在瑞士EMPA研究所的领导下,来自瑞士,匈牙利,日本和苏格兰的一组研究团队,发现应用化学方法一种凝胶能够在复杂环境(比如迷宫)中非常迅速地寻找出两点间最短路径,甚至高于使用GPS导航系统的寻径速度,他们称这种方法为化学计算“Chemical Computing”。有望应用于交通系统规划及物流系统等各个研究领域中。
在解决迷宫问题中,寻找两点间路径和导航系统指出两个地点的最短路径的本质一样。在GPS等导航系统中,需要借助强大的计算能力应用算法尝试不同的路径组合,并选出最佳方案。而来自Empa的研究团队指出,他们可以利用“化学计算能力”来解决此类问题。在自然界中,有很多物质均有强大的“计算能力”,很多自然现象背后其实蕴含着最有效率的算法。比如流动的水流,借助物理法则或化学反应来解决极端复杂的难题。Empa团队称,他们的“化学计算方法”其实是应用了马拉高尼效应"Marangoni Effect":在热物理学中有一种马拉高尼效应(Marangoni Effect),当一种液体的液膜当受外界扰动(如温度、浓度)而使液膜局部变薄时,它会在表面张力梯度的作用下形成马拉高尼流,使液体沿最佳路线流回薄液面,进行“修复”。[摘自百度百科]著名的“葡萄酒眼泪”现象其原理就是这种效应。
团队按照布达佩斯路线地图制作了一个迷宫,在代表目的地的地方填充高浓度的酸性凝胶,并在代表起点处的地方添加了染料的碱性溶液,由于马拉高尼效应,碱性液体在表面张力梯度的作用下,快速地流向酸性最强处(终点)指示了一个路径。
经过对比研究显示,在非常复杂的迷宫地形中,使用化学计算寻找两点路径的效率,远高于利用导航系统穷举式寻找捷径的效率。Empa团队指出这种化学计算方式还能够应用于交通系统规划,物流系统,实验心理学,网络和图论及机器人技术中。团队正尝试寻找其他方法已解决更大更复杂的迷宫难题。 |