Mesterséges élet: darwini programozás

Képes-e szaporodásra a számítógép?

Neumann János, a számítógép feltalálója, aki kétségkívül a huszadik század legrangosabb elméi közé tartozott, az 1950-es évek elején azt a kérdést tette fel, hogy létrehozható-e olyan számítógép, amely szaporodni (!) képes, azaz a természet analógiájára saját magáról másolatot tud létrehozni. Utolsó könyvében (A komputer és az agy) olyan irányát jelölte meg a mesterséges intelligencia fejlődésének, amely azóta több új tudományág létrejöttét eredményezte. Tudnak-e a gépek szaporodni? Képes lehet-e egy program az evolúció mintájára önmagát továbbfejleszteni? Létrehozató-e egy teljes ökológiai rendszer vagy társadalom egyetlen számítógép memóriájában? Ha igen, akkor készíthetünk-e saját magunkról digitális másolatot, hogy ily módon halhatatlanokká váljunk?

Alife

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 kell valamennyire értenie annak, aki ezzel szeretne foglalkozni. A látszat ellenére az "alife" nem azonos a mesterséges intelligencia kutatásával vagy a biológiai rendszerek szimulációjával. 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. Míg a biológusok és AI-kutatók komplex rendszerek és folyamatok analitikus megértésével foglalkoznak, az "alife" inkább egyszerű viselkedésekre és túlélési sémákra összpontosít, amelyekből szintézis segítségével - alapvetően igen egyszerű sejtekből - egyre bonyolultabb és bonyolultabb "lényeket" próbál meg létrehozni. Nincs tehát másról szó, mint a számítógép memóriájában létező lények evolúciójáról és minél tökéletesebb adaptációjáról egy adott környezet körülményeihez.

Neumann hagyatéka

Neumann János nevét a világ a modern számítógépek feltalálójaként ismerte meg. Még ma is kevesen ismerik a mesterséges élet és a modern genetika fejlődését elősegítő kutatásait. Neumann idejében még nem volt modern genetika, és nem ismertük az emberi öröklődés mechanizmusának alapjait sem. Így legfőbb vizsgálódásának tárgya a reprodukció logikájának megértése volt. Neumann nem kisebb eredménnyel gazdagította a tudományt, mint - a mesterséges élet lehetőségét keresve tisztán matematikai alapokon jutva el a következtetésig - hogy bármilyen szaporodási vagy reprodukciós folyamat csak akkor lehetséges, ha ugyanazt a biológiai vagy matematikai kódot két különböző módon értelmezzük. Az első fázisban az összeszereléshez szükséges utasításként, míg a második fázisban egyszerű adatként, amelyet az utódnak a további generációk életképessége miatt örökölnie kell. A Neumann halálát követő évtizedben megszületett a modern genetika, s első nagy eredményeként azt bizonyította, hogy a természet, úgy tűnik, "adaptálta Neumann ötletét", és valóban ezt a két mechanizmust választotta minden élet alapjául. A folyamat, amely a DNS formájában kódolt összeszerelései utasításokból működő gépeket, azaz proteineket gyárt, a valóságban is e kettősségen alapul. A biológusok ezt a két lépést a transzláció és transzkripció mechanizmusaként tartják számon.

A mesterséges élet algoritmusainak alapja tehát 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.

Celluláris automaták

A celluláris automaták működésének lényegét röviden úgy érzékeltethetjük, hogy elképzelünk egy nagy négyzethálót, ahol sakktáblaszerű elrendezésben minden egyes kocka egy sejtnek vagy más szóval elemnek felel meg. Ezek az elemek bármely adott pillanatban különböző színekkel jelzik, hogy éppen mit csinálnak vagy milyen belső állapotban (internal state) találhatók. A rendszer működése során minden elem végzi a maga feladatát. Ezt mi kívülről úgy érzékelhetjük, hogy látjuk, amint a színüket egyszerre változtatják. A hálózat összes eleme ugyanazt a szabályt (rule) alkalmazza saját következő állapotának megállapítására. Ez a szabály úgy fogalmazható meg, hogy "az új szín csak a pillanatnyi színtől és a négy közvetlen szomszéd színétől függ". Például egy kétszínű (fekete/fehér) tábla esetén mondhatjuk azt, hogy a sejt következő színe legyen fekete, ha páratlan számú fekete szomszédja van, és fehér, ha nem. A rendszer kiinduló állapota lehet pl. egy kép, ahol a fekete és fehér kockákból egy ábra rajzolódik ki. A számítás folyamatát az a lépéssorozat jelenti, amely ebből a kezdeti állapotból lépésenként egy olyan végső és stabil állapotba juttatja a rendszert, ahol az egyes cellák színe már nem változik tovább.

Neumann ezen egyszerű matematikai modell segítségével építette fel automatáját, amelyet univerzális konstruktornak nevezett. Az univerzális konstruktor bármilyen automata létrehozására képes a fenti értelemben vett transzláció és transzkripció módszerének felhasználásával (ne felejtsük el, akkor ezek a kifejezések még nem léteztek). Ha történetesen a kódolt üzenet azt tartalmazza, hogy építsen egy másik univerzális konstruktort, akkor nyilvánvalóan képes lesz önmagát is újrateremteni és újabb életképes automatákat létrehozni, egyszóval szaporodni. Ennek a gondolatsornak a segítségével Neumann azt mutatta meg, hogy egy mesterségesen létrehozott gép képes szaporodni. Azért ne gondoljuk, hogy ilyen egyszerű az élet. A fenti két sor bizonyítása matematikailag meglehetősen bonyolult, pontosabban egy egész könyvet igényelt, amely csak Neumann halálát követően, posztumuszként jelent meg kollégája gondozásában, 1966-ban. Az univerzális konstruktor elmélete olyan szilárd matematikai alapokon nyugodott, hogy a következő általánosan elfogadott mesterségesélet-modell, amely képes volt önmagát reprodukálni, csak majdnem három évtizeddel - igen, jól olvasták -, 28 évvel később, 1984-ben született meg.

Darwini programozás

Neumann munkássága során a szaporodás és az önmagukat reprodukálni tudó gépek elméletére összpontosított. Nem vette figyelembe, hogy az újra és újra felépített hardver - a másolás folyamatába becsúszott hibák vagy a körülmények változásához jobban illeszkedő szoftvermódosítások segítségével - egyre hatékonyabbá tehető. Napjainkban a programokat emberek, azaz számítástechnikusok, programozók, matematikusok vagy egyszerűen - a szó jó értelmében vett - laikusok írják saját kedvtelésükre. Mi lenne, ha továbbvinnénk Neumann gondolatát, és az univerzális konstruktor programját is módosítani tudnánk az evolúció elvének figyelembevételével? Ennek eredményeképpen született meg a genetikus programozás (genetic programming) módszerének fogalma, amely végeredményben nem más, mint azonos problémát megoldó programok seregének együttes, párhuzamos fejlesztése. A módszer a számítástechnikusok által jól ismert genetikus algoritmusok (genetic algorithms) elvén működik. Míg egy programozó egyszerre csak egyetlen programon dolgozik, javítja és továbbfejleszti, a genetikus programozás több, kissé eltérő, de ugyanazt a problémát megoldó program populációjából indul ki, amelyből újabb és újabb verziókat hoz létre az öröklődés és a mutáció elvének segítségével. Az új programgeneráció minden egyes egyedét kiértékeljük, és ha a funkció ellátására alkalmasnak találjuk, akkor meghagyjuk, egyébként eltávolítjuk (szelekció). Nyilván minél jobb egy program egy konkrét feladat végrehajtásában, annál nagyobb az esélye a túlélésre. Elvileg tehát egyre tökéletesebb programok sorozatát kapjuk, míg a folyamat végén elérünk ahhoz a programhoz, amely hibátlanul oldja meg a feladatot.

Az elmélet gyakorlati alkalmazásához sok-sok iterációra van szükség. A legnagyobb gondot a szelekció feltétele (kritériuma) jelenti, azaz hogy miként döntsük el, melyik programunk áll közelebb a tökéletes megoldáshoz. Az élővilágban ezt a funkciót a túlélésért folytatott harc helyettesíti, a gyengék elhullanak, az erősek megerősödnek. A genetikus programozó ránk bízza, melyik programot hagyjuk meg vagy dobjuk el. Ha például egy robotot arra szeretnénk megtanítani, hogy dobozokat rakjon egymásra, akkor attól függően, hogy az egyes programok ezt a feladatot milyen jól végezték el, osztályozhatjuk azokat. Ez az osztályzat azután eldönti, hogy mennyire életképesek. Maga az evolúció azonban emberi beavatkozás nélkül történik. John Koza, a módszer feltalálója több feladat megoldására is sikeresen hozott így létre programokat. Programozni tudó olvasóinknak azonban nem kell túlzottan aggódniuk. Valószínűleg még nagyon sokáig nem ilyen módszerekkel fognak a Windows új verziói elkészülni :-).

Digitális élet

A fentiekben azt próbáltuk meg dióhéjban áttekinteni, hogy milyen elvekkel és módszerekkel hozhatunk létre olyan önmagát reprodukálni és továbbfejleszteni képes mesterséges lényt vagy rendszert, amely az élet biológiai definíciójának minden tekintetben eleget tud tenni. Mi történik azonban akkor, ha ezeknek a lényeknek különböző szintű értelmet és intelligenciát adunk, ha racionalitásukat felülbíráló digitális érzelmekkel (!) látjuk el őket, ha a ma elterjedt hagyományos számítógépeink helyett kémiai és biológiai folyamatokon alapuló molekuláris számítógépeket használunk megvalósításukra, vagy ha a számítógép memóriáján belül társadalomba szervezzük őket? Ezekre a kérdésekre a mesterséges életről szóló cikkünk második részében, adunk választ.

Mesterséges élet: digitális társadalom

"Egyszóval korunk technológiája elérkezett oda, hogy rövid időn belül megteremthesse az első olyan mesterséges lényt vagy rendszert, mely az élet definíciójának minden szempontból eleget tud tenni. Mi történik akkor, ha sok ilyen lény önálló "életet" kezd egy számítógép belsejében, és egymással kommunikálva társadalmakat alakít ki ? Ennel jóval izgalmasabb kérdést teszek fel: vajon miként hat ez ránk, valóban élő emberekre?"

A 2001. év hajnalán járunk. Ismét eszembe jut Stanley Kubrick 2001. űrodüsszeia című filmjének talán leghíresebb jelenete, amelyben a kezdetben hidegen racionális, erős és magabiztos hangú HAL - a fedélzeti számítógép - átváltozását láthatjuk egy elgyengült, az elmúlás gondolatától félő, érző lénnyé. A dátum talán nem pontos, de a mesterséges élet megszületése és fogalma nincs is olyan távol a valóságtól, mint azt gondolnánk. Sorozatunkban a virtuális színészek és digitális klónozás technológiájától elju-tottunk az intelligens, érzelmekkel rendelkező, önmagukat reprodukálni képes, evolúcióra és adaptációra is alkalmas digitális lényekig. Azt is megmutattuk, hogy mindezek nemcsak szilikon alapú (hagyományos) számítógépeken hozhatók létre, hanem megvalósíthatók molekuláris komputerek segítségével is. Egyszóval korunk technológiája elérkezett oda, hogy rövid időn belül megteremthesse az első olyan mesterséges lényt vagy rendszert, mely az élet definíciójának minden szempontból eleget tud tenni. Mi történik akkor, ha sok ilyen lény önálló "életet" kezd egy számítógép belsejében, és egymással kommunikálva társadalmakat alakít ki ? Ennel jóval izgalmasabb kérdést teszek fel: vajon miként hat ez ránk, valóban élő emberekre?

Virtuális élővilág

Létrehozható-e egy olyan evolúciós rendszer a számítógép belsejében, mely külső emberi beavatkozás nélkül a maga sajátos törvényei szerint fejlődik tovább? Ezt a kérdést tette fel Thomas Ray, aki egy olyan virtuális szimulációt tervezett, amelyben a mesterséges lények szerepét a számítógépes vírusokhoz hasonló, igen rövid programok töltik be. Ezek a rövid programok a szó egyfajta értelmezésében társadalmat alkotnak, ahol az egyének a gép belső erőforrásaiért versengenek (processzor, memória, kommunikációs csatornák stb.). Mivel az említett erőforrások végesek, egy virtuális társadalom csak a versengés szabályait követve alalkulhat ki és fejlődhet tovább. A kísérlet, mely Tierra néven vált ismerté, a földtörténet egy viszonylag korai szakaszát modellezte. Körülbelül 600 millió évvel ezelőtt, az ún. kambrium korszak elején jöttek létre Földünkön azok az igen egyszerű organizmusok, amelyekből mai színes élővilágunk kifejlődött. A Tierra kísérlet azoban nem ennek a robbanásszerű evolúciós fejlődésnek a mechanizmusát kívánta felderíteni, hanem arra volt kíváncsi, hogy mi történik egy szabadon fejlődő rendszerben, amelyben az egyetlen emberi tényező csak az első őssejt (ancestor) tervezésében nyilvánul meg. A kísérlet eredménye meglepő volt. Egyetlen őssejtből egy egész világ fejlődött ki, amelyben minden lénynek megvolt a pontosan meghatározott szerepe. A Tierra kísérlet tehát tágabb értelemben véve megteremtete a digitális társadalom fogalmát.

Mint láttuk, az evolúció mechanizmusa túlmutat biológiai ismereteinken és olyan alapvető törvényszerűségek felismeréséhez vezet, melyek bármely komplex rendszerre alkalmazhatók, többek között a társadalom és a gazdaság fejlődésének elemzésére is. Időzzünk el még egy pillanatot a digitális élet és társadalom gondolatánál. Vajon mi értelme lehet mindennek számunkra? Vajon a halhatatlanság egy új formájáról van szó? Sokan, ha játékosan is, de úgy gondolják.

Internethalhatatlanság

Egy kaliforniai cég (PersonaForm), amely az "Immortality through Technology" - szabadon fordítva: halhatatlanság a technológia segítségével - jelszót tűzte zászlajára, azon internetcégek közé tartozik, amelyek akár saját életünk részleteit dokumentálják és archiválják. Felismerve, hogy a halhatatlanság és az örök élet ma még sokunk számára elérhetetlen, a tudomány és technika gyors fejlődésében bízva a cég arra biztatja az interneten szörföző átlagembereket, hogy (nem meglepő módon szerény fizetség ellenében) életük és tudásuk legapróbb részleteit is dokumentálják egy későbbi generáció számára, amely majd - gondolom, akkor még több pénzért - feléleszti őket. Az ötlet nyilvánvalóan kissé bizar, és nem kell túl komolyan venni. A módszert egyébként "spirituális fotográfiának" nevezték el és racionálisan gondolkodó lévén sokat töprengtem, hogy megemlítsem-e ebben a sorozatban. Végül azért tettem meg, mert felvet egy igen fontos kérdést, amely e sorozat és sok tudományág szempontjából érdekfeszítő. A klónozás technológiája (legyen az biológiai vagy digitális) mindig csak arra lehet alkalmas, hogy másolatot készítsen valakiről. Bármilyen tökéletes is ez a másolat, ezt elkészülte után tartalommal kell megtölteni. Ez a tartalom valójában teljes életünk anyaga. Személyiségünk kialakulásában minden élmény, szép pillanat, fájdalom és csalódás benne van. Vajon tudományos értelemben dokumentálható és tárolható mindez? A választ magam sem tudom.

A fentebb említett cég valószínűleg nem a tudományos precizitás igényességével indult. Mégis rámutat egy alapvető pszichés szükségletünkre, amely majdnem minden ember sajátja és társadalmunk egyik alappillére. Ez nem más mint a lét és az emberi élet végességének gondolata. A halhatatlanság, a mulandóság és az örök élet gondolata minden kultúrában megjelenik. Különböző elixírek formájában az ókortól napjainkig az egyik legjobb üzlet, különösen Kaliforniában, ahol a szépség, és így a fiatalság, egy az egyben dollárra váltható.

E rövid kitérő után térjünk viszsza az internet világába. Vajon milyen pszichés és szociológiai hatással lesz ránk, ha kialakul egy másik, velünk párhuzamosan létező, digitális társadalom, melyben eltérő személyiséggel és cselekvőképességgel felruházott virtuális emberek élnek? Valószínűleg komoly válsághoz vezet, ha erre nem készülünk fel tudatosan. Valóságérzetünk és személyes viszonyunk embertársainkhoz ugyanis a lét azon szilárd logikáján alapul, miszerint valaki vagy létezik, vagy nem. Más eset nem lehetséges. Ez az elv, amelyet a matematikusok a harmadik kizárásának elveként neveznek, a mi esetünkben ott változik, hogy harmadik eset mégis lehetséges! Egy jövőbeli virtuális popsztárról például készülhet sajtófotó anélkül, hogy a hölgy fizikai valóságában valaha is megszületett volna. Ha jobban belegondolunk, társadalmunk híres egyedeinek léte már jelenleg is legtöbbünk számára sokszor csak a médián keresztül igazolható. Ennek eredményeképp a jövőben potenciálisan olyan szépségideált, szellemi és érzelmi viszonyt alakíthatunk ki egy velünk párhuzamosan létező virtuális társadalommal, valamint annak tagjaival, amely negatívan hathat saját pszichénkre, vágyainkra és létünk értelmére.

Információs társadalom

Az internet sokak számára áldás, másoknak csapás vagy csupán közömbös. Nem egyszerűen személyes véleményről vagy generációs különbségről van szó. Az internet, mint médium, a szabadság jelképe, és így különböző módon tagolja a társadalmat. Egyfelől szinte korlátlan hozzáférést biztosít minden olyan információhoz, amit tudni szeretnénk. Ingyenes szórakozást nyújt, oktat (ha jól használják), és korábban elképzelhetetlen lehetőségeket tár ki a mindennapi em-berek előtt. Másfelől nyilvánvalóan sok veszélyt rejt magában azáltal, hogy a keresett információhoz csak rengeteg "szemét" és reklám elolvasása árán juthatunk hozzá. Társadalmunk elidegenedését és szétesését okozhatja, hogy már nem beszélünk egymással, hogy félünk személyes kontaktust teremteni, és eközben valahol mélyen elveszítjük önmagunkat.

Miként viszonyul tehát a társadalom és annak legfontosabb elemeként az egyén a minket bombázó hihetetlen mennyiségű információhoz ? Sajnos nem túl jól, és a legijesztőbb éppen az, hogy ennek biológiai okai vannak! Mindjárt megmagyarázom. Dr. Freund Tamás akadémikus, a Bólyai-díj 2000 kitüntetettjének szavaival. "Napjaink információáradata ahhoz vezetett, hogy agyunkban felborult a külső és belső világunkból származó információ egyensúlya. Ez súlyos problémákhoz vezethet. Ez oka lehet számos szorongásos agyi megbetegedésnek, de bizonyos társadalmi devianciáknak, úgymint terrorizmus vagy vallási szekták. Itt ugyanis arról van szó, hogy agyunk biológiai fejlődése egy jó ideig, ötvenezer évig párhuzamosan haladt a befogadó információ mennyiségével és komplexitásával. Körülbelül ötven éve a kommunikáció hihetetlen fejlődése során ez egy ollóvá nyílt szét, hiszen az információ-áradat televízión, rádión, interneten, mobiltelefonon keresztül olyan tempóban bombázza agyunkat, hogy az azt már nem képes követni."

Az eredmény tehát beszűkülés. Igen, minél több információval bombázzuk az agyat, annál inkább fennáll annak a veszélye, hogy egy idő után telítődik, és az egyén beszűkül. Az internet hatását társadalmunkra még csak most kezdjük tanulmányozni és megérteni. Egy új kommunikációs eszköz alkalmazásának igen korai fázisában vagyunk, amikor is sokan csak az üzleti lehetőségekre fókuszálnak, míg az esetleges veszélyeket nem mérjük fel pontosan. Érzesem szerint a jövőben a technológia mellett a pszichológia és a társadalomtudományok kulcsszerepet fognak betölteni az internet fejlődésében.

A jövő zenéje

Az elmúlt tíz hónapban megpróbáltam végigkövetni eg,y az internet jövőjét sokban befolyásoló technológia (virtuális emberek) tudományos, üzleti és társadalmi hátterét. Egy évvel ezelőtt sorozatunk aktualitását Marlene Dietrich digitális klónozása adta, ami akkor a hollywoodi műhelyek egyik szenzációja volt. Az internet jövőjét megjósolni nehéz, és én nem is mernék vállalkozni rá. Egy dologban azonban biztos vagyok. Bárhogy is hívjuk majd a jövő digitális embereit (avatár, digitális klón vagy synthespian), egy olyan új kor hajnalát éljük, amely a digitális szórakoztatóipar, valamint az internet segítségével alapvetően átformálja majd önmagunkról és a világról alkotott képünket. Ebben a folyamatban olvasók, technológusok, tudósok és művészek közösen veszünk részt. Hogy mi lesz belőle? Ez már a jövő zenéje.

Forrás: http://hirek.prim.hu/cikk/11835; http://hirek.prim.hu/cikk/13290