chapter  6
28 Pages

Self-Organizing Data and Signal Cellular Systems

WithANDRÉ STAUFFER, GIANLUCA TEMPESTI

Contents 6.1 Bio-Inspired Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

6.1.1 Cellular Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 6.1.2 Cloning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 6.1.3 Cicatrization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 6.1.4 Regeneration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

6.2 Functional Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 6.2.1 Structural Configuration Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 6.2.2 Functional Configuration Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 6.2.3 Cloning Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 6.2.4 Cicatrization Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 6.2.5 Regeneration Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

6.3 Hardware Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 6.3.1 Data and Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 6.3.2 Configuration Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 6.3.3 Self-Repair Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

6.3.4 Application Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 6.3.5 Transmission Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 6.3.6 Output Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

6.4 Hardware Simulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 6.4.1 Functional Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 6.4.2 Multicellular Organism. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 6.4.3 Population of Organisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

6.5 Hardware Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 6.5.1 CONFETTI Platform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 6.5.2 SOS Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

6.1 Bio-Inspired Properties 6.1.1 Cellular Architecture An extremely simplified example, the display of the SOS acronym, is introduced in order to illustrate the basic bio-inspired properties of our self-organizing systems. The system that displays the acronym is a one-dimensional artificial organism made of three cells (Figure 6.1a). Each cell of this organism is identified by an X coordinate, ranging from 1 to 3. For coordinate values X = 1 and X = 3, the cell implements the S character; for X = 2, it implements the O character. Such an organism can be built with a single totipotent cell (Figure 6.1b) capable of displaying either the S or the O character according to the X coordinate. The totipotent cell is an arrangement of 4 × 6 = 24 molecules, 21 of which are invariant, one displays the S character, and two display the O character. An incrementer implementing the X coordinate calculation is embedded in the final organism.