最近,一项公开分享的钻研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,这部作品中的钻研职员一直致力于钻研上面提到的那种东西。在 2001 年,该想法就出现了,相信下个世纪的盘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。
为什么这么说?
理论上,将复杂的动力学和系统架构集成到盘算基础设施中,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。
换句话说,他们试图想看看蘑菇是否可以执行盘算和传感功能。
一块蘑菇主板。
关于真菌盘算机,其中的菌丝体(一种真菌的分支,拥有网状根结构)可以充当导体以及盘算机中的电子元件(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盘算实验室主任 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滋生,这样一切看起来都是白色的。然后我们插入电极并记实菌丝体的电流动。也就是说,通过刺激,它变成了电流动,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、液体或生物物质的盘算机科学系湿实验室。
准备记实牡蛎真菌滋生滋生的碎屑中的电阻动态。
经典盘算机将题目视为二进制数: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。这就是钻研职员正在钻研量子盘算机(可以更好地模仿分子)和基于活体脑细胞的芯片(可以更好地模仿神经收集)等技术的原因,这些技术可以以分歧的方式表示和处理信息,运用一系列复杂的多维函数,并为某些题目提供更精确的盘算。
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收集发送信号的语言,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。
冬虫夏草真菌子实体的插图。
蘑菇盘算机可以提供一些优于传统盘算机的好处。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)、可重新配置(它们自然滋生和进化)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)盘算机的钻研 —— 是的,这涉及到运用黏菌来解决盘算题目。绒泡菌属,在科学上被称为黏菌,是一种近似变形虫的生物,其质量无定形地分布在整个空间里。
黏菌是「智能的」,这意味着它们可以找到解决题目的方法,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,它们也可以通过分歧类型的刺激来得到控制,并被用于模仿电路和电子产品的基本构建 —— 逻辑门。
记实牡蛎真菌滋生滋生。
黏菌的大部分工作都是针对收集设计中重要被称为「Steiner 树」或「生成树」题目进行的,并通过运用寻路优化算法来解决这些题目。「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收集生物活性评价的书,」Adamatzky 说,「我们还解决了盘算几何中的许多题目,此外还运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钻研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分歧的有机体。「实际上,我们发现蘑菇会产生近似动作电位的脉冲, 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流动的实验室,也是第一个开发真菌盘算和真菌电子器件的实验室。」
运用脉冲流动来建造门(gate)的一个示例。
在大脑中,神经元通过脉冲流动和脉冲模式来传递信号,这种特性已被模仿用以建造人工神经收集。菌丝体做的事情正与此近似。这意味着钻研职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分歧时间点和空间位置点进行编码,使其与盘算机编程语言中看到的各种门(gate)相关联。此外,如果在两个独立分歧的点刺激菌丝体,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。
具有分歧几何形状的菌丝体可以盘算分歧的逻辑功能,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,我正计划用蘑菇来建造大脑。」
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)
到目前为止,他们已经钻研过牡蛎真菌 (Pleurotus djamor)、幽灵真菌 (Omphalotus nidiformis)、支架真菌 (无柄灵芝:Ganoderma resinaceum)、金针菇 (Flammulina velutipes)、裂褶菌 (Schizophyllum commune) 和冬虫夏草 (Cordyceps militari) .
「现在仅仅是可行性钻研, 我们只是在证明其实现盘算是可能的,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盘算机和控制设备。」