Des scientifiques ont transformé de simples champignons shiitake en ordinateurs vivants

Il sera peut-être bientôt possible de faire pousser un ordinateur sur le comptoir de sa cuisine. C’est en tout cas la perspective radicale qu’ouvre une nouvelle recherche menée par l’Université d’Ohio State, où des scientifiques ont réussi à transformer de modestes champignons shiitakés en dispositifs électroniques vivants capables de mémoriser des informations.

Dans leur étude, le psychiatre et chercheur John LaRocco, accompagné de ses collègues, décrit un système informatique basé sur des champignons qui imite la façon dont nos neurones traitent l’information.

Selon John LaRocco, la capacité de développer des puces électroniques reproduisant l’activité neuronale réelle signifie qu’il n’est plus nécessaire de consommer énormément d’énergie pour le mode veille ou lorsque la machine n’est pas utilisée. Il souligne qu’il s’agit d’un avantage potentiel énorme, tant sur le plan informatique qu’économique.

L’avènement du mushristor

Les memristors, ou résistances à mémoire, sont les éléments centraux de l’informatique neuromorphique. Ils fonctionnent comme de petits cerveaux capables d’apprendre de leurs états électriques antérieurs. Les versions traditionnelles sont fabriquées à partir de silicium ou d’oxydes métalliques, produites dans des fonderies coûteuses et dépendantes de minéraux rares. L’équipe de l’Ohio State a décidé de remplacer tout ce matériel par des champignons.

Plus précisément, les chercheurs se sont tournés vers les champignons shiitakés (Lentinula edodes), reconnus pour leur résilience et leur sensibilité particulière aux stimuli électriques. Ils ont cultivé ces champignons dans des boîtes de Petri remplies d’épeautre, de germe de blé et de foin, jusqu’à ce que le mycélium forme un tapis blanc et dense. Les échantillons ont ensuite été séchés au soleil, puis réhydratés juste assez pour restaurer leur conductivité, avant d’être connectés à un circuit alimenté par un microcontrôleur Arduino. Le résultat obtenu est un memristor, une sorte de minuscule cellule cérébrale bioélectronique, capable de mémoriser et de réagir à des schémas électriques.

Les chercheurs ont connecté des fils électriques et des sondes à différents endroits des champignons, car des parties distinctes présentent des propriétés électriques différentes. En fonction de la tension et de la connectivité, ils ont observé des performances variées.

À basse fréquence, ces puces fongiques ont pu changer d’état jusqu’à 5 850 signaux par seconde avec une précision d’environ 90 %. À des tensions plus faibles, ce chiffre a grimpé à 95 %, rivalisant ainsi avec la vitesse et la précision des premiers memristors en silicium. À l’instar des synapses humaines, les champignons ont pu apprendre à ajuster leur résistance lorsqu’ils étaient stimulés de manière répétée.

Un circuit imprimé 100 % naturel

Ce n’est pas la première fois que la science tente de fusionner les champignons et les machines. Les mycologues et les ingénieurs sont depuis longtemps fascinés par le mycélium, ce réseau souterrain filiforme qui permet aux champignons de partager des nutriments et des signaux. Il est capable de s’autoréparer, de s’adapter et de transmettre de minuscules impulsions électriques qui ressemblent fortement à des décharges neuronales.

Cependant, les travaux de l’Université d’Ohio State vont plus loin : les chercheurs ne se sont pas contentés d’observer ces échanges électriques, ils les ont entraînés.

L’étude décrit une configuration où chaque disque fongique agit comme un nœud dans un circuit, doté d’une mémoire volatile. La déshydratation s’est révélée être une étape clé : le fait de sécher les champignons les a rendus durables tout en préservant leurs caractéristiques électroniques. L’équipe a pu valider expérimentalement que la déshydratation permettait de conserver les propriétés observées dans un échantillon préalablement programmé.

De plus, les champignons shiitakés offrent des avantages remarquables. Ils sont résistants aux radiations, en partie grâce à un composé appelé lentinane, qui les aide à supporter le stress oxydatif. Cette particularité ouvre la porte à des applications bien au-delà de notre planète, suggérant leur viabilité pour des applications aérospatiales.

L’argument environnemental en faveur de l’électronique fongique est tout aussi convaincant. La fabrication traditionnelle de semi-conducteurs dévore de l’énergie et génère des déchets électroniques saturés de métaux lourds. Le mycélium, en revanche, se développe à température ambiante et se décompose naturellement.

Qudsia Tahmina, co-auteure de l’étude et professeure associée en ingénierie électrique et informatique à l’Ohio State, rappelle que la société est de plus en plus consciente de la nécessité de protéger notre environnement pour les générations futures. C’est l’un des facteurs moteurs derrière ces nouvelles idées respectueuses de la biologie.

Le coût est un autre atout majeur. Tout ce dont on a besoin pour commencer à explorer l’informatique fongique peut se résumer à un simple tas de compost et quelques composants électroniques faits maison, ou s’étendre à une usine de culture avec des modèles préfabriqués. Toutes ces options sont viables avec les ressources dont nous disposons actuellement.

Limites actuelles et perspectives d’avenir

Il faut rester réaliste : il ne sera pas possible de faire tourner des applications quotidiennes sur des champignons dans l’immédiat. Les chercheurs sont conscients des limites actuelles de leur technologie.

Ces prototypes sont encore volumineux et lents par rapport aux puces commerciales. Réduire la taille des memristors fongiques à l’échelle nanométrique nécessitera des années d’ingénierie et d’expérimentation. Pourtant, même dans leur forme actuelle, ils constituent une preuve de concept pour quelque chose d’étonnant : des ordinateurs qui grandissent, s’adaptent et se décomposent comme des êtres vivants.

Il est désormais possible d’imaginer des appareils portables composés de circuits biodégradables qui ne polluent pas une fois jetés, ou des composants électroniques de vaisseaux spatiaux capables de se soigner eux-mêmes après une exposition aux radiations. Les systèmes mycéliens pourraient un jour alimenter l’informatique en périphérie de réseau, des machines autonomes, et même des cerveaux artificiels qui évoluent avec l’usage.

Les auteurs concluent que les systèmes fongiques présentent des besoins énergétiques moindres, un poids plus léger, des vitesses de commutation plus rapides et des frais industriels inférieurs à ceux des dispositifs conventionnels. L’avenir de l’informatique pourrait bien être fongique.

Ces découvertes fascinantes ont été publiées en détail dans la revue scientifique PLOS One.

Source : zmescience.com