當自然界變成晶片：生物記憶體的崛起

草根影響力新視野 夜未央編譯

你可能沒想到，泡在熱茶裡的蜂蜜、切盤裡的香菇，甚至流動在血管中的血液，都藏著一種意想不到的「天賦」。當這些看似平凡的物質被以特定方式設計後，它們竟然能表現出類似電子元件「記憶電阻」（memristor）的特性——一種能夠記住電流歷史、同時肩負計算與儲存功能的元件。

記憶電阻通常被視為下一代運算架構的關鍵元件，因為它能像神經元一樣，以「電阻高低」來儲存資訊。目前的商用記憶電阻，多半是由二氧化鈦或其他介電材料夾在兩層金屬電極之間。當外加電壓時，材料內部會因為缺氧區域的重新排列而形成導電小絲，使元件變得更導電；電壓反向時，小絲又會被破壞，電阻回到原本狀態。這種「可逆性」正是它能記住過往電流的關鍵。

然而，科學家們近年發現，除了工業材料外，一些有機物質也能表現出驚人的「記憶行為」。甚至，它們還帶來額外的好處，例如柔軟、可彎曲、甚至是完全可分解。以下，就是三種「超乎想像」的記憶電阻材料，及其背後可能帶來的未來應用。

香菇：能耐輻射、還會「學習」的生物記憶體

美國俄亥俄州立大學的研究團隊在研究真菌的電性時，意外發現香菇竟然能模擬記憶電阻的工作方式。帶領這項研究的John LaRocco說，這次計畫「真的像香菇一樣整個長出超乎預期的成果」。

研究團隊原本只是想找一個類似大腦迴路的生物材料，用來做電刺激實驗，所以他們栽培了九株香菇，並提供最適生長條件，包含遠粒小麥、小麥與乾草的混合養料。香菇成熟後，研究人員將其乾燥，再重新補水到「微導電」的狀態。此時的香菇結構內具有天然的導電路徑，就像商業記憶電阻裡的缺氧區域一般。

接著，他們把香菇接入電路，進行頻率與記憶測試。結果令人驚訝 香菇竟然成功展現出類似記憶電阻的行為，並且在約90%的情況下，可在高達5.85 kHz 的訊號下維持良好表現。雖然速度比不上金屬氧化物記憶體，但以生物材料而言已非常亮眼。

更重要的是，香菇具有一項十分罕見的特性：超高抗輻射能力。LaRocco說：「香菇可以在像福島這樣的高輻射環境中存活，這就是它吸引人的地方。」也因為香菇本身已是大量商業栽培的農產物，其供應鏈相當成熟，若未來真的要製造「香菇記憶體」，並不需要重新打造整套生產體系。

雖然我們短期內不會看到「香菇GPU」，但它的抗輻射特性，讓研究團隊看見它可能應用在航太、醫療等嚴苛環境中。

圖片取自:(示意圖123rf)

蜂蜜：真正可分解的綠色電子元件

2022年，華盛頓州立大學的工程團隊試著回答一個大膽的問題：蜂蜜能不能成為環保夢想中的記憶電阻材料？

蜂蜜具備天然的黏度、穩定度，而且不含毒性。研究人員先把市售蜂蜜加水混合，再進行抽真空以移除氣泡，接著將蜂蜜塗在銅片上，並於90°C烘烤九小時以提升穩定性。最後，他們在頂端蓋上一層圓形銅電極，形成完整的蜂蜜記憶電阻結構。

厚度僅2.5微米的蜂蜜層，在電場作用下能讓銅離子形成、溶解導電小絲，就如同一般記憶電阻的運作模式。這樣的蜂蜜記憶電阻切換速度相當快：由低電阻轉高電阻需500奈秒、反向則只需100奈秒，達到不少傳統材料的標準。

蜂蜜的最大優點，在於它「完全可生物分解」。研究帶領者趙峰指出，全球每年製造5000萬噸電子廢棄物，而蜂蜜記憶電阻使用後可直接溶於水，不留下任何毒性廢料。如果上下電極未來能以可溶解金屬如鎂或鎢取代，那將真正達到完全環保的電子元件。

未來，蜂蜜記憶電阻可能成為綠色運算、可穿戴裝置、甚至一次性醫療感測器的重要材料。

血液：來自人體的記憶特性初探

早在2008年第一個記憶電阻被正式實驗證實後不久，印度的一個研究團隊便在2011年好奇：既然記憶電阻與生物神經訊號十分相似，那麼人體的血液是不是也會展現出記憶電阻行為？

研究方式非常直接。他們將O+型人類血液倒入試管，插入兩支導電探針，再施加1至3伏特的電壓重複測試，觀察電流與電阻變化。接著，為模擬人體血液流動，他們建立「流動模式」，讓血液以每秒一滴的速度通過導線並施加電壓。

結果雖然仍屬初步，但非常有趣：血液的電阻在施加電壓後可被設定，並且在30分鐘內變化不到10%。也就是說，血液確實呈現出記憶電阻的「記憶特性」。研究團隊因此在報告中寫道，他們的裝置「看起來像是一種人血記憶電阻」。

雖然目前血液記憶電阻仍處於探索階段，但它提供了一個重要線索：未來醫療裝置也許能利用體液本身作為感測或記憶介面，讓生物電子整合更自然、更安全。

當電子走向生物，未來變得更柔軟、更環保

從香菇到蜂蜜，再到血液，這些材料都揭示一種新趨勢：電子元件不再只能靠金屬與無機材料打造，生物體本身也可能成為新一代運算與儲存的基礎。

生物記憶電阻帶來的可能性包括：

• 更環保、可分解的電子產品


• 可在極端環境生存的裝置（如高輻射）


• 柔軟可彎曲的感測器與可穿戴科技


• 與人體更自然整合的醫療裝置

雖然目前這些研究仍多處於初期階段，但它們揭示一個令人期待的未來：科技不只是模仿生物，而是真正與自然融合。當我們開始使用會長在木頭上的香菇、會溶於水的蜂蜜、甚至人體內流動的血液來製作電子元件，科技的想像邊界也被大幅向外推開。

資料來源：https://spectrum.ieee.org

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