肉機械のパーツ収納

雑記（中国語）

【MEMO】作って動かすALife

1

1952　チューリング「反応拡散系」　→　生命的パターンを生成 1966　ノイマン「自己増殖オートマトン」　→　自己増殖

1930s　「一般システム理論」：生命をシステムとして捉える *1

1944　シュレディンガー『生命とは何か』：生命システムはエントロピーの高い環境と相互作用しながらも、自己の内部のエントロピーは低く維持する。つまり、生命とは秩序を定常的に維持するもの。*2

ハインツ・フォン・フェルスター：生命や意識のもつ自己言及性に注目し、ラディカル構成主義という、万物が共時的に構成されること

1970s フランシスコ・マトゥラーナ　「Auto Poiesis」：自らの構成要素を自律的に産出出来る構造

→　ヴァレラ：Substrate Catalyst Link

「Cybernetic Loop」：人間と機械を一つの複合系として見なし、内外情報のFeedbackループ構造

2 生命のパターンを作る

「自己組織化」

Gray-Scott モデル

  • U 一定補充率で追加
  • V 一定減量率で消滅
  • 拡散　（ラプラシアンで自位置の濃度を増減する）
  • 反応 U + 2V → 3V

セルラー・オートマトン

遷移ルールを数で記述できる。例えば一次元の場合、

000 → 0
001 → 1
010 → 1
...
111 → 0

というルールを、0b011...0 で記述できる。全部で256通りのルールがある。

右側の０と１の比をλとし、0.3 くらいの時に複雑度が一番高い（非周期だが完全カオスでもない）。

現実世界の計算

ノイズに頑強

トンプソン：FPGAで進化するるハードウェアを研究

3 個と自己複製

インターネットに拡張された自己、遺伝子が規定する自己

「個の創発」は「Auto Poiesis」の基本問題

内と外（環境）を隔てつつ、開く。例えば細胞の膜。安定性と不安定性の間にあり、環境変化に適応できるぐらいの不安定性を持つ。（

SCL モデル

Substrate 基質分子　Catalyst 触媒分子　Link 膜分子

  • 2S + C → L + C （触媒によって基質から膜を作る）
  • L + L → L-L （バインドされる）（１個Lに２つ以上バインドしない、45度のバンドしないなど）
  • L -> 2S （膜は確率で分解する）
  • グリッド上、SとLは同じ位置に存在できる
  • 分子はランダム移動（Cは低確率）（L-L移動しない）

結果、Cを囲む膜が作られる。

改良：Lの透過性とCの移動方法を設定し、感覚運動系を実現 *3

自己複製オートマトン

マシンとテープに分けて、任意のテープを複製可能、万能製造機。 ※Gollyというソフトで試せる

ノイズに激弱い。

Gray-Scott モデルの化学反応系

物質を3種にすることで、自己複製を実現。

自己記述テープがない　→　自己情報は反応方程式にある　→　進化できない　→　結晶成長と同じ

実機の自己複製機

自己複製と進化

ロバストじゃないと、存続しない；ロバストすぎると、生態系が窒息する。

進化において自己複製と多様性は相反する関係。

テープとマシン　モデル

Github

1つのマシンとテープの自己複製

  • ノイズ小さい場合　→　自己複製がループ
  • ノイズ大きい場合　→　他テープ作成され、よって他マシン作成される

→　全体として安定したら、相互に複製する、集団「コアネットワーク」が進化される＝ネットワークレベルの自己複製

→　ノイズに強い

自己を曖昧にして環境変化にロバストな全体に、「準種 quasi-species」

4 群れ

個体同士が強調しながら動作する時、集団の行動パターンや構造が創発される。

集団知、社会システムのコミュニケーション問題

Boids

1万匹以上のBoidsで新しい運動が見られる。

→　適応度を上り詰めた後の平原で、多様性が一気に増す。　

→　「多段階創発」

ウェブサービスの集団知

一様な人が多く集まる領域に、新しいアディアが出やすい。*4

5 身体性

  • Braitenberg's Vehicle
  • Subsumption Architecture

身体と脳の共進化

Sims 「Evolving Virtual Creatures」1994

脳と身体の片方を進化させる研究はあるが、共進化でSimsを超える研究はまだない。

Soft robot

  • CPPN-NEAT
  • Octobot

6 個体の動きが進化する

進化アルゴリズムの元、ジョン・ホランド「Classifier」

RNNウイルスで人工進化実験　→　短くなり複製速度上がる

コンピュータの資源を複製プログラムが競い合うゲーム「CoreWars」　

→　プログラム短くなり、複製速度上がる

サンプルコード：GA+NN で餌を食べるアリのモデル

7 相互作用

sketch-rnn と協働して絵を描いても、sketch-rnn に他者性、生命性を感じない。→相互作用がない。

Coupled Dynamical Recognizer（RNN2つで互いの行動を予測して行動）で囚人のジレンマを学習した結果、Tit for Tat 解に安定しない。

鬼ごっこで、交代で役割が半々になるように適応度を設定、GA、RNN *5

→　進化が進むと周期的な行動パターンから複雑になっていく　

→　交代に至るための不安定性と、追いかけっこするための安定性のバランス　

→　相手の動きに敏感

片方に録画した軌跡を再現させると、交代が破綻する　

→　相互作用が重要

相互作用を行うことは、相手を客観的に捉えるというよりも、両者関係の中で捉えること。「間主観性」

他者性

相互作用は単なるやり取りではない、 人と人との相互作用は共創的、思わぬ面白いことが埋まっている。

「知覚交差実験」仮想空間でリモートで指に振動送られると、他者の実在性を感じる。

→　単なる刺激を受けただけでなく、期待が形成されている場合、受動的なタッチが大事

鬼ごっこで、相手の行動に期待が生まれ、存在を感じる。

アリ集団

蒸発する匂いを残す設定。

→　デッドループが形成されても、時間経つと、ループを壊す行動が現れる。（飽きる）

→　個体行動のうらぎ　→　集団を作るし、それを壊しもする　→　安定性と不安定性の共存

8 意識

意識のボトルネック

意識して何かやろうとする0.5秒前に、すでに必要な脳の活動ができている。 readiness potential

皮膚への刺激を、脳の皮膚への直接刺激よりも先に知覚する (postdiction)　→　主観的時間、伝達の遅れをカバーして整合性を見せるように制御されている

ロボットへの実装ーーロボットに主観時間必要か？

昆虫は並列処理、意思を載せるのは難しい→意識がないと思われる。

意識は直列的な時間の流れを伴ったもの、postdictionが必要となる。

直列的な意思決定は遅い、６章のRNAの例の進化方向に反する。 実際冗長な遺伝子も多い。

→　脳の創造性は、非効率的な脳の冗長性から生み出されるように思える。

【感想】集団をなして、centerized 制御で複雑なことを成せるでは？　と考えると、集団の安定性と不安定性は、低次の効率と高次の適応力？の動的バランス調整ではないかな

ALife で考える生命の本質とは、学習のゆらぎや進化における変異こそが、個体性を生み出すことだといえます。

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記憶したもんとと今・ここで体験する現実像との差異が（中略）フィードバックをかけることで生まれる情動や、動機づけ、未来予測と、他者への思い、そこにこそ意識の創発が見え隠れすると考えてみます。意識は、そういうフィードバックの中で生まれる要求であり、情動、感情の発露かもしれない。

未来行為による多様性（エントロピー）を増やす方向に行為を選択するモデル：

  • Wissner-Gross, Causal Entropic Forces
  • Jan T. Kim, Exploring Empowerment as a Basis for Quantifying Sustainability

*1:『一般システム理論　その基礎・発展・応用』Bertalanffy

*2:『生命とは何か　物理学者のみた生細胞』

*3:Keisuke Suzuki and Takashi Ikegami, Shapes and Self-movements in Autopoietic Cell Systems, Artificial Life, vol.15, no.1, p.59-70, 2009

*4:Takashi Ikegami, Life as an emergent phenomenon: studies from a large-scale boid simulation and webdata

*5:Takashi Ikegami, Turn-taking Interaction as a Cooperative and Co-creative Process, Infant Behavior and Development