摘要：一个团队能够证明即使没有中央控制单元，游泳运动也是可能的。这不仅解释了微生物的行为，还可以使纳米机器人以靶向方式移动，例如将药物运输到体内正确的位置。...

细菌可以做到，变形虫可以做到，即使是血细胞也可以做到：它们都有能够以液体以目标方式移动的能力。尽管没有中央控制系统（例如大脑），但他们还是这样做。如何解释？来自Tu Wien，维也纳大学和塔夫茨大学（美国）的一个团队模拟了计算机上的这种运动，并能够证明即使没有中央控制单元，游泳运动也是可能的。这不仅解释了微生物的行为，还可以使纳米机器人以靶向方式移动，例如将药物运输到体内正确的位置。

即使没有中央控制系统，成功

当前出版物的主要作者，Tu Wien的理论物理学研究所和Tufts University的Allen Discovery Center的Benedikt Hartl说：“可以认为简单的微生物是由几个部分组成的，有点像一串珍珠。” “各个部分可以相对移动。我们想知道：在什么情况下，这会导致整个生物体朝着期望的方向移动的运动？”

如果有一个中央控制系统，这是相对简单的 - 大脑或至少是神经中心。这样的中心可以向各个部分发出特定命令。很容易理解这如何导致协调运动。

但是单细胞的生物自然没有神经细胞，没有中央处理系统可以发出命令。在这种情况下，有协调的游泳运动怎么可能？如果微生物的各个部分都根据非常简单的规则行为，这是否会导致集体行为导致有效的游泳？

在计算机上模拟的微生物

使用计算机模拟研究了这个问题：将微生物建模为互连珠的链。这些珠子中的每一个都可以向左或向右施加力，但是每个珠子只知道其直接邻居的位置。不了解生物体的整体状态或更远的珠子。

“现在的关键问题是：是否有一个控制系统，一组简单的规则，每个珠子可以单独遵循的行为策略，以便出现集体游泳运动 - 没有任何中央控制单元？” Benedikt Hartl说。

在计算机上，单个珠子（虚拟微生物的模拟部分）配备了一种非常简单的人工智能形式，一个只有20至50个参数的微小神经网络，Hartl解释说：“术语神经网络在这种情况下可能会误导一个简单的典范；在这种情况下，单个单个单元可以在这种情况下实现。物理化学电路会导致微生物的特定区域执行特定运动。”

现在，这个简单的分散控制系统已被调整到计算机上，以寻找产生最佳游泳行为的最有效的“控制代码”。使用此控制系统的每个版本，允许虚拟微生物在模拟的粘性液中游泳。

Benedikt Hartl说：“我们能够证明这种极其简单的方法足以产生高度强大的游泳行为。” “尽管我们的系统没有中央控制，并且根据非常简单的规则行为的每个段，但总体结果是复杂的行为，足以实现有效的运动。”

生物学和技术

该结果不仅有趣，因为它解释了非常简单的生物系统的复杂行为，而且对于人为生产的纳米机器人来说也很有趣：“这意味着也可以创建可以通过非常简单的编程执行复杂任务的人工结构，” AndreasZöttl（维也纳大学）说。 “例如，可以想象，建造积极寻找水中石油污染并有助于去除水的纳米机器人。甚至可以自主移动到体内特定位置以靶向方式释放药物的医疗纳米机器人。”