İnsanoğlunun 100 yıldır planlayıp tasarlayarak geçirdiği demiryolu ağı, bu beyinsiz yaratıklar 26 saatte tamamlandı.
Bir trene binmeliydin, değil mi? Bir ülke, ülkeler arasında çok sayıda demir yolu vardır ve bunlar bir demiryolu ağı oluşturur.
Açıktır ki, maliyet ve verimlilik açısından demiryolları her şehirden geçemez. Hangi şehirler en çok yolcuyu kapsayacak şekilde ulaşım merkezleri kurabilir ve aynı zamanda şehirler arasındaki seyahat rotalarını kısaltabilir? Bu demiryolu planlama bilimidir.
Ulaşım ağı planlaması ve tasarımı konusunda matematikçiler ve bilgisayar bilimcileri gibi birçok alandan bilim adamları katıldı. Ancak son zamanlarda bu alanda garip bir yaratık ortaya çıktı ve son derece güçlü bir problem çözme uzmanı haline geldi.
Şöyle söyleyelim, Tokyo'nun demiryolu sistemi 1872'den beri çalışıyor ve ilk demiryolu Tokyo ile Yokohama'yı birbirine bağladı. Mühendislerin bu demiryolu sistemini şu anda olduğu gibi optimize etmesi 100 yıldan fazla sürdü, ancak tanıtmak üzere olduğumuz yaratığın aynı verimli sonuçları alması yalnızca 26 saat sürdü. Daha da şaşırtıcı olan şey, insanlarla karşılaştırıldığında, bu canlıların çok ilkel ve aşağı olmaları ve beyinleri bile yok.
Böyle mi oldu?
Aslında, mekansal planlama problemlerini çözmek için biyolojinin kullanımının uzun bir geçmişi vardır. Örneğin, bilim adamları kristal büyümesini simüle etmek için karıncaların yiyecek arama davranışını kullandılar.
Ancak mekan tasarımı açısından Physarum polycephalum adlı bir yaratık son 10 yılda tercih edildi.
Slime küfün adında mantar için bir kelime olmasına rağmen, bir bakteri veya mantar değil, protist olan tek hücreli bir amiptir.
Bir noktadan başlayıp etrafa uzanarak yiyecek arayabilir. Yiyecek kaynağı bulunduğunda, yiyecek bulamayan "dokunaçlar" küçülür ve kaybolur. Son olarak, cıvık mantar toplayıcı ağında, yalnızca yiyecek kaynaklarına sahip olan ve besinleri etkili bir şekilde iletebilen hatlar ve düğümler kalır.
Balçık küfleri labirentten çıkan en kısa yolu bile bulabilir.
Elbette, bir cıvık mantar hücresinin oluşturduğu son ağ aslında hala bir hücredir, ancak ilkinden daha büyüktür ve birkaç çekirdeği vardır.
Bunu duyduktan sonra tahmin etmeliydin. Yiyecek tanelerini şehirler olarak ele alırsak ve bunları haritaya göre cıvık mantarın etrafına yerleştirirsek, şehirleri (gıda dağıtım noktaları) verimli bir şekilde birbirine bağlayabilecek bir ağ planlayabilir mi?
2010 yılında, Japonya'daki Hokkaido Üniversitesi'nden bilim adamı Atsushi Tero ve meslektaşları Science dergisinde bir çalışma yayınladılar ve şehirlerin yerine yer yulaf ezmesini değiştirmeyi başardılar ve bir petri kabında balçık küfünün Tokyo demiryolu sistemini haritalandırmasına izin verdiler. Şekil.
Şok edici olan, cıvık mantar tarafından çekilen Tokyo demiryolu sisteminin, geçen yüzyılda insanlar tarafından deneme yanılma yoluyla inşa edilen demiryolu ağıyla neredeyse tamamen aynı olmasıdır.
Aşağıdaki resimde sol taraf insanlar tarafından yapılan Tokyo demiryolu ağıdır ve sağ taraf cıvık mantar tarafından yapılmıştır.
Durağan resme tekrar bakalım. Aşağıdaki resimde üst kısım balçık küfü ile birkaç günde ve biraz yulaf ezmesi ile, alt kısım ise 100 yıl ve çok para harcayan insanlar tarafından tasarlanmıştır.
O zamandan beri, ulaşım ağlarının optimizasyonu konusunda araştırma yapan birçok bilim insanı, ulaşım ağlarını tasarlamak için balçık kalıbı kullanmaya başladı. Hatta bazıları İpek Yolu'nu ve küresel ticaret ağını haritalamak için balçık küf kullandı.
İnsanların alan tasarımını planlamasına yardımcı olmak için balçık kalıbını kullanmak, hızlı hız, düşük maliyet ve rahat kullanım gibi birçok avantaja sahiptir. Slime küfü her saat ortalama 1 cm dışa doğru uzar. İnsanların yıllarca, hatta on yıllarca alabileceği optimizasyon çözümlerini uygulama yoluyla veya süper bilgisayarların yardımıyla yalnızca birkaç gün içinde çözebilirler.
Batı İngiltere Üniversitesi Geleneksel Olmayan Bilgi İşlem Merkezi direktörü Profesör Andrew Adamatzky de şehir olarak yulaf ezmesini kullandı. 14 ülkenin ulaşım ağını ve balçık küfünün çizdiği otoyolu karşılaştırdı. Belçika, Kanada ve Çin'deki karayolu ağları ve balçık küf "tasarım" planları en benzer olanı iken, ABD ve Afrika'daki ulaşım ağları en az verimli olanıdır.
Aşağıda, balçık kalıbı tarafından tasarlanan Amerikan ulaşım ağı bulunmaktadır.
Aşağıda, balçık kalıbının "tasarladığı" İspanyol karayolu ağı yer almaktadır.
Aşağıda, gerçek İspanyol karayolu ağı (solda) ile cıvık mantar tasarımı (sağda) arasında bir karşılaştırma bulunmaktadır:
Adamatzky'nin balçık küfü ile tasarlanmış Afrika demiryolu ağı:
Adamatzky dünyanın 24 büyük şehrine yulaf ezmesi yerleştirdi ve ardından balçık küfün İpek Yolu'nu tasarlamasına izin verdi. Sonuç, tarihi İpek Yolu ile yüksek derecede örtüştü (% 76):
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki New Jersey Institute of Technology'de (NJIT) yardımcı doçent olan Simon Garnier, Amerikan haritaları ve balçık küfü ile deneyler yaptı. Gördüğünüz gibi, balçık mantarının üç günlük sonuçları, insanların on yıllardır ve milyonlarca dolarlık kullandığı etkilerle neredeyse aynı.
Elbette, cıvık mantar yalnızca verimli bir ulaşım sistemini simüle etmek için değil, aynı zamanda araba kazaları ve seller gibi doğal ve insan kaynaklı felaketleri simüle etmek için de kullanılabilir.
Peki nasıl simüle edilir? Petri kabının karşılık gelen pozisyonuna tuz serpin.
Bunun nedeni, tuzun cıvık mantar için toksik olmasıdır.Tuz parçacıklarıyla karşılaştığında, cıvık küf geri çekilecek ve başka alternatif yollar arayacaktır. Bu nedenle, balçık küfü tuz taneleri ile karşılaştığında alınan önlemleri kullanarak bilim adamları, belirli bir yerde bir trafik kazası meydana geldiğinde yakındaki trafikteki değişiklikleri tahmin edebilirler.
Az önce cıvık mantarların beyinsiz tek hücreli organizmalar olduğundan bahsetmiştik, hatta düşündüğümüzden çok daha akıllılar.
2012'de Sydney Üniversitesi'ndeki araştırmacılar Proceedings of the National Academy of Sciences'da (PNAS) bir çalışma yayınladılar ve balçık küflerinin yalnızca etkili bir gıda taşıma ağı oluşturmakla kalmayıp aynı zamanda kimyasal maddelerle başarısız yolları işaretleyebileceğini keşfettiler. Sanki "yolu yok" diye bir işaret koyuyoruz. Bu şekilde, cıvık mantar bu verimsiz çizgileri hatırlayabilir ve gelecekteki hataları önleyebilir.
Daha güçlü olan şey ise, vahşi doğada bir mevsimlik yiyecek yendiğinde, balçık küflerinin toplanıp çoğalmasıdır.
Merkezi bir komutanın yokluğunda, kendiliğinden farklı görevleri paylaşacaklar. Bazı balçık küfleri yavru mantar benzeri sporlar üretir ve bazıları sporları destekleyen yapılar haline gelir. Şimdiye kadar, insanlar bunu nasıl yaptıklarını çözemediler.
Balçık küfü zeka tanımımızı yeniledi. Balçık küfünün etkinliği, insan bilgisayarları tarafından öğrenilmeye değer.
Bazı yoldaşların ne sormak istediğini biliyorum. Slime küf yenebilir mi?
Onu yiyebilirsin, dedi Garnier, tadı yosun gibi.
