tentang proyek
ALiEn adalah program simulasi kehidupan buatan berdasarkan fisika khusus dan mesin rendering di CUDA. Ini dirancang untuk mensimulasikan organisme digital yang tertanam dalam ekosistem buatan dan untuk mensimulasikan kondisi untuk (pra) evolusi biotik.
Pelajari tentang tujuan proyek dan bagaimana memulainya .
Fungsi
- Perhitungan fisik realistis dari proses kinematik dan termodinamika padatan yang rusak dan terpaku
- Materi yang dapat diprogram untuk memodelkan organisme digital dan evolusi
- Editor grafis bawaan untuk mendesain mesin Anda sendiri
- Pemodelan dan Rendering GPU
- Perangkat lunak ini open source dan tersedia di bawah GNU General Public License, Versi 3 (GPLv3) .
Di bawah potongan ada dua contoh ("Replikator yang memeriksa sendiri" dan "Replikasi berbasis informasi") dari penggunaan paket perangkat lunak ini.
Kasus Satu: Replikator Pengujian Sendiri
1. Sumber replikator
Replikator yang memeriksa sendiri adalah mesin yang dapat memindai struktur mereka sendiri dan memperbaikinya. Dengan demikian, tidak perlu menyimpan informasi desain. Kami akan bereksperimen dengan tiga jenis replikator pemeriksaan diri, berbeda dalam ukuran dan kompleksitas topologi.
- . , , -, . , , , .
- , , . .
- , .
2.
2.1. Setup
Kami akan menjalankan simulasi untuk setiap jenis replikator. Idenya adalah untuk memulai dengan alam semesta kecil yang penuh dengan energi dan beberapa replikator awal. Yaitu:
- ukuran alam semesta: 1000 x 1000 unit
- 5.000 blok persegi panjang berukuran 8 x 4 yang didistribusikan secara acak sebagai "nutrisi"
- 20 replikator
Parameter simulasi dipilih untuk menciptakan alam semesta yang “ramah”, seperti tingkat mutasi yang rendah, radiasi yang rendah, biaya energi yang rendah untuk fungsi sel, dll. Simulasi dengan prakonfigurasi ini dapat diunduh di sini:
2.2. Simulasi
2.2.1. Replikator kecil
Awalnya, jumlah replikator tumbuh secara eksponensial sampai semua sumber daya habis. Setelah itu, keseimbangan terbentuk di mana jumlah replikator (sekitar 6000) tetap konstan. Video di bawah ini menunjukkan bagaimana replikator menggunakan sumber daya gratis terakhir. Setelah itu, mereka perlu saling mengkonsumsi. Namun, karena mutasi, optimasi kecil terjadi, yang menyebabkan munculnya individu yang lebih beradaptasi. Pertumbuhan koloni padat kadang-kadang dapat diamati. Fenomena ini ditunjukkan pada gambar yang diambil pada langkah 114.000. Setiap titik bercahaya mewakili individu / replikator yang terpisah.
Koloni cenderung memusatkan energi di alam semesta yang bermusuhan dan hanya tampak stabil ketika alam semesta relatif padat karena tekanan material lain di sekitarnya. Kepadatan tinggi di dalam koloni memungkinkan konsumsi energi yang mudah oleh replikator. Karena mereka kurang lebih secara ideal beradaptasi dengan lingkungan mereka, tidak ada perubahan signifikan lebih lanjut. Melihat lebih dekat mengungkapkan bahwa replikator telah kehilangan kemampuan untuk bergerak sendiri karena ini tidak lagi diperlukan.
Di bawah ini Anda akan menemukan dua video: yang pertama menunjukkan bagaimana replikator mengambil alih semua sumber daya yang tersedia di alam semesta kecil. Video kedua memberikan gambaran rinci tentang proses di dalam koloni.
Setelah fase awal ini, kami secara bertahap meningkatkan ukuran alam semesta menjadi 4000 x 1000 unit dan secara bertahap meningkatkan properti fungsi sel parameter simulasi -> senjata -> biaya energi menjadi 1,4. Perubahan ini, di satu sisi, menurunkan tekanan lingkungan dan menyebabkan penyebaran koloni. Di sisi lain, konsumsi energi menjadi lebih sulit. Tiba-tiba ada kebutuhan untuk adaptasi. Replikator mengembangkan mobilitas untuk lebih aktif mengkonsumsi sumber daya. Setelah beberapa juta langkah waktu dan menetapkan parameter di atas, keseimbangan baru bergabung. Mereka saling mengkonsumsi dan menghasilkan keturunan. Tetapi jumlah replikator tetap konstan. Perilaku ini dapat dilihat dalam video pertama yang diambil setelah 22 juta langkah evolusi.
Kami kemudian meningkatkan parameter di atas menjadi 2.4. Hal ini menyebabkan ketidakseimbangan karena replikator kehilangan energi terlalu cepat. Namun, mereka menemukan cara untuk bertahan hidup. Setiap kali sumber daya terkonsentrasi secara lokal, mereka berisiko, dikonsumsi dan direplikasi secepat mungkin. Setelah itu, mereka bubar dan kebanyakan mati. Replikator yang rusak / rusak melayang di luar angkasa. Ketika banyak dari mereka mendekat, mereka akan diserap oleh orang lain. Dengan demikian, keseimbangan yang lebih kompleks muncul ketika gelombang material bertabrakan secara berkala dan dengan cepat diserap oleh beberapa replikator yang ada. Jumlah replikator tumbuh sangat cepat dalam waktu singkat. Kemudian sebagian besar dari mereka mati dan membentuk gelombang material baru. Fenomena ini dapat dilihat dalam video.
Replikator yang dihasilkan dari evolusi setelah 70 juta langkah waktu ditunjukkan di bawah ini. Video menunjukkan bagaimana Anda akan menyebar di alam semesta yang "ramah". Perilaku menarik yang dapat diamati dalam simulasi adalah banyak dari replikator ini tidak benar-benar bereplikasi, sementara hanya sedikit dari mereka yang menghasilkan banyak keturunan. Ini dapat bermanfaat jika banyak dari mereka bersaing untuk mendapatkan sumber daya yang terbatas.
berevolusi replikator kecil
2.2.2. Replikator besar
Evolusi jenis replikator yang lebih besar ini mengikuti pola yang sedikit berbeda. Di satu sisi, strukturnya yang lebih besar menawarkan lebih banyak peluang untuk optimasi dan karenanya beradaptasi dengan kondisi baru. Di sisi lain, proses replikasi membutuhkan lebih banyak waktu dan energi. Akibatnya, perkembangan gelombang material periodik terjadi dalam bentuk yang jauh lebih lemah, karena replikator tidak cukup cepat untuk menangkap material.
Di bawah ini Anda dapat menemukan produk evolusi setelah 82 juta langkah waktu dan video yang menunjukkan pembuatannya. Replikator bergerak sangat tiba-tiba dan terkadang bunuh diri. Perilaku agresif seperti itu tampaknya bermanfaat di alam semesta dengan sumber daya yang langka. Strukturnya telah berkembang tetapi masih relatif dekat dengan konfigurasi aslinya. Anda mungkin juga memperhatikan bahwa struktur dan fungsinya tidak banyak berubah di kemudian hari. Dibandingkan dengan awal, lebih banyak token berputar pada selnya, yang mengarah ke aktivitas yang lebih cepat.
berevolusi replikator besar
2.2.3. Replikator kompleks
Varian terbesar dari replikator asli menciptakan struktur yang lebih kecil dalam waktu yang cukup singkat. Adapun variasi besar di atas, ada lebih banyak kebebasan untuk mengoptimalkan dan pola perilaku yang lebih kompleks dapat diamati dibandingkan dengan replikator awal yang kecil. Fakta ini juga mempengaruhi struktur umum Alam Semesta. Ada lebih banyak variasi cluster dengan ukuran berbeda. Juga, tidak ada gelombang material periodik. Sebaliknya, ada gerakan yang lebih kacau dan kemacetan lokal dari mesin replikator. Anda bisa melihat fenomena ini dalam video di bawah ini.
Kondisi seperti itu mungkin lebih cocok untuk evolusi menuju kompleksitas yang lebih tinggi. Dalam simulasi, setelah 26 juta langkah waktu, struktur yang sama sekali baru muncul. Ini menarik perhatian dengan pengerjaan interiornya yang masif. Ini seperti struktur kristal yang tumbuh tanpa gerakan aktif atau konsumsi energi. Persalinan terjadi karena rusaknya struktur karena pengaruh fisik. Potongannya bisa tumbuh lagi. Gambar yang diperbesar dari produk evolusi yang menakjubkan ini ditampilkan di kanan bawah.
struktur kristal
Makhluk eksotis ini hidup berdampingan dengan replikator canggih lainnya. Contoh replikator tersebut ditunjukkan di bawah ini, bersama dengan video yang menunjukkan distribusinya.
berevolusi replikator kompleks
4. Kesimpulan
Ketiga jenis replikator mengalami perubahan terbesar dalam sejuta langkah pertama karena mutasi dan seleksi alam. Kompleksitas yang lebih tinggi dari konfigurasi awal menawarkan lebih banyak peluang untuk pengoptimalan. Namun, begitu kondisi lingkungan (parameter untuk pemodelan dan pengukuran alam semesta) diperbaiki, adaptasi evolusioner melambat. Bahkan mutasi diam tidak dapat bertahan dalam suatu populasi.
Semua jenis replikator asli berevolusi menjadi varian yang mereproduksi dan menghabiskan sumber daya lebih cepat. Startup struktural yang paling kompleks juga mengembangkan perilaku yang lebih kompleks.
Produk yang tidak terduga adalah munculnya struktur kristal yang dapat tumbuh, tetapi tidak memiliki fungsi gerakan aktif, konsumsi energi, dan replikasi. Mereka mereproduksi diri mereka sendiri, membusuk di bawah pengaruh faktor-faktor eksternal. Bagian-bagiannya sebagian besar masih berfungsi.
Kasus Dua: Replikasi Berbasis Informasi
1. Replikator awal
Subjek utama dari penelitian ini adalah mesin self-replicating menggunakan analog digital DNA. Dibandingkan dengan replikator yang memeriksa sendiri, perintah konstruksi anak disimpan dalam wadah data sebagai informasi murni. Berkat pendekatan ini, kami memperoleh lebih banyak fleksibilitas dalam menciptakan mesin baru, karena mereka muncul dari manipulasi informasi.
Mari kita mulai eksperimen kita dengan struktur loop yang melakukan semua operasi yang diperlukan dalam satu loop utama. Instruksi build dikodekan dalam memori token yang berputar dalam struktur melingkar. Selain itu, untuk mendapatkan energi yang diperlukan, beberapa gerakan acak dan serangan terhadap sel tetangga dilakukan.
Pada gambar di bawah ini, kita dapat melihat snapshot dalam proses replikasi. Selama replikator memiliki daya yang cukup, ia menghasilkan sel-sel baru, instruksi pembangunan yang dijelaskan di bagian data token. Setiap kali token melewati sel komputer, instruksi perakitan disalin byte demi byte ke bidang targetnya. Ini bisa memakan waktu hingga 45 putaran di sekitar struktur. Setelah proses penyalinan dari memori selesai, penciptaan sel anak dimulai, yang diulang jika tidak ada cukup energi yang tersedia. Konstruktor menerima instruksi dari token dan secara bertahap membangun semua 6 sel. Setelah membangun sel terakhir, token akan diduplikasi dan salinannya akan disebarkan ke keturunannya. Selama proses ini, mutasi diterapkan ke memori token. Selain itu, lokasi konstruksi dibagi menjadi dua individu.
Setelah banyak siklus replikasi, jumlah keturunan tumbuh secara eksponensial, asalkan nutrisi yang cukup tersedia dalam bentuk sel-sel sekitarnya atau partikel energi. Di sebelah kanan, struktur replikasi terlihat setelah beberapa siklus reproduksi. Karena mutasi yang diterapkan, beberapa di antaranya mungkin memiliki sifat yang berbeda, yang dalam banyak kasus menyebabkan beberapa malfungsi.
replikator berbasis informasi
2. Eksperimen evolusi
2.1. Setting
Untuk percobaan evolusi kami, kami membuat simulasi dengan pengaturan berikut:
- ukuran awal alam semesta: 1000 x 1000 unit
- 5000 cluster persegi panjang yang didistribusikan secara acak dari 8x4 sel setiap 100 unit energi
- 20 replikator
Konfigurasi awal selengkapnya dapat diunduh di sini .
2.2. Simulasi
Selama simulasi, kami secara bertahap meningkatkan ukuran alam semesta menjadi 6000 x 1000 unit. Alam semesta kemudian diskalakan menjadi 60.000 x 1.000 unit, menghasilkan peningkatan energi 10 kali lipat. Jumlah replikator tumbuh secara eksponensial dan stabil pada level 80 hingga 90 ribu eksemplar. Pada titik ini, nomor dapat dibaca pada cluster aktif di monitor. Hasil di bawah ini tidak dapat direplikasi secara langsung karena semua simulasi berbeda. Namun, beberapa efek umum dapat diamati.
Seiring waktu, Anda dapat melihat bahwa koloni replikator yang padat dapat bersatu seiring waktu. Karena dalam kondisi saat ini, sangat menguntungkan bagi para replikator untuk mengembangkan perilaku malas yang tidak melakukan gerakan apa pun dan secara besar-besaran menyerang lingkungannya. Untuk mencegah munculnya pola bertahan hidup yang nyaman, kita dapat mengubah kondisi lingkungan. Untuk tujuan ini, kami menghukum serangan sel dengan meningkatkan parameter fungsi simulasi -> senjata -> biaya energi. Kami tidak langsung meningkatkan nilainya menjadi 3, tetapi secara bertahap setelah 100 ribu langkah waktu, sehingga replikator dapat beradaptasi dengan kondisi baru.
Ketika alam semesta dipenuhi dengan replikator, kepadatan materi dapat sangat bervariasi dari satu wilayah ke wilayah lainnya. Karena replikator yang bergerak menciptakan kekuatan yang mendorong material yang tersisa. Fenomena ini dapat dilihat pada tangkapan layar berikut yang diambil 2 juta langkah waktu terpisah.
Bintik-bintik cerah terlihat di tengah area. Ini adalah ribuan replikator. Seiring waktu, mereka bermutasi, dan beberapa dari mereka memiliki warna yang berbeda. Di kiri dan kanan, Anda dapat melihat sebagian besar berwarna biru - bahan sisa yang jarang didistribusikan. Tangkapan layar ini hanya menunjukkan sebagian kecil dari seluruh alam semesta. Dalam sistem pengujian kami, simulasi berjalan sekitar 20 langkah per detik.
Di bawah ini Anda dapat melihat kutipan dari simulasi yang sama di 7 juta langkah waktu. Replikator telah bermutasi dan dapat berkembang biak lebih cepat di lingkungan mereka.
Setelah 59 juta langkah waktu dan perubahan tingkat mutasi dari rendah ke tinggi dan sebaliknya, dinamika alam semesta yang disimulasikan berubah dengan munculnya jenis struktur baru. Perilaku mereka sangat berbeda dari replikator aslinya. Sekilas, mereka tampak seperti mutan yang tidak berfungsi. Tapi yang paling menarik, mereka tumbuh dan hancur berkeping-keping yang bisa tumbuh sendiri.
Tampaknya gaya hidup buatan jenis baru telah muncul yang tidak dapat dibayangkan dalam kondisi aslinya. Dalam tangkapan layar berikut, kami mewakili bagian alam semesta setelah 61 juta langkah waktu. File simulasi untuk langkah kali ini dapat diunduh di sini .
Struktur kristal putih di tengah terlihat cukup mencolok. Warnanya adalah hasil dari banyak token yang beredar. Di editor, kita dapat mengamati informasi lebih rinci tentang struktur ini.
Setelah pembesaran lebih lanjut, kami menemukan bahwa struktur ini pada dasarnya terdiri dari dua jenis sel yang diulang dalam pola spasial: sel komputer dan sel desain. Hampir setiap sel memiliki tiga token yang berisi data untuk proses pembuatan. Segera setelah energi yang cukup tersedia di beberapa bagian struktur, ia tumbuh dalam arah ortogonal.
Strukturnya dapat diunduh di sini .
4. Kesimpulan
Melalui percobaan ini, kita dapat mengamati munculnya struktur kristal yang tumbuh. Fenomena yang sama diamati untuk replikator yang memeriksa diri sendiri. Apalagi mereka stabil, tersebar di seluruh alam semesta dan menjadi spesies yang dominan. Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa bentuk-bentuk reproduksi diri seperti itu tidak begitu langka dan dapat terjadi dalam berbagai situasi.
Tidak ada perbedaan yang signifikan dalam pengembangan mesin fotokopi informasi dibandingkan dengan mesin self-checking pada percobaan ini. Hipotesis bahwa mesin tersebut dapat lebih beradaptasi dengan lingkungan mereka dan lebih cocok untuk evolusi tak terbatas perlu dieksplorasi dalam eksperimen yang lebih luas.
Selain itu, ternyata ekstensi berikut harus dipertimbangkan untuk eksperimen lebih lanjut:
- perubahan parameter pemodelan secara otomatis agar populasi tidak punah,
- menghargai struktur replikator yang lebih besar.
Ekstra: Karya Seni
Semua screencast yang mengikuti menunjukkan simulasi real-time yang direkam pada sistem GeForce 2080 TI. Disarankan untuk menonton video dalam kualitas 1080p (HD). Lebih banyak video dapat ditemukan di saluran YouTube .