Ученые-информатики Ристо Мииккулайнен и Джоэл Леман выступили соавторами исследования, опубликованного сегодня в журнале PLOS One, в котором описывается, как моделирование массовых вымираний способствует появлению новых черт и возможностей у сохранившихся родословных.«Целенаправленное уничтожение может привести к неожиданным результатам, — сказал Мииккулайнен, профессор компьютерных наук в UT Austin. «Иногда вам нужно разработать что-то, что объективно кажется хуже, чтобы разработать инструменты, необходимые для улучшения».В биологии массовые вымирания известны тем, что они очень разрушительны, стирая много генетического материала с древа жизни.
Но некоторые эволюционные биологи предполагают, что события вымирания на самом деле ускоряют эволюцию, продвигая те линии, которые являются наиболее эволюционируемыми, то есть те, которые могут быстро создавать новые полезные свойства и способности.Мииккулайнен и Леман обнаружили, что, по крайней мере, в отношении роботов дело обстоит именно так. В течение многих лет компьютерные ученые использовали компьютерные алгоритмы, вдохновленные эволюцией, для обучения смоделированного мозга робота, называемого нейронными сетями, для совершенствования задачи от одного поколения к другому. Инновация команды UT Austin в последнем исследовании заключалась в изучении того, как массовое разрушение может помочь в вычислительной эволюции.
В компьютерном моделировании они соединили нейронные сети с моделированными роботизированными ногами с целью создания робота, который мог бы двигаться плавно и стабильно. Как и в реальной эволюции, случайные мутации были внесены в процесс вычислительной эволюции. Ученые создали множество различных ниш, чтобы появилось множество новых функций и возможностей.
Спустя сотни поколений, широкий спектр роботов развился, чтобы заполнить эти ниши, многие из которых не были непосредственно полезны для ходьбы. Затем исследователи случайным образом уничтожили роботов в 90 процентах ниш, имитируя массовое вымирание.После нескольких таких циклов эволюции и вымирания они обнаружили, что уцелевшие линии были наиболее эволюционируемыми и, следовательно, обладали наибольшим потенциалом для создания нового поведения.
Не только это, но и в целом, лучшие решения задачи ходьбы были разработаны при моделировании массовых вымираний по сравнению с симуляциями без них.Практическое применение исследования может включать в себя разработку роботов, которые могут лучше преодолевать препятствия (например, роботы, ищущие выживших в развалинах землетрясения, исследуя Марс или перемещаясь по минному полю), и игровых агентов, похожих на людей.«Это хороший пример того, как эволюция косвенным, извилистым образом производит великие вещи», — объясняет Леман, бывший научный сотрудник лаборатории Мииккулайнена, ныне работающей в Копенгагенском ИТ-университете.
Он и Кеннет Стэнли, бывший ученик Мииккулайнена в UT Остине, недавно опубликовали научно-популярную книгу об эволюционном извилине «Миф о цели: почему величие нельзя планировать». «Даже разрушение можно использовать для эволюционного творчества».Это исследование финансировалось Национальным научным фондом (NSF), Национальными институтами здравоохранения и Исследовательской инициативой первокурсников UT Austin. Финансирование от NSF было предоставлено в виде грантов BEACON, мультиуниверситетскому центру, созданному для изучения эволюции в действии в естественных и виртуальных условиях.
Техасский университет в Остине является членом BEACON. Биологи-эволюционисты из BEACON помогали Мииккулайнену и Леману в разработке исследовательского проекта и интерпретации результатов.
