{1, 1} → {0, 1} transformação do modelo proposto na porta P2 com presença de plasmódio na saída p. Crédito:Floros et al.
Fenômenos naturais e mecanismos biológicos podem ser grandes fontes de inspiração para cientistas que desenvolvem abordagens matemáticas, sistemas de computador e robôs. Nas ultimas decadas, a pesquisa provou repetidamente o valor de replicar comportamentos observados na natureza por meio da introdução de muitas técnicas e sistemas computacionais bioinspirados fascinantes.
Um comportamento que tem atraído atenção especial como meio de resolver problemas matemáticos complexos é o de Physarum polycephalum, um bolor limoso unicelular que tem sido freqüentemente usado como modelo em estudos que investigam fenômenos biológicos. No passado, replicar o comportamento deste organismo de uma única célula em particular provou ser útil para resolver diferentes problemas combinatórios e relacionados a gráficos.
Inspirado por descobertas anteriores, pesquisadores da Democritus University of Thrace e da University of the West of England desenvolveram um modelo para projetar portas lógicas que é parcialmente inspirado no comportamento de P. polycephalum. Seu papel, postado inicialmente no arXiv, em breve será publicado no International Journal of Unconventional Computing .
"Nosso trabalho teve como objetivo projetar um modelo baseado em autômatos celulares menos complicados (CA) para simular as habilidades computacionais de P. polycephalum, "Karolos-Alexandros Tsakalos, um Ph.D. aluno que conduziu o estudo, disse TechXplore. "O objetivo final era projetar algoritmos bioinspirados mais eficientes para resolver problemas computacionais difíceis."
O estudo realizado por Tsakalos e seus colegas baseia-se no trabalho anterior da equipe investigando ferramentas computacionais inspiradas no Physarum e técnicas de aprendizado de máquina. A nova técnica dos pesquisadores para projetar portas lógicas incorpora princípios de autômatos celulares (CA), uma classe de modelos discretos frequentemente usados para resolver a ciência da computação, problemas de matemática e física. Os recursos do CA foram combinados com técnicas de aprendizado de máquina, levando a um modelo computacional robusto que reflete o comportamento de P. polycephalum.
{1, 1} → {1, 1} transformação do modelo proposto na porta P1. Crédito:Floros et al.
"Nosso modelo usa aprendizagem por reforço dentro de cada área local onde as regras são aplicadas a fim de aprender qual é o caminho apropriado para o destino final, “Nikolaos Dourvas, outro Ph.D. aluno envolvido no estudo, disse TechXplore. "A principal vantagem sobre os desenvolvidos anteriormente é a sua simplicidade, sua capacidade de aprender e fornecer resultados estocasticamente diferentes, como foi descoberto nos experimentos biológicos reais. "
O método simples introduzido por Tsakalos, Dourvas, e seus colegas podem ser usados para modelar o comportamento de uma variedade de organismos vivos. Em seu estudo, os pesquisadores aplicaram P. polycephalum e testaram seu desempenho no projeto de portas lógicas em um ambiente simulado, onde o modelo teve que identificar caminhos mínimos em labirintos contendo fontes de alimento.
"A realização mais significativa deste estudo é a simulação bem-sucedida do comportamento e, portanto, das habilidades computacionais de Physarum polycephalum, usando um modelo de computador, "Dr. Michail-Antisthenis I. Tsompanas, um pesquisador da Universidade do Oeste da Inglaterra envolvido no estudo, disse TechXplore. "Este modelo é inspirado no paralelismo inerente aos autômatos celulares, mas sua capacidade de fornecer simulações adequadas de fenômenos físicos complexos é ainda mais enriquecida pela estocasticidade de autômatos de aprendizagem e habilidades de aprendizagem correspondentes. "
A técnica computacional bioinspirada desenvolvida por Tsakalos, Dourvas, Tsompanas e seus colegas tiveram um desempenho consideravelmente bom, modelando portas lógicas com eficácia em vários cenários simulados. No futuro, seu modelo poderia ser aplicado a uma variedade de problemas matemáticos e computacionais altamente complexos. Também pode ser adaptado para replicar o comportamento de outros organismos vivos e fenômenos biológicos.
“Prevemos que o modelo bioinspirado proposto pode servir como uma ferramenta eficiente em estudos futuros para modelar o comportamento de outros, ainda mais complexo, organismos vivos e resolvem problemas semelhantes representados graficamente, "Prof. Georgios Ch. Sirakoulis, um pesquisador da Universidade Demócrito da Trácia que conduziu o estudo, disse TechXplore.
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