openworm/sibernetic

Sibernetic – C. elegans 的生物力学模拟器

是什么 – Sibernetic 是一个 C++/OpenCL 物理引擎，用于模拟流体、弹性物质、膜和收缩组织。它为 OpenWorm 项目开发，旨在模拟线虫 Caenorhabditis elegans 的身体及其神经活动。

为何重要 – 通过提供一个真实的、GPU 加速的软体动力学环境，Sibernetic 使研究人员能够将蠕虫的生物力学与神经模型（NEURON、c302 等）耦合。这使其成为具身智能研究的切实平台：驱动虚拟蠕虫运动的同一段代码，可由真实的神经模拟驱动，从而实现对运动、肌肉激活和流固耦合的闭环实验。

核心功能

• PCISPH 流体求解器（预测-校正不可压缩光滑粒子流体动力学）用于不可压缩液体。
• 弹性物质模拟、液体不可渗透膜、表面张力和边界处理。
• 通过 OpenCL 支持 GPU；可回退到 CPU。
• 3D OpenGL 可视化，支持交互控制（暂停、切换演示、旋转/缩放场景）。
• 命令行选项支持无头运行、记录步骤、导出 VTK 文件供 Paraview 使用，或保存原始缓冲区。
• 与 NEURON 模拟器（通过 sibernetic_NEURON 桥接）和 c302 NeuroML 流水线集成，允许从真实神经模型输入肌肉信号。

典型工作流程

1. 构建 – 安装 OpenCL、OpenGL、GLUT、GLEW 和 Python-numpy 后，Linux 使用 make all，macOS 使用 make all -f makefile.OSX。
2. 运行 – 使用 ./Release/Sibernetic 启动图形化演示，或添加以下标志：
   • -no_g  无图形运行（适用于批处理任务）
   • -l_to  将模拟状态记录到磁盘
   • -export_vtk  导出 VTK 文件用于外部可视化
   • -f worm  加载完整蠕虫体配置并启动 Python 肌肉信号模块。
   • device=gpu  强制 GPU 执行。
3. 与神经元耦合 – 添加 -nrn <hoc_file> 启动 NEURON 桥接，或使用提供的 sibernetic_c302.py 脚本，通过 c302 NeuroML 模型驱动模拟。
4. 分析 – 在 Paraview 中加载生成的 state_*.vtp 文件，或使用 -l_from 重放保存的缓冲区。

安装说明

• Linux 用户需要 OpenCL 驱动程序（AMD 最佳；Intel 为替代方案）。README 列出了所需的精确 apt-get 包。
• macOS 用户在调用 OSX 特定的 makefile 前，必须设置几个 PYTHON* 环境变量。
• 构建完成后，将仓库根目录添加到 PYTHONPATH，以便导入 Python 辅助模块。

谁可能使用它

• 研究蠕虫运动的计算生物学家。
• 对软体模拟和神经-机械耦合感兴趣的机器人研究人员。
• 任何需要 GPU 加速 SPH 流体/弹性求解器用于研究或教学的人。

链接

• 主仓库：https://github.com/openworm/sibernetic
• NEURON 桥接：https://github.com/openworm/sibernetic_NEURON
• OpenWorm 项目：http://www.openworm.org

---

所有细节均直接来自仓库的 README；未添加任何外部假设。