Представьте себе компьютер, у которого нет ни транзисторов, ни кремниевых чипов, ни даже привычного нам процессора. Вместо этого — живой организм, способный решать сложнейшие логистические задачи, которые ставят в тупик мощные вычислительные машины. Звучит как научная фантастика, но это реальность, над созданием которой уже несколько десятилетий работают японские исследователи.
Всё началось с того, что ученый Масаси Аоно заинтересовался удивительными способностями слизевиков — организмов без мозга, которые, тем не менее, эффективно проходят лабиринты, разрастаясь в сторону пищи и избегая света. Аоно решил проверить, сможет ли слизевик справиться с задачей коммивояжера — поиском кратчайшего маршрута через несколько городов с обязательным возвращением в исходную точку. Чем больше городов, тем стремительнее растет число возможных вариантов, что делает задачу вычислительно сложной.
Методика была элегантной: слизевика помещали на чип с каналами, обозначающими города и порядок их посещения. Когда организм затекал в «неправильный» канал, компьютер светил туда лучом, и слизевик отступал. В итоге его форма совпадала с оптимальным маршрутом. В 2018 году группа Аоно показала, что слизевик решает задачу коммивояжера на восьми городах за линейное время. Тогда же исследователи переложили логику его поведения в код — так появился алгоритм AmoebaTSP.
Однако использовать живой организм в реальных устройствах невозможно: его нужно кормить, он может заболеть или уползти, а на одно решение уходят часы. В 2020 году группа Сэйи Касаи из Университета Хоккайдо вместе с Аоно представила «электронную амебу» — аналоговый чип, где ток распределяется по тем же законам, что и биомасса слизевика.
Теперь исследователи из Университета Васэда сделали следующий шаг. Они взяли модель Аоно и упростили её, убрав закон сохранения объема. Живой слизевик ограничен: если один отросток увеличивается, другой уменьшается. В электронике такое глобальное ограничение мешало масштабированию. Теперь элементы чипа потенциально могут работать автономно, что открывает путь к созданию фотонных и спиновых процессоров.
В тестах обновленная модель находила решения за меньшее число попыток, чем оригинал, и справлялась с задачей коммивояжера на 180 городах. «Такой децентрализованный способ обработки информации может оказаться ценным для ИИ и крупномасштабной оптимизации, где обычные компьютеры потребляют значительную мощность», — отметил профессор Университета Васэда Масахито Мотидзуки.
Это открытие может стать прорывом в создании энергоэффективных вычислительных систем будущего, где природа подсказывает инженерам нестандартные решения.
