Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Mô hình thiết kế cổng logic lấy cảm hứng từ một sinh vật đơn bào (06/03/2020)

Hiện tượng tự nhiên và cơ chế sinh học có thể là nguồn cảm hứng lớn cho các nhà khoa học phát triển các phương pháp toán học, hệ thống máy tính và robot. Trong vài thập kỷ qua, nhiều nghiên cứu đã nhiều lần chứng minh giá trị của các chuỗi hành vi sao chép được quan sát trong tự nhiên thông qua các hệ thống và kỹ thuật tính toán lấy cảm hứng từ sinh học.

Sự chuyển đổi {1, 1} → {0, 1} của mô hình trên cổng P2 với sự hiện diện của p. plasmodium trên đầu ra. Ảnh: Floros et al.

Một hành vi đã thu hút sự chú ý đặc biệt như một biện pháp giải quyết các vấn đề toán học phức tạp đó là Physarum polycephalum, một loại nấm nhầy, là sinh vật đơn bào thường được sử dụng làm mô hình trong nghiên cứu điều tra các hiện tượng sinh học.

Trong quá khứ, những biến đổi hành vi của sinh vật đơn bào đặc biệt này đã cho thấy nó rất hữu ích cho việc giải quyết các vấn đề liên quan đến mạch điện tử kỹ thuật và tổ hợp khác nhau.

Lấy cảm hứng từ những phát hiện trước đó, các nhà nghiên cứu Trường Đại học Democritus ở Thrace và Đại học West of England đã phát triển một mô hình để thiết kế các cổng logic, trong đó một phần lấy cảm hứng từ hành vi của P. polycephalum.

Nghiên cứu của họ đã được đăng trên arXiv mới đây và, sắp tới sẽ đăng trên tạp chí International Journal of Unconventional Computing.

Tiến sĩ Karolos-Alexandros Tsakalos cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi là nhằm có thể thiết kế một mô hình có độ phức tạp ít hơn dựa trên nền tảng chức năng của tế bào automát (CA) để mô hình hóa các khả năng tính toán của P. polycephalum. Mục tiêu cuối cùng là thiết kế các thuật toán lấy cảm hứng từ sinh học có khả năng tính toán hiệu quả để giải quyết các vấn đề tính toán có độ phức tạp cao”...

Kỹ thuật mới này của các nhà nghiên cứu cho phép thiết kế cổng logic biểu hiện các nguyên lý của CA, một cấp các mô hình rời rạc được sử dụng để giải quyết các vấn đề khoa học máy tính, toán học và vật lý. Các tính năng của CA được kết hợp với các kỹ thuật máy học, tạo ra một mô hình tính toán mạnh mẽ, mô phỏng như hành vi của P. polycephalum.

Tiến sĩ Nikolaos Dourvas cho biết: “Ưu điểm chính so với những gì đã phát triển trước đó là sự đơn giản, khả năng học hỏi và cung cấp các kết quả khác nhau một cách ngẫu nhiên”.

Ngoài ra, phương pháp đơn giản này cũng có thể được sử dụng để mô hình hóa hành vi của nhiều loại sinh vật sống.

Kỹ thuật tính toán lấy cảm hứng từ sinh học của nghiên cứu này cho thấy có thể thực hiện tốt chức năng, mô hình hóa các cổng logic trong nhiều kịch bản mô phỏng. Trong tương lai, mô hình này có thể được áp dụng cho nhiều vấn đề toán học và phép tính toán phức tạp. Nó cũng có thể điều chỉnh được để có thể tự lặp lại tương tự như hành vi của các sinh vật sống và các hiện tượng sinh học khác.

Nguồn: P.T.T (NASATI)/www.vista.gov.vn

Cập nhật: 06/3/2020