Искусственная химия

Искусственная химия является компьютерной моделью для имитации различных типов систем. Искусственная химия в некотором роде напоминает химическую реакцию, что объясняет её название. Основная область применения искусственной химии — искусственная жизнь, но метод может рассматриваться как универсальный с применением во многих областях, таких как химия, экономика, социология и лингвистика.

Формальное определение

Искусственная химия определяется триплетом (S,R,A). В некоторых случаях достаточно определить её парой (S,I).

• S является множеством возможных молекул S={s₁…,s_n}, где n — это количество элементов в множестве, возможно бесконечном.
• R является множеством n-арных операций над молекулами в S, то есть правилами реакций R={r₁…,r_n}. Каждое правило r_i записывается в виде химической реакции a+b+c->a*+b*+c*. Отметьте, что r_i являются операторами, в отличие от +.
• A является алгоритмом, описывающим применение правил из R к подмножеству P$\subset$S.
• I являются правилами взаимодействия молекул в S.

Типы искусственной химии

• в зависимости от пространства возможных молекул
  • конечная
  • бесконечная
• в зависимости от типа реакций
  • каталитические системы
  • реактивные системы
• в зависимости от топологии пространства
  • хорошо перемешиваемый реактор
  • топологически упорядоченная (1,2,3-мерная)

Важные концепции

• Организации: Организация представляет собой совокупность молекул, замкнутую и самостоятельную. Сама по себе, она представляет собой множество, не создающее ничего вне себя, и такое, что любая молекула внутри множества может быть сгенерирован во множестве.
• Закрытые множества
• Самостоятельные множества
• Диаграмма организаций Hasse

История искусственной химии

Искусственная химия возникла как подобласть искусственной жизни, в частности, из сильно искусственной жизни. Идея этой области в том, что для построения чего-либо живого необходимо сочетание неживых веществ. Например, клетка сама по себе жива, и все же представляет собой сочетание неживых молекул. Искусственная химия привлекает, в частности, исследователей, которые верят в крайне восходящий подход к искусственной жизни.

Важнейшие исследователи

Первая ссылка на искусственную химию пришла из технической статьи, написанной John McCaskill. Walter Fontana работая с Leo Buss, продолжил работу, разработав модель AlChemy model. Эта модель была представлена на второй Международной конференции по искусственной жизни. В своей первой статье он представил концепцию организации в виде множества молекул, алгебраически близких и самостоятельных.

Две основные школы искусственной химии существуют в Японии и Германии. В Японии основными исследователями являются Takashi Ikegami, Hideaki Suzuki и Yasuhiro Suzuki. В Германии это Wolfgang Banzhaf, который вместе со своими студентами Peter Dittrich и Jens Ziegler, разработал различные модели искусственной химии. Их статья 2001 года 'Artificial Chemistries — A Review' является стандартом в данной области. Jens Ziegler в рамках своей кандидатской диссертации доказал, что искусственная химия может использоваться для управления малым роботом Khepera. Среди других моделей Peter Dittrich разработал Seceder model, способную объяснить формирование групп в обществе по некоторым простым правилам. После этого он стал профессором в Jena, где продолжил исследование искусственной химии как способа определения общей теории конструктивных динамических систем.

Приложения искусственной химии

Искусственная химия часто используется при изучении протобиологии для установления связи между химией и биологией. Интерес к искусственной химии вызывает также теория конструктивных динамических систем. Yasuhiro Suzuki моделировал различные системы, например мембранные системы, сигнальные пути (P53), экосистемы и энзимные системы с использованием собственного метода, абстрактного переписывания систем на мультимножествах (ARMS).

См. также

• Клеточный автомат
• Вычислительная химия — использование упрощенных моделей для моделирования химических взаимодействий

Ссылки

• Artificial chemistries--a review(pdf file)
• Tim Hutton’s Papers & Talks Архивная копия от 5 февраля 2012 на Wayback Machine — includes several papers on artificial chemistries for artificial life
• the ARTIFICIAL CHEMISTRY webpage of Peter Dittrich's workgroup.
• the protobiology.org website