神奇！變形蟲將成為未來派計(jì)算機(jī) 能夠解決復(fù)雜計(jì)算問題

變形蟲是地球上最簡單的生物之一，但是變形蟲作為單細(xì)胞生物，主要是由凝膠狀的原生質(zhì)構(gòu)成，比之前人們預(yù)想的更加智能化，甚至可以進(jìn)行一些復(fù)雜的計(jì)算。研究人員發(fā)現(xiàn)變形蟲具有獨(dú)特的計(jì)算能力，未來可與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相媲美。日本慶應(yīng)義塾大學(xué)研究員Masashi Aono帶領(lǐng)研究小組使用變形蟲解決了一個(gè)被稱為“旅行推銷員問題(TSP)”的流行性難題。

這是一個(gè)優(yōu)化問題，目標(biāo)是找到幾個(gè)城市之間的最短路線，確保能訪問每個(gè)城市，同時(shí)，起點(diǎn)和終點(diǎn)都是相同的。研究人員進(jìn)行了調(diào)整，讓變形蟲“變形”，成為一個(gè)“64條腿芯片”。

在實(shí)驗(yàn)中，每條“腿”代表推銷員路線上的一個(gè)有序城市。研究人員將變形蟲放在芯片中心，然后把芯片放在瓊脂平面頂部。這只變形蟲被限制在芯片中，但仍然可以進(jìn)入64個(gè)通道。

為了最大限度地吸收營養(yǎng)物質(zhì)，變形蟲試圖在芯片內(nèi)部膨脹，從而盡可能地接觸瓊脂。為了實(shí)現(xiàn)以上實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，研究人員使用光線，這是變形蟲不喜歡的，用于阻擋某些路線或者“腿”。

伴隨著城市數(shù)量的增加，由于優(yōu)化最短路線的可能性解決方案眾多，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)解決該問題所需的時(shí)間呈指數(shù)級(jí)增長。例如：對于4個(gè)城市，可能只有3 條可能存在的最短路線，但對于8個(gè)城市而言，最短路線解決方案可能呈指數(shù)級(jí)增長，可達(dá)到2520條。

研究人員發(fā)現(xiàn)，變形蟲可能在一段時(shí)間里找到幾乎最優(yōu)化的解決方案，但是這種解決方案只能隨著城市數(shù)量從4個(gè)增加至8個(gè)而線性增長。變形蟲通過不斷地將凝膠以恒定速度重新分布在非晶體中，以及通過并行處理光反饋，而不是串行處理。目前，研究人員正在研制一種電子版變形蟲，它能夠復(fù)制這種獨(dú)特方式去解決這個(gè)問題。

研究人員稱，該研究結(jié)果可能促進(jìn)新型模擬計(jì)算機(jī)的發(fā)展，使復(fù)雜優(yōu)化問題能夠在線性時(shí)間里獲得近似的解決方案。Masashi Aono在接受媒體記者采訪時(shí)稱，用于解決N個(gè)城市旅行推銷員問題的放射狀芯片中，當(dāng)變形蟲最終找到一個(gè)近似解決方案時(shí)，變形蟲的身體總面積將增加N倍。

變形蟲似乎有一條“定律”，它提供凝膠物質(zhì)，以恒定的速度在不發(fā)光的通道中擴(kuò)張。然而，變形蟲如何保持近似溶液的質(zhì)量，也就是實(shí)現(xiàn)最短路線的機(jī)制仍是一個(gè)未解之謎。研究人員還預(yù)測稱，通過制造更大的芯片，變形蟲能夠解決數(shù)百個(gè)城市的“旅行推銷員問題”，雖然這可能需要數(shù)萬個(gè)通道。