Что могут предложить слизевики для вычислений?

Слизевики не имеют мозга, но это не мешает исследователям изучать их потенциал в качестве нестандартных биологических компьютеров. Слизевик состоит из одной клетки с миллионами ядер и формирует сеть протоплазматических трубок, чтобы двигаться к источнику пищи почти по кратчайшим путям. Поскольку задача поиска кратчайшего пути между двумя точками — хорошо изученная проблема в информатике с приложениями в сетях связи, планировании маршрутов роботов и оптимизации, слизевики могут обладать нераскрытым потенциалом для этих областей.

В новом исследовании по природо-вдохновлённым вычислениям профессор информатики Эндрю Адаматцки из Университета Западной Англии в Бристоле экспериментально показал, что губчатый жёлтый слизевик Physarum polycephalum может перемещаться по 3D-ландшафтам, приближаясь к реальным дорогам. Хотя предыдущие работы демонстрировали это на 2D-поверхностях, впервые это показано для 3D-рельефа. Исследование опубликовано в IEEE Transactions on Cybernetics.

"Моей работой со слизевиками я показываю, что мы можем создавать полностью функциональные и почти универсальные компьютеры практически из любого живого субстрата. Для вычислений не требуется интеллекта, а лишь базовые реакции на химическую, оптическую, тактильную и, возможно, гравитационную стимуляцию", — заявил Адаматцки.

Учёный использовал 11-сантиметровые 3D-нейлоновые модели рельефа США и Германии, воспроизводя горы и долины на основе данных о высотах. Он показал, что транспортные пути слизевиков близко аппроксимируют:

• Маршрут 20 в США — самую длинную дорогу страны (5415 км или 3365 миль).
• Автобан 7 в Германии — самую длинную национальную дорогу Европы (963 км или 598 миль).

В эксперименте слизевик помещался в одном конце «дороги» (Ньюпорт, Орегон, США и Фленсбург, Германия), а овсяные хлопья — в другом (Бостон, Массачусетс, США и Фюссен, Германия). Улавливая химические сигналы от хлопьев, слизевик достигал Бостона за 4–5 дней, а Фюссена — за 2–3 дня. Хотя расстояние распространения на каждой модели было примерно одинаковым, более крутые перепады высот на западе США могут объяснять, почему на американском рельефе слизевику потребовалось больше времени.

Адаматцки провёл несколько экспериментов на 3D-рельефах, а также на плоских моделях в форме стран. Хотя пути слизевиков близко соответствовали реальным дорогам, ни один из путей не повторялся в точности. Эта вариабельность объясняется не случайностью, а разным физиологическим состоянием и метаболической активностью организмов.

Более энергичные и активные слизевики лучше преодолевают подъёмы и совершают меньше отклонений, прокладывая более прямой и короткий маршрут, чем их менее активные собратья. Это привело к выводу, что слизевик вычисляет не кратчайший путь как таковой, а оптимальный путь для данного количества ресурсов.

В целом, некоторые транспортные связи, построенные слизевиками, были немного длиннее, а некоторые — короче реальных дорог. На 3D-модели Германии только одна из «слизистых» связей оказалась короче Автобана 7, что может быть связано с тем, что дорожные инженеры имеют возможность строить тоннели через горы и мосты над ущельями.

Адаматцки предсказывает, что слизевики и другие живые организмы могут предложить гораздо больше для области вычислений в будущем. Например, такие нестандартные компьютеры могут помочь открыть новые принципы эффективной обработки информации для разработки более совершенных алгоритмов. Они также могут найти применение в обработке изображений, теоретико-графовых вычислениях и синтезе новых материалов.

Учёный уже проектирует гибридное устройство, сочетающее слизевик с обычными электронными компьютерами. Год назад он получил от Европейской комиссии грант в 2,1 млн фунтов стерлингов на создание такого компьютера. При финансировании программы EU Unconventional Computation он строит «слизевиковый» компьютер под названием PhyChip (http://www.phychip.eu/).