버섯으로 만든 반도체, 바이오컴퓨팅의 미래와 이진법의 기원

균사체 반도체 재로로 쓰이나

오하이오주립대 연구진이 표고버섯의 균사체가 전기 자극 하에서 기억과 연산을 동시에 수행하는 ‘멤리스터’ 특성을 보인다는 사실을 정량 수치로 입증했다고 27일 밝혔다. 연구팀은 버섯을 RAM 대용으로 가정해 전류를 흘려보낸 결과, 최대 5850㎐ 환경에서 약 90%(±1%) 정확도로 데이터 읽기·쓰기가 가능함을 확인했다. 이는 실리콘 RAM 대비 속도·정확도는 한참 못 미치지만, 식재료인 버섯으로 디지털 정보 처리가 가능함을 처음 수치로 증명했다는 점에서 의의가 크다.

핵심은 이온과 수분으로 이뤄진 균사체 네트워크로, 외부 전압 인가 시 상태가 축적·변화하며 기억 기능을 생성하는 바이오 멤리스터로 작동했다. 현행 컴퓨팅의 ‘메모리–프로세서 분리’ 한계를 넘는 메모리-인-컴퓨트(연산·저장 일체화) 플랫폼 가능성도 제기됐다. 전력 소모는 5V 이하의 저전압으로 제한돼 로봇·자율주행·에지컴퓨팅 등 저전력 응용에 유리하다는 평가다. 광물 원자재를 쓰지 않아 전자폐기물 저감 등 친환경성도 부각됐다. 표고버섯의 방사선 저항성은 우주 환경(위성, 심우주 탐사)에서의 내고장성 전자소자 후보로 관심을 끈다. 연구진은 “경량·저가·생분해성 특성 덕분에 응용 저변이 넓다”고 전망했다. 고대 인도에서 소리를 통해 인류 최초로 2진법을 발견한 인물이 있었다.

미국 오하이오주립대 연구진이 재배한 표고버섯 균사체를 대상으로 반도체 성능 시험이 이뤄지는 모습. 오하이오주립대 연구진 제공

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핑갈라 소리로 최초로 이진법을 찾다

기원전 2세기경, 인도의 한 운율학자가 시의 리듬을 분석하던 중 놀라운 발견을 했다. 산스크리트 시가의 장음과 단음 패턴을 정리하던 핑갈라(Pingala)는 이 소리의 조합이 단순한 운율을 넘어 수학적 체계를 이룬다는 것을 깨달았다. 그는 『찬다샤스트라(Chandaḥśāstra)』에서 장음을 1로, 단음을 0으로 표현하는 방식을 제시했는데, 이것이 바로 인류 최초의 이진법 체계화했다.시를 읽는 사람은 누구나 리듬을 느낀다. 하지만 핑갈라는 그 리듬 속에서 패턴을 보았고, 패턴 속에서 숫자를 발견했으며, 숫자 속에서 우주의 질서를 읽어냈다. 그가 남긴 유산은 단순히 시를 쓰는 방법이 아니라, 정보를 표현하고 계산하는 혁명적 사고의 시작이었다.

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핑갈라의 업적

핑갈라의 가장 큰 업적은 소리라는 추상적 현상을 0과 1이라는 명확한 기호 체계로 환원한 것이다. 산스크리트 시에서 장음(—)과 단음(∪)의 조합은 무한히 다양해 보이지만, 그는 이를 '긴 소리=1', '짧은 소리=0'으로 단순화했다. 3음절 시행을 예로 들면, 가능한 패턴은 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111의 여덟 가지이며, 이는 정확히 2³=8이다. 그는 n음절의 운율 패턴 수가 2ⁿ이라는 법칙을 명확히 밝혔고, 이는 현대 컴퓨터 과학의 비트 개념과 정확히 일치했다. 더 놀라운 것은 그가 개발한 '프라슈타라(praśtāra)' 체계다. 이는 가능한 모든 장단음 조합을 체계적으로 나열하는 매트릭스 방법으로, 각 음절 위치에서 0 또는 1을 선택하는 과정을 시각화했다. 이 과정에서 핑갈라는 자연스럽게 파스칼 삼각형과 동일한 구조를 발견했는데, 인도에서는 이를 '메루(Meru)'라고 불렀다.

예를 들어 4음절 시행에서 장음이 정확히 2개 들어가는 경우의 수는 6가지인데, 이는 파스칼 삼각형의 4번째 줄에서 2번째 숫자와 정확히 일치한다. 핑갈라의 체계는 단순한 운율 분류를 넘어 조합론의 기초를 세웠다. 그의 방법론은 주어진 제약 안에서 가능한 모든 경우를 빠짐없이, 중복 없이 세는 체계적 사고방식을 보여준다. 이는 현대 정보 이론에서 말하는 '정보의 엔트로피'와 '경우의 수 계산'의 원형이라 할 수 있다. 또한 그의 배열 방식은 피보나치 수열과도 연결되는데, 특정 제약 조건 하에서 패턴을 나열할 때 나타나는 수의 관계가 피보나치 수열의 생성 원리와 일치한다.

역사적으로 핑갈라의 업적은 인도 수학의 조합적 전통을 확립했을 뿐 아니라, 아랍과 유럽 수학에도 영향을 미쳤다. 그의 이진 체계는 17세기 라이프니츠가 이진법을 재발견하기 무려 1800년 이상 앞선 것이며, 파스칼이 자신의 이름을 붙인 삼각형보다 1700년 이상 먼저 같은 구조를 기록했다. 오늘날 우리가 사용하는 디지털 컴퓨터, 데이터 압축, 오류 검출 코드 등 모든 이진 정보 체계의 철학적 출발점에 핑갈라의 통찰이 자리하고 있다.

 

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