类似智能的行为是如何从非生命体中出现的

从远处看，它们就像灰尘云。然而，作家迈克尔-克莱顿的畅销书《猎物》中的微型机器人群是自组织的。它的行动具有基本的智能，学习、进化并与自己交流，从而变得更加强大。

由宾夕法尼亚州立大学领导的研究小组在克莱顿小说的启发下建立的一个新模型描述了生物或技术系统如何形成复杂的结构，并配备了信号处理能力，使系统能够对刺激作出反应，并在没有外部指导的情况下执行功能任务。

"宾夕法尼亚州立大学生物医学工程、化学和数学系哈克讲座教授伊戈尔-阿伦森在解释克莱顿的书的情节时说："基本上，这些小纳米机器人变得自我组织和自我意识。这部小说启发了阿伦森研究相互作用、自我推进的代理人之间的集体运动的出现。这项研究最近发表在《自然通讯》上。

阿伦森和慕尼黑LMU大学的一个物理学家团队开发了一个新的模型来描述生物或合成系统如何形成复杂的结构，这些结构配备了最小的信号处理能力，使系统能够对刺激作出反应，并在没有外部指导的情况下执行功能任务。阿伦森说，这些发现对微型机器人和涉及由简单构件形成的功能性自组装材料的任何领域都有影响。例如，机器人工程师可以创造出能够执行复杂任务的微机器人群，如污染物清扫或威胁探测。

"阿伦森说："如果我们看看自然界，我们看到许多生物依靠沟通和团队合作，因为这能提高它们的生存机会。

宾夕法尼亚州立大学和路德维希-马克西米利安大学的研究人员所构思的计算机模型预测，小型、自我推进的代理人的通信会导致类似智能的集体行为。该研究表明，通信极大地扩展了单个单元的能力，使其形成类似于生命系统的复杂功能状态。

该团队建立了他们的模型来模仿社会变形虫的行为，这些单细胞生物可以通过化学信号的交流形成复杂的结构。他们特别研究了一种现象。当食物变得稀少时，变形虫会释放出一种被称为环状腺苷单磷酸(cAMP)的信使化学物质，它能促使变形虫聚集在一个地方，形成一个多细胞的集合体。

"该现象是众所周知的，"共同作者、慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的Erwin Frey在一份新闻稿中说。"然而，在此之前，没有一个研究小组调查了当单个代理--在我们的案例中，变形虫--是自我推动的时候，信息处理在一般水平上是如何影响代理系统的聚集的。

几十年来，科学家们一直在追求对 "活性物质 "的更好理解，这些生物或合成系统将储存在环境中的能量，例如营养物质，转化为机械运动，并通过自组织的方式形成更大的结构。阿伦森解释说，单独来看，这种材料没有智力或功能，但集体来看，这种材料能够以一种新兴的智力对其环境做出反应。这是一个古老的概念，有着未来的应用。

大约2370年前，亚里士多德在他的论文 "形而上学 "中阐述了 "出现 "理论。他的语言通常被解读为 "整体大于部分之和"。阿伦森说，在不远的将来，对涌现系统的研究可能会导致细胞大小的纳米机器人在体内自我组织起来对抗病毒，或导致自主微机器人群在没有驾驶员的情况下协调复杂的队形。

"我们通常把人工智能说成是某种具有高级思维的有知觉的机器人，"阿伦森说。"我所研究的是分布式人工智能。每个元素都没有任何智能，但一旦它们聚集在一起，它们就能够做出集体反应和决策。"

阿伦森解释说，目前在机器人领域对分布式人工智能有很大需求。

"如果你以最具成本效益的方式设计一个机器人，你不想让它变得太复杂，"他说。"我们想制造非常简单的小型机器人，只有几个晶体管，当它们一起工作时，具有与复杂机器相同的功能，但没有昂贵的复杂机器。这一发现将为活性物质在纳米科学和机器人领域的应用开辟新途径"。

阿伦森解释说，从实用的角度来看，分布式人工智能可用于任何一种有微观分散颗粒悬浮在其中的物质。它可以被部署在体内，以提供药物来对抗疾病，或激活大规模制造的微型机器人中的微小电子电路。

"研究人员写道："尽管它很重要，但在活性物质的背景下，通信的作用在很大程度上仍未得到探索。"我们确定单个活性物质的决策机制是系统集体控制的自组织的驱动机制"。

该论文的其他合著者是路德维希-马克西米利安大学慕尼黑分校的Alexander Ziepke、Ivan Maryshev和Erwin Frey。Igor Aronson的研究得到了能源部和Alexander-von-Humboldt基金会的支持。