據外媒報道,來自美國俄亥俄州立大學的研究團隊在最新發表于《PLOS ONE》期刊上的論文中提出了一種全新的計算思路:普通食用蘑菇的菌絲網絡,未來或許可以作為計算機存儲和內存處理信息的核心部件。
研究人員發現,香菇和雙孢蘑菇(白蘑菇)能夠制成一種名為憶阻器(Memristor)的電子元件。這類元件最大的特點是,即使斷電后仍能“記住”此前的電學狀態,因此既能存儲數據,也能參與信息處理,被認為是未來類腦計算的重要基礎。
與傳統計算機將“存儲”和“運算”分開的架構不同,類腦計算更接近人腦神經元的工作方式,可同時進行大量并行計算,在執行AI等任務時擁有更低的功耗。
論文第一作者、俄亥俄州立大學醫學院研究員John LaRocco表示,如果未來能夠制造出模擬神經元工作的芯片,那么設備在待機或低負載狀態下幾乎不需要消耗太多電力,既能提升計算效率,也能大幅降低運行成本。
目前,大多數類腦芯片仍依賴硅等半導體材料制造,不僅需要復雜的工業流程,還涉及稀有金屬等原材料。而另一條路線——利用腦類器官進行計算——則需要在嚴格控制溫度、氧氣和營養環境的生物反應器中培養,成本同樣不低。
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相比之下,研究團隊認為蘑菇菌絲具有天然優勢。它們不僅可以自然生長、可生物降解,而且能夠減少部分傳統電子設備所需的原材料,屬于更加環保、可持續的方案。
此次研究的核心對象并不是蘑菇本體,而是地下不斷延伸的菌絲網絡。菌絲內部會自然傳遞微弱的電脈沖,這種信號與人腦神經元之間傳遞信息時產生的電信號具有一定相似性。
為了驗證這一特性,研究人員培育了香菇和白蘑菇,在成熟后將其脫水保存,再通過電極連接到電子電路,并施加不同電壓和頻率進行測試。
實驗結果顯示,這些蘑菇憶阻器能夠以最高5.85kHz的頻率切換電學狀態,相當于每秒可完成約5850次狀態變化。在持續兩個月的RAM模擬測試中,整體準確率約為90%。
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研究人員還發現,當電路中加入更多菌絲網絡時,整體性能反而有所提升,這種現象與人腦中多個神經元協同工作的方式十分相似。
此外,研究團隊認為,未來不同規模的菌絲計算系統還有望應用于多個領域。例如,大型菌絲網絡可用于邊緣計算,減少數據傳輸延遲;較小規模的系統則可能用于可穿戴設備、自動駕駛設備等低功耗場景。
當然,研究團隊也強調,所謂“蘑菇電腦”目前仍處于非常早期的實驗階段。現階段制成的菌絲憶阻器體積遠大于現代芯片元件,距離實際應用還有很長的路要走。下一步,他們將繼續研究如何縮小器件尺寸、提升性能,并進一步精準控制菌絲中的電信號。
研究人員認為,隨著生物電子學的發展,未來菌絲網絡有望成為一種兼具環保、低能耗和可擴展性的全新計算平臺,為下一代類腦計算提供新的可能。
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