Des champignons shiitakés transformés en ordinateurs vivants : voici ce que des chercheurs ont réussi à leur faire faire

Aux États-Unis, des scientifiques ont mis au point des composants électroniques à partir de simples champignons shiitakés, capables de conserver une forme de mémoire électrique.

Des champignons transformés en microcomposants informatiques : c’est l’expérience déroutante menée par une équipe de l’université d’État de l’Ohio, relatée par le site scientifique ZME Science. À partir de shiitakés, ces chercheurs ont fabriqué des dispositifs bioélectroniques capables de « se souvenir » de signaux électriques, une étape clé vers des ordinateurs vivants, potentiellement moins coûteux et bien plus respectueux de l’environnement.

Des champignons qui se comportent comme des neurones artificiels

À la tête de ces travaux réalisés aux États-Unis, le psychiatre et chercheur John LaRocco s’est intéressé à un composant bien particulier : le « memristor ». Il s’agit d’un composant électronique dont la résistance varie en fonction du courant qui l’a traversé par le passé. Autrement dit, il garde en mémoire son histoire électrique, un peu comme une synapse dans le cerveau.

Habituellement, ces memristors sont fabriqués à partir de silicium ou d’oxydes métalliques, dans des usines de semi-conducteurs coûteuses et très énergivores. L’équipe de l’Ohio State University a tenté une approche radicalement différente : remplacer ces matériaux par du vivant, en l’occurrence des champignons shiitakés (Lentinula edodes), déjà connus pour leur robustesse et leur sensibilité particulière aux stimuli électriques.

Les chercheurs ont d’abord fait pousser le champignon dans des boîtes de Petri, sur un mélange de céréales (farro, germe de blé, foin). Le mycélium, ce réseau de filaments blancs qui constitue la partie végétative du champignon, a fini par former une sorte de tapis compact. Ils ont ensuite laissé sécher ces disques mycéliens au soleil, avant de les réhydrater partiellement, juste assez pour qu’ils redeviennent conducteurs.

Dernière étape : connecter ces disques à un circuit piloté par une carte électronique de type microcontrôleur (du même genre que ce qu’utilisent les amateurs d’électronique chez eux). Résultat : chaque disque de champignon s’est comporté comme un memristor, un « neurone » électronique capable de réagir et de s’adapter aux signaux envoyés.

Des disques de mycélium de shiitaké séchés puis réhydratés se sont comportés comme des memristors, c’est-à-dire des composants qui gardent la mémoire des signaux électriques reçus.

En variant les points de contact sur le champignon, l’équipe a constaté que différentes zones présentaient des propriétés électriques distinctes. « Nous connectons des fils et des sondes à différents endroits du champignon, car chaque partie a des propriétés électriques différentes », explique John LaRocco. Selon la tension appliquée et la manière dont les connexions sont organisées, les performances changent, un peu comme dans un réseau de neurones artificiels.

Un « mushristor » capable d’apprendre des signaux

Les chercheurs ont mesuré la capacité de ces dispositifs à changer d’état sous l’effet d’impulsions électriques répétées. À basse fréquence, les « puces » fongiques ont réussi à changer d’état jusqu’à 5 850 fois par seconde, avec environ 90 % de précision. En ralentissant encore les signaux, le taux de réussite est monté à environ 95 %, selon l’étude publiée dans la revue scientifique PLOS One.

Ces performances restent modestes face aux memristors industriels les plus avancés, mais elles se rapprochent déjà des premiers systèmes au silicium développés il y a quelques années. Surtout, ces dispositifs imitent le comportement de synapses humaines : à force de stimulation, ils modifient leur résistance et semblent « apprendre » à répondre à certains schémas électriques.

• Ils changent d’état selon les impulsions reçues.
• Ils conservent une forme de mémoire de ces signaux.
• Ils peuvent être « programmés » puis séchés sans perdre leurs propriétés.

Les chercheurs parlent de mémoire volatile : le dispositif conserve certains états de résistance tant que les conditions restent stables, ce qui permet de simuler des réseaux de neurones très simples. L’un des résultats marquants de l’étude réside dans la déshydratation. Les échantillons « programmés » ont gardé leur comportement après séchage, ce qui rend ces éléments relativement robustes pour un support biologique.

La déshydratation permet de figer un état électrique « programmé » dans le mycélium, tout en préservant ses capacités électroniques lors d’une réactivation ultérieure.

Pourquoi le mycélium fascine les ingénieurs

Depuis plusieurs années, des équipes de biologistes et d’ingénieurs étudient le mycélium comme matériau d’avenir. Ce réseau de filaments souterrains permet aux champignons de coloniser le sol, d’y partager des nutriments et d’échanger des signaux. Il se répare seul, s’adapte à son environnement et laisse déjà deviner des signaux électriques naturels, qui rappellent certaines impulsions neuronales.

Les travaux de l’Ohio State University vont un cran plus loin : ici, le mycélium n’est pas seulement observé, il est intégré dans un circuit, piloté par un système électronique classique, et utilisé comme composant actif. Chaque disque de champignon devient un « nœud » dans un circuit, interconnecté avec d’autres, et soumis à une forme de programmation électrique.

Les shiitakés possèdent un avantage supplémentaire : leur résistance relative aux radiations. Les auteurs rappellent que cette espèce contient notamment du lentinan, un composé impliqué dans la protection contre le stress oxydatif. Ils y voient une opportunité pour des applications dans l’aérospatial, là où l’électronique traditionnelle souffre particulièrement des radiations.

La dimension environnementale est elle aussi centrale. Les semi-conducteurs classiques nécessitent des salles blanches, des procédés complexes et beaucoup d’énergie. Ils génèrent également des déchets contenant des métaux lourds. Le mycélium, lui, pousse à température ambiante et se dégrade naturellement, sans laisser de pollution persistante.

Le mycélium de shiitaké pousse sur des déchets agricoles, consomme peu d’énergie, puis se biodégrade : une base potentielle pour une électronique beaucoup plus sobre.

Pour la co-autrice Qudsia Tahmina, professeure en génie électrique et informatique à l’Ohio State University, cette dimension pèse de plus en plus dans la recherche : la prise de conscience écologique pousse à envisager des matériaux électroniques plus « bio-compatibles » et moins polluants.

Des « ordinateurs » de champignons, mais pour faire quoi ?

Les chercheurs ne promettent pas des ordinateurs portables en shiitaké dans les années qui viennent. Les prototypes actuels restent très larges et lents par rapport aux puces miniaturisées de l’industrie. Réduire ces memristors fongiques à l’échelle du nanomètre demandera encore des années de travaux et d’ingénierie fine.

Ils les voient plutôt comme des démonstrateurs : ils montrent qu’il est possible de fabriquer des composants électroniques fonctionnels à partir de matière vivante, ou issue du vivant, qui poussent, se transforment et se dégradent au fil du temps. À terme, ce type de système pourrait trouver sa place dans :

• des capteurs ou textiles électroniques biodégradables, intégrés par exemple dans des vêtements jetables ou des emballages intelligents ;
• des systèmes embarqués dans des environnements difficiles, comme l’espace, où la résistance aux radiations est un atout ;
• des dispositifs d’« edge computing » très basse consommation, proches des lieux où les données sont produites ;
• des architectures d’« cerveaux artificiels » qui évoluent physiquement avec l’usage.

Les auteurs de l’étude indiquent que les systèmes fongiques présentent plusieurs avantages théoriques : faible consommation électrique, masse réduite, vitesses de commutation potentiellement élevées à terme, et coûts industriels bien plus bas que pour des chaînes de production classiques.

Que signifie ce type d’expérience pour un lecteur français ?

En France, les recherches sur l’électronique dite « neuromorphique » et sur les matériaux bioinspirés sont également en plein développement, notamment dans des organismes comme le CNRS ou le CEA. Les memristors testés dans l’Hexagone restent pour l’instant basés, dans leur grande majorité, sur des matériaux inorganiques comme les oxydes métalliques ou certains polymères.

Les travaux menés aux États-Unis autour des champignons apportent une piste complémentaire, tournée vers la durabilité : ils montrent que des composants de type memristor peuvent être obtenus à partir de supports biodégradables et peu coûteux. Pour l’industrie ou la recherche française, ce type d’étude ouvre plusieurs perspectives :

En France, la gestion des déchets électroniques est déjà encadrée par une filière spécifique, avec éco-organismes et recyclage obligatoire pour une partie du matériel. Des circuits à base de mycélium pourraient, un jour, alléger le travail de ces filières en réduisant la part de plastiques et de métaux à traiter, au profit de supports compostables.

Mycélium, memristor, neuromorphique : quelques clés pour comprendre

Pour un lecteur non spécialiste, plusieurs termes peuvent sembler obscurs. Le mycélium désigne l’ensemble des filaments qui constituent « le corps » du champignon dans le sol ou le substrat. Le chapeau et le pied que l’on voit en surface ne sont que la partie émergée de cet organisme bien plus vaste.

Le memristor, lui, fait partie de la famille des composants électroniques fondamentaux, aux côtés de la résistance, de la capacité ou de l’inductance. Sa particularité est de garder en mémoire la quantité de charge qui l’a traversé. Cette propriété en fait un candidat de choix pour imiter certains comportements neuronaux, où la force de connexion entre deux neurones dépend de leur activité passée.

L’électronique neuromorphique vise à concevoir des architectures de calcul qui fonctionnent moins comme des processeurs classiques, très rapides mais gourmands en énergie, et davantage comme des réseaux de neurones très efficaces pour certaines tâches (reconnaissance d’images, apprentissage, traitement de signaux en temps réel).

Les shiitakés transformés en mini-ordinateurs par l’équipe de l’Ohio State University s’inscrivent dans cette tendance : utiliser la matière vivante ou inspirée du vivant pour fabriquer une électronique plus économe, plus adaptable et, potentiellement, plus recyclable. L’idée qu’un jour, une partie de l’informatique repose sur des briques biologiques n’est plus seulement un concept de science-fiction : elle prend forme dans des boîtes de Petri, avec des champignons comestibles comme premiers cobayes.

Hélène Vasseur

Lecture rapide : rédactrice en chef d’Eurotel, ancienne de l’hôtellerie, spécialiste des hôtels de caractère et des city-trips.

Hélène Vasseur a passé près de quinze ans dans l’hôtellerie avant de se consacrer à l’écriture. De la réception d’un palace lyonnais à la direction d’une maison d’hôtes, elle a appris à lire un hôtel de l’intérieur : ce qui fait une vraie adresse, et ce qui relève du décor.

Rédactrice en chef d’Eurotel, elle coordonne la ligne éditoriale et arpente l’Europe à la recherche d’hôtels de caractère et de destinations à raconter autrement. Sa conviction : on voyage mieux quand on comprend les lieux, pas seulement quand on les coche. Elle garde un faible pour les vieilles villes d’Europe centrale et les petits-déjeuners qui s’éternisent.