Одним з найбільш актуальних і перспективних напрямків наукових досліджень в цьому розумінні є моделювання біологічних процесів і систем. Технології майбутнього, такі як ройові роботизовані механізми, системи штучного інтелекту, розумний дім чи місто демонструють характер біоподібності у своїй поведінці, тобто відмову від одного керуючого центру і самоорганізацію компонентів системи. На відміну від прикладів моделювання фізичних явищ, механізми багатьох біопроцесів наразі мало вивчені. До таких питань, зокрема, належать: процеси самоорганізації та еволюції живої матерії; механізми синергетичної співпраці в колоніях одноклітинних організмів та їх організація у форми багатоклітинних систем, що супроводжуються диференціацією клітин; самоорганізація різних сигнальних потоків у нейронні підсистеми організмів тощо.
Враховуючи важливість подібних досліджень, актуальним питанням постає вивчення механізмів динаміки біоподібних структур, тобто аналогів біосистем (тканин, органів, клітин та організмів в цілому), що створені штучно (змодельовані у програмному комплексі чи роботизовані механізми). Такі системи можна назвати розподіленими, маючи на увазі те, що на відміну від переважної більшості сучасної обчислювальної техніки, розробленої людиною, вони не мають будь-якого центрального керуючого елемента, який би був відповідальний за прийняття всіх рішень. Розподілений характер механізмів самоорганізації робить їх особливо стійкими до різних збоїв і втручань зовнішніх чинників, оскільки не маючи уразливої керівної ланки, не так просто зазнати пошкоджень, які б призводили до краху всієї системи самоорганізації в цілому.
Основою комп’ютерного моделювання будь-яких процесів чи систем є математичні моделі, які описують ці об’єкти. Дисертаційна робота присвячена дослідженню та розвитку засад математичного і комп’ютерного моделювання динаміки елементарних багатоклітинних організмів, та розробці на основі отриманих результатів системи комп’ютерного моделювання з використанням методу рухомих клітинних автоматів.
Метою дисертаційної роботи є створення імітаційних моделей та розробка на їх основі програмного забезпечення для моделювання динаміки елементарних багатоклітинних біоподібних організмів методом рухомих клітинних автоматів.
Отримано наступні наукові результати:
- модифіковано метод пошуку найближчих сусідів у випадку рівномірного та нерівномірного розподілу рухомих клітинних автоматів на клітинно-автоматному полі;
- вперше розроблено асинхронну клітинно-автоматну модель біоподібної структури, що імітує роботу клітинного двигуна, і дозволяє досліджувати залежність її динаміки від теплових коливань окремих елементів;
- вперше запропоновано клітинно-автоматну модель варіабельної черв’якоподібної локомоції та встановлено правила клітинно-автоматної взаємодії, які дозволяють спостерігати різну динаміку штучного організму;
- вперше побудовано клітинно-автоматну модель амебоподібного організму, знайдено правила міжклітинної взаємодії на основі цитоскелетних перетворень, які призводять до амебоподібної локомоції;
- вперше методом асинхронних рухомих клітинних автоматів розроблено імітаційну модель процесів саморегенерації та самореплікації двовимірних та тривимірних біоподібних структур.
В рамках даного дисертаційного дослідження здійснено моделювання різних біоподібних структур та процесів, що подаються як набір пов’язаних між собою за допомогою схеми сусідства автоматів, а сам процес імітації відбувається за допомогою функцій взаємодії. Отримані моделі допомогли встановити основні функції взаємодії, а також їх параметри, які потрібно налаштовувати для кожного окремого випадку. Завдяки отриманим результатам, розроблено універсальну CAD-систему, яка дозволяє моделювати біоподібні структури, явища, процеси інтуїтивно зрозумілим чином без спеціальної підготовки та знання основ програмування.
