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Início/Visualização matemática/Physarum (mofo viscoso)

Physarum (mofo viscoso)

Cerca de 4500 agentes seguem um quimioatraente depositado: deposição, difusão, decaimento e três sensores — auto-organização em redes de caminhos.

Movimento dos agentes

1.4 px
0.45 rad

Sensores

0.55 rad
9 cells

Campo de quimioatraente

0.05
0.18

Cada agente prova o campo de quimioatraente com três sensores (esquerda, centro, direita) e gira para o mais «gostoso». Onde passa, deixa um rastro; o campo então se difunde para os vizinhos e decai de forma exponencial. A realimentação positiva entre rastro e movimento dá redes de transporte auto-organizadas, como no mofo viscoso Physarum.

Grandezas medidas

Agentes4500
Campo220×130

Sobre o modelo

Physarum (mofo viscoso): milhares de agentes percorrem uma grade e leem o campo de um quimioatraente. Cada um tem três sensores — à esquerda, ao centro e à direita da direção do movimento — e gira para o sensor de maior concentração. Onde passa, deixa um rastro no campo; o campo então se difunde para as células vizinhas e decai de forma exponencial a cada passo. Esse laço «sentir → girar → depositar → difundir → decair», conhecido pelos trabalhos de Jeff Jones, modela o comportamento do mofo viscoso Physarum polycephalum: a partir de regras locais crescem sozinhas redes de transporte ramificadas, muito parecidas com as veias de forrageio do plasmódio real.

Para quem: Sistemas complexos e biologia computacional: regras locais, estigmergia, redes de transporte.

Conceitos-chave

  • Physarum polycephalum
  • modelo baseado em agentes
  • quimiotaxia
  • reação–difusão
  • auto-organização
  • redes de transporte

Como funciona

Milhares de agentes percorrem uma grade e leem o campo de quimioatraente com três sensores (esquerda, frente, direita). Cada um gira para o sensor mais «gostoso», deixa um rastro no campo, e o próprio campo se difunde para as células vizinhas e decai de forma exponencial. O laço mínimo «sentir → girar → depositar → difundir → decair», descrito por Jeff Jones para o modelo de Physarum polycephalum, se auto-organiza por realimentação positiva em redes de transporte ramificadas, muito parecidas com as «veias» de forrageio do mofo viscoso real.

Fórmulas principais

pos ← pos + v · (cos θ, sin θ)
C(x, y) ← (1 − ρ) · ∇²-blur(C + dep) (decaimento + difusão)

Perguntas frequentes

Do que depende a rede ser densa ou esparsa?
Competem três parâmetros: a velocidade de deposição do rastro, a velocidade do decaimento e o ângulo ou o alcance dos sensores. Deposição forte e decaimento lento apertam os caminhos em «veias» densas; decaimento rápido ou ângulo amplo dos sensores faz os agentes se espalharem — a rede fica esparsa, mais «exploradora».
Isto é um modelo biológico de verdade?
Não: é um esquema simplificado inspirado no Physarum. O plasmódio real usa vários sinais químicos, fluxos intracelulares e contrações rítmicas. Aqui ficou o mecanismo principal de realimentação positiva, pelo qual agentes simples encontram rotas eficazes.
Para que serve a difusão do rastro?
Sem difusão o rastro teria a largura de uma célula, e os outros agentes quase não o «veriam». A difusão o alarga para os lados e o transforma num gradiente pelo qual já se pode caminhar — é assim que, num modelo estigmérgico, surgem redes.