Эндрю Адамацки - профессор в области нетрадиционных вычислений в Университете Западной Англии, и на протяжении всей своей карьеры он действительно придерживался нетрадиционного подхода к вычислениям. Вместо серверов и микросхем он использует одноклеточную слизистую форму. Безмозглый, казалось бы, неразумный организм ( Physarum polycephalum ) используется для передачи определенных цветов между пищевыми продуктами, окрашенными пищевым красителем, для перемещения маленькой лодки через гелевую среду и даже для решения лабиринтов.
Однако его последний проект, пожалуй, самый необычный из всех. За последние несколько лет он и Эндрю Илачинский из Центра военно-морского анализа использовали форму слизи для создания чего-то поразительно сложного: разработки планов для национальных систем автомобильных дорог. И каждый раз, в течение нескольких дней, пресс-форма создавала маршруты, которые удивительно похожи на реальные системы, разработанные человеческими инженерами.
Оказывается, слизистая плесень специально разработана для того, чтобы хорошо выполнять одну задачу: эффективно транспортировать питательные вещества из одного места в другое. Как объяснили исследователи в газете New York Times на прошлых выходных, обитающий в лесу организм добывает микроскопические питательные частицы, посылая протоплазматические трубки слизи и поддерживая связи между этими источниками пищи настолько эффективно, насколько это возможно.
Поэтому Адамацкий, Илачинский и команда коллег решили использовать эту возможность, чтобы точно определить, какие маршруты было бы наиболее логично построить, если бы кто-то разрабатывал, скажем, систему межгосударственных автомобильных дорог США с нуля. Как подробно описано в статье, которая вскоре появится в журнале Complex Systems, команда воспроизвела Соединенные Штаты для плесени, наложив блюдо с агаровым гелем в форме страны на карту сверху и поместив источник пищи (овсяные хлопья) в каждом из них. из 20 самых густонаселенных городских районов. Они повторили эксперимент для 13 других географических областей, включая Бразилию, Африку и Германию, и повторили его несколько раз для каждой карты.
После размещения овса они позволяли плесени слизи распространяться естественным образом из самого большого города или столицы и наблюдали, какие маршруты, которые она определила, были наиболее эффективными для транспортировки питательных веществ по всей стране. Как показано на видео выше (показывает одно из экспериментальных испытаний для Канады) и на изображении справа (показаны результаты испытания для Соединенных Штатов), форма слизи неоднократно создавала маршруты, которые были поразительно похожи на те, которые были изложены десятилетиями, а иногда и столетиями человеческой инженерии.
«Physarum известен тем, что строит оптимальные транспортные сети, которые минимизируют расстояние цитоплазматического переноса, но также охватывают как можно больше источников питательных веществ», - сказал Адамацки Wired в прошлом году. «В идеале, построенные человеком дороги должны соответствовать тем же критериям».
Действительно, создается впечатление, что система межгосударственных автомагистралей США отвечает тем же критериям, что и трассы, созданные по форме, которые соответствуют большинству автомагистралей между штатами. Почти в каждом испытании плесень вырастила связи, которые соотносятся с маршрутом 95 из Нью-Йорка в Бостон и маршрутом 45 из Далласа в Хьюстон; В большинстве испытаний плесень тесно дублировала шоссе, которые охватывают крупные города юго-запада (Денвер, Альбукерке, Феникс и Лос-Анджелес) и восточное побережье (маршрут 95 до Бостона и Джексонвилля).
Конструкции пресс-форм еще более тесно связаны с системами автомобильных дорог Бельгии, Канады и Китая, что позволяет предположить, что они более эффективны с точки зрения минимизации расстояния перемещения между населенными пунктами и охвата как можно большего числа густонаселенных районов.
Почему маршруты создания плесени и человечества так близко совпадают? Авторы предполагают, что, поскольку многие ранние дороги были определены на основе доисторических человеческих тропинок и следов животных, а многие современные шоссе в свою очередь основаны на этих ранних дорогах, наш процесс проектирования на самом деле не так сильно отличается от формы слизи: использование метода проб и ошибок найти наиболее удобные пути для путешествий во времени.
Эксперименты увлекательны - и, возможно, немного жутки - в том, что они демонстрируют, что, казалось бы, неразумные формы жизни могут выполнять чрезвычайно сложные задачи. Но они также намекают на потенциальные приложения в реальном мире. Адамацкий стремится разработать способы решения проблем, которые дешевле и проще, чем вычисления на основе кремния, и форма уже использовалась для решения ряда непростых пространственных математических задач. Форма требует относительно небольшого опыта или лабораторных ресурсов для использования, и это более устойчивая вычислительная возможность, чем традиционные электронные схемы.
Одно практическое применение, которое сразу приходит на ум, - это использование формы для анализа того, какие маршруты наиболее эффективно построить для стран, которые еще не разработали национальные системы автомобильных дорог. Они также могут быть использованы для эффективного моделирования идеальных путей в гораздо меньших масштабах, таких как кампус колледжа или общественный парк.
Независимо от того, для чего мы могли бы в конечном итоге использовать его, уже ясно одно: безмозглая форма слизи намного умнее, чем мы думаем.
