Towards slime mould electrical logic gates with optical coupling
多头绒泡菌（Physarumpolycephalum）是一种肉眼可见的单细胞原质团黏菌。我们采用疟原虫趋光反应，构建非和与非逻辑门的实验室原型与电输入/输出和光耦合的黏菌起着计算设备和电导体的双重作用。黏泥模具逻辑门是容错和可复位的。这里提出的结果推进了我们对生物计算衬底如何被操纵以实现逻辑操作的理解，并展示了将活体衬底集成到硅硬件中的可行性。
2014-03-16 cs.ET
Slime mould: the fundamental mechanisms of cognition
黏菌多头绒泡菌已被用于开发非传统的计算设备，其中黏菌起到了传感、致动和计算设备的作用。这些设备将黏菌视为一种活性生物基质，但黏菌是一种自我维持的生物，进化了数百万年，占据了世界的大部分地区，但无论如何，这种生物并没有真正的认知，只是自动化的生化机制。为了将黏菌从纯粹的活电子元件“复原”为“思想生物”，我们正在分析多头黏菌的认知潜力。我们的最低限度的认知理论的基础上，自下而上的方法，从生物和生物物理性质的黏菌和它的监管系统使用框架，如里昂的生物认知，穆勒，迪Primio-Lengelerometrial可修改的途径，贝特森的“模式连接”的框架，Maturana的autopoetic网络，或原始意识和摩根的佳能。
2017-12-01 cs.ET
Slime Mould Memristors
在实验室实验中，我们证明，原生质管的无细胞黏菌\emph{Physarum polycephalum}显示电流与电压曲线与忆阻系统一致，该效果是由于活原生质的模具。这补充了以前对其他生命系统（人类皮肤和血液）的记忆特性的发现，并有助于自生长生物电子电路的发展。独特的不对称$V$ - $I$曲线，这是偶尔观察到的内部电流是在相同的数量级的驱动电流，是很好地模拟了有源忆阻器的概念。
2014-04-02 cond-mat.other cs.ET physics.bio-ph
On Creativity of Slime Mould
黏菌多头绒泡菌是一种大型的单细胞生物，具有非常聪明的行为。粘菌表现出出色的能力，能够使其原生质网络适应不同的环境条件。当数据用吸引子和排斥子的结构表示时，黏菌可以解决计算几何、图像处理、逻辑和算术等问题。我们试图将黏菌的行为模式映射到认知控制与仿形谱相空间上，从而解释黏菌的创造性活动。
2013-04-07 cs.ET nlin.AO
Thirty eight things to do with live slime mould
黏泥模型\emph{Physarum polycephalum}是一种大型的单细胞，能够进行分布式传感、并行信息处理、并行计算和分散驱动。绒泡菌易于培养和实验，使这种黏菌成为现实世界实现非传统传感和计算设备的理想基质。在过去的十年里，绒泡菌成为非传统计算的瑞士刀：给黏菌一个问题，它会解决它。我们提供了一个简明的摘要，精确的计算和传感操作是用活黏菌实现的。绒泡菌的设备范围从用于计算几何的形态处理器到实验考古工具，从自路由电线到忆阻器，从近似最短路径的设备到空间探索的模拟物理模型。
2015-12-27 cs.ET
Discovering Boolean Gates in Slime Mould
多头绒泡菌黏菌是一种具有丰富空间非线性电特性的大型细胞。我们利用黏菌的电特性来实现逻辑门，使用灵活的硬件平台，设计用于调查基板（MECOBO）的电特性。我们应用任意的电信号来“配置”黏菌，即改变其身体的形状，并测量黏菌的电响应。我们表明，它是可能的，以找到配置，允许绒泡菌作为任何2输入布尔门。对在粘液中发现的门的出现频率进行了分析，并与在其他非常规材料中获得的逻辑门的复杂性层次进行了比较。通过扫描真实材料中的配置以及训练基于神经网络的模型并使用梯度下降搜索其中的门来执行对门的搜索。
2016-07-07 cs.ET
Exploiting Environmental Computation in a Multi-Agent Model of Slime Mould
非常简单的生物，如单细胞变形虫黏菌多头绒泡菌（Physarum polycephalum），尽管没有神经组织，但已知它们表现出复杂的生物学和计算行为。在资源如此有限的情况下，环境刺激能否在产生黏菌行为的复杂性方面发挥作用？我们使用的多代理集体模型的黏菌探索一个双向的机制，集体行为的影响，模拟化学浓度梯度场，反过来，这种行为改变了浓度梯度的空间格局。这种简单的机制在动态变化的梯度分布中产生复杂的行为，并表明黏菌的明显智能反应可能是由于将计算外包给环境。
2015-11-24 cs.ET
Trans-Canada Slimeways: Slime mould imitates the Canadian transport network
黏菌多头绒泡菌（Physarumpolycephalum）建立了复杂的网络，在其延伸的身体的远处部分之间运输营养物质。黏菌的原生质网络被优化，以最大限度地覆盖营养物质，同时将细胞内物质运输所需的能量降至最低。在实验室实验与P. polycephalum，我们代表加拿大主要城市地区与燕麦片和接种黏菌在多伦多地区。原质团以其原生质管网络遍布城市地区。我们发现的原生质网络和加拿大国家公路网之间的相似性和差异，分析网络的邻近图和评估黏菌的网络响应污染。
2011-05-25 cs.ET nlin.PS physics.soc-ph
On hybrid circuits exploiting thermistive properties of slime mould
黏菌多头绒泡菌是一种肉眼可见的单细胞。让黏菌用一个原生质管跨越两个电极：如果管被加热到大约40°C，原生质管的电阻从3 MΩ增加到大约10'000 MΩ。生物体的抵抗力与其环境的温度不成比例，也不相关。因此，黏菌不能被认为是热敏电阻，而是热开关。我们采用多头绒螯蟹的热开关来制作混合电模拟加法器、“与非”门的原型，并将这些门级联成触发器锁存器。在该生物混合计算电路上执行的计算操作具有高重复性、再现性和极低的传播延迟
2015-12-08 cs.ET
Approximation of Statistical Analysis and Estimation by Morphological Adaptation in a Model of Slime Mould
真正的黏菌多头绒泡菌通过其原质运输网络的生长和适应来近似一系列复杂的计算，这激发了最近大量的研究，以了解这样一个简单的生物体如何能够执行如此复杂的壮举。由黏菌构建的网络的性质已知受到其环境中刺激的局部分布的影响。但是，黏菌的形态适应能提供关于其环境的整体统计特性的任何信息吗？我们探索这种可能性，使用基于颗粒的模型黏菌。我们演示了如何在虚拟黏菌的斑点形态适应可用作一个简单的计算机制，可以粗略地近似，imate统计分析，估计和跟踪。初步的结果包括近似的几何质心的2D形状，近似的算术平均值从空间表示的排序和未排序的数据分布，和估计和动态跟踪的运动物体的位置存在噪声污染的输入刺激。结果表明，有可能利用具有有限的个人计算能力的非常简单的组件的集体（例如，简单的机器人设备群），通过材料适应和感觉融合从复杂的数据集中提取统计特征。
2015-03-11 cs.ET
Route 20, autobahn 7 and Physarum polycephalum: Approximating longest roads in USA and Germany with slime mould on 3D terrains
无细胞黏菌多头绒泡菌是一种肉眼可见的巨大单细胞。它表现出复杂的行为特征，在觅食的营养和发展的最佳运输网络的原生质管跨越营养来源。黏菌在平坦的基底上充分地近似于人造的运输网络。黏菌在三维地形上模仿人造交通网络的效果是否和在平面基质上一样好？我们将问题简化为单一运输路线的近似。在美国和德国的3D尼龙地形的实验室实验中，我们模仿了美国最长的公路20号公路和欧洲最长的国家高速公路7号高速公路的发展。我们发现，黏菌在3D地形上建立了更长的运输路线，与平面琼脂平板相比，仍然充分接近所研究的人造运输路线。我们讨论了营养物质放置在目的地网站如何影响性能的黏菌，模具如何导航海拔周围，并提供了一个自动机模型的黏菌，这可能会解释变异的原生质路线构建。我们还展示了在俄罗斯和英国的三维地形上用黏菌进行范围实验的结果。
2012-11-02 cs.ET nlin.AO nlin.PS
On the internalisation, intraplasmodial carriage and excretion of metallic nanoparticles in the slime mould Physarum polycephalum
多头绒泡菌的原质团是一个肉眼可见的大的单细胞。当接种在具有引诱剂和驱避剂的基质上时，疟原虫形成原生质管的最佳网络，其跨越引诱剂（即营养物）的位点，但避开具有高营养物浓度的域。因此，应该有可能对疟原虫进行编程，使其对内化的纳米和微米尺度材料进行确定性的适应性转化。在实验室实验中，磁铁矿纳米颗粒和玻璃微球涂有银金属，我们证明，疟原虫的多头绒螯蟹可以传播纳米尺度的对象使用一些不同的机制，包括内吞作用，转胞吞作用和拖动。我们的实验结果可用于开发针对金属化生物导线和混合纳米和微电路生长的新技术。
2013-10-22 cs.ET physics.bio-ph
A Morphological Adaptation Approach to Path Planning Inspired by Slime Mould
使用颗粒模型的黏菌，我们展示了范围实验，探索如何路径规划可能会进行形态适应。我们最初展示了简单的路径规划的一个缩小的斑点之间的两个引诱剂源的虚拟疟原虫在一个多边形的舞台。我们研究的情况下，需要多个路径，并随后选择一个单一的路径从多个选项。无碰撞路径是通过从竞技场边界的排斥来实现的。最后，避障是通过障碍物的排斥来实现的，因为它们被收缩的斑点所覆盖。这些例子表明，通过形态适应路径规划的概念验证结果，补充了现有的研究在新的计算基板上的路径规划。
2015-03-11 cs.ET
Slime mould computes planar shapes
计算平面点集的多边形是现代计算几何的经典问题。在实验室的实验中，我们证明了一个凹壳，连接的α形没有孔，一个有限的平面集近似黏菌多头绒泡菌。我们代表平面点与远距离的引诱剂和短距离的排斥剂和plasmodium的数据集外的一块。原质团向数据移动，并通过明显的原生质管将其包围。
2011-06-01 cs.ET nlin.PS
Are motorways rational from slime mould's point of view?
我们分析了我们的实验室近似的高速公路网络与黏菌多头绒泡菌的结果。考虑了14个地理区域的高速公路网络：澳大利亚，非洲，比利时，巴西，加拿大，中国，德国，伊比利亚半岛，意大利，马来西亚，墨西哥，荷兰，英国，美国。对于每个地理实体，我们用燕麦片代表主要城市地区，并在首都接种黏菌。黏菌后跨越所有的城市地区与网络的原生质管，我们提取了一个广义的绒泡菌图从网络和比较的图形与抽象的高速公路图使用最常见的措施。所采用的措施是独立的循环，凝聚力，最短路径长度，直径，Harary指数和Randic指数的数量。我们得到了一系列有趣的结果，并发现，黏菌近似最好的所有高速公路图的比利时，加拿大和中国，并为所有实体研究的最佳匹配之间的绒泡菌和高速公路图检测的Randic指数（分子分支指数）。
2012-03-13 cs.ET nlin.PS
Applications of Multi-Agent Slime Mould Computing
自本世纪初以来，巨型单细胞黏菌多头绒泡菌激发了非常规计算基质的快速发展。这主要是由于其简单的组成部分和分布式计算的性质，它在其生长，觅食和适应不断变化的环境。黏菌作为一种活的具体化的计算材料，其可以通过外部刺激的放置来影响（或编程）。利用这种材料行为进行非常规计算的目标导致了多智能体方法的发展，以接近黏菌的行为。该模型的基础是一个简单的动态模式形成机制，表现出自组织的形成和随后的集体运输网络的适应。该系统表现出紧急的属性，如松弛和最小化，它可以被认为是一个虚拟的计算材料，受外部应用的空间浓度梯度。在本文中，我们给出了一个概述，这种多智能体的方法，非常规计算。我们描述了它的计算机制和不同的通用应用领域，以及具体的材料计算的例子应用。我们研究了潜在的开发的方法，计算几何，路径规划，组合优化，数据平滑和统计应用。
2015-11-18 cs.ET
Physarum Chip: Developments in growing computers from slime mould
Phychip项目是一项欧洲合作研究计划，旨在使用多头绒泡菌（Physarum polycephalum）设计和实施计算;它由欧盟委员会在CORDIS和FET主动计划内的第七框架计划（FP 7）资助。包括在本演示文稿中的详细信息，基于绒泡菌的生物传感器和生物逻辑门的发展，在各自的领域提供显着的进步。这项工作展示了绒泡菌计算和实用绒泡菌生物传感器的第一步;后续工作将集中在能够实现计算的混合电子绒泡菌设备的开发上。
2014-11-25 cs.ET
Bio-imitaiton of Mexican migration routes to the USA with slime mould on 3D terrains
多头绒泡菌的疟原虫是一个肉眼可见的大的单细胞。它表现出复杂的行为特征，在觅食的营养和发展的最佳运输网络的原生质管跨越营养来源。当细胞被放置在一个有分布的营养源的环境中时，细胞通过生长一个原生质管网络来“计算”一个跨越营养的最佳图。当营养物的配置代表主要城市地区时，多头绒螯蟹模仿一个国家的人造运输网络的发展。我们利用黏菌的这一特性来模仿墨西哥人迁移到美国。墨西哥移民到美国是世界上最大的移民系统。我们使用黏菌P. polycephalum生物物理模拟迁移。在实验室实验中，我们用美国的3D尼龙地形模拟了从墨西哥-美国边境到十个墨西哥移民高度集中的城市地区的移民路线的发展。根据实验室实验的结果，我们提取了迁徙路线的拓扑结构，并强调了海拔在塑造人类运动网络中的作用。
2013-05-01 cs.ET nlin.AO
On the role of the plasmodial cytoskeleton in facilitating intelligent behaviour in slime mould Physarum polycephalum
黏菌多头绒泡菌（Physarumpolycephalum）的原质团表现为无定形的反应扩散计算基质，并具有明显的智能行为。但是，智能是如何在一个无细胞的有机体中出现的呢？通过一系列的实验室实验，我们可视化的疟原虫细胞骨架，一个无处不在的细胞蛋白质支架，其功能是多种多样的和必不可少的生活，并讨论其假定的作用作为一个网络内的疟原虫转导，传输和结构化的数据流。通过一系列的计算机建模技术，我们展示了如何涌现的行为，因此计算智能，可能会发生在细胞骨架通信网络。具体来说，我们建模的肌动蛋白和微管蛋白的细胞骨架网络的拓扑结构，并讨论如何计算可能会发生在其中。此外，我们提出了定制的细胞自动机和粒子群模型的计算过程中的细胞骨架和观察的发病率的紧急模式。我们的工作为自然智能的起源提供了独特的见解;因此，这里提出的结果很容易转移到自然计算，细胞生物学和生物医学科学领域。最后，我们讨论我们的结果可能会改变我们的生物，计算和哲学的理解的智能和意识。
2015-03-10 cs.ET
Slime Mould Inspired Generalised Voronoi Diagrams with Repulsive Fields
巨大的单细胞变形虫生物多头绒泡菌（Physarumpolycephalum）构建了最小化的运输网络，但也可以使用两种不同的机制来近似沃罗诺伊图。在第一种方法中，Voronoi平分线由作为生成点的排斥源的预先存在的疟原虫网络的变形来表示。在第二种方法中，生成点充当生长的疟原虫的接种位点，并且Voronoi平分线由疟原虫融合之前的空区域表示。为了探索在排斥场存在下最小化网络的行为，我们利用绒泡菌的计算模型作为分布式虚拟计算材料。我们将不同类型的计算行为引起的吸引力和排斥刺激，并证明了近似沃罗诺伊图使用增长对吸引剂，避免排斥剂，和两者的组合。证明了沃罗诺伊图对点数据源、复杂平面形状和圆集的逼近。通过改变排斥剂浓度，我们发现，数据源的分区保持，但内部网络连接最小化的收缩力的传输网络。总之，我们发现，非常规的计算方法的剧目是通过增加刺激所提出的排斥领域，提出新的方法来平面划分，包装和最小化问题。
2015-03-24 cs.ET
Slime mould solves maze in one pass ... assisted by gradient of chemo-attractants
多头绒泡菌的疟原虫是一个肉眼可见的大细胞，表现出复杂的觅食行为模式。原质团的行为很好地解释在计算方面，其中的数据是空间上扩展的配置的营养物质和障碍，和计算的结果是由原质团形成的原生质管的网络。在实验室实验和数值模拟中，我们表明，如果绒泡菌的疟原虫接种在迷宫的外围通道和燕麦片（源的引诱剂）在迷宫的中央室，然后疟原虫生长向目标燕麦片和连接片与原始接种的网站与一个明显的原生质管。原生质管代表迷宫中的一条路径。原质团在一次通过中解决迷宫，因为它由从目标燕麦片传播的化学引诱物的梯度辅助。
2011-08-24 cs.ET nlin.PS q-bio.CB
Material Approximation of Data Smoothing and Spline Curves Inspired by Slime Mould
使用显示新兴形态适应行为的绒泡菌的粒子模型，我们演示了如何使用最小的集体材料计算方法来转换和总结空间表示的数据集的属性。我们发现，虚拟材料更强烈地松弛到数据中的高频变化，其可用于通过在1D数据集中近似移动平均和低通滤波器来平滑（或滤波）数据。该模型的松弛和最小化属性使B样条曲线（近似样条）在2D数据集中的空间计算成为可能。夹紧和非夹紧样条曲线，开放和封闭的形状，可以表示和样条曲率的程度对应于材料的弛豫时间。样条曲线的材料计算还包括新颖的准机械属性，包括控制点之间的形状展开以及优先粘附到更长、更直的路径。插值样条不能直接近似，由于Steiner点的形成和演变的nar-row顶点，但近似后的直线预处理的源数据。通过将原始数据转换为包含数据库中的材料，进一步简化了预处理。这些示例性结果通过展示一种简单的、集体的和分布式的数据和曲线平滑方法来扩展空间表示的非常规计算设备的库。
2015-03-11 cs.ET
Slime Mould Logic Gates Based on Frequency Changes of Electrical Potential Oscillation
多头绒泡菌（Physarumpolycephalum）是一种大型的单细胞变形虫，在其原质团阶段，通过原生质管觅食并连接附近的食物源。生物体通过向检测到的食物生长这些管来觅食，这种觅食行为受避光性和趋化性的简单规则控制。管的电活动振荡，在管内产生类似蠕动的动作，迫使细胞质沿着管腔;这种振荡的频率控制生长的速度和方向。外部刺激，如光和食物，引起振荡频率的变化。我们证明，使用这些刺激作为逻辑输入，我们可以近似逻辑门使用这些管和推导出组合逻辑电路级联的门，与软件分析提供每个门的输出，并确定下一个门的输入。基本门OR、AND和NOT的正确率分别为90%、77.8%和91.7%。推导出的逻辑电路XOR、半加器和全加器的正确率分别为70.8%、65%和58.8%。组合逻辑的准确性随着门的数量增加而降低，但是它们至少与使用多头绒泡菌空间生长的先前逻辑近似一样准确，并且在计算逻辑输出时速度高达30倍。这里显示的结果表明，在基于生物体的计算的显着进步，为未来的混合计算机提供了坚实的基础。
2014-06-08 cs.ET
Material-based Non-neural Analogues of Lateral Inhibition: A Multi-agent Approach
侧抑制（LI）现象发生在广泛的感觉模态中，并且在人类视觉系统中被最著名地描述。在LI中，受刺激的神经元的活动本身是兴奋的，并通过抑制性连接抑制其局部邻居的活动，增加空间环境刺激之间的对比度。简单的有机体，如单细胞黏菌多头绒泡菌（Physarum polycephalum），尽管没有神经组织，但已知它们表现出复杂的计算行为。简单的生物体，如黏菌，在不依赖神经组织的情况下，是否可以接近LI？我们描述了一个模型，使LI可以出现没有明确的抑制布线，只使用批量运输的影响。我们使用一个多智能体的虚拟材料模型的黏菌再现特征的对比度放大反应的LI使用激发通过引诱刺激。当刺激被移除时，基线活动恢复。我们还探讨了相反的对应行为，横向激活（LA），使用排斥刺激。这些初步结果表明，没有神经组织的简单生物体可以使用LI的替代类似物来近似感觉对比度增强，并提出了在分布式计算和机器人设备中产生集体对比度增强的新方法。
2015-11-24 cs.ET
Quantitative Transformation for Implementation of Adder Circuits in Physical Systems
计算设备由简单的基本逻辑门的空间排列组成。这些门可以组合起来形成更复杂的加法电路，并最终形成完整的计算机系统。使用非常规的或者甚至是活的基质（例如黏菌多头绒泡菌）来实现经典加法电路是困难的，并且通常由于输入的分支扇出和电路线必须无干扰地交叉的区域的挑战而不实用。在这份报告中，我们探讨是否有可能避免空间传播，分支和交叉完全添加电路的设计。本文分析了一位全加器电路的输入输出模式。考虑输入串中的总位数的输入模式的简单定量变换允许我们将各个输入组合映射到全加器电路的正确输出模式，将电路组合从2：1映射减少到1：1映射。输入到输出的映射也显示出递增的线性进展，这表明它在一系列物理系统中的实现。我们演示了一个例子的实施，首先在模拟，灵感来自自振荡动力学的非细胞黏菌多头绒泡菌。然后，我们评估潜在的实施使用疟原虫的黏菌本身。这种简单的变换可以丰富使用非常规计算基板来实现数字电路的潜力。
2015-11-18 cs.ET
Maze solvers demystified and some other thoughts
在空间扩展的物理、化学和生命系统中实现迷宫求解越来越受到人们的关注。一些原型的报告吸引了大量的宣传，例如用黏菌和上皮细胞解决迷宫，迷宫导航液滴。我们发现，大多数原型利用两种现象之一：迷宫中的最短路径是流体和电流的阻力最小的路径，最短路径是化学引诱物的最陡梯度的路径。我们讨论了所谓的迷宫解决能力的基板简单地跟踪流动电流或化学扩散梯度。我们用流动模型和黏菌实验来说明我们的想法。本章最后讨论了迷宫解决与植物根和水蛭的化学扩散迷宫解决方法的局限性的实验。
2017-12-13 cs.ET
