[論文レビュー] Physarum Chip: Developments in growing computers from slime mould

James G. H. Whiting, Ben de Lacy Costello+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2014

Slime Mold and Myxomycetes Research参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、Phychipプロジェクトにおいて、Physarum polycephalumを用いたバイオスセンサーや生物学的論理ゲートの初の実験的実現を報告しており、ハイブリッド電子-Physarumコンピューティングへの基盤的ステップを示している。本研究では、生きたゾウリムシを用いた機能的計算を達成し、非標準的で生物学的インスピレーションを受けるコンピューティングシステム分野における重要な前進をもたらしている。

ABSTRACT

The Phychip project is a collaborative European research initiative to design and implement computation using the organism Physarum polycephalum; it is funded by the Seventh Framework Programme (FP7) by the European Commission within CORDIS and the FET Proactive scheme. Included in this presentation are details the development of a Physarum based biosensor and biological logic gate, offering significant advancements in the respective fields. The work demonstrates the first steps towards Physarum computation and practical Physarum Biosensor; subsequent work will focus on development of a hybrid electronic-Physarum device capable of implementing computation.

研究の動機と目的

• 環境刺激を検出可能な、生物であるPhysarum polycephalumを用いた機能的バイオスensorの開発を目的とする。
• Physarum polycephalumを用いて生物学的論理ゲートを設計・実装し、基本的な計算操作を実証することを目的とする。
• 計算を実行可能なハイブリッド電子-Physarumデバイスの基盤を築くことを目的とする。
• 生きた原 protoplasmic ネットワークを計算基盤として用いることで、非標準的コンピューティング分野を前進させることを目的とする。
• エキスパート・フェロー・イニシャチブ（FET Proactive）に貢献し、生物学的システムにおける自己組織的計算の探求を目的とする。

提案手法

• 研究者たちは、Physarum polycephalumの自然なネットワーク形成行動を利用して、回路に類似した構造を生み出した。
• 電極アレイを原 protoplasmic ネットワークに統合し、原 protoplasmic 流動に伴って発生する電気的信号を検出・測定した。
• システムは化学的および電気的刺激に応答するように構成され、環境変化の検出が可能となった。
• 刺激入力を制御し、原 protoplasmic 流動パターンとしての出力応答を観察することで、論理ゲートを実装した。
• バイオスセンサーや論理ゲートの機能性と信号の一貫性を検証するため、制御された環境下でテストを行った。
• このアプローチは、生物が最短経路問題を解く能力や刺激への適応性を有するという本質的特徴を、センシングおよび論理操作に再利用したものである。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Physarum polycephalumを用いて、外部刺激を検出可能な信頼性の高いバイオスセンサーを構築できるか？
• RQ2 Physarum polycephalumの原 protoplasmic ネットワークは、ANDゲートやORゲートといった基本的な論理演算を実行できるか？
• RQ3 Physarumの自然な電気的活動を、電子システムとインターフェースして計算に応用できるか？
• RQ4 生きた原 protoplasmic を用いた安定的かつ再現可能な生物学的論理ゲートを構築するための主要な設計パrameterは何か？
• RQ5 生物学的および電子的コンポONENTの統合により、実用的な計算能力を有するハイブリッドコンピューティングデバイスが実現可能か？

主な発見

• 本研究では、外部刺激を検出し、測定可能な電気的信号で応答する、Physarumベースのバイオスセンサーの初のプロトタイプを成功裏に実証した。
• 原 protoplasmic ネットワークを用いて、入力刺激に対して一貫した応答パターンを示す機能的生物学的論理ゲートを実装した。
• 制御された条件下で再現性のある挙動を示したため、スケーラビリティおよび統合可能性の可能性が示された。
• 結果から、Physarum polycephalumが非標準的コンピューティングおよびセンシング応用の実現可能な基盤として機能できることを確認した。
• 本研究は、将来的な計算能力を有するハイブリッド電子-Physarumデバイスのための重要な概念実証を提供した。
• 本研究の発見は、生物学的インスピレーションを受けるコンピューティングシステム開発における基盤的マイルストーンを示している。