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人类工程师可以向粘液霉菌学习

2019-09-04 58粘菌粘液霉菌

人类工程师可以向粘液霉菌学习到什么呢?显然,可靠、低成本的网络建设:最近的一项实验表明,多头绒泡菌(Physarum polycephalum),一种凝胶状的真菌样霉菌,实际上可能会为改进技术系统,比如更强大的计算机和移动通信网络,开辟道路。

此前,日本和英国的一组研究人员观察到粘菌将自己与分散的食物来源连接起来,其设计与东京的铁路系统几乎相同。

相关报告将于2010年1月22日发表在《科学》杂志上。

人类工程师可以向粘液霉菌学习

来自日本北海道大学的Atsushi Tero和他在日本和英国其他地方的同事一起,把燕麦片放在潮湿的表面,与东京周围的城市相对应,让多头绒泡菌从中心向外生长。他们观察了粘菌的自我组织、扩散,并形成了一个在效率、可靠性和成本上与东京地铁网络的实际基础设施相当的网络。

Tero在报告中写道:“一些生物以相互连接的网络的形式生长,这是它们发现和开发新资源的正常觅食策略的一部分。”“绒泡菌是一种大型单细胞阿米巴原虫,寻找分散的食物来源。[它]可以在迷宫中找到最短路径,或者以一种有效的方式连接不同阵列的食物源,总长度较低,但食物源对之间的平均最小距离较短,对意外断开具有很高的容错性。”

组建高效网络

研究人员知道,用简单的规则捕捉这种生物系统的本质,可能有助于在现实世界中构建自组织且成本高效的网络。他们捕获了粘液霉菌以有效的方式连接食物来源所需的核心机制,并将其纳入数学模型。

由于粘液霉菌已经经历了无数轮的进化选择,这个基于它的进食习惯的公式可能为运输和通信提供了一条更有效和适应性更强的网络设计路线。

生物学启发下的纯数学模型

德国奥托•冯•格里克大学的Wolfgang Marwan在相关观点中写道:“该模型通过局部规则的交互,捕捉到了网络适应性的基本动态,并生成了性能与现实基础设施网络相当或更好的网络……Tero和他的同事们的工作提供了一个迷人而令人信服的例子,生物学启发下的纯数学模型可以导致全新的、高效的算法,能够为计算机科学等领域的应用提供具有生命系统基本特征的技术系统。”

Tero和其他研究人员表示,人类工程师可以向粘液霉菌学习,他们的模型为提高没有集中控制的自组织网络(如远程传感器阵列、移动自组织网络和无线网状网络)的效率和降低成本提供了一个起点。

引用

American Association for the Advancement of Science. "Slime design mimics Tokyo's rail system: Efficient methods of a slime mold could inform human engineers." ScienceDaily. ScienceDaily, 22 January 2010.
www.sciencedaily.com/releases/2010/01/100121141051.htm.

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