粘菌コンピュータ

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迷路問題を解決する粘菌コンピュータ

粘菌コンピュータ(ねんきんコンピュータ)とは、粘菌の性質を利用したコンピュータである。中垣俊之北海道大学・電子科学研究所准教授)や原正彦東京工業大学・総合理工学研究科教授)など複数のチームによって研究が進められている。

概要[編集]

ある種の粘菌には「餌を求め、餌と餌の最短距離をつなぐ形に変形する」「光を嫌い、光を当てることで任意の形に変形できる」性質があることを利用し、光や餌を「入力」、形を「出力」とみなしてコンピュータとして利用する。

例えば、粘菌を迷路の中に設置しその迷路の端と端にえさを置くと、粘菌は一旦は迷路全体に管を広げるが、最終的には餌と餌の最短距離をつなぐ管のみを残し、それ以外の部分は衰退させてしまう。また、餌との道筋に光の当たる部分を作ると、粘菌は光のあたる部分がなるべく少なく、かつ粘菌全体の管の長さもなるべく短いような経路を取る。最終的に形成された形は迷路問題(一種の組合せ最適化問題)の解であるとみなせる。こういった粘菌の性質を利用して、巡回セールスマン問題をはじめとする現在のコンピュータでは解くことが困難な問題を解決することが期待できる。

また、粘菌は同じ実験でも場合によって異なった経路を取るが、この時に粘菌がネットワークを作成する過程を発展方程式を用いて数理モデル化することで、正確な答を一つだけ出すことしかできない現在のコンピュータとは違い、一つの問題に複数の答えを出せるような「柔軟な発想」のできるコンピュータの開発に生かせることが期待できる。

中垣らはこの研究によって2008年度のイグノーベル賞を受賞している。また、原らの率いる理研の研究チームは、粘菌コンピュータの回路の設計を2007年より開始している。中垣の研究は、2008年4月にニュー・サイエンティストのサイトで「Mouldy computers」として取り上げられ[1]、原の研究は、2007年に日本経済新聞に取り上げられた[2]

エサとエサの間に伸びる粘菌をコンピュータとして扱うという考えは一見理解しづらい。しかしながら粘菌のような単細胞生物が迷路を解決する「知能」を持つという、生物が進化の過程で獲得した、あるいは未来のコンピュータが獲得すべき「知性」の根源に迫るカギとされており、バイオコンピュータへの応用を目指して研究が進められている。ちなみに中垣によると、モジホコリのエサはオートミールが好物とのこと。

応用例[編集]

中垣らは2010年、日本首都圏を模した形状の培地と粘菌モジホコリPhysarum polycephalum)を用いて鉄道の都市間ネットワークの設計シミュレーションを行い、サイエンス誌に発表した[3]。都市に相当する箇所にエサを設置し、海や山に相当する部分には深度や高度に応じた強さの光を当てて敷設コストを設定する。そこに粘菌を設置することで、首都圏における効率的な交通網のモデルが作成される。このモデルは輸送効率や冗長経路の設計の点で、実際の日本の鉄道網と類似性が見られるという。この研究が評価され、2010年には2度目のイグノーベル賞(交通計画賞)を受賞した[4]

関連項目[編集]

脚注[編集]

  1. ^ Ten weirdest computers
  2. ^ 2007年3月19日付、科学面
  3. ^ Tero A, Takagi S, Saigusa T, Ito K, Bebber DP, Fricker MD, Yumiki K, Kobayashi R, Nakagaki T (2010). “Rules for biologically inspired adaptive network design.”. Science 327 (5964): 439-42. 
  4. ^ Winners of the Ig® Nobel Prize 2010 - Improbable Research

外部リンク[編集]