食用真菌可轉化為有機憶阻器

科技日報記者 張夢然

美國俄亥俄州立大學研究團隊將常見的食用真菌，如香菇和蘑菇，轉化為一種名為“憶阻器”的基本電子元件。憶阻器能記住其經歷過的電流狀態，是構建類腦計算系統的關鍵組件。這項發表於最新一期《公共科學圖書館·綜合》的成果表明，真菌網絡有望成為未來計算技術的綠色替代方案，或可用來處理和存儲數字信息，取代當前依賴金屬與半導體的微型電子設備。

長期以來，蘑菇因其強大的適應性和獨特的生物結構而備受關注。它們內部由細密的菌絲網絡構成，這種天然的導電潛力使其成為生物電子學領域極具前景的材料。團隊此次發現，通過特定方式培養並脱水處理後的香菇和蘑菇樣本，可連接到電路中。在施加不同電壓和頻率的電流後，表現出穩定的記憶效應。這種效應與傳統半導體芯片中的憶阻行為相似，意味着這些有機材料能像計算機內存一樣，在斷電後仍保留信息。

團隊在蘑菇的不同部位接入電極，利用其組織內部的差異性導電特性進行測試。兩個月的實驗表明，當用作隨機存取存儲器時，這些基於真菌的憶阻器每秒可完成高達5850次信號切換，準確率約為90%。儘管在高頻條件下性能有所下降，但可通過增加更多蘑菇單元並聯運行來補償，類似於大腦通過神經元協同工作提升處理能力的方式。

這類有機芯片的最大優勢在於其低功耗特性。由於其運作機制更接近生物神經系統，因此在待機或非活躍狀態下幾乎不消耗能量，這可能為未來的計算設備帶來顯著的能效和經濟優勢。

此外，與依賴稀有金屬、高能耗製造過程和難以降解的傳統電子元件相比，真菌基設備具有可生物降解、原材料易得和生產成本低廉的特點，有助於減少電子垃圾，推動可持續發展。雖然真菌用於計算的概念並非首次提出，但這項研究首次系統地展示瞭如何將常見食用菌訓練成具備實用功能的憶阻系統，並探索了其性能極限。

這種技術的應用場景十分廣泛。較大的真菌網絡或可用於邊緣計算和極端環境下的任務，如航空航天探測；小型化裝置則有望集成於可穿戴設備或自主機器人中，增強其感知與響應能力。

總編輯圈點

可能很難想象，我們餐桌上常見的蘑菇，經過巧妙設計後能變身構建類腦計算系統的關鍵組件——憶阻器。憶阻器是一種能夠“記住”過往電流情況的特殊電路元件，其“存算一體”，完美模仿大腦中神經元和突觸的工作方式。“蘑菇大腦”工作能耗低，可生物降解，原材料易得，還天生就具備抗輻射特性。這項研究向我們展示了關於未來計算的新可能性，計算設備不必由冰冷的金屬構成，它可以像生命體一樣，柔軟、綠色、有機、高效。