Biomaker CA: um projeto de Criador de Biomas utilizando Autômatos Celulares

Resumo

Apresentamos o Biomaker CA: um projeto Biome Maker utilizando Autômatos Celulares (CA). No Biomaker CA, a morfogênese é um elemento central, e pequenas sementes precisam crescer em organismos semelhantes a plantas para sobreviver em um ambiente com escassez de nutrientes e, eventualmente, se reproduzir com variação, de modo que um bioma sobreviva por longos períodos. Simulamos biomas complexos por meio de regras de CA em grades 2D e paralelizamos todos os cálculos em GPUs utilizando o framework Python JAX. Mostramos como este projeto permite a criação de diversos tipos de ambientes e leis da 'física', juntamente com diferentes arquiteturas de modelos e estratégias de mutação. Analisamos ainda algumas configurações para demonstrar como agentes vegetais podem crescer, sobreviver, reproduzir-se e evoluir, formando biomas estáveis e instáveis. Em seguida, demonstramos como é possível meta-evoluir modelos para sobreviver em um ambiente hostil, seja por meio de meta-evolução de ponta a ponta ou por uma abordagem mais cirúrgica e eficiente, chamada meta-evolução em placa de Petri. Por fim, mostramos como realizar evolução interativa, onde o usuário decide como evoluir um modelo de planta de forma interativa e, em seguida, o implanta em um ambiente maior. Disponibilizamos o código-fonte do Biomaker CA em: 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 .