Биомимикрия, как определено здесь, просто подразумевает обращение к природе для решения проблем, с которыми мы, люди, сталкиваемся. В заголовке блога я делаю смелое заявление о том, что информатика действительно обращается к природе для решения существующих проблем. Я знаю, что это странное утверждение, но позвольте мне поделиться с вами несколькими концепциями компьютерных наук, которые я изучил, которые докажут вам, что информатика действительно является биомимикрией или, по крайней мере, использует принципы биомимикрии. Я постараюсь сократить количество технического жаргона и обещаю, что все будет максимально легко и просто. Давайте прыгать в него.

Уже есть довольно много статей, исследований, концепций и блогов, в которых предлагается та самая идея, которую я здесь излагаю, о том, что информатика является областью исследования, которая берет свое начало в своих концепциях и идеях в природе. Например, короткое чтение, найденное здесь, даже позволяет нам узнать, что уже проводится несколько исследований, чтобы лучше всего выяснить, как биологические процессы, наблюдаемые в природе, могут быть наилучшим образом использованы в компьютерных науках. В этом же чтении нам даже намекают на одно из применений биомимикрии в компьютерных науках: сети с коммутацией пакетов на самом деле имитируют вены, которые транспортируют воду в листе. Снова в той же статье мы видим, как на самом деле возникла технология цифровых муравьев: рой муравьев в их естественной среде обитания, которым угрожает хищник, сигнализирует друг другу, используя запахи разной интенсивности. Чем выше интенсивность запаха, тем выше плотность реакции муравьев на опасность.

Одной из самых очевидных и известных реализаций биомимикрии в компьютерных науках является концепция Нейронные сети в искусственном интеллекте, которая по сути является имитацией работы человеческого мозга (да, мы, люди, тоже являемся частью природы) . Подробное описание биомимикрии в программной инженерии можно найти в этом блоге. Действительно интересное упоминание в блоге о том, что природа на генетическом уровне представляет собой огромную базу данных, хранящую важную информацию. Пост на LinkedIn, найденный здесь, также содержит утверждение о том, что протоколы на самом деле вдохновлены поведением животных.

Это всего лишь несколько примеров того, как биомимикрия применялась в известных нам компьютерных науках. Как и было обещано, теперь я поделюсь своими личными соображениями о том, почему я считаю информатику воплощением идеалов биомимикрии. Мои идеи основаны на трех концепциях информатики.

1. Объектно-ориентированное программирование

Объектно-ориентированное программирование — это направление разработки программного обеспечения, использующее идею объектов для преодоления сложности. Однако объектно-ориентированное программирование не решает проблему сложности, делая программы короче, а делает это, просто обращаясь к человеческой психологии. Как?

Люди очень искусны в распознавании повседневных объектов и взаимодействии с ними, а объекты в программировании точно такие же, как эти повседневные объекты, поэтому мы можем легко распознавать их и взаимодействовать с ними. Объектно-ориентированное программирование имитирует природу, просто создавая объекты (как естественные, так и неестественные) в компьютерных программах. Я считаю, что именно по этой причине объектно-ориентированное программирование оказалось очень успешным подходом к разработке программного обеспечения. Это довольно тонкая реализация биомимикрии в программировании, то есть в компьютерных науках. Важно отметить, что объекты могут быть естественными, а могут и нет, но абсолютно естественно, что люди естественны.

2. Абстракция

У насможет возникнуть соблазн рассматривать абстракцию как человеческую идею, но это не так. Взгляните на свое собственное тело, есть внутренние органы, работу которых вы узнали только на уроках биологии, довольно сложного предмета. Но удивительно то, что биология изучает часть природного мира (живые организмы), в том числе и нас, людей. Человеческое тело, как видно из уроков биологии, довольно сложное, но нам нетрудно просто быть людьми. Ну, причина этого, я утверждаю, в том, что человеческое тело абстрагировано, на каждом слое человеческого тела существует абстракция. Хорошим примером может служить кожа, которая покрывает все человеческое тело до такой степени, что у нас очень мало знаний о том, что на самом деле находится под кожей (помимо того, чему нас учат на уроках биологии). Мы знаем, что пот выходит из кожи, но как это происходит на самом деле — сложный процесс (реализация).

Другим примером является нос, вход и выход газов кислорода и углекислого газа соответственно. Осуществление этого газообмена не может сказать сам нос, но обмен происходит. Это доказательство того, что я называю «естественной абстракцией». Только благодаря биологии мы пришли к пониманию реализации этих естественных процессов. И мы видим такие абстракции почти везде, куда бы мы ни посмотрели в мире природы, и интересным является то, как зародыш позвонка первоначально формирует абстрактную структуру по своему типу, прежде чем превратиться в полностью взрослый зародыш.

3. Анализ алгоритма наихудшего случая

Оставив лучшее напоследок, это моя любимая имитация естественного от Computer Science. При анализе алгоритма в наихудшем случае цель состоит в том, чтобы измерить производительность алгоритма, толькоучитывая экстремальные факторы, которые могут повлиять на работу алгоритма. Например, при анализе алгоритма в отношении компьютерной памяти необходимо рассмотреть вопрос «Как алгоритм работает при наименьшем возможном объеме памяти?». Тогда можно задаться вопросом, как этот тип анализа является имитацией природы. Что ж, рассмотрим засухоустойчивые и устойчивые культуры, такие как сорго, просо, коровий горох и одно из самых известных засухоустойчивых растений, алоэ вера. Прежде чем мы потеряем обсуждаемый здесь принцип, позвольте мне еще раз указать на него. Анализ алгоритма наихудшего случая вычисляет производительность алгоритма в экстремальных условиях, и эти экстремальные условия включают в себя нехватку памяти и слишком много времени (неблагоприятно для компьютера).

Что касается анализа алгоритма наихудшего случая, засухоустойчивые и устойчивые культуры являются устойчивыми и устойчивыми к засухе из-за их длительного воздействия суровых атмосферных условий (очень мало воды и слишком много солнечного света). Это связано с процессом адаптации, который привел к тому, что у этих культур развились так называемые ксероморфные признаки, предназначенныедля снижения транспирации в условиях засухи. Чтобы сократить технический жаргон, теперь мы знаем, почему эти растения устойчивы к засухе. То же самое происходит и с алгоритмами: чем больше алгоритм адаптируется к экстремальным факторам, тем больше вероятность того, что он будет эффективным. В данном случае мы не рассматриваем наилучший случай, потому что он не обязательно говорит нам, как алгоритм будет вести себя в суровых условиях. Точно так же мы не можем использовать условные требования незасухоустойчивых и устойчивых культур в качестве стандарта для измерения устойчивости к засухе. Возможно, это не было прямой имитацией, но, тем не менее, я считаю, что это соответствует естественному устройству механизмов природы.