科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)將常見(jiàn)的食用真菌，如香菇和蘑菇，轉(zhuǎn)化為一種名為“憶阻器”的基本電子元件。憶阻器能記住其經(jīng)歷過(guò)的電流狀態(tài)，是構(gòu)建類腦計(jì)算系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。這項(xiàng)發(fā)表于最新一期《公共科學(xué)圖書館·綜合》的成果表明，真菌網(wǎng)絡(luò)有望成為未來(lái)計(jì)算技術(shù)的綠色替代方案，或可用來(lái)處理和存儲(chǔ)數(shù)字信息，取代當(dāng)前依賴金屬與半導(dǎo)體的微型電子設(shè)備。

長(zhǎng)期以來(lái)，蘑菇因其強(qiáng)大的適應(yīng)性和獨(dú)特的生物結(jié)構(gòu)而備受關(guān)注。它們內(nèi)部由細(xì)密的菌絲網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，這種天然的導(dǎo)電潛力使其成為生物電子學(xué)領(lǐng)域極具前景的材料。團(tuán)隊(duì)此次發(fā)現(xiàn)，通過(guò)特定方式培養(yǎng)并脫水處理后的香菇和蘑菇樣本，可連接到電路中。在施加不同電壓和頻率的電流后，表現(xiàn)出穩(wěn)定的記憶效應(yīng)。這種效應(yīng)與傳統(tǒng)半導(dǎo)體芯片中的憶阻行為相似，意味著這些有機(jī)材料能像計(jì)算機(jī)內(nèi)存一樣，在斷電后仍保留信息。

團(tuán)隊(duì)在蘑菇的不同部位接入電極，利用其組織內(nèi)部的差異性導(dǎo)電特性進(jìn)行測(cè)試。兩個(gè)月的實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)用作隨機(jī)存取存儲(chǔ)器時(shí)，這些基于真菌的憶阻器每秒可完成高達(dá)5850次信號(hào)切換，準(zhǔn)確率約為90%。盡管在高頻條件下性能有所下降，但可通過(guò)增加更多蘑菇單元并聯(lián)運(yùn)行來(lái)補(bǔ)償，類似于大腦通過(guò)神經(jīng)元協(xié)同工作提升處理能力的方式。

這類有機(jī)芯片的最大優(yōu)勢(shì)在于其低功耗特性。由于其運(yùn)作機(jī)制更接近生物神經(jīng)系統(tǒng)，因此在待機(jī)或非活躍狀態(tài)下幾乎不消耗能量，這可能為未來(lái)的計(jì)算設(shè)備帶來(lái)顯著的能效和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

此外，與依賴稀有金屬、高能耗制造過(guò)程和難以降解的傳統(tǒng)電子元件相比，真菌基設(shè)備具有可生物降解、原材料易得和生產(chǎn)成本低廉的特點(diǎn)，有助于減少電子垃圾，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。雖然真菌用于計(jì)算的概念并非首次提出，但這項(xiàng)研究首次系統(tǒng)地展示了如何將常見(jiàn)食用菌訓(xùn)練成具備實(shí)用功能的憶阻系統(tǒng)，并探索了其性能極限。

這種技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛。較大的真菌網(wǎng)絡(luò)或可用于邊緣計(jì)算和極端環(huán)境下的任務(wù)，如航空航天探測(cè)；小型化裝置則有望集成于可穿戴設(shè)備或自主機(jī)器人中，增強(qiáng)其感知與響應(yīng)能力。

總編輯圈點(diǎn)

可能很難想象，我們餐桌上常見(jiàn)的蘑菇，經(jīng)過(guò)巧妙設(shè)計(jì)后能變身構(gòu)建類腦計(jì)算系統(tǒng)的關(guān)鍵組件——憶阻器。憶阻器是一種能夠“記住”過(guò)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(jīng)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(xiàng)研究向我們展示了關(guān)于未來(lái)計(jì)算的新可能性，計(jì)算設(shè)備不必由冰冷的金屬構(gòu)成，它可以像生命體一樣，柔軟、綠色、有機(jī)、高效。