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Sibernetic – C. elegans 用生物力學模擬器

是什麼 – Sibernetic 是一個 C++/OpenCL 物理引擎，用於模擬流體、彈性物質、膜與收縮組織。此軟體為 OpenWorm 專案所開發，旨在模擬線蟲 Caenorhabditis elegans 的身體及其神經活動。

為何重要 – 透過提供一個真實、GPU 加速的軟體動力學環境，Sibernetic 讓研究人員能將蠕蟲的生物力學與神經模型（NEURON、c302 等）結合。這使其成為具身智能研究的具體平台：驅動虛擬蠕蟲運動的同一段程式碼，可由真實神經模擬驅動，進而實現對運動、肌肉活化與流體-結構交互作用的閉迴路實驗。

核心功能

• PCISPH 流體求解器（預測-校正不可壓縮光滑粒子流體動力學）用於不可壓縮液體。
• 弹性物質模擬、液體不可穿透膜、表面張力與邊界處理。
• 透過 OpenCL 支援 GPU；可回退至 CPU。
• 3D OpenGL 可視化，支援互動控制（暫停、切換示範、旋轉/縮放場景）。
• 命令列選項支援無頭執行、記錄步驟、匯出 VTK 檔案供 Paraview 使用，或儲存原始緩衝區。
• 與 NEURON 模擬器（透過 sibernetic_NEURON 橋接）及 c302 NeuroML 流程整合，允許從真實神經模型輸入肌肉訊號。

典型工作流程

1. 建置 – 安裝 OpenCL、OpenGL、GLUT、GLEW 及 Python-numpy 後，Linux 使用 make all，macOS 使用 make all -f makefile.OSX。
2. 執行 – 使用 ./Release/Sibernetic 啟動圖形化示範，或加入以下旗標：
   • -no_g  無圖形執行（適用於批次作業）
   • -l_to  將模擬狀態記錄至磁碟
   • -export_vtk  匯出 VTK 檔案供外部視覺化
   • -f worm  載入完整蠕蟲身體設定並啟動 Python 肌肉訊號模組。
   • device=gpu  強制 GPU 執行。
3. 與神經元耦合 – 加入 -nrn <hoc_file> 啟動 NEURON 橋接，或使用提供的 sibernetic_c302.py 指令碼，以 c302 NeuroML 模型驅動模擬。
4. 分析 – 在 Paraview 中載入產生的 state_*.vtp 檔案，或使用 -l_from 重播儲存的緩衝區。

安裝注意事項

• Linux 使用者需安裝 OpenCL 驅動程式（AMD 最佳；Intel 為替代方案）。README 列出所需的精確 apt-get 套件。
• macOS 使用者在執行 OSX 專用 makefile 前，必須設定幾個 PYTHON* 環境變數。
• 建置完成後，將倉儲根目錄加入 PYTHONPATH，以便匯入 Python 輔助模組。

誰可能使用它

• 研究蠕蟲運動的計算生物學家。
• 對軟體模擬與神經-機械耦合感興趣的機器人研究人員。
• 任何需要 GPU 加速 SPH 流體/彈性求解器用於研究或教學的人。

連結

• 主倉儲：https://github.com/openworm/sibernetic
• NEURON 橋接：https://github.com/openworm/sibernetic_NEURON
• OpenWorm 專案：http://www.openworm.org

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所有細節均直接取自倉儲的 README；未添加任何外部假設。