Biomaker CA: un progetto Biome Maker che utilizza Automi Cellulari

Abstract

Presentiamo Biomaker CA: un progetto Biome Maker che utilizza Automi Cellulari (CA). In Biomaker CA, la morfogenesi è un elemento di primaria importanza e piccoli semi devono crescere in organismi simili a piante per sopravvivere in un ambiente povero di nutrienti e alla fine riprodursi con variazioni affinché un bioma sopravviva per lunghi periodi di tempo. Simuliamo biomi complessi mediante regole CA su griglie 2D e parallelizziamo tutti i calcoli su GPU attraverso il framework Python JAX. Mostriamo come questo progetto consenta di creare diversi tipi di ambienti e leggi della "fisica", insieme a diverse architetture di modelli e strategie di mutazione. Analizziamo ulteriormente alcune configurazioni per dimostrare come gli agenti vegetali possano crescere, sopravvivere, riprodursi ed evolversi, formando biomi stabili e instabili. Dimostriamo poi come sia possibile meta-evolvere i modelli per sopravvivere in un ambiente ostile, sia attraverso una meta-evoluzione end-to-end sia mediante un approccio più chirurgico ed efficiente, chiamato meta-evoluzione in piastra di Petri. Infine, mostriamo come eseguire un'evoluzione interattiva, in cui l'utente decide come evolvere un modello vegetale in modo interattivo per poi distribuirlo in un ambiente più ampio. Rendiamo disponibile il codice sorgente di Biomaker CA all'indirizzo: https://tinyurl.com/2x8yu34s.

English

We introduce Biomaker CA: a Biome Maker project using Cellular Automata (CA). In Biomaker CA, morphogenesis is a first class citizen and small seeds need to grow into plant-like organisms to survive in a nutrient starved environment and eventually reproduce with variation so that a biome survives for long timelines. We simulate complex biomes by means of CA rules in 2D grids and parallelize all of its computation on GPUs through the Python JAX framework. We show how this project allows for several different kinds of environments and laws of 'physics', alongside different model architectures and mutation strategies. We further analyze some configurations to show how plant agents can grow, survive, reproduce, and evolve, forming stable and unstable biomes. We then demonstrate how one can meta-evolve models to survive in a harsh environment either through end-to-end meta-evolution or by a more surgical and efficient approach, called Petri dish meta-evolution. Finally, we show how to perform interactive evolution, where the user decides how to evolve a plant model interactively and then deploys it in a larger environment. We open source Biomaker CA at: https://tinyurl.com/2x8yu34s .