“化学GPS”能快速找出两点间最短路径 速度快过电子GPS

Posted 2021-04-28 学术帮

图 在以布达佩斯地图为模板的一个试验中，碱性溶液很快找到了从A点到B点（一个披萨餐厅）之间的最佳路线。

一个由瑞士、匈牙利、日本以及苏格兰科学家组成的国际研究小组日前发现，一种化学方法能够在复杂的环境中，非常迅速地找出两点之间最短的路径。通过这种方法进行规划的速度甚至超过目前常见的电子GPS导航系统。该技术有望在交通系统规划、制订运输计划、物流系统等多个领域获得应用。相关论文发表在化学专业期刊《Langmuir》上。

研究人员将这种技术称为“化学处理器”。他们认为，就像计算机拥有计算能力一样，自然界中很多物质和现象都有着天然的、强大的“计算能力”，蕴含着简单高效的算法。流动的液体就是其中的一种。

这种“化学GPS”的工作原理是这样的：首先将一种混酸凝胶涂抹在模拟地图的目的地处（终点），然后再将与染料融合后的碱性溶液添加到出发点（起点）上。依靠马拉高尼效应，碱性溶液会在表面张力梯度的作用下，在极短的时间内快速扩酸，并自动流向酸性最强的点，即终点。在这个过程中，它们会在地图上留下数条彩色的印迹：颜色最深的是最短路径，稍浅是备选路径。

马拉高尼效应是物理学中的一个有趣现象，指两种表面张力不同的液体介面之间由于存在张力梯度而发生移动的现象。当一种液体的液膜因受外界扰动（如温度、浓度）而使液膜局部变薄时，它会在表面张力梯度的作用下形成马拉高尼流，使液体沿最佳路线快速流回薄液面。这种“化学GPS”正是利用这一效应。

外媒报道称，为了验证这一想法，研究人员按照布达佩斯的地图制作了一个迷宫，并将一个披萨餐厅设为终点。“化学GPS”很快找到了最短的路线，并给出了备选路线。经过对比，研究人员发现，在复杂的迷宫地形中，使用“化学GPS”进行路线规划的速度要远高于利用电子导航系统穷举式寻找捷径的效率。

研究人员称，除了路径规划外，这种化学计算方法还能够在交通系统规划、物流系统、实验心理学、网络与机器人设计等领域获得应用。下一步他们还将在更大更复杂的迷宫中对该方法进行测试。

原文：Maze Solving Using Fatty Acid Chemistry

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la5018467

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