Logowanie do System sprawozdań KDM

Otwarta ewolucja minimalnych zdolności kognitywnych u animatów kontrolowanych sztucznymi sieciami obliczeniowymi inspirowanymi biologicznie

Kierownik projektu: Krzysztof Giaro

Politechnika Gdańska

Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki

Gdańsk

Streszczenie projektu

Projekt porusza tematy na pograniczu informatyki i biologii dotyczące zagadnień Sztucznego Życia (ALife) związanych z tworzeniem sztucznych, inspirowanych biologicznie modeli środowiska i prostych organizmów (animatów) oraz symulowaniem ewolucji za pomocą metod informatycznych. Badanie tych zagadnień pozwala zarówno na lepsze zrozumienie zjawisk biologicznych jak i na uzyskiwanie algorytmów, które mogą być wykorzystywane w robotyce (np. kontroler użyty do sterowania rojem robotów).

Projekt wykorzystuje model symulowanego środowiska wodnego z prostą fizyką obejmującą wykrywanie kolizji oraz dyfuzję substancji chemicznych pełniących m. in. role pożywienia i "zapachu" organizmów. W tym środowisku umieszczone są jednokomórkowe animaty wyposażone w sensory pozwalające na pomiar stężenia określonych substancji w najbliższym otoczeniu oraz wici wykorzystywane do poruszania się. Model organizmu obejmuje również metabolizm, tj. uzyskiwanie, magazynowanie i zużywanie energii. Bilans energetyczny bezpośrednio wpływa na los organizmu, tj. reprodukcję lub śmierć. Animaty oddziałują z substancjami znajdującymi się w ich środowisku (np. zbierają pożywienie lub pozostawiają zbędne produkty przemiany materii pełniące rolę "zapachu") oraz ze sobą nawzajem (np. drapieżniki zabijające ofiary). Organizmy kontrolowane są za pomocą sztucznych sieci regulacji genowych albo impulsowych sieci neuronowych. Te struktury, podobnie jak sposób ich kodowania za pomocą liniowego genomu wraz z jego mutacją zachodzącą przy podziale komórki organizmu, są inspirowane biologicznie.

Schemat eksperymentu zakłada otwartą ewolucję bez stosowania algorytmu genetycznego z subiektywnie określoną funkcją dopasowania. Los organizmów (tj. rozmnażanie i śmierć) jest determinowany jedynie przez fizykę środowiska, w którym animaty konkurują między sobą w walce o ograniczone zasoby. W tym więc elemencie konstruowany model bliżej odpowiada ewolucji obserwowanej w środowisku naturalnym niż modele oparte na klasycznych algorytmach genetycznych.

W ramach projektu zostanie pokazana ewolucja prostych zachowań kognitywnych. Jednym z głównych celów eksperymentów jest analiza wyewoluowanych strategii poszukiwania zasobów - głównie różnych wariantów chemotaksji (czyli podążania w kierunku większego stężenia danej substancji chemicznej). Zostanie zbadany wpływ na ewolucję takich czynników jak: nierównomierne rozłożenie zasobów (zarówno w czasie jak i przestrzeni), wprowadzenie przeszkód w środowisku (które wymaga wyewoluowania zdolności zapamiętywania "mapy" środowiska), a także drapieżnictwo, które pozwala również na badanie wzajemnych interakcji między drapieżnikami a ofiarami. Ponadto projekt obejmuje eksperymenty mające na celu wyewoluowanie zachowań charakterystycznych dla roju robotów takie jak podążanie za liderem przy jednoczesnym zachowaniu minimalnych odległości między animatami.

Projekt napisany jest w języku C++ z wykorzystaniem elementów biblioteki Qt 4.8 i wykorzystuje zrównoleglanie do przeprowadzania wielu eksperymentów w tym samym czasie. Z uwagi na złożoność obliczeniową symulowania procesów ewolucyjnych, długi czas trwania eksperymentów jak i dużą liczbę testowanych konfiguracji środowiska, projekt wymaga dużej mocy obliczeniowej.

Publikacje

  1. Joachim Erdei, Borys Wróbel, Evolution of animats following a moving target in an artificial ecosystem, Proceedings of the 14th International Conference on the Synthesis and Simulation of Living Systems (ALIFE 14), MIT Press 9780262326216, (2014) 98 - 104

Centrum Informatyczne Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej
ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk   |   tel. 58-347-24-11
email: office@task.gda.pl   |   NIP: 584-020-35-93