问题:传统芯片材料与算力需求矛盾加剧,存储与能耗成为瓶颈 随着信息技术快速迭代,存储器件能耗、体积和材料可持续性上面临更高要求;一方面,先进制程不断逼近物理极限与成本边界;另一方面,大规模数据处理与类脑计算需求上升,使“高密度、低能耗、可持续”的新型存储材料与器件成为研发重点。如何在提升器件效率的同时,减少对稀缺材料和高耗能制造流程的依赖,已成为学界和产业界共同关注的课题。 原因:真菌菌丝具备可形成网络的生物结构与电学可塑性 研究人员将目光投向可食用真菌,关键在于真菌菌丝能够自组织生长,形成连续的网络结构。该网络可作为电信号传输通道——与外部电路连接——并在外加电刺激下出现类似“可塑性”的电阻变化。论文指出,香菇等真菌材料可被“训练”为忆阻器——一种会根据电流历史改变电阻状态的器件,其机理与大脑突触存储信息的方式有一定相似性。因此,它在神经形态计算研究中特点是潜在价值:通过硬件层面模拟大脑的信息处理路径,提高并行处理能力并降低能耗。 影响:为有机材料存储与“生物计算”提供可验证路径 实验中,团队将处理后的菌丝网络接入电路,施加不同波形与频率的电信号,检验其是否呈现对电刺激历史的“记忆”特性。结果显示,菌丝响应会随信号频率变化而改变:在10Hz、5V条件下识别准确率可达95%,但频率升高后准确率下降。研究人员认为,可通过并联多个真菌单元分担任务、提升整体性能,这与生物神经网络“多通道并行”相呼应。 更值得关注的是,研究表明菌丝网络在干燥脱水后,经过复水仍可恢复相应功能,意味着其可能具备“培养—训练—保存—再启用”的重复使用特征。这为有机材料器件从实验室走向可复制的工程流程提供线索,也为降低材料开采与制造环节的环境负担带来更多可能。 对策:从概念验证走向应用仍需跨越标准化与可靠性关口 业内人士指出,生物材料进入微芯片体系,必须解决一致性、稳定性和可制造性等关键问题。其一,生物体生长受温湿度、营养条件等影响,器件参数分布可能更分散,需要建立可量产的培养与处理工艺,并配套可追溯的质量评价体系。其二,长期工作稳定性仍需系统验证,包括在不同温度、湿度、电压冲击下的寿命衰减规律,以及脱水—复水循环的耐受上限。其三,还需评估与现有电子制造流程的兼容性,例如封装、互连、微纳加工接口等环节如何实现低成本集成。同时,涉及生物材料的存储与运输,也要同步考虑生物安全、环境释放风险以及监管合规要求。 前景:低功耗类脑硬件与绿色计算材料或将迎来多路线竞争 从国际趋势看,忆阻器、相变存储、铁电存储等新型器件路线正并行推进,目标均指向“存算一体”和类脑计算架构。真菌菌丝作为有机材料候选,优势在于可再生、可生长,并可能具备较低碳足迹,但要进入实际应用,还需在速度、频响范围、阵列规模、误差控制等指标上取得突破。短期内,它更可能率先在传感、边缘计算、低频信号处理、可降解电子等细分场景中探索;中长期则取决于能否形成稳定的器件模型、可复制的制造流程,以及与现有半导体工艺的融合方案。随着材料科学、合成生物学与电子工程的交叉加深,“用生物材料承担部分存储与计算功能”的研究预计仍将持续升温。
从硅基芯片到有机生物材料,计算技术的演进始终伴随对新载体的探索。香菇导电记忆功能的发现,不仅拓展了生物材料的应用边界,也为可持续技术发展提供了新的案例。在全球推动绿色转型的背景下,这类将自然特性与工程创新结合的研究,可能为未来信息产业打开更为多元、环境负担更低的路径。对生物计算的持续探索,也在促使人们重新思考技术与自然之间的关系。