Mesterséges élet

Angol megnevezés: Artificial life

Történeti modul

• A mesterséges élet fogalma a második világháború korszakára tekint vissza eredetileg az ellenséges kódok számitógépes feltörését célozta.[[1]]

• 1966-ban Neumann János, Neumann János önreprodukáló automatákkal foglalkozó tanulmányában fogalmazódik meg először.[2]

• 1989-ben Langton felvetésével stabilizálódik a mesterséges élet mint külön diszciplina.
• Thomas Ray, amerikai biológus és a trópusi esőerdők szakértője a 90-es évek elején merész vállalkozásba, a Tierra Hálózat kiépítésébe, azaz az evolúció evolúciójának a szimulálásába fogott. Ebben a természetes organizmusok digitális megfelelői, azok számítógépes szimulációi által belakott, több mint százötven, a világhálóra csatlakozott computer alkotta cybertérben minden egyes sejt DNS-szerű genetikai kóddal rendelkezik.[3]

• 1994-re már olyan fejlődésen megy keresztül hogy több nemzetközi konferencia is foglalkozik a témakörrel, több folyóirat rendszeres eredményeket tesz közzé a kutatásokról.
• Evolúciós biológia és számítógép-tudomány találkozása, mint Richard Lenski mikrobiológus, Charles Ofria informatikus, ...
• 1997-ben a hiressé vált Deep Blue az első számítógép megalkotása ami megverte a sakkvilágbajnok Garry Kasparovot.Ezzel nyilvánvalóvá vált hogy a tervezők mesterséges intelligenciával felruházott kompjutert alkottak.A tervezők a valódi, biológiai életformák tanulmányozásával, modellezésével, másolásával és adaptációjával alkotják teremtményeiket. [4]
• 1997 tágabb értelemben idetartozó esemény az első testi sejtes klónozott élőlény, Dolly megteremtése.

• 2002. Mesterséges élet modelleken nemcsak tudományos kutatók, de művészek is munkálkodnak. Az ALife jellegzetes kortárs "jelenség", egymástól távolinak hitt, összeegyeztethetetlennek vélt szakterületek találkozási pontja.
• A mesterséges élet (artificial life vagy egyszerűen "alife") gondolatával csak az utóbbi évtizedben kezdtek el foglalkozni a tudósok. A mesterséges intelligenciához (AI) hasonlóan ez az interdiszciplináris kutatási terület is sok különböző tudományág határán helyezkedik el, így a számítástechnikán kívül a fizikához, a matematikához, a biológiához, a kémiához és - meglepő módon - a közgazdaságtanhoz, sőt a filozófiához is .[5]

• A kutatók szabadjára engedték a digitális organizmusokat a saját számítógépes környezetükben azért, hogy megfigyelhessék azok evolucióját és ellenörzött környezetben feljegyezhessék az eredményeket, ezzel kidolgozva a mesterséges élet legkifinomultabb alkalmazását napjainkban.[6]

• Az amerikai Rockefeller Egyetem kutatói megtették az első lépéseket a mesterséges élet egy formájának megalkotása felé. Teremtményük, egy kis szintetikus vesicula - azaz egy folyadékkal teli hólyagocska, ami képes gének feldolgozására - egy csiszolatlan biológiai sejtre emlékeztet. A kutatók által "vesicula bioreaktornak" nevezett képződmény részei az élet különböző birodalmaiból származnak. A puha sejtfalak tojásfehérjéből vett zsírmolekulákból készültek, a sejt belseje az E.coli baktérium egy, az összes genetikai anyagától megfosztott kivonata. Ez az élet esszencia készen tartalmazza a proteinek előállításához szükséges biológiai szerkezetek többségét, valamint egy vírustól kölcsönzött enzim hozzáadásával a vesicula képes DNS kódot "fordítani". Amikor géneket adtak hozzá, a sejtfolyadék elkezdett proteineket termelni, pontosan úgy, ahogy egy hagyományos sejt tenné. Az első kipróbált gén egy medúzafaj zöld fluoreszkáló proteinjéért felelős génje volt. A proteinből nyert ragyogás bebizonyította, hogy a bioreaktornak sikerült lemásolnia a géneket. A második gén egy baktériumtól, a Staphylococcus aureustól származott, ami apró pórusokat hozott létre a sejtfalakon. Ezek képessé tették a sejteket, hogy tápanyagot vegyenek magukhoz az őket körülvevő "levesből", így akár már napokig is képesek voltak működni.[7]

• A jövő kutatásai: érzelmekkel felruházott számítógépek kifejlesztése.Elsőként az emberi agy megismerése szükséges ahhoz hogy gondolkodó és érző számítógépeket teremtsenek a jövőben.Mesterségesintelligencia algoritmusok segítségével a jövőben a számítógép képes lehet erzelmei állapotunkrol képet alkotni.[8]

Ontológiai modul

Szintetikus evolúció

Az élet jelenségérõl meglévõ tudásunkat nagymértékben korlátozza az a tény, hogy csak egy megvalósulását - a földi életet - vagyunk képesek tanulmányozni. Komparatív vizsgálódások nagyban segítenék az élet általános törvényeinek megértését.

Más lehetséges életformák:

földönkívüli élet - ha létezik, akkor is valószínûleg hasonló lehet, mint a földi szénalapú élet.

mesterséges élet - egy egész más közegben létrehozott életforma lenne a legmegfelelõbb az összehasonlító vizsgálódásoknak. Ez szintetikus, építõ megközelítés szemben a megszokott természeettudományos redukcionista, analitikus megközelítésssel.

Mennyire hihetõ az, hogy az élet létezhet a szerves kémiától eltérõ közegben?

Szintetikus élet

Hogyan definiálhatjuk az élet fogalmát a tudományos vizsgálódás keretein belül? Az élet fogalom jelentése még a tudományon belül is homályos fogalom. Egy lehetséges módszer a tisztázásra azoknak a tulajdonságoknak listaszerû felsorolása, melyek az élõ rendszerek elengedhetetlen jellemzõi:

replikáció

fejlõdés

anyagcsere

válasz ingerre

sérülés kijavítása

...

A jelenlegi mesterséges élet rendszerek nagy része ezeknek a tulajdonságoknak csak valamely részhalmazát képes produkálni, így egyelõre ezek a jellemzõk csak összefüggéseikbõl kiragadva vizsgálhatók.

A mesterséges élet rendszerek típusai (a közeg szerint osztályozva):

hardveres

szoftveres (jelen pillanatban ez tûnik a leginkább járható útnak)

"nedves", kémiai

Szintézis és szimuláció

A szimuláció mindig egy valós világban létezõ rendszer modellje, megpróbálja annak a területnek a legfontosabb összefüggéseit, szabályait kiemelni, s az így lejátszott szimuláció eredményeit visszavonatkoztatja a valós világra. Ezzel szemben a mesterséges élet rendszerek elemei önálló objektumok, melyek nem modelleznek semmi mást, nem reprezentálnak semmit. A szoftveres szintézis esetében ezek az objektumok adatszerkezetek, folyamatok, végül pedig bájtok és bitek - ezért tûnik szokatlannak ezekrõl mint élõkrõl beszélni. Habár, ha ezek képesek az élet jellemzõit produkálni, akkor a tudományág definíciója szerint a biológiának szükségszerûen foglalkozni kell vele.

A számítógépek nem a modellezés eszközei, hanem egy olyan szokatlan környezetet, életteret képviselnek, amelyet nem-szénalapú életformák sikerrel benépesíthetnek.

Kutatás digitális evolúcióval

A digitális élet bír olyan egyedi jellemzõkkel, melyek a vele való kutatómunkát meglepõen hatékonnyá teszi:

könnyû az adatgyûjtés

manipulálható az evolúciós folyamat menet közben is

pontosan megismételhetõk a kísérletek

gyors (nem tisztázott az a kérdés, hogy ha a digitális rendszerek elérik a szerves élet bonyolultságát, akkor arányosan fejlõdési sebességük lecsökken)

Ezen tulajdonságok révén az ilyen irányú kutatások értékes kiegészítését adhatják a biológiának.

Evolúció és a közeg

Az evolúció egy olyan folyamat, amely feltárja mûködési közegének inherens lehetõségeit. A digitális komputációba ágyazott evolúció egészen furcsa univerzumot "lát". Nem anyagi, termodinamikai törvények érvényesek, hanem a logika és az információ törvényei. Az itteni "fizika" törvényeit a processzor sebessége, a memória mérete, topológiája határozza meg. (Itt nem számít, hogy a számítógépek a valós fizikai világ részei, hisz belsõ logikájuk teljesen független attól, hogy szilíciumlapkákon vagy elektroncsövekkel vagy vízvezetékekkel és csapokkal van megvalósítva.)

Digitális evolúció - az ellenõrzés feladása

Ahhoz, hogy az evolúció folyamatai valóban kifejtsék hatásaikat, megfigyelhetõk legyenek minimálisra kell csökkenteni a folyamat befolyásolását.[9]

Ellentmondások és vitatott kijelentések modulja

• Számos kutatás tekintetében elmondható hogy a valós s digitális élőlények viselkedését mutató eljárások erősen különböznek egymástól.A kis organizmus vesicula nem hasonlítható a kompjuterekben megfigyelt algoritmusok által leírt szervezetekhez.Ezt mutatja Lenski laboratóriumában produkált kisérlet itt ugyanis a valódi élőlényektől eltérően több száz mutáció játszódott le.

• Az 1990-es években nagy elõrelépésnek számító olyan program megalkotása történt Thomas Ray vezetésével ami ma már ellentmondásokba ütközik.Ez a felfedezés lehetővé tette kisebb organizmusok számára is önmaguk reprodukálását és a mutációt a virtuális környezet benépesítése céljábol anélkül hogy azt tönkretették volna.Ez már túlment a szimuláción, mivel a program csupán teret adott a digitális organizmusok tevékenységének, amelyek maguktól "fejlõdtek". A program nem válaszolt az organizmusoknak, és nem produkált kimenetet.

• A kognitív tudomány hozzáállása szerint a gépek nem tudnak gondolkodni.Túl nagy a távolság az ember s a számítógép között ahhoz hogy intelligens viselkedéseket vagy életjelenségeket képezzenek le.Eredmények vannak, de inkább csak kiemelkedõ egyedi teljesítmények gyûjteménye, és nem általánosan kidolgozott elméleti keretbe illeszkedõ, jól megalapozott kutatási eredmények sora.[10]

Definíciós modul

• Az 1990-es évek elején mesterséges életet emberek hozták létre azon okbol hogy gépek segítségével helyettesítsék a természetes élő rendszert ezáltal megkönnyítve a mindennapok triviális problémáit.A megoldásmodellek kombinatorikai jellegre vezethetők vissza.Igy az A- life hátterében matematikától kezdve természet és műszaki tudományokon keresztül gazdasági és társadalomtudományi vonulata van, igy összefüggése a gazdasági infomatikával.Új paradigmákat számítógépes alkalmazásokat és gondolkodási folyamatokat indít el ezáltal segitve az agrárinformatika hatékonyságát.Olyan mesterséges neurális hálókat alakít ki hogy a számítógép-program úgy müködjön mint az emberi agy gondolkodásmódja.
• Digitális darwinizmus példáján keresztül felismerhető a tanulás a természettől nem más mint egy uj világ teremtése jobb megoldások teremtése azonban ez "elferdített életet "eredményez.Ezek az algoritmusok nem helyettesíthetik azt az évezredek alatt kialakult evolúciót amely létrehozta az élőlények ökológiai rendszerét.
• A biológia és számítástechnika szimbiózisának úkeletű diszciplinája.Eszközt kínál a biológiai rendszerek s folyamatok modellezéséhez felhasználva a genetikus algoritmusok és mesterséges neuronhálózatok terén elért eredményeket.Azonban egyes vélemények szerint ez a terület a mesterséges intelligencia fogalomhoz köthető.A mesterséges intelligencia és a mesterséges élet közötti rokonsági kapcsolat több síkon érvényesül. A módszerek síkján a mesterséges neurális hálók nem egyértelmû hozzárendelhetõsége a rokonság egyik bizonyítéka. Ezen kivül az idegrendszer s az agy mechanizmusának jobb megértéséhez is utat mutat.Az adaptív viselekedési formák illetve az evolúció soron követésével a természetes és mesterséges intelligenciák reprezentálása is egy fontos területe.Célja az élet alapvető folyamatainak megértése és modellezése olyan szinten, hogy ebből új létformákat hozhassunk létre, illetve saját életünk mechanizmusait - talán értelmét is - jobban megérthessük. A mesterséges élet olyan rendszereket mutat be melyek a számítógép memóriájában létező lények evolúciójáról és minél tökéletesebb adaptációjáról- egy adott környezet körülményeihez- szól.
• A szintetikus élet valós fizikai-természeti törvények alapján működő rendszer, ahol az elemek szintetizálása történik emberi beavatkozással, a mesterséges élet ezzel szemben informatikai-logikai szabályokon alapuló számítógépes élettérben fejlődő rendszer.A robotok vizsgálata mellett a mesterséges élet kísérleteinek fõ színterei a számítógépekkel szimulált mesterséges világok és az azokban ténykedõ mesterséges élõlények, melyeket olyan célok mozgatnak, mint táplálékszerzés, szaporodás, valamint az életben maradás .
• A nyelvi jelenségek ugyancsak ebbe a fogalomkörbe tartoznak.Bemutatja hogy hogyan alakulhat ki valamilyen emergens tulajdonságokkal bíró, komplex rendszer például:nyelvtani rendszerek különbözõ egyszerû tulajdonságokkal felruházott egységek rendszerében egyszerû darwini szabályok hatására.
• A mesterséges élet általában nem elszigetelt jelenségek magyarázatával és egyszerûsített elemzésével foglalkozik, hanem arra törekszik, hogy a rendszer elemeinek szintézisén keresztül betekintést nyerjen a rendszerek viselkedésébe A mesterséges élet kapcsán nem csak a rendszerszemlélet és a szintézis az újdonság, hiszen ezen módszertani elveknek más területeken is (operációkutatás, szimuláció) nagy hagyománya van.
• Neumann János által felállított matematikai logika és biológiai kódok értelmezése szerint a mesterséges élet algoritmusainak alapja mindig egy egyszerű sejt, amely bizonyos funkciókat képes ellátni, például a környezetéből információt gyűjteni, majd annak függvényében egyetlen jelet kiadni (mesterséges neuron), öröklődéssel osztódni, valamint a környezethez alkalmazkodni. Ezekből az igen egyszerű elemekből azután bizonyos szabályszerűségek figyelembevételével bonyolult rendszerek építhetők fel, amelyek különböző komplex funkciók ellátására képesek. Neumann modellje az ún. celluláris automaták elvén alapul.A celluláris automaták tkp. a mesterséges élet primitív tipusai, ahol egyszerű elemek egyszerű logikai szabályok alapján többgenerációs ,komplex viselkedésformát hoznak létre, de a rendszer nem képes fejlődésre, vagyis az elemek ill. a köztük lévő kölcsönhatások megváltoztatására. Neumann azt mutatta meg, hogy egy mesterségesen létrehozott gép képes szaporodni
• A mesterséges élet egy kulcsfontosságú területe a számítógépekben jelenlévő virusok amelyek egy szintetikus életteret alkotnak.A vírusok futtatható fájlokat támadják meg DNS manipulációval megváltoztatva a számítógép életműködését.

Tesztkérdések modul

1. MI lesz ha már mindenféle élőlény jelen lesz a virtuális világban?Eljön-e a gépek korszaka?

Ajánlott irodalmak modulja

• 1. J. von Neumann: The Theory of Self-Reproducing Automata (University of Illinois Press, Illinois, 1966). Edited and completed by A. W. Burks.

• C. G. Langton: Self-reproduction in cellular automata (Physica D, 10., 135-144., 1984).

• T. S. Ray: An approach to the synthesis of life (In: Artificial Life II, volume X of SFI Studies in the Sciences of Complexity [editors: C. G. Langton, C. Taylor, J. D. Farmer and S. Rasmussen], 371-408., Redwood City, CA, 1992, Addison-Wesley.