{1, 1} → {0, 1} transformación del modelo propuesto en la puerta P2 con presencia de plasmodio en la salida p. Crédito:Floros et al.
Los fenómenos naturales y los mecanismos biológicos pueden ser una gran fuente de inspiración para los científicos que desarrollan enfoques matemáticos, sistemas informáticos y robots. Durante las ultimas décadas, La investigación ha demostrado repetidamente el valor de replicar comportamientos observados en la naturaleza a través de la introducción de muchas técnicas y sistemas computacionales bioinspirados fascinantes.
Un comportamiento que ha atraído especial atención como medio para resolver problemas matemáticos complejos es el de Physarum polycephalum, un moho de limo unicelular que a menudo se ha utilizado como modelo en estudios que investigan fenómenos biológicos. En el pasado, replicar el comportamiento de este organismo unicelular en particular ha resultado útil para resolver diferentes problemas combinatorios y relacionados con gráficos.
Inspirado por hallazgos anteriores, Investigadores de la Universidad Democritus de Tracia y la Universidad del Oeste de Inglaterra han desarrollado un modelo para diseñar puertas lógicas que se inspira en parte en el comportamiento de P. polycephalum. Su papel publicado inicialmente en arXiv, pronto se publicará en el Revista internacional de computación no convencional .
"Nuestro trabajo tenía como objetivo diseñar un modelo basado en autómatas celulares (CA) menos complicado para simular las capacidades computacionales de P. polycephalum, "Karolos-Alexandros Tsakalos, un doctorado estudiante que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "El objetivo final era diseñar algoritmos bioinspirados más eficientes para resolver problemas computacionales difíciles".
El estudio llevado a cabo por Tsakalos y sus colegas se basa en el trabajo anterior del equipo que investigaba herramientas computacionales inspiradas en el physarum y técnicas de aprendizaje automático. La nueva técnica de los investigadores para diseñar puertas lógicas incorpora los principios de los autómatas celulares (CA), una clase de modelos discretos que a menudo se utilizan para resolver informática, problemas de matemáticas y física. Las características de CA se combinaron con técnicas de aprendizaje automático, conduciendo a un modelo computacional robusto que refleja el comportamiento de P. polycephalum.
{1, 1} → {1, 1} transformación del modelo propuesto en la puerta P1. Crédito:Floros et al.
"Nuestro modelo utiliza el aprendizaje por refuerzo dentro de cada área local donde se aplican reglas para aprender cuál es el camino apropiado hacia el destino final, "Nikolaos Dourvas, otro Ph.D. estudiante involucrado en el estudio, dijo a TechXplore. "La principal ventaja sobre los desarrollados anteriormente es su simplicidad, su capacidad para aprender y proporcionar resultados estocásticamente diferentes, como se descubrió en los experimentos biológicos reales ".
El método simple introducido por Tsakalos, Dourvas, y sus colegas pueden usarse para modelar el comportamiento de una variedad de organismos vivos. En su estudio, los investigadores aplicaron P. polycephalum y probaron su desempeño en el diseño de puertas lógicas dentro de un entorno simulado, donde el modelo tuvo que identificar caminos mínimos en laberintos que contienen fuentes de alimentos.
"El logro más significativo de este estudio es la simulación exitosa del comportamiento y, por lo tanto, de las habilidades computacionales de Physarum polycephalum, usando un modelo de computadora, "Dr. Michail-Antisthenis I. Tsompanas, un investigador de la Universidad del Oeste de Inglaterra involucrado en el estudio, dijo a TechXplore. "Este modelo está inspirado en el paralelismo inherente de los autómatas celulares, pero su capacidad para proporcionar simulaciones adecuadas de fenómenos físicos complejos se enriquece aún más con la estocasticidad de los autómatas de aprendizaje y las correspondientes habilidades de aprendizaje ".
La técnica computacional bioinspirada ideada por Tsakalos, Dourvas, Tsompanas y sus colegas se desempeñaron considerablemente bien, Modelado eficazmente de puertas lógicas en numerosos escenarios simulados. En el futuro, su modelo podría aplicarse a una variedad de problemas matemáticos y computacionales muy complejos. También podría adaptarse para replicar el comportamiento de otros organismos vivos y fenómenos biológicos.
"Prevemos que el modelo bioinspirado propuesto puede servir como una herramienta eficiente en estudios posteriores para modelar el comportamiento de otros, aún más complejo, organismos vivos y resolver problemas representados gráficamente similares, "Prof. Georgios Ch. Sirakoulis, un investigador de la Universidad Demócrito de Tracia que realizó el estudio, dijo a TechXplore.
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