Пошук академічних текстів

Інформація × Реєстраційний номер 0821U100197, Дисертація доктора філософії На здобуття Доктор філософії Дата захисту 28-01-2021 Статус Запланована Назва роботи Моделювання динаміки елементарних багатоклітинних організмів методом рухомих клітинних автоматів Здобувач Газдюк Катерина Петрівна, Керівник Остапов Сергій Едуардович Опонент Виклюк Ярослав Ігорович Опонент Говорущенко Тетяна Олександрівна Рецензент Григорків Василь Степанович Рецензент Малик Ігор Володимирович Опис 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. Дата реєстрації 2021-02-09 Додано в НРАТ 2021-02-09 Закрити