Biomaker CA: een Biome Maker-project met behulp van Cellulaire Automaten

Samenvatting

We introduceren Biomaker CA: een Biome Maker project dat gebruik maakt van Cellular Automata (CA). In Biomaker CA is morfogenese een eerste klasse burger en moeten kleine zaadjes uitgroeien tot plantachtige organismen om te overleven in een voedingsarme omgeving en uiteindelijk te reproduceren met variatie, zodat een biome gedurende lange tijdsperioden kan voortbestaan. We simuleren complexe biomes door middel van CA-regels in 2D-roosters en paralleliseren alle berekeningen op GPU's via het Python JAX-framework. We laten zien hoe dit project ruimte biedt voor verschillende soorten omgevingen en 'natuurkundige' wetten, naast verschillende modelarchitecturen en mutatiestrategieën. We analyseren verder enkele configuraties om te laten zien hoe plantagenten kunnen groeien, overleven, reproduceren en evolueren, waardoor stabiele en onstabiele biomes ontstaan. We demonstreren vervolgens hoe men modellen kan meta-evolueren om te overleven in een harde omgeving, hetzij via end-to-end meta-evolutie of door een meer gerichte en efficiënte aanpak, genaamd Petri-schaal meta-evolutie. Tot slot laten we zien hoe interactieve evolutie kan worden uitgevoerd, waarbij de gebruiker beslist hoe een plantmodel interactief wordt geëvolueerd en het vervolgens in een grotere omgeving wordt ingezet. We maken Biomaker CA open source op: 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 .