借鉴自然密码

受自然母亲启发的算法帮助我们运行庞大的数字生物圈

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随着计算机科学家们试图找出如何管理日益复杂的数字世界的方法,他们越来越多地转向自然母亲寻求灵感。“生命靠阳光和信息运行,”蒙大拿州米苏拉市仿生研究所所长珍妮·本尤斯说。一个物种不断进化,以找到在特定栖息地生存的最佳方式。“生物体确实很适合那些寻找解决信息处理问题的新方法的人,”她说。

例如,树突状细胞乍一看似乎与计算机安全无关。但这些细胞是哺乳动物免疫系统的保罗·里维尔,对入侵的病原体发出警报。英国诺丁汉大学的计算机科学家朱莉·格林史密斯设计了一种“树突状细胞算法”,以类似于我们免疫系统感知真实病毒的方式检测计算机病毒和其他恶意代码。

蚂蚁和其他社会性昆虫启发了另一组网络安全研究人员,他们在华盛顿州里奇兰的太平洋西北国家实验室工作。他们创造了“数字蚂蚁”,可以在计算机网络中漫游,就像真正的蚂蚁巡逻巢穴并迅速聚集在任何感知到的威胁周围一样。


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波特兰州立大学的计算机科学家梅兰妮·米切尔说,这种“仿生”算法与图灵机和其他经典计算模型一样古老。但在一个网络互联的世界中, “大数据”日益饱和——每年产生数百艾字节的信息——基于自然的编码可能是应对负载的最佳方式。“人们越来越意识到计算超越了我们所说的‘计算机’,因此对生物科学和计算机科学之间的新合作产生了巨大的兴趣,”米切尔解释说。“所有这些生物系统做得最好的一件事是模式识别——即使在信息泛滥的情况下,也能从噪声中提取信号。大脑可以做到,单个细胞可以做到,昆虫群落可以做到——这就是所有生物系统为了生存而做的事情。我们也希望计算机也能做到这一点。”

John Pavlus是一位专注于科学、技术和设计的作家和电影制作人。他的作品曾发表在Bloomberg Businessweek, MIT Technology Review, 和 The Best American Science and Nature Writing 系列丛书中。他住在俄勒冈州波特兰。

更多作者:John Pavlus
大众科学 Magazine Vol 303 Issue 6本文最初以“Borrowing Nature's Code”为标题发表于大众科学 Magazine 第303卷第6期(),第49页
doi:10.1038/scientificamerican1210-49
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