Investigadores de la Universidad de Hokkaido y Amoeba Energy en Japón, inspirados por el comportamiento de búsqueda eficiente de una ameba unicelular, desarrollaron una computadora analógica para encontrar una solución confiable y rápida al problema del viajante de comercio: un problema representativo de optimización combinatoria.
Muchas tareas de aplicaciones del mundo real, como la planificación y programación en logística y automatización, se formulan matemáticamente como problemas de optimización combinatoria. Las computadoras digitales convencionales, incluidas las supercomputadoras, son inadecuadas para resolver estos problemas complejos en un tiempo prácticamente permisible debido a la cantidad de soluciones candidatas queNecesidad de evaluar los aumentos exponencialmente con el tamaño del problema, también conocido como explosión combinatoria. Por lo tanto, en los últimos años se han desarrollado activamente nuevas computadoras llamadas "máquinas Ising", que incluyen "atemperadores cuánticos".convertir cada tarea a la forma que pueden manejar y tienen el riesgo de presentar soluciones ilegales que no cumplen con algunas restricciones y solicitudes, lo que genera obstáculos importantes para las aplicaciones prácticas.
Estos obstáculos pueden evitarse utilizando la "ameba electrónica" de nuevo desarrollo, una computadora analógica inspirada en un organismo ameboide unicelular. Se sabe que la ameba maximiza la adquisición de nutrientes de manera eficiente al deformar su cuerpo. Se ha demostrado que encuentra una solución aproximadaal problema del viajante de comercio TSP, es decir, dado un mapa de un cierto número de ciudades, el problema es encontrar la ruta más corta para visitar cada ciudad exactamente una vez y regresar a la ciudad de partida. Este hallazgo inspiró al profesor Seiya Kasai en HokkaidoUniversidad para imitar la dinámica de la ameba electrónicamente utilizando un circuito analógico, como se describe en la revista Scientific Reports. "El núcleo de la ameba busca una solución en el entorno electrónico donde los valores de resistencia en las intersecciones de las barras transversales representan las limitaciones y solicitudes del TSP".dice Kasai. Con las barras transversales, el diseño de la ciudad se puede modificar fácilmente actualizando los valores de resistencia sin un procesamiento previo complicado.
Kenta Saito, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Kasai, fabricó el circuito en una placa y logró encontrar la ruta más corta para el TSP de 4 ciudades. Evaluó el rendimiento para problemas de mayor tamaño utilizando un simulador de circuito. Luego, el circuito de manera confiableencontró una solución legal de alta calidad con una longitud de ruta significativamente más corta que la longitud promedio obtenida por el muestreo aleatorio. Además, el tiempo requerido para encontrar una solución legal de alta calidad creció solo linealmente en el número de ciudades. Comparando el tiempo de búsqueda conun algoritmo TSP representativo "2-opt", la ameba electrónica se vuelve más ventajosa a medida que aumenta el número de ciudades. "El circuito analógico reproduce bien la capacidad de optimización única y eficiente de la ameba, que el organismo ha adquirido a través de la selección natural", diceKasai.
"Como la computadora analógica consiste en un circuito simple y compacto, puede abordar muchos problemas del mundo real en los que las entradas, restricciones y solicitudes cambian dinámicamente y pueden integrarse en dispositivos IoT como un microchip de ahorro de energía", dice MasashiAono, quien lidera Amoeba Energy para promover el uso práctico de las computadoras inspiradas en amebas.
Este es un comunicado conjunto entre la Universidad de Hokkaido y Amoeba Energy Co., Ltd.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Hokkaido . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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