Введение в искусственную жизнь

Если бы сейчас у меня была возможность заново выбрать профессию, то, весьма вероятно, выбор был бы отдан не системному программированию, а предмету, который находится на стыке биологии и компьютерных технологий. Насколько я знаю, этого предмета, к сожалению, нет в программах российских вузов. Имя ему Artificial life (AL, ALife), или, если переводить это название дословно, «искусственная жизнь».

AL можно рассматривать как некую универсальную биологию, которая изучает все формы жизни, какие только могут быть, а не только ту, которую in vivo можно наблюдать на нашей планете. Очевидно, первыми исследователями AL были писатели-фантасты. Вспомните «Комический госпиталь» Станислава Лема, в котором в норме и патологии были представлены самые разные формы жизни. Развитие компьютерных технологий дает возможность исследовать формы жизни, отличные от построенной на углеродных цепочках.

Точного определения, что такое AL, нет. Это понятие междисциплинарное и довольно молодое: как научное направление AL развивается с 1987 года, выделившись из искусственного интеллекта (ИИ), и было очень популярно в начале 1990-х годов. Есть разные варианты определения AL, вы можете выбрать наиболее понравившийся.

AL — это попытка понять высокоуровневое поведение на основе простых правил.

AL — исследование искусственных систем, демонстрирующих поведение, свойственное живым естественным системам.

AL — это исследование процессов самоорганизации, адаптации, эволюции, обучения и автономного поведения в искусственно созданных системах, независимо от их физической реализации.

В AL вопросы возникают с самого начала. Что есть жизнь? Что общего между различными формами жизни? Понимание биологических принципов крайне важно для создания новых технологий в самых разных областях. Использование таких подходов в вычислительной технике (ВТ) привело к созданию нейрокомпьютеров, а в программировании — генетических алгоритмов. Термин ввел Кристофер Лэнгтон (Chrith Langton), американский ученый-компьютерщик и один из основателей AL.

В AL различают два больших направления — жизнь, какой она может быть (Life-As-It-Could-Be), и жизнь, какой мы ее знаем (Live-As-We-know-it). Первое направление — это изучение жизни, синтезированной в искусственной среде, а также исследования моделей искусственного биологического феномена. При этом к AL «принято относить компьютерные модели, обладающие рядом конкретных особенностей. Во-первых, центральная модель системы — будь то персонаж детской игры, самоходный робот или интеллектуальный агент Internet — обладает способностью адаптироваться к условиям внешнего мира, пополняя знания о нем, взаимодействуя с другими объектами и средой. Во-вторых, компоненты системы, развиваясь в процессе эволюции, способны передавать свои характерные черты по наследству, то есть присутствует механизм порождения новых поколений — путем деления, скрещивания либо дублирования существующих объектов. В-третьих, окружающий мир достаточно жесток и сводит к минимуму шансы на выживание и появление потомства у слабых и плохо приспособленных особей. И наконец, присутствует механизм порождения новых форм (аналог мутаций в реальном мире), обычно содержащий элемент случайности» [1].

В отличие от ИИ искусственная жизнь не требует наличия у своих созданий сознания.

Методы и алгоритмы искусственной жизни могут помочь развитию теоретической биологии, а также находят применение в экологическом и финансовом моделировании, сетевых коммуникациях, робототехнике. Смежные области — теория клеточных автоматов, генетические алгоритмы и автономные агенты.

Полностью автономные агенты изучаются как когнитивные (способные познавать мир) системы, взаимодействующие с окружающей их средой. Это перемещает внимание исследователей на понимание механизмов, ответственных за генерацию поведения, а не на индивидуальные познавательные функции и, следовательно, на понимание взаимодействия между агентами и их средами, а не на отдельных разрозненных интеллектов. Термин «автономный агент» (autonomous agent) в AL включает в себя животных, мобильных роботов и программных агентов, населяющих виртуальную реальность. Искусственные автономные агенты, действующие в виртуальной реальности, известны под названием «аниматы» (animats).

Из прикладных областей это важно, прежде всего, для медицины. Очевидно, что пересадка органов — путь технически более легкий, но тупиковый и порочный. Необходимо концентрировать исследования на изучении методов компьютерного управления органами и их саморегенерации.

В мире вокруг AL кипит бурная научная деятельность (к сожалению, не в России) — выходят специализированные журналы, проводятся многочисленные конференции. Стоит упомянуть и существующую на протяжении многих лет ведущую научную конференцию по искусственной жизни — ALIFE Conference. Это международная ежегодная конференция по синтезу и моделированию живых систем, которая проводится International Society for Artificial Life (ISAL) с 1987 года. Следующая конференция, ALIFE 2026, состоится в августе 2026 года в Канаде.

Из журналов упомяну журнал международного сообщества по AL и робототехнике (ISAROB) — Artificial Life and Robotics, который выходит четыре раза в год.

Мы уже привыкли, что палочкой-выручалочкой сегодня для нас становится Интернет. Однако найти там можно далеко не все, что хотелось бы, а системы типа ChatGPT выдают данные поиска, которые необходимо тщательнейшим образом проверять.

Типичные темы, которые обсуждают на конференциях по AL:

эпистемология (epistemology, образование новых понятий);
эволюционная динамика (evolutionary dynamics);
эволюционная кибернетика (evolutionary cybernetics);
биоподобная робототехника (bio-inspired robotics) и автономные агенты (autonomous agents);
самовоспроизведение (self-replication);
автоматическое техническое обслуживание и генная экспрессия (gene expression, т. е. конструирование белков на основе информации, считанной с гена);
сообщества и коллективное поведение;
коммуникации и языки.

Отмечу, что так называемые муравьиные алгоритмы (ant algorithms) используют схемы косвенных коммуникаций, применяемые многими общественными насекомыми. Приложениями для таких алгоритмов может быть маршрутизация в Интернете, распределение задач и сортировка.