Elektronická hlenka. V jednoduchosti je síla. Kredit: Amoeba Energy.

Téměř přesně před dvěma lety ohromil svět japonský tým, který vedl Masashi Aono z Keio University v Tokiu, když nechal živé hlenky vápenky mnohohlavé počítat slavný Problém obchodního cestujícího (TSP, Travelling Salesman Problem). Je to slavná úloha a zároveň záludný a těžký optimalizační problém, kdy hledáte co nejkratší trasu při daném počtu měst, tak abyste vyšli z jednoho města, prošli všechny ostatní města a vrátili se zpět. Vypadá to úplně jednoduše, ale s rostoucím počtem měst extrémně stoupá počet možných cest, které je nutné prověřit. Poměrně brzy kapitulují i superpočítače první ligy.

Jednobuněčná hlenka mnohohlavá umí makroskopické struktury. Kredit: Masashi Aono.

Šikovné hlenky, což jsou jednobuněčné organismy, očividně v Japonsku udělaly dojem. Po dvou letech se tenhle výzkum vrací v překvapivém, řekněme biomorfním obratu. Seiya Kasai z Hokkaido University a jeho kolegové totiž postavili elektronickou hlenku. Je to analogový počítač, jehož struktura je inspirovaná hlenkou a jejím chováním. S tímto analogovým počítačem dokázali napodobit optimalizační dynamiku hlenky, která je skvělá ve vyladění příjmu potravy, aby z toho měla co největší zisk.

Elektronickou hlenku tvoří hlenkové jádro (amoeba core), které hledá řešení v elektronickém prostředím, plus platforma s nastavenými hodnotami odporu (resistance crossbar), které vyjadřují omezení a požadavky dané Problémem obchodního cestujícího. Díky této platformě je možné jednoduše měnit podobu zadání problémů, aniž by bylo nutné složitě předělávat celou elektronickou hlenku.

Výkony elektronické hlenky. Kredit: Masashi Aono.

Ačkoliv je to bezesporu šílená záležitost, elektronická hlenka si vede skvěle. Když změřila síly s typickým algoritmem pro řešení Problému obchodního cestujícího, který nese označení „2-opt“, tak byla o maličko pozadu při zadáním s nejmenším počtem měst. Jakmile ale počet měst stoupl, tak elektronická hlenka naprosto dominovala. Jak říká Kasai, optimalizační mistrovství hlenky, které jí nadělil přírodní výběr, zaslouží uznání. A můžeme ho využít.

Souhlasí s ním i Masashi Aono, který teď vede společnost Amoeba Energy. Jejich cílem je podporovat vývoj i praktické využití hlenkových výpočetních technologií. Podle Aonoa by analogové počítače s hlenkovou architekturou mohly řešit řadu reálných problémů podobného charakteru.

Video: Amoeba-inspired Analog Electronic Computing System for Solving the Travelling Salesman Problem

Literatura

Hokkaido University 10. 12. 2020.

Scientific Reports 10: 20772.