香菇菌丝可持续忆阻器，助力高频生物电子技术

研究人员利用香菇的菌丝体制成了一种可持续的忆阻器，这是一种能够模仿大脑神经元进行信息处理和记忆的电子元件。这种基于真菌的设备不仅成本低廉、环保，还表现出卓越的性能，如高频工作能力、通过脱水保存功能以及强大的辐射抗性。这些特性使其成为传统半导体技术的有力竞争者，特别是在神经形态计算、边缘计算设备和航空航天等极端环境应用中，为未来的绿色电子技术开辟了新的可能性。

传统技术的瓶颈

当前的神经形态计算技术主要依赖两种路径，但都存在显著缺陷：

• 半导体芯片: 制造过程需要昂贵的半导体工厂和稀土材料，不仅成本高昂，还对环境造成负担。
• 神经类器官: 虽然能模拟生物大脑，但需要在复杂的生物反应器中维持，维护成本极高且不易操作。

在此背景下，寻找一种既高效又可持续的替代方案显得至关重要。香菇菌丝体因其强大的适应性和类似神经元的电信号处理能力，成为了一个极具吸引力的研究对象。

真菌电子学的核心优势

将真菌，特别是香菇，用作电子元件的基材，带来了区别于传统无机材料的独特好处。

• 可持续与环保: 真菌源于有机生物质，可完全生物降解，避免了传统电子元件生产和废弃时产生的环境污染问题。
• 卓越的适应性: 菌丝体的内部结构能在电刺激下动态形成导电通路，这种灵活性使其能比结构固定的传统材料更精确地模拟生物突触的行为。
• 更低的功耗: 有机材料通常能在较低的电压下有效工作，这对于开发便携式设备和物联网应用所需的节能电子产品至关重要。
• 天然的神经网络模型: 真菌本身就是一种生物网络，其固有的可塑性和记忆能力，为构建更先进、更接近生物现实的人工智能系统提供了理想的物理模型。

香菇的独特性能

在众多真菌中，香菇因其独特的物理和生化特性而脱颖而出。

• 多孔碳结构: 经过处理的香菇菌丝体能形成一种分层的多孔碳结构，这对于增强设备的电化学性能至关重要。
• 强大的辐射抗性: 香菇对电离辐射有天然的抵抗力，这可能归功于其细胞壁中一种名为 香菇多糖 (lentinan) 的物质。这种特性使其非常适合用于航空航天领域，因为在太空中，宇宙射线会对传统电子设备造成干扰。
• 出色的恢复力: 实验证明，香菇菌丝体制成的忆阻器可以通过脱水的方式进行长期保存，需要时只需重新补水即可恢复其功能，同时其性能在经历辐射后仍能保持稳定。

关键实验成果

研究团队通过一系列测试，验证了香菇忆阻器的性能和潜力。

• 忆阻行为确认: 在施加不同频率和电压的电信号后，设备在电流-电压（I-V）曲线上呈现出清晰的“捏滞回线”，这是忆阻器功能的标志性特征。
• 最佳工作条件: 在 10 Hz 的正弦波和 1 V 的电压下，该忆阻器表现出最高的准确性，达到了 95%。
• 高频运行能力: 在作为易失性存储器（RAM）进行测试时，该设备能够在高达 5.85 kHz 的频率下运行，同时保持 约 90% 的准确率。

与昂贵的传统忆阻器不同，培育真菌忆阻器不需要大型设施或稀有矿物。该过程可以规模化以生长大型系统，这些系统可以被编程并以低成本长期保存。

局限与未来展望

尽管前景广阔，但这项技术仍处于早期阶段。当前研究的局限性在于实验时间较短，且制作的样本体积较大。为了与微型化的传统电子设备竞争，未来的工作需要专注于：

• 微型化: 利用 3D 打印等技术来塑造菌丝体的生长，制造出更小、更规整的几何结构。
• 优化编程: 在生长结构中直接集成电极，以简化编程过程。
• 增强耐用性: 探索如冷冻干燥、水凝胶或特殊涂层等多种保存技术，以确保设备在各种物理压力下的长期稳定性。

总而言之，香菇菌丝体忆阻器以其低成本、可持续、低能耗、轻量化和抗辐射等优点，为神经形态计算和生物电子学的发展提供了一个充满希望的新平台。未来的计算，可能真的是“真菌”的。