在种植蘑菇计算机的实验室里科学家用菌丝体实现神芒果体育经形态电路

2023-03-29 10:52:49

　　实验证明，黏菌可以通过不同类型的刺激来得到控制，并被用于模拟电路和电子产品的基本构建 —— 逻辑门，而这也是「蘑菇计算机」的基础。

　　乍一看，非传统计算实验室看起来就像一个普通的工作空间，其干净光滑的台面上排列摆放着计算机和科学仪器。但如果你仔细观察，就会发现有一些异常现象。

　　最近，一项公开分享的研究视频就显示了些许怪异之处：在凌乱的桌子上，有一些大型塑料容器，电极从泡沫状的物质中伸出，还有一块上面长着微小平菇的巨大主板。

　　当然，这个实验室并不是要重现《最后生还者》中的场景，这部作品中的研究人员一直致力于研究上面提到的那种东西。在 2001 年，该想法就出现了，相信下个世纪的计算机将由化学或生命系统或是湿件组成，它们将与硬件和软件协同工作。

　　理论上，将复杂的动力学和系统架构集成到计算基础设施中，可以让它用新的方式处理和分析信息。从基于实验生物学的算法以及微生物传感器和康普茶（又名红茶菌）电路板的原型中可以看出，这绝对是一个近期方取得进展的想法。

　　关于真菌计算机，其中的菌丝体（一种真菌的分支，拥有网状根结构）可以充当导体以及计算机中的电子元件（蘑菇只是真菌的子实体）。它们可以接收和发送电信号，并保存记忆。

　　西英格兰大学非传统计算实验室主任 Andrew Adamatzky 说：「我将菌丝体培养物与木屑混合，然后将其放入封闭的塑料盒中，让菌丝体得以在基质中繁殖，这样一切看起来都是白色的。然后我们插入电极并记录菌丝体的电活动。也就是说，通过刺激，它变成了电活动，而后我们观测到了反应。」他还指出，这是英国唯一一所存在化学、液体或生物物质的计算机科学系湿实验室。

　　经典计算机将问题视为二进制数：1 和 0，这代表着这些设备所采用的传统方法。然而，该系统并不是总能捕捉到现实世界中的大多数动态。这就是研究人员正在研究量子计算机（可以更好地模拟分子）和基于活体脑细胞的芯片（可以更好地模拟神经网络）等技术的原因，这些技术可以以不同的方式表示和处理信息，使用一系列复杂的多维函数，并为某些问题提供更精确的计算。

　　科学家们早已知道，蘑菇会通过一种「互联网」般的通信方式与环境和周围的生物保持联系。你可能已有所耳闻，这种互联网被称为「木维网」（wood wide web）。通过破译真菌用此生物网络发送信号的语言，科学家们不仅可以深入了解地下生态系统的状态，还可以充分利用它们来改进我们自己的信息系统。

　　蘑菇计算机可以提供一些优于传统计算机的好处。虽然它们永远无法与当今现代机器的速度相提并论，但它们可以具有更高的容错率（它们可以自我再生）电子元件、可重新配置（它们自然生长和进化）并且消耗极少的能量。

　　在偶然发现蘑菇之前，从 2006 年到 2016 年，Adamatzky 都在从事黏菌（Slime mode）计算机的研究 —— 是的，这涉及到使用黏菌来解决计算问题。绒泡菌属，在科学上被称为黏菌，是一种类似变形虫的生物，其质量无定形地分布在整个空间里。

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　　黏菌是「智能的」，这意味着它们可以找到解决问题的方法，比如在迷宫中找到最短路径，而无需程序员给出确切的指示或参数。然而，它们也可以通过不同类型的刺激来得到控制，并被用于模拟电路和电子产品的基本构建 —— 逻辑门。

　　黏菌的大部分工作都是针对网络设计中重要被称为「Steiner 树」或「生成树」问题进行的，并通过使用寻路优化算法来解决这些问题。「通过黏菌，我们模仿了小径和马路。我们甚至出版了一本关于道路交通网络生物活性评价的书，」Adamatzky 说，「我们还解决了计算几何中的许多问题，此外还使用黏菌来控制机器人。」

　　当结束自己的黏菌项目时，Adamatzky 想知道如果他们开始研究蘑菇是否会发生什么有趣的事情，蘑菇是一种与绒泡菌既相似又截然不同的有机体。「实际上，我们发现蘑菇会产生类似动作电位的脉冲， 与神经元产生的脉冲相同，」他说。「我们是第一个报告通过微电极测量真菌脉冲活动的实验室芒果体育，也是第一个开发真菌计算和真菌电子器件的实验室。」

　　在大脑中，神经元通过脉冲活动和脉冲模式来传递信号，这种特性已被模仿用以制作人工神经网络。菌丝体做的事情正与此类似。这意味着研究人员可以将脉冲的存在或不存在作为 0 或 1，并对检测到的脉冲的不同时间点和空间位置点进行编码，使其与计算机编程语言中看到的各种门（gate）相关联。此外，如果在两个独立不同的点刺激菌丝体，那么它们之间的电导率就会增加，那么它们之间的交流会更快、更可靠，从而使得记忆被建立。这就像脑细胞形成习惯的过程。

　　具有不同几何形状的菌丝体可以计算不同的逻辑功能，并且它们可以根据从中接收到的电响应来绘制出这些电路。「如果你发送电子，它们就会出现脉冲，」Adamatzky 说。「实现神经形态电路是可能的，可以说，我正计划用蘑菇来制作大脑。」

　　在塑造大脑时注入了化学物质的木碎屑。安德鲁・阿达马茨基（ Andrew Adamatzky）

　　「现在仅仅是可行性研究， 我们只是在证明其实现计算是可能的，而且用菌丝体实现基本逻辑电路和基本电子电路也是可能的，」Adamatzky 说。「未来，我们可以生产出更先进的菌丝体计算机和控制设备。」

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