[論文レビュー] Memristive Properties of Mushrooms.

Alexander E. Beasley, Anna L. Powell+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2020

Advanced Memory and Neural Computing被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、灰色オイスターマッシュルーム（Pleurotus ostreatus）の果実体が、過去の電圧履歴に依存する電流-電圧（I-V）特性を示すメムリスタティブな挙動を示すことを実証した。研究者たちは、電圧サイクルによる抵抗の変調を示すことで、マッシュルームがメムリスタとして機能することを確認し、自然界がハイブリッドエレクトロニクス用の生物学的由来メムリスタティブ材料を提供する可能性を示した。

ABSTRACT

Memristors close the loop for I-V characteristics of the traditional, passive, semi-conductor devices. Originally proposed in 1971, the hunt for the memristor has been going ever since. The key feature of a memristor is that its current resitance is a function of its previous resistance. As such, the behaviour of the device is influenced by changing the way in which potential is applied across it. Ultimately, information can be encoded on memristors. Biological substrates have already been shown to exhibit some memristive properties. However, many memristive devices are yet to be found. Here we show that the fruit bodies of grey oyster fungi Pleurotus ostreatus exhibit memristive behaviours. This paper presents the I-V characteristics of the mushrooms. By examination of the conducted current for a given voltage applied as a function of the previous voltage, it is shown that the mushroom is a memristor. Our results demonstrate that nature continues to provide specimens that hold these unique and valuable electrical characteristics and which have the potential to advance the field of hybrid electronic systems.

研究の動機と目的

• 自然に存在する生物学的材料、特にマッシュルームの果実体がメムリスタティブな挙動を示すかどうかを調査すること。
• マッシュルームの電気的特性が、過去の電流の流れに依存するメムリスタ理論で記述可能かどうかを特定すること。
• ハイブリッドエレクトロニクスにおけるメムリスタティブデバイスのための、代替可能で持続可能な素材としての生物学的基板の可能性を探ること。
• 合成材料を用いない非合成的生物学的系において、メムリスタティブなI-Vヒステリシスの実証的証拠を提供すること。

提案手法

• 異なる電圧スイープ条件下でのPleurotus ostreatus果実体の電流-電圧（I-V）特性の測定。
• 過去の電圧履歴に基づく電流応答の変化を観察するための逐次的電圧パルスの適用。
• メムリスタティブシステムの特徴であるヒステリシス行動を示すI-V曲線の分析。
• 実験的I-Vデータと理論的メムリスタ挙動を比較し、過去の電圧に依存する抵抗の依存関係を確認すること。
• 電圧サイクルプロトコルを用いて、生物学的基板における記憶効果と抵抗の変調を評価すること。
• 電圧履歴によって誘発される抵抗状態の変化を通じて、情報保持能力を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Pleurotus ostreatusの果実体は、印加電圧下でメムリスタティブな挙動を示すか？
• RQ2 マッシュルームの電流応答は、メムリスタンスに求められるように、印加電圧の履歴に依存するか？
• RQ3 マッシュルームのI-V特性は、過去の電流の流れに応じて抵抗が変化するメムリスタとしてモデル化可能か？
• RQ4 マッシュルムのような自然な生物学的材料が、ハイブリッドエレクトロニクスにおける部品としての可能性を有するか？
• RQ5 マッシュルームの電気的特性は、合成メムリスタティブデバイスと比較してどのように異なるか？

主な発見

• Pleurotus ostreatusの果実体は、明確なI-Vヒステリシスを示しており、これはメムリスタティブ挙動の特徴的側面である。
• 電流応答は、印加電圧の履歴に依存しており、抵抗が過去の電圧露出に依存することを確認した。
• 観察されたI-V曲線は、電圧依存抵抗の変調を示しており、メムリスタ理論と整合的である。
• マッシュルームの電気的応答には記憶効果が認められ、電圧を切断後も抵抗状態が維持された。
• 結果から、合成ドーピングやプロセッシングを施さないままに、菌類のような生物学的基板が自然にメムリスタティブな性質を示すことが確認された。
• この発見は、将来的な電子応用のための、内在的メムリスタティブ機能を有する、代替可能で生物学的由来の材料が自然界に存在することを示唆している。