Morphogenetic Engineering: Toward Programmable Complex Systems

به طور کلی، پدیده های خود به خودی تشکیل الگو تصادفی و تکراری هستند، در حالی که دستگاه های پیچیده محصول قطعی طراحی انسان هستند. سازماندهی شده و معماری.

این کتاب اولین ابتکار در نوع خود در جهت ایجاد زمینه جدیدی از تحقیقات، مهندسی مورفوژنتیک، برای بررسی مدل‌سازی و پیاده‌سازی سیستم‌های «خودمعماری» است. تأکید ویژه بر قابلیت برنامه‌ریزی و محاسبات خود سازمان‌دهی می‌شود، ویژگی‌هایی که اغلب در علم سیستم‌های پیچیده نادیده گرفته می‌شوند – در حالی که، برعکس، مزایای خود سازمان‌دهی اغلب در روش‌شناسی مهندسی نادیده گرفته می‌شوند.

در مجموع، هدف این کار ارائه چارچوبی برای و نمونه‌هایی از یک کلاس بزرگتر از سیستم‌های "خودمعماری" است، در حالی که به سوالات اساسی مانند

> چگونه موجودات زیستی وظایف مورفوژنتیک را تا این حد قابل اعتماد انجام دهید؟
> آیا می‌توانیم قابلیت‌های خودسازی آن‌ها را به سیستم‌های مهندسی شده تعمیم دهیم؟
> آیا سیستم‌های فیزیکی می‌توانند با اطلاعات (یا سیستم‌های اطلاعاتی در فیزیک جاسازی شوند) تا مورفولوژی‌ها و عملکردهای مستقلی ایجاد کنند؟
> چه چیزی آیا اصول اصلی و بهترین شیوه ها برای طراحی و مهندسی چنین سیستم های ریخت زایی هستند؟
مخاطبان مورد نظر متشکل از محققان و دانشجویان فارغ التحصیل هستند که روی سیستم های خودسازماندهی قابل برنامه ریزی در طیف وسیعی از زمینه های علمی، از جمله علوم کامپیوتر، رباتیک، مهندسی زیستی، مهندسی کنترل، فیزیک، کار می کنند، شروع به کار می کنند یا علاقه مند به آنها هستند. ، زیست شناسی نظری، ریاضیات، و بسیاری دیگر.

Generally, spontaneous pattern formation phenomena are random and repetitive, whereas elaborate devices are the deterministic product of human design.
Yet, biological organisms and collective insect constructions are exceptional examples of complex systems that are both self-organized and architectural.

This book is the first initiative of its kind toward establishing a new field of research, Morphogenetic Engineering, to explore the modeling and implementation of “self-architecturing” systems. Particular emphasis is placed on the programmability and computational abilities of self-organization, properties that are often underappreciated in complex systems science—while, conversely, the benefits of self-organization are often underappreciated in engineering methodologies.

Altogether, the aim of this work is to provide a framework for and examples of a larger class of “self-architecturing” systems, while addressing fundamental questions such as

> How do biological organisms carry out morphogenetic tasks so reliably?
> Can we extrapolate their self-formation capabilities to engineered systems?
> Can physical systems be endowed with information (or informational systems be embedded in physics) so as to create autonomous morphologies and functions?
> What are the core principles and best practices for the design and engineering of such morphogenetic systems?
The intended audience consists of researchers and graduate students who are working on, starting to work on, or interested in programmable self-organizing systems in a wide range of scientific fields, including computer science, robotics, bioengineering, control engineering, physics, theoretical biology, mathematics, and many others.