生物计算新纪元：蘑菇竟然有望成为未来计算机的存储芯片

热点资讯 2025年10月27日 04:35 4 cc

计算机技术正在经历一场静悄悄的革命，而这场革命的主角竟然是我们餐桌上常见的蘑菇。俄亥俄州立大学研究团队在《PLOS One》期刊发表的最新研究显示，香菇等食用真菌可以被培养和训练成为有机忆阻器，这种生物电子器件不仅能够记住过去的电气状态，还展现出与传统半导体芯片相似的数据处理能力。这一突破性发现为可持续计算技术开辟了全新路径，有望从根本上改变我们对计算机硬件的认知。

图片来源：人工智能生成的图像

传统的计算机芯片依赖于稀土金属和复杂的制造工艺，不仅成本高昂，还会产生大量电子垃圾和能耗。随着全球数据中心的急剧扩张和计算需求的指数级增长，这种技术路径的环境影响日益严重。蘑菇忆阻器的出现为这一挑战提供了创新性解决方案：它们完全可生物降解，制造成本极低，而且能耗显著低于传统半导体器件。

研究团队选择香菇和双孢蘑菇作为实验对象并非偶然。这些真菌具有天然的韧性和独特的电学特性，使它们成为生物电子学应用的理想材料。在实验中，研究人员首先培养成熟的蘑菇样本，然后进行脱水处理以确保长期稳定性，最后将其连接到特殊的电子电路中，在不同电压和频率下进行电刺激测试。

超越预期的性能表现

实验结果令科学界震惊。蘑菇忆阻器在用作随机存取存储器时，能够以每秒高达5850个信号的速度在不同电气状态间切换，准确率约为90%。这一性能水平已经接近某些传统计算机存储设备的水平。更重要的是，研究人员发现蘑菇忆阻器的表现具有类似生物大脑的特征：当单个器件性能下降时，可以通过连接更多蘑菇到电路中来提升整体性能，这种网络效应为构建大规模生物计算系统提供了可能性。

该研究的主要作者、俄亥俄州立大学医学院精神病学研究科学家约翰·拉罗科指出，能够开发模仿真实神经活动的微芯片意味着系统在待机或未使用状态下不需要大量电力维持。这种特性可能带来巨大的计算和经济优势，特别是在边缘计算和物联网设备等对能效要求极高的应用场景中。

研究团队通过在蘑菇的不同部位连接电线和探针发现，真菌的不同区域具有不同的电学特性。这种天然的异质性为设计复杂的生物电路提供了更多可能性。通过调节电压和连接方式，研究人员能够观察到截然不同的性能表现，这表明蘑菇忆阻器具有高度的可编程性和灵活性。

可持续计算的技术前景

真菌电子学虽然不是全新概念，但其在可持续计算系统开发中的潜力正在被重新认识。与需要稀土矿物和高能耗生产工艺的传统半导体相比，蘑菇忆阻器的生产过程相对简单且环境友好。这种生物基器件的可生物降解特性最大限度地减少了电子废物的产生，符合全球对环境保护日益增长的关注。

图片来源：俄亥俄州立大学

俄亥俄州立大学电气和计算机工程副教授库德西亚·塔米娜表示，社会越来越意识到保护环境和确保为后代保护环境的必要性，这可能是推动此类新型生物友好创新背后的驱动因素之一。这种环保理念不仅体现在器件本身的可持续性上，还体现在整个生产生命周期的环境影响最小化。

蘑菇忆阻器的应用前景极其广阔。在边缘计算领域，大型真菌系统可能用于航空航天探索等极端环境下的数据处理任务。在消费电子领域，小型化的蘑菇器件可能增强自主系统和可穿戴设备的性能。这种规模化应用的灵活性使得真菌计算技术能够适应不同层次的计算需求。

研究还显示，开发真菌计算系统的门槛相对较低。拉罗科指出，开始探索真菌计算所需的一切可能小到堆肥堆和一些自制电子产品，也可能大到带有预制模板的培养工厂。这种可扩展性为该技术的商业化应用奠定了基础。

面向未来的技术挑战

尽管蘑菇忆阻器展现出巨大潜力，但要实现商业化应用仍面临诸多挑战。首先是器件的小型化问题。目前的研究中使用的蘑菇器件尺寸远大于实际应用所需的规模，需要通过改进培养技术和器件设计来实现显著的尺寸缩减。

稳定性和可靠性是另一个关键挑战。虽然脱水处理能够延长蘑菇忆阻器的使用寿命，但在长期运行条件下保持稳定的电学性能仍需要进一步的技术优化。此外，大规模生产的一致性控制也是产业化过程中必须解决的技术难题。

标准化和兼容性问题同样不容忽视。要使蘑菇忆阻器与现有的电子系统实现无缝集成，需要建立相应的行业标准和接口规范。这涉及到与传统半导体产业的协调配合，以及新的设计理念和制造工艺的建立。

从更广阔的技术发展视角来看，蘑菇忆阻器代表了生物电子学领域的重要进展。它将生物系统的天然特性与电子技术相结合，为仿生计算开辟了新的可能性。这种跨学科的融合不仅推动了计算技术的创新，也为理解生物系统的信息处理机制提供了新的工具和视角。

随着研究的深入和技术的不断完善，蘑菇忆阻器有望在未来的可持续计算生态系统中发挥重要作用，为构建更加环保、高效的信息技术基础设施贡献力量。

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