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    变形虫具有独特计算能力,未来可与传统计算机相媲美!

    单细胞生物

    近日,美国《科学》杂志公布了其评选出的2018年十大科学突破,单细胞基因活性分析技术突破拔得头筹,成为年度头号科学突破。世界各地还有众多研究团队正在应用各种技术研究细胞。


    《科学》杂志特约撰稿人伊丽莎白·潘尼斯在对年度突破的解读中表示:“单细胞革命才刚刚开始。”


    变形虫


    变形虫作为单细胞生物,是地球上最简单的生物之一,主要是由凝胶状的原生质构成。据外媒报道,日本庆应义塾大学研究人员发现变形虫具有独特的计算能力,未来可与传统计算机相媲美。


    这是结果来源于日本庆应义塾大学研究员Masashi Aono带领研究小组使用变形虫解决了一个被称为“旅行推销员问题(TSP)”的流行性难题。


    显然这是一个关于优化的问题,目标是找到几个城市之间的最短路线,确保能访问每个城市,同时,起点和终点都是相同的。研究人员进行了调整,让变形虫“变形”,成为一个“64条腿芯片”。


    在实验中,每条“腿”代表推销员路线上的一个有序城市。研究人员将变形虫放在芯片中心,然后把芯片放在琼脂平面顶部。这只变形虫被限制在芯片中,但仍然可以进入64个通道。

    为了最大限度地吸收营养物质,变形虫试图在芯片内部膨胀,从而尽可能地接触琼脂。为了实现以上实验目标,研究人员使用光线,这是变形虫不喜欢的,用于阻挡某些路线或者“腿”。


    伴随着城市数量的增加,由于优化最短路线的可能性解决方案众多,传统计算机解决该问题所需的时间呈指数级增长。例如:对于4个城市,可能只有3 条可能存在的最短路线,但对于8个城市而言,最短路线解决方案可能呈指数级增长,可达到2520条。



    研究人员发现,变形虫可能在一段时间里找到几乎最优化的解决方案,但是这种解决方案只能随着城市数量从4个增加至8个而线性增长。


    变形虫通过不断地将凝胶以恒定速度重新分布在非晶体中,以及通过并行处理光反馈,而不是串行处理。目前,研究人员正在研制一种电子版变形虫,它能够复制这种独特方式去解决这个问题。


    研究人员称,该研究结果可能促进新型模拟计算机的发展,使复杂优化问题能够在线性时间里获得近似的解决方案。Masashi Aono在接受媒体记者采访时称,用于解决N个城市旅行推销员问题的放射状芯片中,当变形虫最终找到一个近似解决方案时,变形虫的身体总面积将增加N倍。


    变形虫似乎有一条“定律”,它提供凝胶物质,以恒定的速度在不发光的通道中扩张。然而,变形虫如何保持近似溶液的质量,也就是实现最短路线的机制仍是一个未解之谜。

    研究人员还预测称,通过制造更大的芯片,变形虫能够解决数百个城市的“旅行推销员问题”,虽然这可能需要数万个通道。

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