียหายได้เอง เป็นคุณสมบัติที่ไม่มีในชิปทั่วไป

4. สามารถขยายโครงข่ายไฟฟ้าตามรูปแบบของการเติบโต

ปัจจุบันทางทีมนักวิจัยกำเร่งย่อขนาดชิป “เห็ดชิตาเกะ” ให้เทียบเท่าชิปซิลิคอน ผลิตให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานได้จริง และตั้งเป้าให้สามารถนำไปใช้ในอุปกรณ์ที่ต้องการพลังงานต่ำ เช่น ระบบคอมพิวติ้งอวกาศ, อุปกรณ์ IoT, และเซนเซอร์ชีวภาพ

งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร PLOS One :  journals.plos.org/