基于Belousov-Zhabotinsky反應的物理智能系統(tǒng)研究.pdf

1、自然界中魚群、鳥群、螢火蟲等展現(xiàn)的自組織現(xiàn)象，促進了自組織理論的深入研究。自組織體系中的化學振蕩反應最早由B.P.Belousov和A.M.Zhabotinsky發(fā)現(xiàn)，以他們的名字命名的Belousov-Zhabotinsky反應向人們展示了真實的隨時間周期性變化的化學波圖案。進年來隨著對BZ反應研究的不斷深入，并逐漸涉及到數(shù)學、化學、生物學、圖形學等領域的諸多實際問題，BZ反應系統(tǒng)得到了廣泛的研究和應用。
　　 本文從兩變量的

2、BZ反應系統(tǒng)入手，通過仿真描述了其動力學行為，結合已有的一些經典結構(T型信號處理器、化學二極管)，設計并仿真驗證了新的單向傳輸結構和交叉?zhèn)鞑ソY構。通過仿真我們發(fā)現(xiàn)，該BZ反應過程中化學波的傳播過程非常類似于神經元中脈沖信號的傳導，而且在不同構型下的脈沖傳播過程可以用于模擬神經元的相應結構(細胞體、突觸等)，進而引導我們通過合理的設計幾何構型來模擬神經元。之后通過對脈沖進行編碼，再設計合理的通道結構，我們給出并仿真驗證了化學二進制加法器

3、單元，該單元可以很好的在平面結構中進行擴展，進而實現(xiàn)兩位甚至多位二進制加法器。加法器的實現(xiàn)表明，完全在幾何構型的作用下BZ反應系統(tǒng)也可以實現(xiàn)“復雜”的計算功能，加強了我們對構建神經元模型的信心。接著我們給出了具體的神經元模型，并按合理的連接方式組建成神經元網絡，該神經元系統(tǒng)以化學波的形式，從神經元的角度完整地闡釋了螢火蟲同步閃光發(fā)生的機制。
　　 本研究創(chuàng)新包括：⑴通過對BZ反應系統(tǒng)的仿真，結合一些經典的通道結構，我們設計并仿真

4、驗證了新的單向傳輸結構和交叉?zhèn)鞑ソY構；并基于對不同構型下BZ反應系統(tǒng)仿真結果的觀察，我們提出了基于BZ反應，通過合理設計通道的幾何構型來模擬神經元的新思路。⑵基于T型結構、單向傳輸結構和交叉?zhèn)鞑ソY構，我們第一次給出了化學加法器的完整結構圖，并通過仿真驗證了其有效性，同時指出該化學加法器在理論上是實驗可行的。⑶通過幾何構型的合理設計，我們給出了具體的神經元模型，并按合適的連接方式組建成神經元網絡，該智能系統(tǒng)對螢火蟲同步閃光發(fā)生的工作機制給