由于世界上最好的城市规划者仍无法消除交通拥堵,科学家们正在寻找一个新的专家组:粘菌。
没错,一种凝胶状阿米巴原虫可以帮助城市规划者设计更好的道路系统,以减少,一项新研究发现。
一组研究人员研究了粘菌种类多头绒泡菌并发现随着它的生长,它会以与东京铁路系统几乎相同的设计将自己连接到分散的食物碎屑上。
粘菌是一种类似真菌的单细胞动物,可以在相连的静脉网络中生长,像网一样散布在表面上。霉菌通过将其核分裂成越来越多的核而膨胀,尽管从技术上讲,所有核都被封闭在一个大细胞中。
研究人员在 1 月 22 日出版的《科学》杂志上发表的一篇论文中写道:“一些生物体以互连网络的形式生长,这是它们发现和利用新资源的正常觅食策略的一部分。”已经进化到以最有效的方式生长,以最大限度地获取营养。
日本北海道大学 Atsushi Tero 领导的科学家们写道:“[它]可以找到穿过迷宫的最短路径,或者以有效的方式连接不同的食物源阵列,总长度较短,但食物源对之间的平均最小距离较短。”
测试粘菌网络是否表现得像火车和汽车研究人员将燕麦片放在潮湿表面的不同位置,以便最终的布局与东京周边的城市相对应。他们甚至添加了亮光区域(粘菌往往会避开),以对应火车必须绕过的山脉或其他地质特征。
科学家们让霉菌自行组织并在这些营养物质周围扩散,发现它构建了一种与连接东京周边城市的现实世界火车系统非常相似的模式。在某些方面,阿米巴解决方案更有效。更重要的是,粘菌建立的网络没有一个可以监督和指导整个企业的控制中心;相反,它加强了有效的路线,消除了多余的渠道,不断适应和调整以获得最大效率。
为了利用自然和进化花了数千年完善的东西,研究人员将有关粘菌的进食和生长习性的信息输入到计算机模型中,并希望用它来设计更高效和适应性更强的交通网络。
德国奥托·冯·格里克大学的沃尔夫冈·马尔万(未参与该项目)在同一期《科学》杂志上发表的一篇附带文章中写道:“该模型通过局部规则的交互来捕捉网络适应性的基本动态,并生成具有与现实世界基础设施网络相当或更好的属性的网络。”
“Tero 及其同事的工作提供了一个令人着迷且令人信服的例子,即受生物学启发的纯数学模型可以产生全新、高效的算法,从而为技术系统提供生命系统的基本特征。”
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