CAREER: Morphogenetic Primitives: Self-Organizing Geometry Based on Morphogenesis and Evolutionary Computing

职业:形态发生原语:基于形态发生和进化计算的自组织几何

基本信息

  • 批准号:
    0845415
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 43.61万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-03-01 至 2015-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Morphogenetic Primitives: Self-Organizing Geometry Based on Morphogenesis and Evolutionary ComputingDr. David BreenDepartment of Computer ScienceDrexel UniversityIt has been noted that two types of systems exist in the world: 1) systems designed and built by humans to perform a specific job, and 2) biological systems that self-organize to also perform complex tasks without a master plan or overseer directing the actions. The self-organization found in biological systems is a powerful untapped paradigm that, if formulated and exploited, could lead to a superior approach to designing human-made structures. Self-organization algorithms could enable collections of software agents, micro-devices and engineered cells to form into user-defined shapes using only minimal, local information. Developing these algorithms should lead to advances in geometric computer-aided design, tissue engineering, swarm robotics, sensor networks and the custom-design of living cell aggregates.This research project combines and extends concepts from morphogenesis (the cell-level spatial process that produces the structure of an organism), cell aggregation simulation and evolutionary computing in order to produce a new, organic approach to shape generation. Called Morphogenetic Primitives (MPs), this approach captures the fundamental algorithmic constructs of geometric self-organization and harnesses their capabilities within a software framework. MPs are being applied to a number of innovative and important problem-domain areas. The approach creates a new class of self-organizing modeling primitives that may be programmed to ?grow? shapes that meet a specific need while adapting to constraints in the environment. The conceptual framework of MPs is rooted in developmental biology and is based on the multiple biological/physical mechanisms of morphogenesis. Local cell-level interactions aggregate to create high-level shapes and structures. Given the extreme challenges of determining the correct local actions that produce a desired final structure, evolutionary computing techniques are utilized in order to computationally produce the instructions and equations needed for a specific morphogenetic primitive application.
形态发生原始素:基于形态发生和进化计算的自组织几何形状。戴维·布雷德(David Breendepartment)的大卫·布伦德部门(David Breendepartment)已注意到,世界上存在两种类型的系统:1)人类设计和构建的系统为执行特定工作而设计和构建,而2)生物系统,这些系统自组织也无需大师计划即可执行复杂的任务,而无需大师计划或监督者指导该动作。 在生物系统中发现的自组织是一个强大的未开发范式,如果表述和利用,可以导致设计人制结构的卓越方法。 自组织算法可以使软件代理,微设备和工程单元的集合能够仅使用最小的本地信息形成用户定义的形状。开发这些算法应导致几何计算机辅助设计,组织工程,群体机器人技术,传感器网络和活细胞聚集体的定制设计。这项研究项目结合了形态发生并扩展了形态发生的概念(细胞水平的空间过程,可以生成细胞聚集的结构),从而生成细胞聚集的生成和进化计算,从而制作了一个新的计算。这种方法称为形态发生原始素(MPS),捕获了几何自我组织的基本算法结构,并在软件框架内利用它们的能力。 国会议员正在应用于许多创新和重要的问题域领域。该方法创建了一个新的自组织建模基底,可以编程为“成长”?适应环境中约束的同时满足特定需求的形状。 MP的概念框架植根于发育生物学,并基于形态发生的多种生物学/物理机制。局部细胞级相互作用聚集以创建高级形状和结构。鉴于确定产生所需最终结构的正确局部作用的极端挑战,因此使用进化计算技术来计算产生特定形态发生原始应用所需的指令和方程。

项目成果

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