“化學GPS”能快速找出兩點間最短路徑
- 發佈時間：2014-10-31 01:30:49 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 一個由瑞士、匈牙利、日本以及蘇格蘭科學家組成的國際研究小組日前發現，一種化學方法能夠在複雜的環境中，非常迅速地找出兩點之間最短的路徑。通過這種方法進行規劃的速度甚至超過目前常見的電子GPS導航系統。該技術有望在交通系統規劃、制訂運輸計劃、物流系統等多個領域獲得應用。相關論文發表在化學專業期刊《朗繆爾》上。
研究人員將這種技術稱為“化學處理器”。他們認為，就像電腦擁有計算能力一樣，自然界中很多物質和現象都有著天然的、強大的“計算能力”，蘊含著簡單高效的演算法。流動的液體就是其中的一種。
這種“化學GPS”的工作原理是這樣的：首先將一種混酸凝膠塗抹在模擬地圖的目的地處（終點），然後再將與染料融合後的鹼性溶液添加到出發點（起點）上。依靠馬拉高尼效應，鹼性溶液會在表面張力梯度的作用下，在極短的時間內快速擴酸，並自動流向酸性最強的點，即終點。在這個過程中，它們會在地圖上留下數條彩色的印跡：顏色最深的是最短路徑，稍淺是備選路徑。
馬拉高尼效應是物理學中的一個有趣現象，指兩種表面張力不同的液體介面之間由於存在張力梯度而發生移動的現象。當一種液體的液膜因受外界擾動（如溫度、濃度）而使液膜局部變薄時，它會在表面張力梯度的作用下形成馬拉高尼流，使液體沿最佳路線快速流回薄液面。這種“化學GPS”正是利用這一效應。
物理學家組織網10月28日報道稱，為了驗證這一想法，研究人員按照布達佩斯的地圖製作了一個迷宮，並將一個披薩餐廳設為終點。“化學GPS”很快找到了最短的路線，並給出了備選路線。經過對比，研究人員發現，在複雜的迷宮地形中，使用“化學GPS”進行路線規劃的速度要遠高於利用電子導航系統窮舉式尋找捷徑的效率。
研究人員稱，除了路徑規劃外，這種化學計算方法還能夠在交通系統規劃、物流系統、實驗心理學、網路與機器人設計等領域獲得應用。下一步他們還將在更大更複雜的迷宮中對該方法進行測試。（王小龍）
圖 在以布達佩斯地圖為模板的一個試驗中，鹼性溶液很快找到了從A點到B點（一個披薩餐廳）之間的最佳路線。
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