DE LA NATURALEZA A LA COMPUTACIÓN NATURAL

1.1 Introducción

Durante los primeros días de la humanidad se utilizan los recursos naturales para proporcionar refugio y alimento. Pronto aprendimos a modificar y gestionar la naturaleza con el fin de criar cultivos y animales, construir artefactos, control el fuego, etc. Entonces empezamos a observar y estudiar biología, química, y los fenómenos físicos y patrones para entender y explicar cómo funciona mejor la naturaleza. Por ejemplo, al aprender sobre las leyes físicas del movimiento y la gravedad se hizo posible el diseño de las aeronaves; y por la comprensión de algunos principios básicos de la vida, ahora es posible gestionar la naturaleza en varios niveles, desde la creación de alimentos transgénicos para el control de enfermedades.

Con el advenimiento de los ordenadores, la forma en que los seres humanos interactúan con la naturaleza cambió drásticamente. La naturaleza está siendo utilizada como fuente de inspiración o metáfora para el desarrollo de nuevas técnicas para la resolución de problemas complejos en diversos ámbitos, desde la ingeniería a la biología, las computadoras pueden simular y emular la vida y procesos biológicos y nuevos materiales y medios para calcular están siendo investigados actualmente. La Computación natural es la terminología introducida para abarcar estos tres tipos de enfoques, llamados, respectivamente: 1) la computación inspirada en la naturaleza, 2) la simulación y emulación de los fenómenos naturales en las computadoras, y 3) la computación con materiales naturales. Este libro ofrece una introducción al amplio campo de la computación natural. Constituye un tratamiento al estilo clásico de las ideas centrales de la computación natural, integrado con una serie de ejercicios, pseudocódigo, discusiones teóricas y filosóficas, y las referencias a la literatura en la que se reúnen más información, el apoyo, de los sitios web seleccionados, y los algoritmos de la participación de los temas tratados aquí. Este capítulo introductorio proporciona algunas motivaciones para estudiar computación natural, desafía al estudiante con algunos ejemplos de ideas, discute su filosofía y cuando se acerca a la computación natural, proporciona una taxonomía y hace una breve descripción de las tres ramas de la taxonomía propuesta para la computación natural.

1.1.1 Motivación

¿Por qué debemos estudiar computación natural y por qué debemos apoyar la investigación en esta amplia área?. Hay muchas razones para ello, desde la ingeniería de nuevas herramientas computacionales para la solución de problemas complejos cuyas soluciones hasta el momento no están disponibles o son insatisfactorias, para el diseño de sistemas que presentan patrones de la naturaleza como, comportamientos e incluso el diseño de nuevas formas de vida; y, finalmente, a la posibilidad de desarrollo y uso de nuevas tecnologías para la informática (nuevos paradigmas de computación). Aunque todavía es muy joven, en la mayoría de sus formas, los muchos productos de computación natural ya están disponible en diversas formas, hoy en día, en las máquinas lavadoras, trenes, juguetes, equipos de aire acondicionado, películas, dentro de las computadoras como la vida virtual, y así sucesivamente. Algunas de estas Aplicaciones serán revisadas en este libro con diferentes niveles de detalle.

Fenómenos naturales (por ejemplo, procedimientos, sustancias, organismos, etc) han inspirado y motivado a la gente para el diseño y construcción de nuevos sistemas y artefactos. Durante muchos siglos, la observación del mundo natural ha permitido a la gente a idear teorías acerca de cómo funciona la naturaleza. Por ejemplo, la física se abundó con las leyes del electromagnetismo describe (ecuaciones de Maxwell), la termodinámica (primera ley: la conservación, la segunda ley de entropía, y la tercera ley: del cero absoluto), movimiento (Las leyes de Newton), y así sucesivamente. Los artefactos, como ecolocalización sonar, las sustancias químicas que se utilizan para fines farmacéuticos, sistemas de imágenes infrarrojas, aviones, submarinos, etc, fueron desarrollados tomando inspiración de la naturaleza, de los animales (murciélagos, aves, etc) a las sustancias químicas.

La Computación natural es la versión computacional del proceso de extracción de las ideas de la naturaleza para el desarrollo de sistemas "artificiales" (computacional), o el uso de medios naturales (por ejemplo, moléculas) para realizar el cálculo. La palabra artificial aquí sólo significa que los sistemas desarrollados por el ser humano en lugar de hechas por la naturaleza. Aunque no es la regla general, en algunos casos, los productos de computación natural pueden llegar a ser tan reales que es difícil distinguirlos de los fenómenos naturales. La computación natural se puede dividir en tres ramas principales.

1) Computación inspirada en la naturaleza: hace uso de la naturaleza como fuente de inspiración para el desarrollo de técnicas de resolución de problemas. La idea principal de esta rama es el desarrollo de herramientas computacionales (algoritmos), tomando como inspiración la naturaleza para la solución de problemas complejos.

2) la simulación y emulación de la naturaleza por medio de la computación : es básicamente un proceso de síntesis destinado a crear patrones de formas, comportamientos y organismos que (no necesariamente) se asemejan "vida-como-nostros-la sabemos '. Sus productos se pueden utilizar para imitar diversos fenómenos naturales, aumentando así nuestra comprensión de la naturaleza y los conocimientos acerca de los modelos de ordenador

3) computación con materiales naturales: corresponde con el uso de materiales naturales para llevar a cabo la computación, lo que constituye una verdadera novela de computación que viene a sustituir o complementar los actuales ordenadores de siliconbased.

figura 1.1: las tres ramas principales de la computación natural y su orden de aparición

Por lo tanto, la computación natural se define como el campo de la investigación que, basadas o inspiradas por la naturaleza, permite el desarrollo de nuevas herramientas computacionales (en software, hardware o "wetware") para la resolución de problemas, lleva a la síntesis de los patrones naturales, los comportamientos , y organismos, y puede resultar en el diseño de sistemas de computación nuevos que utilizan medios naturales para calcular.

computación natural es, pues, un campo de investigación que los testimonios en contra de la especialización de las disciplinas de la ciencia, se nota, con sus tres principales áreas de investigación - computación inspirada en la naturaleza, la simulación y la emulación

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