Застосування методу рухомих клітинних автоматів до моделювання локомоції черв'якоподібних організмів

Газдюк, К. П.; Жихаревич, В. В.; Нікітіна, О. М.; Остапов, С. Е.

Об'єкт дослідження - моделювання підсистеми дощового черв'яка, яка керує його локомоцією. Як метод для моделювання обрано метод рухомих клітинних автоматів (РКА), який з успіхом використовується для моделювання різних систем, де мають місце зміни об'єму - від пружних деформацій до розривів. При цьому система розбивається на фрагменти, що представляються у вигляді окремих дискретних елементів - автоматів. Механічна підсистема відображає відповідні фрагменти тіла організму та моделює скорочення м'язів. Під час скорочення поперечних м'язів відповідні фрагменти тіла збільшуються у довжині та стискаються, а у разі скорочення поздовжніх навпаки - зменшуються у довжині та розширюються. Сигналом для скорочення м'язів є стан відповідного "нервового закінчення" нейронної підсистеми, що асоціюється із відповідним РКА. Робота клітинно-автоматного алгоритму є асинхронною. Це передбачає довільний випадковий вибір одного РКА зі всієї множини та відповідну модифікацію його стану та стану його найближчих сусідів згідно із правилами взаємодії. Під час моделювання нейронної підсистеми реалізовано елементарні аналоги штучних нейронів (персептронів). Для кожного окремого РКА вказано координати віддалених фрагментів модельованого організму, стани яких є вхідними сигналами для відповідного нейрону. Для забезпечення вибору оптимального руху запропоновано еволюційний алгоритм на основі нейронної підсистеми з використанням аналогів елементарних штучних нейронів. Одержано комп'ютерну модель, що імітує черв'якоподібну локомоцію. Проведені дослідження у програмному середовищі показали, що з довільного початкового хаотичного стану організм прямує до стану максимально ефективного руху (мінімум енергії пза максимальної швидкості), що зумовлене самоорганізацією сигналів у хаотичній нейронній мережі.


	Наукова періодика України		Математичне та комп'ютерне моделювання