设计受单细胞生物启发的逻辑门的模型

 
对于开发数学方法，计算机系统和机器人的科学家来说，自然现象和生物机制可能是重要的灵感来源。在过去的几十年中，研究已经通过引入许多有趣的，受生物启发的计算技术和系统，反复证明了在自然界中观察到的复制行为的价值。
作为解决复杂数学问题的一种手段而引起人们特别关注的行为是多头草(Physarum polycephalum)的现象，它是一种单细胞粘液霉菌，通常被用作研究生物学现象的模型。过去，已证明复制这种特定的单细胞生物的行为对于解决不同的图相关问题和组合问题很有用。
受先前研究结果的启发，色雷斯德Demo克利特大学和西英格兰大学的研究人员开发了一种设计逻辑门的模型，该模型部分受多头疟原虫行为的启发。他们的论文最初发表在arXiv上，不久将发表在《国际非常规计算杂志》上。
Karolos-Alexandros Tsakalos博士说：“我们的工作旨在设计一种不太复杂的基于细胞自动机(CA)的模型来模拟多头体育的计算能力。”进行这项研究的学生告诉TechXplore。 “最终目标是设计更有效的生物启发算法来解决困难的计算问题。”
Tsakalos和他的同事进行的这项研究是基于该团队以前的研究工作而进行的，该研究调查了受磷矿启发的计算工具和机器学习技术。研究人员用于设计逻辑门的新技术体现了细胞自动机(CA)的原理，这是一类通常用于解决计算机科学，数学和物理问题的离散模型。 CA的功能与机器学习技术相结合，从而形成了一个强大的计算模型，该模型反映了多头体育的行为。
“我们的模型在应用规则的每个局部区域内使用强化学习，以了解通向最终目的地的适当路径，”另一位博士Nikolaos Dourvas说道。参与这项研究的学生告诉TechXplore。 “比以前开发的方法的主要优势是它的简单性，学习和提供随机不同结果的能力，这是在实际生物学实验中发现的。”
由Tsakalos，Dourvas和他们的同事介绍的简单方法可用于模拟各种生物的行为。在他们的研究中，研究人员应用了多头体育，并在模拟环境中测试了其在设计逻辑门时的性能，在该环境中，模型必须识别出包含食物来源的迷宫中的最小路径。
“这项研究最有意义的成就是使用计算机模型成功地模拟了多头cephal草的行为，从而成功地对其进行了计算。”英格兰西部大学的研究员Michail-Antisthenis I. Tsompanas博士参与这项研究的人士告诉TechXplore。 “这种模型的灵感来自细胞自动机固有的并行性，但是学习自动机的随机性和相应的学习能力进一步丰富了它们提供复杂物理现象的充分模拟的能力。”
由Tsakalos，Dourvas，Tsompanas及其同事设计的具有生物启发性的计算技术被发现表现出色，可以在众多模拟场景中有效地对逻辑门进行建模。将来，他们的模型可以应用于各种高度复杂的数学和计算问题。它也可以用来复制其他活生物体的行为和生物学现象。
Georgios Ch。教授说：“我们认为，拟议的生物启发模型可以作为进一步研究的有效工具，为其他甚至更复杂的活生物体的行为建模，并解决类似的图形表示问题。”色雷斯的德Th克利特大学的研究员Sirakoulis告诉TechXplore。