Los investigadores de la Universidad de Hokkaido y Amoeba Energy en Japón tienen, inspirado en el comportamiento de búsqueda eficiente de una ameba unicelular, desarrolló una computadora analógica para encontrar una solución confiable y rápida al problema del viajante de comercio, un problema representativo de optimización combinatoria.

Muchas tareas de aplicaciones del mundo real, como la planificación y programación en logística y automatización, se formulan matemáticamente como problemas de optimización combinatoria. Computadoras digitales convencionales, incluyendo supercomputadoras, son inadecuados para resolver estos problemas complejos en un tiempo prácticamente permisible, ya que el número de soluciones candidatas que necesitan evaluar aumenta exponencialmente con el tamaño del problema, también conocido como explosión combinatoria. Así, las nuevas computadoras llamadas máquinas Ising, incluidos los recocidos cuánticos, se han desarrollado activamente en los últimos años. Estas maquinas, sin embargo, requieren un procesamiento previo complicado para convertir cada tarea a la forma que pueden manejar y tienen el riesgo de presentar soluciones ilegales que no cumplen con algunas restricciones y solicitudes, resultando en importantes obstáculos para las aplicaciones prácticas.

Estos obstáculos se pueden evitar utilizando la ameba electrónica recientemente desarrollada, 'una computadora analógica inspirada en un organismo ameboide unicelular. Se sabe que la ameba maximiza la adquisición de nutrientes de manera eficiente al deformar su cuerpo. Ha demostrado encontrar una solución aproximada al problema del viajante de comercio (TSP), es decir., dado un mapa de un cierto número de ciudades, el problema es encontrar la ruta más corta para visitar cada ciudad exactamente una vez y regresar a la ciudad de partida. Este hallazgo inspiró al profesor Seiya Kasai de la Universidad de Hokkaido a imitar la dinámica de la ameba electrónicamente utilizando un circuito analógico. como se describe en la revista Scientific Reports. "El núcleo de la ameba busca una solución en el entorno electrónico donde los valores de resistencia en las intersecciones de las barras transversales representan restricciones y solicitudes del TSP, "dice Kasai. Usando las barras transversales, el diseño de la ciudad se puede modificar fácilmente actualizando los valores de resistencia sin un procesamiento previo complicado.

Kenta Saito, un doctorado estudiante en el laboratorio de Kasai, fabricó el circuito en una placa de pruebas y logró encontrar la ruta más corta para el TSP de 4 ciudades. Evaluó el rendimiento para problemas de mayor tamaño utilizando un simulador de circuito. Luego, el circuito encontró de manera confiable una solución legal de alta calidad con una longitud de ruta significativamente más corta que la longitud promedio obtenida por el muestreo aleatorio. Es más, el tiempo necesario para encontrar una solución legal de alta calidad creció solo de manera lineal en función del número de ciudades. Comparando el tiempo de búsqueda con un algoritmo de TSP representativo "2-opt, "la ameba electrónica se vuelve más ventajosa a medida que aumenta el número de ciudades". El circuito analógico reproduce bien la capacidad de optimización única y eficiente de la ameba, que el organismo ha adquirido por selección natural, "dice Kasai.

"Como la computadora analógica consta de un circuito simple y compacto, puede abordar muchos problemas del mundo real en los que las entradas, restricciones, y las solicitudes cambian dinámicamente y pueden integrarse en dispositivos IoT como un microchip de ahorro de energía, "dice Masashi Aono, quien dirige Amoeba Energy para promover el uso práctico de las computadoras inspiradas en amebas.