美国科学家发现香菇可用作生物芯片记忆元件 真菌计算技术获突破

问题:传统芯片制造高度依赖硅基材料和复杂工艺,能耗、成本以及材料可持续性压力不断加大。同时,人工神经网络与边缘设备需求快速增长,如何构建低功耗、高并行、具备类脑信息处理能力的新型存算架构,已成为国际研究重点。忆阻器因可单一器件内实现“存储+计算”协同,被认为是神经形态计算的重要元件,但材料体系选择与制造一致性仍是走向应用的主要障碍。 原因:为绕开部分材料与工艺限制,研究将视角转向可再生生物材料。研究人员发现,香菇菌丝可形成连续的网络结构,能够作为电荷传输通道并与外部电子电路连接。当外加电信号以不同频率、波形输入时,菌丝网络的电学响应会随既往刺激发生变化,表现出忆阻器所需的“记忆效应”。研究还显示,菌丝网络在干燥脱水后可保存——复水后仍能保持或恢复功能——提示真菌材料可能具备“训练—保存—再激活”的操作空间,为后续扩大实验规模与应用验证提供了可能。 影响:若生物材料能够稳定承担忆阻器功能,可能带来三上推动。其一,神经形态计算中,可利用类似突触的可塑性提升并行度与能效,为低功耗推理、感知融合等场景提供新的器件选项。其二,在材料与制造层面,真菌作为可培育资源,有望降低对高纯无机材料的依赖,探索更绿色的制备路径,契合减碳与循环经济趋势。其三,在交叉研究层面,将深入促进电子工程与生物学、材料学的融合,推动“生物—电子”接口向更复杂的传感、存储与计算系统拓展。 对策:从实验现象走向工程化仍需跨越多道关口。首先是稳定性与一致性:生物材料个体差异明显,且受温湿度、营养条件与老化影响较大,能否建立可重复、可标准化的培养与处理工艺,是进入可制造体系的前提。其次是电学性能边界:研究在特定条件下取得较高准确率,但在更高频条件下性能下降,说明其工作区间与适用场景仍需明确;通过并联多个真菌单元提升性能的思路值得验证,但同时会引入封装、互连以及误差累积等工程挑战。再次是封装可靠性与生物安全管理:若器件包含活性或半活性组织,需要解决密封、防污染、寿命评估与可控退化机制,并配套测试标准与监管框架。最后是应用定位:应优先在低频、容错、并行特征突出的类脑计算与传感融合场景开展验证,避免以高速通用计算为标杆导致路径偏差。 前景:业内普遍判断,未来计算体系将呈现“多材料、多架构并存”。以真菌菌丝为代表的生物材料器件,短期更可能率先落地于概念验证、低功耗专用芯片、可降解或可回收电子、环境自供能传感等方向;中长期若在一致性、封装与接口标准上取得突破,有望与传统硅基电路形成互补,构建混合式神经形态系统。随着高能效计算与绿色制造需求持续上升,有关基础研究与工程验证预计将加速推进,围绕新型忆阻器材料、阵列互连、容错算法与系统架构的协同创新,或将成为下一阶段竞争焦点。

当研究者把目光投向真菌世界,这场跨越生物与电子边界的探索正在为可持续计算提供新的想象空间。它不仅为后摩尔时代打开了可能的技术路径,也提醒我们:一些前沿难题的突破口,或许来自自然长期演化形成的复杂结构与机制。