Biomaker CA: セルラーオートマトンを用いたバイオームメーカープロジェクト

要旨

Biomaker CAを紹介します。これはセルオートマトン（CA）を用いたバイオームメーカープロジェクトです。Biomaker CAでは、形態形成が第一級の要素であり、小さな種子が栄養不足の環境で生き残るために植物のような生物に成長し、最終的には変異を伴って繁殖し、長期間にわたってバイオームが存続する必要があります。私たちは、2Dグリッド上でCAルールを用いて複雑なバイオームをシミュレートし、Python JAXフレームワークを通じて全ての計算をGPU上で並列化します。このプロジェクトが、さまざまな種類の環境や「物理学」の法則、異なるモデルアーキテクチャや変異戦略を可能にすることを示します。さらに、いくつかの設定を分析し、植物エージェントがどのように成長し、生存し、繁殖し、進化して、安定したまたは不安定なバイオームを形成するかを示します。その後、厳しい環境で生き残るためにモデルをメタ進化させる方法を、エンドツーエンドのメタ進化またはより外科的で効率的なアプローチであるペトリディッシュメタ進化を通じて実証します。最後に、ユーザーがインタラクティブに植物モデルを進化させ、それをより大きな環境に展開するインタラクティブ進化の方法を示します。Biomaker CAは以下のURLでオープンソースとして公開されています: 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 .