Aux États-Unis, des chercheurs d’Ohio transforment des champignons shiitakés en composants électroniques capables de mémoriser des informations électriques.
Dans une étude relayée par le site de vulgarisation scientifique ZME Science, des scientifiques de l’université américaine Ohio State expliquent comment ils ont mis au point des dispositifs électroniques à base de champignons. Ces structures fongiques se comportent comme de minuscules cellules cérébrales artificielles, ouvrant la voie à des ordinateurs « vivants » bien moins gourmands en ressources que les puces classiques.
Des mémoires électroniques cultivées à partir de shiitakés
Le projet est piloté par John LaRocco, psychiatre et chercheur à l’Ohio State University. Son équipe s’intéresse à un type de composant clé de l’informatique dite « neuromorphique » : le memristor, contraction de « mémoire » et « résistance ». Ce composant ajuste sa résistance en fonction des signaux qu’il a reçus auparavant, un peu comme une synapse qui se renforce ou s’affaiblit selon l’activité.
Habituellement, ces memristors sont fabriqués à partir de silicium ou d’oxydes métalliques, dans des usines de semi‑conducteurs très coûteuses, avec des matériaux parfois critiques comme certaines terres rares. Les chercheurs d’Ohio ont choisi de remplacer cette base minérale par une base biologique : des champignons shiitakés (Lentinula edodes), connus pour leur robustesse et leur sensibilité particulière aux stimuli électriques.
Concrètement, ils ont cultivé le champignon dans des boîtes de Petri remplies de farro, de germe de blé et de foin. Le mycélium – ce réseau de filaments qui constitue la partie « souterraine » du champignon – a fini par former un tapis blanc dense. Ces disques mycéliens ont ensuite été séchés au soleil, puis légèrement réhydratés pour restaurer leur conductivité.
Une fois ces disques préparés, les scientifiques les ont intégrés à un circuit piloté par une carte électronique de type microcontrôleur (Arduino). En les reliant à des fils et des sondes à différents endroits, ils ont obtenu des éléments fongiques qui se comportaient comme de véritables memristors.
Les champignons transformés en composants bioélectroniques étaient capables de se souvenir des signaux reçus et d’ajuster leur réponse comme des synapses artificielles.
« Nous branchions des fils électriques et des sondes en différents points des champignons, car chaque partie possède des propriétés électriques distinctes », détaille John LaRocco. Le comportement variait selon la tension appliquée et la manière dont les connexions étaient agencées.
Un « mushristor » presque aussi précis que les memristors en silicium
Les tests menés sur ces « mushristors » – surnom donné à ces memristors à base de champignons – montrent des performances déjà impressionnantes pour un matériau vivant. À basse fréquence, ces puces fongiques changeaient d’état jusqu’à 5 850 fois par seconde, avec environ 90 % de précision dans la commutation entre leurs différents niveaux de résistance.
Lorsque les chercheurs utilisaient des tensions plus lentes, la précision grimpait à environ 95 %, ce qui rapproche ces dispositifs des memristors en silicium des premières générations. À force de stimulations répétées, la résistance du matériau se modifiait progressivement, reproduisant un phénomène d’« apprentissage » comparable à celui observé dans les synapses biologiques.
Le processus de déshydratation s’est révélé crucial. Les auteurs de l’étude expliquent avoir obtenu une « validation expérimentale » du fait que la déshydratation permet de conserver, dans un échantillon déjà « programmé », les propriétés électriques qui lui avaient été imprimées. En d’autres termes, un mycélium séché puis reconditionné peut garder en mémoire son état précédent.
Le séchage transforme le mycélium en composant durable : il reste programmable, conserve ses propriétés et continue à se comporter comme une mémoire résistive.
Chaque disque fongique fonctionne comme un nœud dans un circuit, doté d’une mémoire volatile : il garde l’empreinte des signaux reçus pendant un certain temps, puis revient progressivement à son état initial. Ce comportement le rapproche fortement des briques de base de l’informatique neuromorphique.
Le mycélium, circuit imprimé naturel et biodégradable
Ce n’est pas la première fois que des chercheurs s’intéressent aux champignons comme support électronique. Depuis plusieurs années, des biologistes et des ingénieurs étudient le mycélium, ce vaste réseau de filaments qui relie entre eux les champignons dans le sol. Ce réseau est capable de transmettre des impulsions électriques faibles, de s’auto‑réparer et de s’adapter à son environnement, ce qui rappelle le fonctionnement d’un tissu nerveux simplifié.
Dans ce travail, l’équipe d’Ohio State va plus loin : elle ne se contente pas de mesurer une activité électrique naturelle, elle la structure et la met à profit dans un véritable système de calcul entraîné.
Les auteurs soulignent aussi les propriétés physiques intéressantes du shiitaké. Le champignon présente une certaine résistance aux radiations, notamment grâce à un composé appelé lentinan qui l’aide à supporter le stress oxydatif. Cette tolérance aux environnements agressifs ouvre la voie à des applications dans l’aérospatial, où les composants électroniques sont particulièrement exposés.
Sur le plan environnemental, l’argument est tout aussi fort. La fabrication de semi‑conducteurs consomme énormément d’énergie et génère des déchets électroniques contenant des métaux lourds. Le mycélium, lui, se cultive à température ambiante sur des substrats agricoles modestes et se dégrade naturellement en fin de vie.
Pour les auteurs, protéger l’environnement et réduire les déchets électroniques constitue l’un des principaux moteurs derrière ces approches bio‑compatibles.
Qudsia Tahmina, professeure associée en génie électrique et informatique à Ohio State et coautrice de l’étude, rappelle que « la société est de plus en plus consciente de la nécessité de protéger l’environnement et de le préserver pour les générations futures ». Selon elle, ce type de technologie « bio‑amicale » pourrait répondre à cette préoccupation grandissante.
Une technologie accessible… jusqu’au composteur
Autre avantage, le coût d’entrée reste faible. John LaRocco décrit une gamme de scénarios possibles : de simples expériences menées sur un tas de compost avec des composants électroniques faits maison, jusqu’à des structures industrielles dédiées avec des moules standardisés pour cultiver les champignons.
« Tout ce dont on aurait besoin pour commencer à travailler sur les champignons et l’informatique pourrait être aussi réduit qu’un tas de compost et quelques composants électroniques artisanaux, ou aussi vaste qu’une usine de culture avec des gabarits préfabriqués », explique le chercheur. Selon lui, toutes ces options sont déjà « viables avec les ressources dont nous disposons aujourd’hui ».
- Substrats nécessaires : céréales, foin, matières organiques courantes.
- Énergie : croissance à température ambiante, sans four industriel.
- Électronique : microcontrôleur simple, fils, sondes de mesure.
- Fin de vie : biodégradation naturelle du mycélium et du substrat.
Des limites nettes, mais un potentiel inédit
Les chercheurs restent lucides : ces ordinateurs fongiques ne remplaceront pas vos applications quotidiennes. Les prototypes sont volumineux et relativement lents en comparaison des puces commerciales actuelles. Ramener ces memristors fongiques à l’échelle nanométrique exigera des années de recherche et de mise au point.
Pour autant, même dans leur forme actuelle, ils illustrent une rupture conceptuelle : un système de calcul qui pousse, qui s’adapte et qui se dégrade comme un organisme vivant, au lieu d’être fabriqué une fois pour toutes dans une usine.
Les auteurs estiment que les systèmes fongiques peuvent présenter des besoins énergétiques moindres, un poids plus faible, des vitesses de commutation élevées et des coûts industriels réduits par rapport aux dispositifs classiques.
Dans leur article publié dans la revue scientifique PLOS One, ils listent plusieurs domaines d’application possibles : capteurs et circuits intégrés à des textiles ou des objets connectés biodégradables, systèmes embarqués pour engins autonomes, voire structures électroniques capables de se « cicatriser » après exposition à des radiations ou à des contraintes mécaniques.
À terme, ces réseaux mycéliens pourraient servir de base à des architectures d’« cerveau artificiel » qui évoluent au fil de leur utilisation, à l’image d’un système nerveux qui se reconfigure en fonction des apprentissages.
Quelle réalité pour ce type de recherche en France ?
En France, la recherche sur l’informatique neuromorphique se concentre surtout sur des memristors à base de matériaux inorganiques (oxydes métalliques, structures gravées en salle blanche) et sur des architectures de type puces cérébrales. Plusieurs laboratoires publics travaillent sur ces technologies, souvent en lien avec le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) ou le Centre national de la recherche scientifique (CNRS).
Les approches bio‑inspirées existent, mais elles passent davantage par l’étude du cerveau pour concevoir des circuits électroniques classiques, ou par l’utilisation de matériaux organiques synthétiques. Les essais utilisant directement des organismes vivants comme le mycélium restent marginaux et expérimentaux.
Pour un lecteur français, le parallèle le plus proche concerne les recherches sur les matériaux de substitution dans l’électronique : polymères conducteurs, composants flexibles, substrats biodégradables à base de fibres végétales. Ces travaux répondent à des préoccupations similaires à celles mises en avant par l’équipe d’Ohio State : réduction de l’empreinte environnementale, limitation des métaux critiques, recyclabilité.
| Aspect | États-Unis (Ohio State) | France (tendances générales) |
|---|---|---|
| Support du memristor | Mycélium de champignons shiitakés | Matériaux inorganiques ou polymères organiques |
| Finalité affichée | Électronique vivante, biodégradable, résistante aux radiations | Puces neuromorphiques, circuits basse consommation, matériaux plus durables |
| Stade de développement | Preuve de concept avec disques mycéliens | Prototypes industrialisables pour certaines technologies neuromorphiques |
En France, la régulation des déchets électroniques et la montée des préoccupations environnementales laissent un espace pour des recherches comparables à celles menées aux États‑Unis. Reste que l’intégration d’organismes vivants dans des circuits nécessiterait une coordination entre biologistes, électroniciens et industriels, ainsi qu’un cadre réglementaire adapté.
Ordinateurs vivants : atouts, risques et enjeux techniques
L’idée d’un ordinateur vivant soulève plusieurs questions concrètes. D’un côté, les avantages sont clairs : moindre consommation énergétique, fabrication à basse température, utilisation de substrats agricoles disponibles, dégradation naturelle en fin de vie. De l’autre, l’assemblage et la fiabilité à long terme de ces systèmes restent des défis majeurs.
Sur le plan technique, un memristor fongique repose sur la structure interne du mycélium, qui conditionne le cheminement du courant. Une variation dans la croissance, l’humidité ou la température peut modifier le comportement du composant. Pour aller plus loin, les chercheurs devront maîtriser finement la forme et la densité des filaments, un peu comme on contrôle la géométrie des transistors dans une puce en silicium.
Autre enjeu, l’interfaçage : connecter des structures vivantes, souples et irrégulières, avec des circuits classiques en métal et en silicium demande des techniques de contact spécifiques. Aujourd’hui, les expériences reposent sur des montages de laboratoire relativement simples ; le passage à une intégration industrielle supposerait la mise au point de nouveaux procédés.
Enfin, ces systèmes posent la question de l’entretien et du vieillissement. Même séché, le mycélium reste un matériau organique sensible à l’humidité, à la chaleur ou aux micro‑organismes. Dans certaines applications – par exemple des capteurs temporaires ou des dispositifs destinés à se dégrader après usage – cette fragilité pourrait être un atout plutôt qu’un inconvénient, en évitant une accumulation de déchets.
L’étude de l’Ohio State University, publiée dans PLOS One, ne promet pas des ordinateurs fongiques dans chaque salon. Elle montre en revanche qu’un simple champignon comestible, cultivé sur un lit de céréales et de foin, peut déjà assumer une fonction de base de l’électronique avancée : mémoriser et traiter des signaux. Un changement de perspective qui pourrait peser lourd dans la manière de concevoir les technologies de calcul à venir.
