WikiDer > Искусственная химия

Artificial chemistry

An искусственная химия[1][2][3] представляет собой химически подобную систему, которая обычно состоит из объектов, называемых молекулами, которые взаимодействуют по правилам, напоминающим правила химических реакций. Искусственная химия создается и изучается для понимания фундаментальных свойств химических систем, включая пребиотическую эволюцию, а также для разработки химических вычислительных систем. Искусственная химия - это область компьютерных наук, в которой химические реакции - часто биохимические - моделируются на компьютере, что дает представление об эволюции, самосборке и других биохимических явлениях. В этой области не используются настоящие химические вещества, и ее не следует путать ни с синтетической химией, ни с вычислительной химией. Скорее, биты информации используются для представления исходных молекул, а конечные продукты исследуются вместе с процессами, которые привели к ним. Поле возникло в искусственная жизнь но показал себя как универсальный метод с приложениями во многих областях, таких как химия, экономика, социология и лингвистика.

Формальное определение

Искусственная химия обычно определяется как тройка (S, R, A). В некоторых случаях достаточно определить его как кортеж (S, I).

  • S - это набор возможных молекул S = {s1..., сп}, где n - количество элементов в наборе, возможно бесконечное.
  • R - это набор н-арный операции на молекулах в S правила реакции R = {r1...,рп}. Каждое правило rя записывается как химическая реакция a + b + c-> a * + b * + c *. Обратите внимание, что rя являются операторами, а не +.
  • А - это алгоритм описывая, как применять правила R к подмножество пС.
  • I - правила взаимодействия молекул в S.

Виды искусственной химии

  • в зависимости от пространства возможных молекул
    • конечный
    • бесконечный
  • в зависимости от типа реакции
    • каталитические системы
    • реактивные системы
    • тормозные системы
  • в зависимости от топологии пространства
    • хорошо перемешиваемый реактор
    • топологически организованный (1-, 2- и 3-мерный)

Важные понятия

  • Эта область сильно зависит от математики, включая математическое моделирование. На самом деле он больше полагается на математику, чем на химию.
  • Организации: Организация - это набор замкнутых и самоподдерживающихся молекул. Таким образом, это набор, который не создает ничего вне себя, и такой, что любая молекула внутри набора может быть сгенерирована внутри набора.
  • Закрытые наборы
  • Самостоятельные наборы
  • Диаграмма Хассе организаций

История искусственной химии

Искусственная химия возникла как отдельная область искусственная жизнь, в частности из сильная искусственная жизнь. Идея, лежащая в основе этого поля, заключалась в том, что если кто-то хочет построить что-то живое, это должно быть сделано комбинацией неживых существ. Например, клетка сама по себе живая, но при этом представляет собой комбинацию неживых молекул. Искусственная химия привлекает, среди прочего, исследователей, которые верят в экстремальный восходящий подход к искусственной жизни. В искусственной жизни биты информации использовались для представления бактерий или представителей вида, каждый из которых перемещался, размножался или умирал в компьютерном моделировании. В искусственной химии биты информации используются для представления исходных молекул, способных реагировать друг с другом. Эта область относится к искусственному интеллекту в силу того факта, что за миллиарды лет неживая материя превратилась в изначальные формы жизни, которые, в свою очередь, превратились в разумные формы жизни.

Важные участники

Первое упоминание об искусственной химии взято из технической статьи, написанной Джон Маккаскилл.[4]Уолтер Фонтана работаю с Лео Басс затем взялся за разработку Модель AlChemy[5].[6]Модель была представлена ​​на второй Международной конференции искусственной жизни, в первых докладах он представил концепцию искусственной жизни. организация, как набор молекул, который является алгебраически замкнутым и самоподдерживающимся. Эта концепция была развита Диттрихом и Сперони ди Феницио в теорию химических организаций.[7].[8]

Две основные школы искусственной химии были в Японии и Германии. В Японии главными исследователями были Такаши Икегами,[9][10]Хидэаки Сузуки[11][12]и Ясухиро Сузуки[13].[14]В Германия, это было Вольфганг Банцаф, который вместе со своими учениками Питер Диттрих и Йенс Зиглер, разработали различные модели искусственной химии. Их статья 2001 г. 'Искусственная химия - Обзор' [3] стал стандартом в этой области.Йенс Зиглерв рамках своей докторской диссертации доказал, что искусственную химию можно использовать для управления маленьким роботом Хепера.[15]Среди других моделей, Питер Диттрих разработал Модель Seceder который может объяснить формирование групп в обществе с помощью некоторых простых правил. С тех пор он стал профессором в Йена где он исследует искусственную химию как способ определения общей теории конструктивные динамические системы.

Применение искусственной химии

Искусственная химия часто используется при изучении протобиологии, пытаясь преодолеть разрыв между химия и биологияЕще одним мотивом к изучению искусственной химии является интерес к конструктивным динамическим системам. Ясухиро Судзуки смоделировал различные системы, такие как мембранные системы, сигнальные пути (P53), экосистемы и ферментные системы, используя свой метод, абстрактную систему перезаписи на мультимножествах (ARMS).

Искусственная химия в массовой культуре

В научно-фантастическом романе 1994 г. Город перестановки к Грег Иганлюди, имитирующие сканирование мозга, известные как Копии, населяют симулированный мир, который включает Автоверс, симулятор искусственной жизни, основанный на сложном клеточном автомате, который представляет собой основу искусственной химии. Крошечные среды смоделированы в Автовселенной и заполнены популяциями простых, продуманных форм жизни, Autobacterium lamberti. Цель Автовселенной - позволить Копиям исследовать жизнь, которая развивалась там после того, как она была запущена в значительно большом сегменте моделируемой вселенной (именуемой «Планета Ламберт»).

Смотрите также

внешняя ссылка

Рекомендации

  1. ^ а б В. Банцаф и Л. Ямамото.Искусственная химия, MIT Press, 2015.
  2. ^ П. Диттрих. Искусственная химия (AC)В: А. Р. Мейерс (ред.), Вычислительная сложность: теория, методы и приложения, стр. 185-203, Springer, 2012.
  3. ^ а б П. Диттрих, Дж. Циглер и В. Банцаф. Искусственная химия - Обзор. Искусственная жизнь, 7 (3): 225–275, 2001.
  4. ^ Дж. С. Маккаскилл. Полимерная химия на ленте: вычислительная модель для зарождающейся генетики. Технический отчет, MPI для биофизической химии, 1988.
  5. ^ В. Фонтана. Алгоритмическая химия. В: К. Г. Лэнгтон, К. Тейлор, Дж. Д. Фармер и С. Расмуссен, редакторы, «Искусственная жизнь II», страницы 159–210. Westview Press, 1991.
  6. ^ В. Фонтана и Л. Бусс. «Прибытие сильнейших»: к теории биологической организации. Бюллетень математической биологии, 56 (1): 1–64, 1994.
  7. ^ П. Дитрих, П. Сперони ди Феницио. Теория химической организации. Бюллетень математической биологии (2007) 69: 1199: 1231.
  8. ^ П. Сперони ди Феницио. Теория химической организации. Кандидатская диссертация, Йенский университет Фридриха Шиллера, 2007 г.
  9. ^ Т. Икегами и Т. Хашимото. Активная мутация в самовоспроизводящихся сетях машин и лент. Искусственная жизнь, 2 (3): 305–318, 1995.
  10. ^ Т. Икегами и Т. Хашимото. Репликация и разнообразие в коэволюционных системах машина-лента. В С. Г. Лэнгтоне и К. Шимохара, редакторах, «Искусственная жизнь V», стр. 426–433. MIT Press, 1997.
  11. ^ Х. Сузуки. Модели сохранения генетической информации с помощью струнной искусственной химии. В W. Banzhaf, J. Ziegler, T. Christaller, P. Dittrich и J. T. Kim, редакторах, Advances in Artificial Life, том 2801 конспектов лекций по информатике, страницы 78–88. Спрингер, 2003.
  12. ^ Х. Сузуки. Сетевая клетка с молекулярными агентами, которая отделяется от сигналов центросомы. Биосистемы, 94 (1-2): 118–125, 2008.
  13. ^ Ю. Судзуки, Дж. Такабаяси и Х. Танака. Исследование тритрофных взаимодействий в экосистеме с помощью абстрактной химии. Искусственная жизнь и робототехника, 6 (3): 129–132, 2002.
  14. ^ Ю. Судзуки и Х. Танака. Моделирование сигнальных путей p53 с помощью обработки из нескольких наборов. В: G. Ciobanu, G. Pa un и M. J. Pérez-Jiménez, редакторы, Applications of Membrane Computing, Natural Computing Series, pages 203–214. Спрингер, 2006.
  15. ^ Дж. Циглер и У. Банцаф. Развитие управления метаболизмом для робота. Искусственная жизнь, 7 (2): 171–190, 2001.