Biomaker CA: проект создания биомов с использованием клеточных автоматов

Аннотация

Мы представляем Biomaker CA: проект Biome Maker, использующий клеточные автоматы (CA). В Biomaker CA морфогенез является ключевым элементом, и небольшие "семена" должны развиваться в растительные организмы, чтобы выжить в среде с ограниченными питательными веществами и в конечном итоге воспроизводиться с вариациями, что позволяет биому существовать на протяжении длительных временных периодов. Мы моделируем сложные биомы с помощью правил CA на двумерных сетках и параллелизируем все вычисления на GPU с использованием фреймворка Python JAX. Мы демонстрируем, как этот проект позволяет создавать различные типы сред и "законов физики", а также использовать различные архитектуры моделей и стратегии мутаций. Далее мы анализируем некоторые конфигурации, чтобы показать, как растительные агенты могут расти, выживать, размножаться и эволюционировать, формируя стабильные и нестабильные биомы. Затем мы демонстрируем, как можно мета-эволюционировать модели для выживания в суровых условиях, либо с помощью сквозной мета-эволюции, либо с использованием более точного и эффективного подхода, называемого мета-эволюцией в чашке Петри. Наконец, мы показываем, как проводить интерактивную эволюцию, где пользователь решает, как эволюционировать модель растения в интерактивном режиме, а затем развертывает её в более крупной среде. Мы открываем исходный код Biomaker CA по адресу: 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 .