时间:2025-11-18
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。
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。
普通的白炽灯和卤素灯通常采用可控硅来调光。因为白炽灯和卤素灯是一个纯阻器件,它不要求输入电压一定是正弦波,因为它的电流波形永远和电压波形一样,所以不管电压波形如何偏离正弦波,只要改变输入电压的有效值,就可以调光。采用可控硅就是对交流电的正弦波加以切割而达到改变其有效值的目的。负载是和可控硅开关串联的。
改变可变电阻的分压比就可以改变其导通角,从而实现改变其有效值的目的。通常这个电位器带一个开关,接在n的输入端,用于开关灯。除了可控硅以外,还有晶体管后沿调光技术等等,因为它们的基本问题是相同的,就不在此介绍了。
3.1可控硅调光的缺点和问题
然而,可控硅调光存在一系列问题。
1.可控硅破坏了正弦波的波形,从而降低了功率因素值,通常PF低于0.5,而且导通角越小时功率因素越差(1/4亮度时只有0.25)。
2.同样,非正弦的波形加大了谐波系数。
3.非正弦的波形会在线路上产生严重的干扰信号(EMI)
4.在低负载时很容易不稳定,为此还必须加上一个泄流电阻。而这个泄流电阻至少要消耗1-2瓦的功率。
5.在普通可控硅调光电路输出到LED的驱动电源时还会产生意想不到的问题,那就是输入端的LC滤波器会使可控硅产生振荡,这种振荡对于白炽灯是无所谓的,因为白炽灯的热惯性使得人眼根本看不出这种振荡。但是对于LED的驱动电源就会产生音频噪声和闪烁。
3.2可控硅调光的优势
可控硅调光虽然有那么多的缺点和问题,但是,它却有着一定的的优势,那就是它已经和白炽灯卤素灯结成了联盟,占据了很大的调光市场。如果LED想要取代可控硅调光的白炽灯和卤素灯灯具的位置,就也要和可控硅调光兼容。
具体来说,在一些已经安装了可控硅调光的白炽灯或卤素灯的地方,墙上已经安装了可控硅的调光开关和旋钮,墙壁里也已经安装了通向灯具的两根连接线。要更换墙上的可控硅开关和要增加连接线的数目都不是那么容易,简单的方法就是什么都不变,只要把灯头上的白炽灯拧下,换上带有兼容可控硅调光功能的LED灯泡就可以。这种战略就像led日光灯一样,好做成和现在的T10、T8荧光灯尺寸大小完全一样,不需要专业电工,普通老百姓就可以直接更换,那就可以很快普及。因此国外很多生产LED驱动IC的厂商都开发出了可以兼容现有可控硅调光的IC来。
和一般反激式的IC不同之处在于它们都可以检测出可控硅的导通角来确定LED的电流以进行调光,我们不准备来详细介绍它们的工作原理和性能,因为我们并不认为这是LED调光的方向。
3.4兼容可控硅调光的问题和缺点
尽管多个跨国大芯片公司都推出了兼容现有可控硅调光的芯片和解决方案。但是这类解决方案是不值得推荐的,主要原因如下:
1.可控硅技术是具有半个多世纪的陈旧技术,它具有很多如前所述的缺点,是一种早该淘汰的技术。它应该和白炽灯、卤素灯同时退出历史舞台。
2.很多这类芯片自称具有PFC,可以改善功率因素,实际上,它只改善了作为可控硅负载的功率因素,使它们看上去接近纯阻的白炽灯和卤素灯,而并没有改善包括可控硅在内的整个系统的功率因素。
3.所有兼容可控硅的LED调光系统的整体效率都十分低下,有些还没有考虑为了稳定工作而需要的泄流电阻的损耗,谷LED调光系统也都是调节LED的正向电流,存在着前面所述的色谱偏移等缺点。
5.安装调光可控硅白炽灯和卤素灯所占的比例不到万分之一,而在墙里安装可控硅开关的比例在可控硅调光的灯具里连万分之一都不到,因为绝大多数安装可控硅调光的都是台灯、床头灯、立灯。更何况市面上有几十种不同规格的可控硅和晶体管调光开关,实际上所开发的IC根本不可能兼容所有的可控硅开关,而只能兼容其中的一小部分。
6.LED是一种全新的创世纪的技术,它有着无可比拟的优越性。完全没有必要为了照顾落后的可控硅而牺牲LED的优点。更不应该去新安装墙上的可控硅开关来实现LED的调光。
和一般反激式的IC不同之处在于它们都可以检测出可控硅导通角来确定LED的电流以进行调光,我们不准备来详细介绍它们的工作原理和性能,因为我们并不认为这是LED调光的方向。