![]()
想象一臺計算機,它的芯片不是硅做的,而是柔軟、多孔、能降解。甚至,它會「生長」。
這是一項頗具科幻色彩的研究:俄亥俄州立大學( Ohio State University)等的團隊利用香菇的菌絲網絡,制造出能記憶電信號的生物憶阻器 (bio-memristor)。在 ±5 伏電壓刺激下,它能實現穩定的「開關」切換;即使在 5850 Hz 的高頻條件下,仍保持 90% 以上的記憶準確率。
換句話說,研究者讓蘑菇的生命結構承擔了電子元件的職能。
這項研究以「Sustainable memristors from shiitake mycelium for high-frequency bioelectronics」為題,發布在《PLOS One》。
![]()
論文鏈接:
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0328965
菌絲電路網絡
菌絲體(mycelium)是蘑菇的「地下世界」:一根根細絲在腐木與泥土間交織成密集的導管系統,負責傳遞水分與養分。研究團隊發現這種天然網絡在干燥后仍保留導電多糖與幾丁質(chitin)結構,能夠形成天然的「電荷通道」。
在微觀層面,菌絲細胞壁中含有氮-乙酰葡糖胺和多肽鏈,會在電場作用下發生離子遷移與氧化還原反應。 當電流通過時,導電路徑逐步形成,阻值降低;當電流停止,部分路徑斷裂,阻值上升。這種「可逆的電阻變化」正是憶阻效應的核心。
![]()
圖 1:帶有探針點的真菌樣本。
研究人員將香菇菌絲培養成連續薄膜,烘干后在其兩側鍍上銀電極。結果顯示,該有機薄膜厚度約 150 微米,能在常溫空氣中穩定工作,阻值變化覆蓋 10? 數量級。即使經過 10? 次電壓循環,信號仍無明顯衰減——與多種無機憶阻材料相當。
讓材料記住電流
憶阻器 (memristor) 是一種能「記住」電流歷史的元件。其電阻隨電流強度和方向而變化,并在斷電后保持這種狀態。這種行為與神經突觸的「強化-衰退」特性極為相似,因此被視為神經形態計算的理想硬件。
而在此次實驗中,香菇菌絲器件不僅能做簡單的 ON-OFF 切換,還呈現出類突觸學習現象:當連續電脈沖輸入時,導電路徑逐步固定,下一次響應更快,表現出「短時記憶 → 長期記憶」的轉換。在電壓 ±5 V、頻率 5850 Hz 下,設備切換準確率超過 90%。
![]()
圖 2:有線樣品。
這種樣品的培育過程也更簡單——畢竟與需要精挑細選的商用香菇不一樣,它的制造條件極其溫和:無需真空、高溫或復雜摻雜,只需在室溫下培養菌絲 7 天、干燥、加電極即可。
團隊發現,隨著電壓頻率的增加,性能會下降。但這也好辦,可以通過將更多蘑菇連接到電路來修復。團隊稱,這種「長出來的芯片」能大幅減少碳排放與材料浪費。
奇巧的材料實驗
我們可以想象一種「活體計算機」:既能感知環境,又能在結構中存儲信息。這不僅有助于發展低功耗人工神經網絡,也為生態可持續計算提供了全新方向。
培養真菌的過程不需要大型設施或稀有礦物。該過程可以擴展以發展大型系統,這些系統可以編程和保存以低成本長期使用。
特別聲明:以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布,本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.