如何在没有大脑的情况下游泳
细菌可以做到，变形虫可以做到，甚至血细胞也可以做到：它们都有能力在液体中以目标为导向的方式移动。 尽管它们的结构极其简单，没有中央控制系统（例如大脑），但它们还是做到了。 这怎么解释呢？ 来自维也纳工业大学、维也纳大学和塔夫茨大学（美国）的一个团队在计算机上模拟了这种类型的运动，并能够证明即使没有中央控制单元，游泳运动也是可能的。 这不仅解释了微生物的行为，它还可能使纳米机器人能够有针对性地移动，例如将药物运送到体内的正确位置。 即使没有中央控制系统， 也能取得成功 “简单的微生物可以想象为由几个部分组成，有点像一串珍珠，”维也纳工业大学理论物理研究所和塔夫茨大学艾伦探索中心的 Benedikt Hartl 说，他是当前出版物的主要作者。 “这各个部分可以相对移动。 我们想知道：在什么情况下这会导致导致整个有机体朝着所需方向移动的运动？ ：如果有一个中央控制系统——比如大脑或至少是一个神经中枢，那就相对简单了。 这样的中心可以向各个部分发出特定的命令。 很容易理解这如何导致协调运动。 但是单细胞生物自然具有没有神经细胞，没有可以发出命令的中央处理系统。 在这种情况下，如何可能出现协调的游泳运动？ 如果微生物的各个部分都按照非常简单的规则行事，那么这是否会导致集体行为，从而导致高效的游泳？ 在计算机上模拟的 微生物 这个问题是使用计算机模拟进行的调查的：微生物被建模为相互连接的珠子链。 每个这些珠子可以向左或向右施加力，但每个珠子只知道其直接相邻珠子的位置。 不知道生物体的整体状态或更远的珠子。 “现在的关键问题是：是否有一套控制系统、一套简单的规则、一种行为策略，每个珠子都可以单独遵循，以便在没有任何中央控制单元的情况下出现集体游泳动作？” Benedikt Hartl 说。 在计算机上，单个微珠--虚拟微生物的模拟部分--配备了一种非常简单的人工智能形式，一个只有 20 到 50 个参数的微型神经网络，Hartl 解释说：“在这种情况下，神经网络这个术语可能有点误导; 当然，单细胞生物没有神经元。 但是这种简单的控制系统可以在细胞内实现，例如，通过非常简单的物理化学电路，使微生物的特定区域执行特定动作。 这个简单的分散式控制系统现在已经适应了计算机，以寻找最有效的 “控制代码 ”，以产生最佳的游泳行为。 对于该控制系统的每个版本，虚拟微生物都被允许在模拟的粘性流体中游泳。 “我们能够证明，这种极其简单的方法足以产生高度稳健的游泳行为，”Benedikt Hartl 说。 “尽管我们的系统有没有中央控制，虚拟微生物的每个部分都按照非常简单的规则运行，总体结果是复杂的行为，足以实现有效的运动。 生物学和技术 这一结果不仅有趣，因为它解释了非常简单的生物系统的复杂行为，而且对于人工生产的纳米机器人也可能很有趣：“这意味着也有可能创造出可以执行通过非常简单的编程完成复杂的任务“，Andreas Zöttl （维也纳大学） 说。 “例如，可以想象建造纳米机器人，积极寻找水中的油污染并帮助清除它。 甚至是自主移动到体内特定位置以有针对性地释放药物的医用纳米机器人。