Biomaker CA: 세포 자동자를 활용한 생물 군집 생성 프로젝트

초록

우리는 세포 자동자(Cellular Automata, CA)를 활용한 Biome Maker 프로젝트인 Biomaker CA를 소개합니다. Biomaker CA에서는 형태 발생(morphogenesis)이 핵심 요소로, 작은 씨앗들이 영양분이 부족한 환경에서 생존하기 위해 식물과 유사한 생물체로 성장하고, 결국 변이를 통해 번식함으로써 장기간 생물 군집(biome)이 유지되도록 합니다. 우리는 2D 그리드에서 CA 규칙을 통해 복잡한 생물 군집을 시뮬레이션하고, Python JAX 프레임워크를 사용하여 모든 계산을 GPU에서 병렬 처리합니다. 이 프로젝트가 다양한 환경과 '물리 법칙', 그리고 다양한 모델 아키텍처와 변이 전략을 어떻게 지원하는지 보여줍니다. 또한, 식물 에이전트가 어떻게 성장, 생존, 번식, 진화하며 안정적이거나 불안정한 생물 군집을 형성하는지 일부 구성에 대해 분석합니다. 더 나아가, 엔드투엔드 메타-진화(meta-evolution) 또는 더 정교하고 효율적인 접근 방식인 페트리 접시 메타-진화(Petri dish meta-evolution)를 통해 가혹한 환경에서 생존할 수 있는 모델을 메타-진화시키는 방법을 시연합니다. 마지막으로, 사용자가 상호작용적으로 식물 모델을 진화시키고 이를 더 큰 환경에 배치하는 인터랙티브 진화(interactive evolution)를 수행하는 방법을 보여줍니다. Biomaker CA는 https://tinyurl.com/2x8yu34s 에서 오픈소스로 공개되었습니다.

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 .