Published August 10, 2022 | Version v1
Publication Open

A distributed nanocluster based multi-agent evolutionary network

Description

As an important approach of distributed artificial intelligence, multi-agent system provides an efficient way to solve large-scale computational problems through high-parallelism processing with nonlinear interactions between the agents. However, the huge capacity and complex distribution of the individual agents make it difficult for efficient hardware construction. Here, we propose and demonstrate a multi-agent hardware system that deploys distributed Ag nanoclusters as physical agents and their electrochemical dissolution, growth and evolution dynamics under electric field for high-parallelism exploration of the solution space. The collaboration and competition between the Ag nanoclusters allow information to be effectively expressed and processed, which therefore replaces cumbrous exhaustive operations with self-organization of Ag physical network based on the positive feedback of information interaction, leading to significantly reduced computational complexity. The proposed multi-agent network can be scaled up with parallel and serial integration structures, and demonstrates efficient solution of graph and optimization problems. An artificial potential field with superimposed attractive/repulsive components and varied ion velocity is realized, showing gradient descent route planning with self-adaptive obstacle avoidance. This multi-agent network is expected to serve as a physics-empowered parallel computing hardware.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يوفر النظام متعدد الوكلاء، باعتباره نهجًا مهمًا للذكاء الاصطناعي الموزع، طريقة فعالة لحل المشكلات الحسابية واسعة النطاق من خلال المعالجة عالية التوازي مع التفاعلات غير الخطية بين الوكلاء. ومع ذلك، فإن القدرة الهائلة والتوزيع المعقد للوكلاء الفرديين يجعل من الصعب بناء الأجهزة بكفاءة. هنا، نقترح ونعرض نظام أجهزة متعدد العوامل ينشر مجموعات النانو Ag الموزعة كعوامل فيزيائية وديناميكيات الذوبان والنمو والتطور الكهروكيميائية تحت المجال الكهربائي لاستكشاف التوازي العالي لمساحة الحل. يسمح التعاون والمنافسة بين المجموعات النانوية AG بالتعبير عن المعلومات ومعالجتها بشكل فعال، مما يستبدل العمليات الشاملة المتعثرة بالتنظيم الذاتي للشبكة المادية AG بناءً على ردود الفعل الإيجابية لتفاعل المعلومات، مما يؤدي إلى تقليل التعقيد الحسابي بشكل كبير. يمكن توسيع نطاق الشبكة المقترحة متعددة الوكلاء بهياكل تكامل متوازية ومتسلسلة، وتوضح الحل الفعال لمشاكل الرسم البياني والتحسين. يتم تحقيق مجال جهد اصطناعي مع مكونات جذابة/مثيرة للاشمئزاز متراكبة وسرعة أيونية متنوعة، مما يدل على تخطيط مسار النزول المتدرج مع تجنب العقبات ذاتية التكيف. من المتوقع أن تعمل هذه الشبكة متعددة الوكلاء كأجهزة حوسبة متوازية مدعومة بالفيزياء.

Translated Description (French)

En tant qu'approche importante de l'intelligence artificielle distribuée, le système multi-agents fournit un moyen efficace de résoudre des problèmes informatiques à grande échelle grâce à un traitement hautement parallèle avec des interactions non linéaires entre les agents. Cependant, l'énorme capacité et la distribution complexe des agents individuels rendent difficile une construction matérielle efficace. Ici, nous proposons et démontrons un système matériel multi-agents qui déploie des nanoclusters Ag distribués en tant qu'agents physiques et leur dynamique électrochimique de dissolution, de croissance et d'évolution sous champ électrique pour une exploration à haut parallélisme de l'espace de solution. La collaboration et la concurrence entre les nanoclusters Ag permettent d'exprimer et de traiter efficacement les informations, ce qui remplace donc les opérations fastidieuses et exhaustives par une auto-organisation du réseau physique Ag basée sur la rétroaction positive de l'interaction des informations, conduisant à une complexité informatique considérablement réduite. Le réseau multi-agents proposé peut être étendu avec des structures d'intégration parallèles et sérielles, et démontre une solution efficace des problèmes de graphe et d'optimisation. Un champ de potentiel artificiel avec des composants attractifs/répulsifs superposés et une vitesse ionique variée est réalisé, montrant une planification d'itinéraire de descente en gradient avec évitement d'obstacle auto-adaptatif. Ce réseau multi-agents devrait servir de matériel informatique parallèle alimenté par la physique.

Translated Description (Spanish)

Como un enfoque importante de la inteligencia artificial distribuida, el sistema multiagente proporciona una forma eficiente de resolver problemas computacionales a gran escala a través del procesamiento de alto paralelismo con interacciones no lineales entre los agentes. Sin embargo, la enorme capacidad y la compleja distribución de los agentes individuales dificultan la construcción eficiente del hardware. Aquí, proponemos y demostramos un sistema de hardware multiagente que implementa nanoclusters de Ag distribuidos como agentes físicos y su dinámica de disolución, crecimiento y evolución electroquímica bajo campo eléctrico para la exploración de alto paralelismo del espacio de solución. La colaboración y la competencia entre los nanoclusters de Ag permiten que la información se exprese y procese de manera efectiva, lo que, por lo tanto, reemplaza las operaciones exhaustivas y engorrosas con la autoorganización de la red física de Ag basada en la retroalimentación positiva de la interacción de la información, lo que lleva a una complejidad computacional significativamente reducida. La red multiagente propuesta se puede ampliar con estructuras de integración paralelas y en serie, y demuestra una solución eficiente de problemas de gráficos y optimización. Se realiza un campo de potencial artificial con componentes atractivos/repulsivos superpuestos y velocidad iónica variada, que muestra la planificación de la ruta de descenso del gradiente con evitación de obstáculos autoadaptativa. Se espera que esta red multiagente sirva como un hardware de computación paralela potenciado por la física.

Files

s41467-022-32497-5.pdf.pdf

Files (3.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b477a18db101945409d4921229baaa65
3.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
شبكة تطورية متعددة العوامل قائمة على الكتلة النانوية الموزعة
Translated title (French)
Un réseau évolutif multi-agents basé sur des nanoclusters distribués
Translated title (Spanish)
Una red evolutiva multiagente basada en nanoclusters distribuidos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4290990041
DOI
10.1038/s41467-022-32497-5

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1781233475
  • https://openalex.org/W1965243534
  • https://openalex.org/W1975229527
  • https://openalex.org/W2000979663
  • https://openalex.org/W2012812921
  • https://openalex.org/W2020982711
  • https://openalex.org/W2030775133
  • https://openalex.org/W2044247492
  • https://openalex.org/W2044680442
  • https://openalex.org/W2048500784
  • https://openalex.org/W2065110735
  • https://openalex.org/W2067242107
  • https://openalex.org/W2074357625
  • https://openalex.org/W2075286470
  • https://openalex.org/W2103120971
  • https://openalex.org/W2107941094
  • https://openalex.org/W2112181056
  • https://openalex.org/W2122689321
  • https://openalex.org/W2126554879
  • https://openalex.org/W2126679727
  • https://openalex.org/W2142053997
  • https://openalex.org/W2174035538
  • https://openalex.org/W2222505152
  • https://openalex.org/W2329302212
  • https://openalex.org/W2523358000
  • https://openalex.org/W2526646482
  • https://openalex.org/W2789137959
  • https://openalex.org/W2798864635
  • https://openalex.org/W2799879434
  • https://openalex.org/W2883560622
  • https://openalex.org/W2902484723
  • https://openalex.org/W2923010225
  • https://openalex.org/W2982316857
  • https://openalex.org/W2985606391
  • https://openalex.org/W2999145262
  • https://openalex.org/W3006249533
  • https://openalex.org/W3015696658
  • https://openalex.org/W3018624892
  • https://openalex.org/W3033458297
  • https://openalex.org/W3135924264
  • https://openalex.org/W3161398955
  • https://openalex.org/W3185777519
  • https://openalex.org/W3196149978
  • https://openalex.org/W3197882632
  • https://openalex.org/W3198585701
  • https://openalex.org/W3204457379
  • https://openalex.org/W3204867986
  • https://openalex.org/W4299541734