6、分子机器人设计理论探索

分子机器人设计理论探索

1. 实时高性能计算与VR粒子模拟系统

实时高性能计算在研究代表微管的粒子序列的局部相互作用方面具有重要应用，人们坚信其也适用于研究分子机器人的其他动力学。为实现这一目标，目前正在开发具有交互式操作能力的VR粒子模拟系统。

2. 分子机器人系统作为分布式系统

分布式系统由相互协作的自主计算实体组成，其应用涵盖计算机网络、机器人群、人类社会和自然系统等多种系统。系统的全局行为由小型计算实体的局部计算和交互产生。理论研究通常从对计算实体的假设（系统模型）和全局行为的描述（问题定义）开始。

分子机器人系统可视为分布式系统，但系统模型有多种选择，如分子、DNA链和细胞都可看作自主计算实体。这类分布式系统的共同特性包括系统规模大，以及计算实体的匿名性、一致性和异步性，即大量不可区分的计算实体遵循共同的计算规则，异步执行计算和交互，从而产生分布式系统的全局行为。自组织是其中一个重要问题，因为匿名分布式系统的行为由系统的形状表示。

以自主移动机器人群的自组织为例，每个机器人在二维空间中是一个匿名点，执行共同算法时自主移动。它观察其他机器人的位置，根据当前观察计算下一个位置并移动。每个机器人异步重复“观察 - 计算 - 移动”循环。对于无记忆机器人（每个循环结束时本地内存重置）组成的分布式系统，它们没有明确的通信媒介，仅通过观察和移动相互交互。

在模式形成问题中，机器人需要形成指定形状，如点、线和圆。研究表明，当共同算法是确定性的时，机器人初始配置的对称性决定了可形成的形状，与异步性和无记忆性无关。此外，当机器人能够利用随机性时，异步无记忆机器人可以形成任何任意模式。大多数现有研究考虑二维空间中的机器人，且这