据俄亥俄州立大学的一项新研究结果显示，一种用香菇代替硅基，从而架构新型忆阻器的技术成为可能，这种利用可生物降解的基底推进低功耗神经形态硬件研究具有广大前景。

俄亥俄州立大学的研究人员在一项跨越可持续性和神经形态计算前沿的新研究中，利用香菇菌丝体制造出了功能性忆阻器。这些“活体”忆阻器能够进行类似学习的行为，预示着未来计算基质可能具有可生物降解、自我生长和环境友好等特性。

研究人员认为，真菌忆阻器可以作为高频生物电子学的有用接口。

该团队的研究论文概述了一种可重复且低成本的真菌基存储元件的培养和测试方法。这项研究的潜在应用范围广泛，涵盖人工智能硬件到航空航天电子产品等领域，有望成为生物计算机发展史上的一个重要里程碑。

利用真菌网络搭建架构

这项研究的核心在于利用蘑菇菌丝体这种分枝状的丝状菌丝网络，它以其结构完整性和生物智能而闻名。在一系列对照实验中，香菇孢子在营养丰富的培养基中培养，直至菌丝体覆盖整个培养皿。菌丝体完全发育后，对其进行脱水处理，形成稳定的盘状结构，然后再进行复水处理，以恢复其导电性。

每个样本都生长出菌丝网络，并与传统电子元件相连。

研究人员将这些重组真菌样本连接到常规电子设备上，并评估其忆阻特性。他们对样本施加一系列电压输入，同时记录不同频率下的电流-电压特性。正如忆阻器理论所预测的那样，真菌基质表现出收缩的磁滞回线，尤其是在低频和高电压下，这表明其电阻状态可变，类似于生物大脑中的突触可塑性。

在 10 Hz、峰峰值为 5 V 的正弦波信号下，样品的忆阻器精度达到了 95%，取得了突出成果。即使在高达 5.85 kHz 的高频下，这些器件仍保持了 90% 的精度，使其成为实时计算应用的理想选择。

除了静态存储器测试之外，研究团队还设计了一个基于 Arduino 的定制测试平台，以评估真菌忆阻器作为易失性存储器的潜力。通过施加可控脉冲并测量电压阈值，他们证实了这些器件能够瞬时存储和调用数据，这是将其集成到神经形态电路中的关键要求。

真菌忆阻器

这项研究的核心是真菌忆阻器。传统的忆阻器依赖于二氧化钛或稀土金属等无机材料，而真菌忆阻器则利用了生物结构的天然导电特性。

香菇菌丝体经加工后呈现出分级多孔碳结构，这显著增强了其电化学活性。菌丝体的内部结构提供了动态导电通路，这些通路会响应电信号输入而形成和溶解。这些特性与神经元中基于离子的机制高度相似，使得真菌忆阻器成为模拟计算任务的理想选择。

测量过程中，10 Hz 的噪声 1 Vpp 正弦波的波形图。

此外，由于这些器件完全可生物降解，且源自可再生生物质，因此避免了半导体制造过程中许多与环境相关的成本。无需洁净室、蚀刻化学品或开采关键材料——只需一个可控的生长室、一些农业基质和时间即可。

这种简洁性掩盖了它们潜在的复杂性。这些真菌电路可应用于边缘计算、智能传感器，甚至自主机器人等领域，任何需要轻量级、低功耗和自适应处理器的地方都能用得上。它们也为分布式环境传感开辟了充满可能性的应用前景，这些设备在使用后可以无害地分解。

菌丝体的未来？

除了优异的电学特性外，香菇的生物韧性也使其成为极端应用领域的有力竞争者。已知香菇能够耐受电离辐射，这使得真菌电子器件有望应用于航空航天领域，因为宇宙辐射通常会降低半导体的可靠性。

此外，香菇菌丝体能够在脱水和复水过程中保持功能，这进一步增强了其应用潜力。在俄亥俄州立大学的实验中，脱水后的样品能够保持其预设的电阻状态，并在复水后恢复功能，这表明该方法有望应用于生物电子元件的运输、存储乃至传输。

尽管这项研究尚处于早期阶段，但它标志着将生物有机体整合到功能性计算系统中迈出了关键一步。俄亥俄州立大学的研究团队通过在食用真菌中培养忆阻特性，证明了计算元件无需蚀刻在硅片上，而是可以生长、干燥并连接成电路。