靈感來自生物的電腦網路會自我組織與學習

Bio-inspired computer networks self-organise and learn
http://www.physorg.com/news186413363.html

February 26, 2010

(PhysOrg.com) -- 以物理上分離的模組所組成的強大電腦、自我組織的網路以及靈感來自生物系統的運算，這三大熱門研究主題現在在一項歐洲計畫中聚首。

歐洲研究者已開發出一種創新的運算平台。在這套系統的中心是許多小型模組，每個模組以晶片製成，具有內建的學習能力。一個自我配置的無線網路會連接這些模組，讓它們像一個一致的群體（coherent group）般運作。

演化成合於正在進行中的任務，並且會對於它們所處環境的資訊產生作用，這樣的系統被它們的開發者描述成「來自生物的靈感」。它們非常適合建構科學問題的數學模型，在其中複雜（complexity）源自簡單的基石，例如腦部、股市以及新點子的擴散。

研究者已使用能夠學習的程式 -- 神經網路 -- 來研究像這樣的問題。如果他們能將指令硬體接線（hard-wire）成電腦晶片而非將它們當成軟體載入，他們的模擬將能跑更快，不過，這通常會阻止機器「繼續學習」。若晶片能透過在實體上重新配置它們自己（physically reconfiguring themselves）而學習（新事物），將能夠呈現出這兩種世界中最好的結果。

大量電腦平行運作以解決複雜問題並不是新構想。然而，這樣的網路並非十分有彈性，因為電腦必須以專為每種任務量身訂做的軟體個別設定。這項 European PERPLEXUS 計畫因而利用此研究中另一種熱門主題：自我組織的無限網路，那能使自己適應正在進行中的工作。


普適模組與普適晶片（Ubidules and ubichips）

原則上，這樣的網路，可藉由任何伸手可及的、備有無線網路的裝置 -- 電腦、智慧手機、機器人甚至是電子玩具 -- 組裝自己，提供所謂的「普適運算（ubiquitous computing）」，這個由歐盟所贊助之 PERPLEXUS 計畫的發言人 Andres Perez-Uribe 解釋。

在這項計畫中，研究者將他們自己設限在一種模組網路上，該網路由一種基本的基石所構成：普適模組（ubidule），一種為特定目的而設計的模組，大小與 PDA 類似。普適模組能取得來自於環境中的資訊，以無線方式共享資料，並使它們的行為能夠合於情勢。例如，在一大型網路中，某些普適模組也許會演化成專門從事特定任務，而其他的普適模組則會把任務托付（delegate）給它們。

每個普適模組的關鍵是一個處理器晶片，普適晶片（ubichip），那能夠學習與演化。這個構想來自於一項更早期的歐盟計畫，POEtic，那開發出一款基於大量同一次單元（即 cell）的處理器。端看目前任務，每個 cell 能藉由改變其初始接線（internal wiring）而改變其功能；在更高的層次上，cell 之間的連線也能夠被建立或破壞。直到目前為止，這樣的彈性只有那些已受到外部程式化（externally programmed）的晶片才能擁有。相較之下，這些普適晶片能自行產生必要的接線。


塑模腦部與文化（Modelling brains and cultures）

研究者表示，普適模組能塑模物理科學中基於網格（grid-based）的問題以及生物系統、社會科學中難以公式化（formulate）的挑戰。例如，他們已利用普適模組來發展貌似生物學上的腦部神經網路模組，並用來研究點子如何在人們之間傳開。

能以網格或網路具體化的問題通常在稱為代理人（agents）之自主程式的幫助下進行研究，那從網路的不同部份收集與交換資訊。此刻，這樣的交換通常非常基本，代理人通常把到來的所有資訊通通傳出去。Perez-Uribe 解釋，普適模組所構成的網路，能賦予每個代理人專屬的神經網路。透過詮釋資料以及對它們所傳遞的東西更有選擇性，這些智慧型代理人能產生更好的模型。

此計畫的另一項分支涉及一群小但精練的全地形機器人，它們都裝有普適晶片。研究者在所謂的集體機器人學（collective robotics）領域中開發出一項新策略，其前提是，一群彼此相互通訊的機器人比個別動作的相同機器人更有效率。（想想螞蟻）

在此例中，研究者觀察搜索機器人如何確定一處重要地點，例如它們得要拾起的物品的聚集點。每個機器會展現出有顏色的標燈（beacon），並配有一具攝影機能看見其他機器人的標燈。機器人會改變其標燈的顏色以發訊告知它們已成功地找到目標，而鄰近的機器人能複製它們的行為。

結果呈現出標燈顏色的梯度（gradien），那引導其他機器人朝向目標前進，而不是像你在一處不熟悉的購物商場中，你可能會跟在那些提著特定塑膠袋的人們後面來尋找特定店面。根據 Perez-Uribe 表示，這種技術對於那些不可能使用固定座標或 GPS 引導的情況大有可為。

反映出 PERPLEXUS 向前看的天性，它受到瑞士、法國、波蘭與西班牙的學術單位控制。PERPLEXUS 的資金來自於第六框架（Sixth Framework）研究計畫的 ICT 標準（FET Proactive）。

※ 相關報導：

＊ PERPLEXUS project
http://www.perplexus.org/

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