В НовГУ научили слизевика без мозга решать сложную для ИИ задачу

В НовГУ ученые научили слизевика Physarum polycephalum решать задачу Штейнера для четырех точек. Такие задачи содержат так много переменных, что оптимальное решение трудно найти даже искусственному интеллекту, рассказали "Газете.Ru" в НовГУ.

Слизевик (миксомицет) — уникальный организм, не являющийся ни грибом, ни растением, ни животным. Он сочетает признаки одноклеточных и многоклеточных существ и обладает удивительными способностями. На определенной стадии жизненного цикла слизевики имеют вид слизистой массы без твердых покровов. По сути, это одна большая многоядерная клетка. Слизевик способен двигаться со скоростью до одного сантиметра в час и покрывать площадь до одного квадратного метра.

"При том, что у слизевика нет нервной системы и мозга, он обладает интеллектом и способен решать некоторые задачи. Например, умеет выстраивать оптимальные маршруты — это связано с тем, что слизевик стремится максимально экономить ресурсы. Следовательно, обнаружив несколько точек, где есть нужный ему ресурс – например, пища, – он стремится объединить эти точки оптимальным, самым коротким путем. Поэтому слизевики интересны не только для биологов, но и для инженеров. Их изучают для создания самоорганизующихся и самовосстанавливающихся сетей, "живых" компьютеров и умных материалов", — рассказала научный руководитель исследования, доцент кафедры биологии и биоинформатики НовГУ Анна Петрова.

Целью было попытаться с помощью слизевика решить задачу Штейнера для четырех точек. Это классическая задача о поиске кратчайшей сети, соединяющей четыре заданные точки. Причем создание четырехугольника, образованного этими точками, или диагоналями — неправильные решения. Задача Штейнера относится к NP-трудным задачам. Это значит, что для нахождения оптимального решения требуется перебрать огромное количество вариантов.

Чтобы заставить слизевика двигаться в нужном направлении, мы выбрали в качестве стимулов электрический ток и пищу. Ранее ученые выяснили, что данный организм привлекают слабые разряды тока, примерно 0,5 вольта. При этом, если повысить разряд до одного вольта —это ему не понравится.

"Для эксперимента соорудили специальную миниатюрную арену, на которой разместили четыре точки. На каждой точке находился медный электрод с подведенными к нему проводами, а также пищу – овсяные хлопья. Затем на арене разместили слизевика. В первое время его не подвергали действию тока, предоставив возможность спокойно исследовать территорию. Затем начали обучение. На 2-5 секунд на электроды подавали ток мощностью 0,5 вольта, далее — 30 секунд перерыва, и так несколько раз. После начала обучения слизевик начал формировать сеть, соединяя исходные точки. В итоге он пришел к конкретной конфигурации оптимального маршрута", — рассказала ученый.

Аналогичный опыт провели на контрольной группе (без подачи тока, но с пищей) и на группе, где подавался более высокий ток. Целенаправленный рост к заданным точкам наблюдался только в группе с низким током. В итоге слизевик Physarum соединил точки так, как мы и предполагали – по простому решению задачи Штейнера.

Полученные данные приближают нас к возможности использования органического интеллекта для решения инженерных и математических задач. В частности, это NP-задачи, которые содержат так много переменных, что оптимальное решение трудно найти даже искусственному интеллекту.