الحوسبة الغشائية: حوسبة باستخدام الخلايا

تعتبر الحوسبة الغشائية فرعًا من فروع علوم الحاسوب؛ حيث تستخلص نماذج حسابية من بنية ووظيفة الخلايا الحية، بالإضافة إلى تنظيم الخلايا في الأنسجة والأعضاء، والهياكل المنظمة مثل: مستعمرات البكتيريا. وهو مجال جديد نسبيا، حتى إنه يمكنك تحديد مجموعات الباحثين فيه بسهولة.

كان الهدف الأولي للحوسبة الغشائية هو استخلاص شيء مفيد لعلوم الحاسوب من علم الأحياء الخلوي. ثم تطورت الحوسبة الغشائية بسرعة في هذا الاتجاه.

مم تتكون؟

ترتكز الحوسبة الغشائية على ما يعرف ب(نظام P)، وهو هيكل يتكون من غشاء بداخله حجرات. بداخل الحجرات، تطور عدة مجموعات من الكائنات طبقا لقواعد التفاعل.

تمتاز نظم P بالتوزيع والتوازي، ويتم دراسة قدراتها الحسابية، وكفاءتها مقارنة بالنماذج القياسية. ويمكن تصنيف نظم P إلى ثلاثة أنواع رئيسية:

  • نظم P المشابهة للخلية: يقوم بمحاكاة هيكل الخلية الحقيقية.
  • نظم P المشابهة للأنسجة: يستخدم لمحاكاة سلوك الخلايا في الأنسجة، والأعضاء مما يسمح بتفاعلات أكثر تعقيدًا بين الخلايا من النوع السابق.
  • نظم P المشابهة للأعصاب: يستخدم لمحاكاة سلوك شبكات الخلايا العصبية في الدماغ.

تأثير الحوسبة الغشائية

كان لها تأثير ملهم على مطور K-Framework الذي قام بتحديد عدد من دلالات لغات البرمجة (semantics) بما في ذلك لغة البرمجة C المستخدمة عالميا. لا تزال مكونات K تسمى خلايا، وتتبع الهيكل الذي ذكرناه. بالإضافة لذلك، تستخدم الحوسبة الغشائية في العديد من المجالات كعلوم الأحياء الجزيئية، والهندسة الحيوية.

هل ترى أن مجال الحوسبة الغشائية سيتقدم، أو سيكون له تطبيقات أكثر كهذا مستقبلا؟ وما رأيك في فكرته الأساسية من تقليد شكل الخلايا؟

يرجى الدخول لحسابك أو تسجيل حساب لتستطيع إضافة تعليق
حساب جديد دخول

التعليقات

بصراحة لم أفهم ما الفائدة أو النظرية من استخلاص النماذج الحسابية من الخلايا الحية!

وفي ماذا يفيد هذا الأمر؟

هل يمكن شرح الموضوع بشيء من التفصيل؟

أو تقديم مصادر تشرح ذلك.

الفكرة الأساسية هي الاستلهام من الطبيعة بشكل أكبر في مجال علوم الحاسوب؛ إذ أن الخلايا تحمل كمّا ضخما من البيانات. ففكر مجموعة من الباحثين في تجربة عمل أنظمة تشبه الخلايا (خلايا بأشكال متنوعة وأغراض متنوعة)، واختبار قدراتها الحسابية. المجال حديث (25 عاما)، وقد قرأت أنه بدأ بصورة نظرية فقط.

لكن، ما دفعني للحديث عنه أنه بدأ يصبح له بعض التطبيقات العملية؛ فقد تم تقديم العديد من النماذج لهذه الأنظمة، وفحص قدرتها الحاسوبية (خاصة في محاكاة النماذج الحيوية simulating biological models). واتضح -طبقا لقولهم- أن الخلية حاسوب قوي طبقا للنتائج التي توصلوا لها عند مقارنة قوتها الحسابية بالقوة الحسابية للهياكل العادية.

وتلك النتائج كانت في معظم أنواع نظم P، سواء كانت بالنسبة للرموز أو السلاسل، وتعمل بطرق قبولية أو توليدية. بل، حتى في الأشكال المقيدة من نظم P، مع قيود على عدد الغشاء، وشكل القواعد، وغير ذلك

ما الفرق بين الP-Systems وطرق المعالجة العادية؟

الفرق الرئيسي مما فهمته هو طريقة معالجة المعلومات.

الطرق العادية:

  • يتم معالجة المعلومات باستخدام (CPU) التي تنفذ التعليمات المخزنة في الذاكرة.
  • تقوم وحدة المعالجة المركزية بإجراء العمليات الحسابية والمنطقية على البيانات المخزنة في الذاكرة
  • يتم تخزين النتائج مرة أخرى في الذاكرة.
  • يتم تكرار هذه العملية حتى يتم الحصول على الإخراج المرغوب فيه.

نظم P:

  • تقوم بمعالجة المعلومات باستخدام شبكة من الخلايا، أو الأجزاء التي تتواصل مع بعضها البعض من خلال القنوات.
  • يمكن أن تحتوي كل خلية أو جزء على مجموعة من الكائنات.
  • يتم تطبيق القواعد التي تحكم سلوك النظام محليًا (داخل الغشاء)، استنادًا إلى الكائنات الموجودة في كل جزء، والاتصال بينها.
  • يقوم بالحساب بشكل منتشر (Distributed) ومتوازي (Paralle)؛ حيث يتم معالجة كائنات متعددة بشكل متزامن في أجزاء مختلفة.
  • فرق آخر لاحظته أنها من النماذج الغير حتمية (non-deterministic). هذا يجعل تصرفات النظام لا يمكن التنبؤ بها دائمًا. يرجع ذلك إلى حقيقة أنه يمكن تطبيق "قواعد التطور" التي تحكم سلوك النظام بترتيبات مختلفة، مما يؤدي إلى نتائج مختلفة.

كما قد تكون استنتجت أنهم يعانون حقا في تطبيق نظامهم على أجهزة الحاسوب المبنية على أساس حتمي deterministic.

هذه بعض المصادر التي اطلعت عليها أثناء قراءتي عن الموضوع، لعلها تكون مفيدة:

  • مختصر للمصادر الرئيسية: (( الحوسبة الغشائية بعد 25 عاما ))
  • بعض محاولات التطبيق ونتائجها مجمعة في كتاب (ادخل على الفصل السادس: فيه تطبيقها على GPU)

لم أجد مصادرا بالعربية للأسف. غالبا لطبيعة المجال الحديثة.

كيف ترى الفكرة الآن؟