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
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
Slimy hairs: Hair sensors made with slime mould
黏菌多头绒泡菌是一个肉眼可见的大的单细胞。我们设计了一个黏菌实现触觉的头发，其中黏菌响应于头发的反复偏转立即高振幅尖峰和其振荡脉冲的振幅和宽度的长期增加。我们证明，信号噪声比的绒泡菌触觉传感器的平均值接近6的即时反应和两个长期的反应。
2013-06-12 cs.ET physics.bio-ph
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
Slime mould electronic oscillators
利用去细胞黏菌多头绒泡菌构建了电子振荡器。该振荡器由两个电极通过活黏菌的原生质管连接而成。原生质管的平均电阻为3~ 2 M欧姆。由于管的蠕动收缩活动，管的阻力随时间变化。原生质管电阻振荡的平均周期为73秒，平均振幅为0.6~MOhm。本文报道了在15~V直流电压下绒泡菌振荡器动力学的实验结果，推测黏菌多头绒泡菌可作为一种活的电振荡器应用于生物电路和混合电路。
2014-03-28 cs.ET physics.bio-ph
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
Towards slime mould colour sensor: Recognition of colours by Physarum polycephalum
去细胞黏菌多头绒泡菌是一种非常受欢迎的活体基质，可用于设计未来和紧急的传感和计算设备。多头绒螯蟹的表面电位具有规律性的振荡模式。当黏菌受到机械、化学、电或光刺激时，振荡模式会发生变化。我们通过用红色、绿色、蓝色和白色照射绒泡菌并分析黏菌的电位振荡模式来评估基于黏菌的颜色传感器的可行性。我们定义的黏菌识别颜色，如果它的反应，以照明的颜色由一个独特的变化幅度和周期的振荡活动。在实验室实验中，我们发现黏菌识别红色和蓝色。黏菌不能区分绿色和白色。黏菌也能识别红色何时消失。我们还将颜色映射到振荡的多样性：白色照明增加了振荡幅度和周期的多样性，其他颜色的研究增加了幅度或周期的多样性。
2013-12-15 cs.ET physics.bio-ph q-bio.CB
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
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
Towards slime mould chemical sensor: Mapping chemical inputs onto electrical potential dynamics of Physarum Polycephalum
我们实验得出一个独特的一对一的映射之间的一系列选定的生物活性化学品和模式的振荡的黏菌的细胞外电位。
2013-12-15 cs.ET physics.bio-ph q-bio.CB
Slime mould tactile sensor
黏菌多头青霉是一种肉眼可见的单细胞。这些细胞表现出广泛的智能行为。通过解释计算方面的行为，可以制作基于黏菌的计算设备。绒泡菌计算机能够解决计算几何、优化和逻辑的一系列任务。到目前为止，绒泡菌计算机设计缺乏本地化输入。常用的输入-照明和化学引诱剂和驱避剂-通常作用于黏菌身体的扩展域。为了设计黏菌计算机的双并行触觉输入，我们分析了多头绒泡菌对触觉刺激的电响应的时间动态。在实验室研究中，我们发现了绒泡菌如何响应应用程序和去除局部机械压力与电位脉冲和电位振荡模式的变化。
2013-06-02 cs.ET nlin.AO physics.bio-ph
Towards Hybrid Artificial-Slime Mould Devices
黏菌多头绒泡菌（Physarumpolycephalum）的原质团作为一种可塑性很强的无定形计算基质，最近受到了广泛关注。在基于实验室的实验中，将微米和纳米级人工电路元件引入到P. polycephalum plasmdodium中，以研究杂交黏菌的电学特性和计算能力。通过成像技术和电生理测量的结合发现，多头疟原虫能够内化一系列电活性纳米颗粒，在体内组装它们并将它们分布在疟原虫周围。混合疟原虫能够形成生物形态的矿化网络，无论是在活的疟原虫内部还是出租车留下的空迹，这两者都有助于电力的传输。杂交也改变了原质团的生物电活动，并可能影响其信息处理能力。得出的结论是，杂交黏菌是一个合适的基板生产功能的非常规计算设备。
2013-11-17 cs.ET physics.bio-ph
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
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
Physarum wires: Self-growing self-repairing smart wires made from slime mould
我们报告实验室研究发展导电通路，或电线，使用原生质管的原质团的无细胞黏菌多头绒泡菌。给定两个用电线连接的针，我们在一个针上放一块黏菌，在另一个针上放一种引诱剂。绒泡菌向吸引物繁殖，从而将针与原生质管连接起来。原生质管是导电的，可以承受相当大的过电压，并可用于将电流传输到闪电和致动装置。在实验中，我们展示了如何路由绒泡菌丝与化学引诱剂和电场。我们证明了绒泡菌丝可以生长在几乎裸露的实验板和电子电路的顶部。绒泡菌丝可以用硅油绝缘，而不会丧失功能。我们证明了绒泡菌丝的自愈性：切割丝的末端合并在一起，并在切割后几个小时内恢复传导通路。所提出的结果将用于未来的自我增长湿件电路和设备的设计，并将黏菌电子集成到非常规的生物混合系统中。
2013-09-13 cs.ET physics.bio-ph
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
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
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
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
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
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-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
Embodied Approximation of the Density Classification Problem via Morphological Adaptation
元胞自动机（CA）中的多数（或密度分类）问题旨在将一串细胞收敛到最终的均匀状态，该状态反映了初始配置中存在的大多数状态。这个问题在CA中是具有挑战性的，因为单个小区只拥有关于它们自己和本地邻居状态的信息。这个问题是在分布式计算介质中传播和处理信息的练习。我们探讨是否可以在一个类似的简单的分布式计算基板-多智能体模型的黏菌近似的多数问题。离散投票选择的初始模式由代理人口的空间排列表示，暂时由引诱刺激保持在适当的位置。当这个刺激被移除时，模型会调整其形状和大小，移动以形成最小距离的连接线。在简单的例子中，这条线的最终位置成功地表示了多数票的决定，也准确地反映了多数票的大小。我们注意到属性，限制和潜在的改进方法，然后返回完整的循环重新编码这种形态适应方法在一个简单的（和更有效的空间）1D CA模型。
2016-06-20 cs.ET
