미 연구진, ‘버섯 반도체’ 성능 수치로 첫 확인
균사체의 이온·수분으로 기억·연산 기능 구현
저전력·친환경 강점···자율주행차·우주서 활용미국 오하이오주립대 연구진이 재배한 표고버섯 균사체를 대상으로 반도체 성능 시험이 이뤄지는 모습. 오하이오주립대 연구진 제공

전골이나 반찬을 만들 때 쓰는 식재료인 버섯으로 반도체를 제작할 수 있다는 연구결과가 나왔다. 버섯은 친환경적인데다 기억과 연산을 동시에 수행할 수 있어 기존 반도체 한계를 뛰어넘는 계기가 마련될지 주목된다.

27일(현지시간) 미국 과학계에 따르면 오하이오주립대 연구진은 국제학술지 ‘플로스 원’을 통해 버섯으로 디지털 데이터를 처리할 수 있다는 사실을 구체적 수치를 통해 입증했다고 밝혔다. 버섯이 반도체 성질을 갖고 있다는 점은 약 5년 전부터 일부 과학계에서 제기돼 왔지만 사상 처음 숫자로 그런 성질이 확인된 것이다.

연구진이 실험에 사용한 것은 최적의 생육 환경에서 키운 표고버섯이다. 이를 기억장치(RAM) 용도로 사용할 경우를 가정해 성능을 확인했다. 버섯에 전기를 흘린 것이다. 그랬더니 최대 5850㎐(헤르츠) 환경에서 90±1% 정확도로 정보를 처리했다.

이는 버섯이 1초에 5850번 데이터를 읽거나 쓸 수 있으며, 동작 이후 저장된 데이터를 89~91% 정확도로 판별했다는 뜻이다. 현재 인류가 사용하는 실리콘 기반 RAM은 아직 실험 단계인 ‘버섯 반도체’보다 정보 처리 속도가 100만배 이상 빠르고 정확도도 100%에 이르지만, 반찬거리인 버섯이 반도체 역할을 할 수 있다는 점이 증명된 것이다.

어떻게 버섯이 반도체 역할을 했을까. 버섯 몸통을 이루는 실처럼 생긴 물질 ‘균사체’ 때문이다. 균사체는 이온과 수분으로 구성돼 있다. 외부에서 전기를 공급하면 이온·수분이 정보 기억과 저장을 동시에 구현하는 생체 부품이 된다. 과학계는 이렇게 기억과 저장이 동시에 나타나는 신개념 반도체를 ‘멤리스터’라고 부른다.

현재 반도체는 기억과 연산을 따로 한다. 기술적 한계 때문이다. 프로세서가 연산을 아무리 빨리 해도 메모리에서 기억을 꺼내 오는 시간이 필요하다는 뜻이다. 이로 인해 전체적인 정보 처리 속도를 비약적으로 끌어올리기가 어렵다. 버섯이 그런 문제를 해결할 기반을 만든 것이다.

버섯 반도체는 전력 소모도 적다. 연구진은 최대 5V(볼트)를 넘지 않는 전기를 썼다. 연구진은 “절전이 중요한 로봇이나 자율주행 차량에서 버섯 반도체가 유용할 것”이라고 설명했다. 특히 이 기술은 인공지능(AI) 운영 용도의 대규모 데이터 센터를 위한 전력 생산 압박에 대처하는 데 활용될 것으로 보인다. 버섯으로 만든 저전력 반도체가 문제 해결의 열쇠가 될 수 있다는 뜻이다.

게다가 버섯 반도체는 광물질을 사용하지 않아 친환경적이다. 전자 폐기물을 최소화할 수 있다. 연구진이 사용한 표고버섯은 방사선에 저항성이 있는 것도 중요한 이점이다. 우주 방사선에 노출되는 인공위성에 장착하면 기기 고장을 최소화할 수 있다. 연구진은 “버섯은 무게가 가볍고 가격도 낮기 때문에 향후 활용 범위가 더 넓어질 것”이라고 밝혔다.