Des chercheurs de l'Université d'Hokkaido et d'Amoeba Energy au Japon ont, inspiré par le comportement de recherche de nourriture efficace d'une amibe unicellulaire, a développé un ordinateur analogique pour trouver une solution fiable et rapide au problème du voyageur de commerce, un problème d'optimisation combinatoire représentatif.

De nombreuses tâches d'application du monde réel telles que la planification et l'ordonnancement dans la logistique et l'automatisation sont formulées mathématiquement comme des problèmes d'optimisation combinatoire. Calculateurs numériques conventionnels, y compris les supercalculateurs, sont insuffisants pour résoudre ces problèmes complexes dans un délai pratiquement admissible, car le nombre de solutions candidates dont ils ont besoin pour évaluer augmente de façon exponentielle avec la taille du problème, également connu sous le nom d'explosion combinatoire. Ainsi de nouveaux ordinateurs appelés machines d'Ising, y compris les recuits quantiques, ont été activement développés ces dernières années. Ces machines, cependant, nécessitent des pré-traitements compliqués pour convertir chaque tâche sous la forme qu'ils peuvent gérer et risquent de présenter des solutions illégales qui ne répondent pas à certaines contraintes et demandes, entraînant des obstacles majeurs aux applications pratiques.

Ces obstacles peuvent être évités à l'aide de la nouvelle "amibe électronique, ' un ordinateur analogique inspiré d'un organisme amiboïde unicellulaire. L'amibe est connue pour maximiser efficacement l'acquisition des nutriments en déformant son corps. Il a montré de trouver une solution approximative au problème du voyageur de commerce (TSP), c'est à dire., étant donné une carte d'un certain nombre de villes, le problème est de trouver le chemin le plus court pour visiter chaque ville exactement une fois et revenir à la ville de départ. Cette découverte a inspiré le professeur Seiya Kasai de l'Université d'Hokkaido à imiter électroniquement la dynamique de l'amibe à l'aide d'un circuit analogique, comme décrit dans la revue Scientific Reports. "Le noyau de l'amibe recherche une solution sous l'environnement électronique où les valeurs de résistance aux intersections des barres transversales représentent les contraintes et les demandes du TSP, " dit Kasai. En utilisant les barres transversales, la disposition de la ville peut être facilement modifiée en mettant à jour les valeurs de résistance sans pré-traitement compliqué.

Kenta Saito, un doctorat étudiant au labo de Kasaï, a fabriqué le circuit sur une maquette et a réussi à trouver le chemin le plus court pour le TSP à 4 villes. Il a évalué les performances pour des problèmes de plus grande taille à l'aide d'un simulateur de circuit. Ensuite, le circuit a trouvé de manière fiable une solution légale de haute qualité avec une longueur de route significativement plus courte que la longueur moyenne obtenue par l'échantillonnage aléatoire. De plus, le temps nécessaire pour trouver une solution juridique de qualité n'a augmenté que linéairement par rapport au nombre de villes. Comparer le temps de recherche avec un algorithme TSP représentatif "2-opt, " l'amibe électronique devient plus avantageuse à mesure que le nombre de villes augmente. " Le circuit analogique reproduit bien la capacité d'optimisation unique et efficace de l'amibe, que l'organisme a acquis par sélection naturelle, " dit Kasaï.

"Comme l'ordinateur analogique se compose d'un circuit simple et compact, il peut s'attaquer à de nombreux problèmes du monde réel dans lesquels les intrants, contraintes, et les demandes changent dynamiquement et peuvent être intégrées dans les appareils IoT en tant que micropuce d'économie d'énergie, " dit Masashi Aono qui dirige Amoeba Energy pour promouvoir l'utilisation pratique des ordinateurs inspirés des amibes.