CSONTO, J.-PALKO, M.:

Umelý život

ELFA, Košice 2002. 180 s.

ISBN 80-89066-59-3

Nesmiete  si myslieť, že vývoj, ktorý dal vzniknúť nášmu životu bol jedinou vývojovou možnosťou na tejto planéte.

K.Čapek


Definícia umelého života naráža na problém neexistencie jednotnej definície prirodzeného života existujúceho na Zemi. Navyše otázky života vyvolávajú veľa pochybností etických, filozofických a naviac i náboženských. Pre potreby predkladanej knihy sa najlepšie hodí definícia, ktorú formulovali Bonabeau a Theraulaz: Umelý život je všeobecná metóda, podstatou ktorej je generovať z jednoduchých mikroskopických spolupracujúcich prvkov také správanie na úrovni makroskopickej, ktoré je možné interpretovať ako prejav života.
 

Je potrebné si uvedomiť, že „umelý život“ je predovšetkým trocha nadnesená metafora, pričom v skutočnosti sa sledujú iba pomerne „prízemné“ ciele:

Práve ten druhý z uvedených cieľov sledujú autori predkladanej knihy vo svojej výskumnej aj pedagogickej činnosti. Pri jej písaní boli vedení snahou podať čo najucelenejší prehľad o tejto atraktívnej problematike ako z hľadiska základných metód a princípov, tak aj z hľadiska ich praktických aplikácií. Kniha je vhodná nielen pre tých, ktorí chcú získať základný prehľad a hľadajú skôr informácie všeobecnejšieho charakteru, ale aj pre tých, ktorí majú hlbší záujem o prezentovanú problematiku.

Kniha pojednáva o nasledujúcich témach:

Obsah

Prológ

Nesmiete  si myslieť, že vývoj, ktorý dal vzniknúť nášmu životu bol jedinou vývojovou možnosťou na tejto planéte.

K.Čapek

Niekedy uprostred 80-tych rokov odpovedal Langton na otázku čím sa zaoberá: vlastne ani neviem, ako to nazvať - najskôr artificial life (teda umelý život). Toľko legenda. Skutočnosťou je, že v septembri 1987 sa potom v Los Alamos konala z jeho iniciatívy konferencia s názvom Interdisciplinary Workshop on the Synthesis and Simulation of Living Systems. Zišla sa tu veľmi pestrá zmes odborníkov: programátorov, matematikov, biológov, populačných genetikov, antropológov, biochemikov, etológov, fyzikov - ľudí, z ktorých každý sa snažil zo svojej strany nadvihnúť aspoň niektorý cíp rúška, zahaľujúceho tajomstvo života.

O čom ale vlastne Alife (skratka, ktorá sa zaužívala pre umelý život) je? Zjednodušene povedané, jej podstatou je návrh jednoduchých umelých entít, definícia ich vzájomných interakcií ako aj ich interakcií s okolím a nakoniec pozorovanie správania sa takto vytvoreného systému. Výsledné správanie má potom spravidla emergentný charakter - z  jednoduchých čiastkových elementov a vzťahov vzniká zložité správanie. V tomto správaní sú badateľné fenomény, ktoré na istej úrovni abstrakcie možno označiť za prejavy života.

Keď chceme rozhodnúť, či nejaká entita je živá, máme v zásade dve možnosti. Buď zvolíme niekoľko málo vlastností, ktoré od živého objektu nutne vyžadujeme (obvykle je to schopnosť samoreprodukcie a evolúcie s otvoreným koncom) a sledujeme, či posudzovaná entita uvedené vlastnosti má. Pri druhom prístupe zostavíme rozsiahlejší zoznam vlastností, charakterizujúcich živé objekty a hľadáme u posudzovanej entity výskyt aspoň niektorých z nich.

V oboch prípadoch musíme ale pripustiť, že prirodzený život, ako ho poznáme na našej Zemi, je iba jednou z možných inštancií abstraktnejšie ponímaného „všeobecnejšieho“ ŽIVOTA a že iná inštancia môže existovať na úplne inej materiálnej báze - napríklad ako program v počítači alebo ako kooperatívny robot. Takáto predstava samozrejme vyvoláva v porovnaní s otázkami umelej inteligencie ešte viac pochybností etických, filozofických a naviac i náboženských. Jeden z významných Alife odborníkov, Rasmussen v tejto súvislosti položartom ale aj polovážne vyhlásil: Keď sa poctivo zamyslím nad tým, čo robím, musím priznať, že pácham hriech.

V prípade umelej inteligencie aj umelého života ide predovšetkým o trocha nadnesenú metaforu, pričom v skutočnosti obe disciplíny sledujú iba pomerne „prízemné“ ciele. V prípade umelého života sú dva:

Práve ten druhý z uvedených cieľov sledovali autori predkladanej knihy vo svojej výskumnej aj pedagogickej činnosti. Pri jej písaní boli vedení snahou podať čo najucelenejší prehľad o tejto atraktívnej problematike ako z hľadiska základných metód a princípov, tak aj z hľadiska ich praktických aplikácií. Kniha je vhodná ako pre tých, ktorí chcú získať základný prehľad a hľadajú skôr informácie všeobecnejšieho charakteru, tak aj pre tých, ktorí majú hlbší záujem o prezentovanú problematiku a radi by sa dozvedeli detaily. Tým druhým poslúži aj rozsiahly zoznam literatúry a internetových adries. Organickým doplnkom knihy je náš on-line tutoriál umelého života.    

Aj keď existuje viacero väzieb medzi jednotlivými kapitolami, nie je nutné čítať ju sekvenčne. Odporúčame ale predsa len prečítať si úvodnú kapitolu, ktorá uvedie čitateľa do problematiky a oboznámi ho so základnými pojmami a tézami.

Kniha vznikla na Katedre kybernetiky a umelej inteligencie Fakulty elektrotechniky a informatiky Technickej univerzity v Košiciach v rámci plánovaných výskumných úloh. Autori v nej prezentujú okrem všeobecného prehľadu aj výsledky svojej výskumnej činnosti v rámci projektu VEGA č. 1/8135/01Simulátory života a ich aplikácie.

Kniha bola písaná tak, aby mohla byť využitá ako literatúra pre študentov magisterského štúdia v predmete Biokybernetika  a v rámci doktorandského štúdia v  predmete Umelý život.

Kapitola 1. pojednáva o základných pojmoch a tézach umelého života a o kine­matickom modeli von Neumanna. Kapitola 2. je venovaná jedno- a dvojrozmerným celulárnym auto­matom a ich aplikáciám. Nasleduje kapitola 3. o Lindenmayerovych systémoch (špeciálnych paralelných gramatikách), ktoré sú vhodné najmä na modelovanie morfológie rastlín a ich interakcie s okolím. Kapitola 4. je venovaná evolučným algoritmom, inšpirovaným prirodze­nou evolúciou. Základy teórie chaosu a jej vzťah k umelému životu sú predmetom kapitoly 5. Kapitola 6. pojednáva o simulátoroch života a ich praktických aplikáciách. Záverečná kapitola 7. je venovaná hardvérovým implementáciám umelého života, predovšetkým špeciálnym robotom a ich prípadnej spolupráci. Autorom kapitoly 6. je M. Palko, ostatné kapitoly napísal J. Csontó.

Pred záverečnou úvahou si pokladajú autori za milú pozornosť poďakovať recenzentom za starostlivé prečítanie rukopisu a za opravu mnohých formálnych aj vecných chýb ako aj za podnetné pripomienky, ktoré konečnú verziu knihy obohatili. Ich vďaka patrí aj poslucháčom FEI TU Košice, ktorí sa v rámci ročníkových projektov a diplomových prác podieľali na vyhľadávaní a triedení neustále rastúceho prívalu informácií a vytvorili viaceré podporné softvérové produkty. Záujem, ktorí prejavovali v početných diskusiách bol pre autorov nesmierne podnetný. Vďaka im patrí aj za účasť na tvorbe už spomínaného internetového tutoriálu umelého života.

Radi by sme tento predslov ukončili všeobecnejšou úvahou o pojednávanej problema­tike. Podľa slabej definície umelého života sa jedná iba o simulácie - to obvykle prijíma odborná aj laická verejnosť bez problémov. Silná definícia tvrdí, že umelé entity sú skutočne živé.  Väčšina vyššie uvedených problémov súvisí práve s touto silnou definíciou. Objavila sa však už aj tzv. supersilná definícia (Taylor): Život na báze kremíka bude ďalším evolučným krokom. Táto forma života prekoná naše schopnosti a pravdepodobne nás aj nahradí.

Možno teda očakávať, že budúcnosť spolupráce prirodzeného a umelého skrýva v sebe úskalia. Okrem toho história potvrdzuje platnosť jedného z kľúčových Murphyho zá­konov, podľa ktorého ľudia použijú vhodné riešenie až keď vyčerpajú všetky ostatné možnosti.  Napriek tomu všetkému ostávame v otázke budúcnosti toho „živého“ opti­mistami. Svoj optimizmus opierame o dva piliere: prvým je pokora, ktorá by mala vyplynúť z poznania, že človek je iba malou súčasťou okolitého sveta a druhým pilie­rom je zodpovednosť, ktorá by mala sprevádzať schopnosť bádavého a tvorivého myslenia a s tým súvisiacu schopnosť zasahovať do prirodzeného behu sveta. Kiež v budúcnosti ľudstvo preukáže toľko pokory a zodpovednosti, aby stihlo nájsť aspoň na poslednú chvíľu  to „vhodné riešenie“ z citovaného Murphyho zákona.

Epilóg

 
Mikroelektronika a genetické inžinierstvo nám poskytnú čoskoro schopnosť vytvárať nové formy života ako in silico tak aj  in vitro. To bude predstavovať pre ľudstvo najväčšiu technickú, teoretickú a etickú výzvu s ktorou bolo kedy konfrontované.

Ch. G. Langton

 
Budúcnosť prirodzeného a umelého života bude v zásade definovaná pravidlami ich spolunažívania. Istú podobnú skúsenosť už ľudstvo má - je ňou vypestovanie kultúrnych plodín a domácich zvierat. Oboje môžeme rozdeliť zhruba do dvoch skupín - z jednej máme úžitok (obilie, dobytok), z druhej potešenie (kvety, domáci maznáčikovia). Možno očaká­vať, že aj budúce objekty umelého života budú spadať do týchto dvoch skupín - náznaky možno badať už dnes (medzi tie užitočné patria napr. tzv. simulátory života a medzi tie potešujúce – programy na generovanie imaginárnych rastlín a scén, a maznáčikovia typu tamagoči, pes Aibo, či nornovia.

Pritom si musíme byť vedomí toho, že každý vyvíjajúci sa druh - nezávisle na tom, či je prirodzený alebo umelý - robí všetko pre svoje prežitie bez ohľadu na záujmy iných druhov, dokonca často priamo na ich úkor. Softvérová forma Alife asi nebude predstavovať enormné riziko - človek a program nezdieľajú rovnaké prostredie, a preto si navzájom nekonkurujú. Náhodnému „úniku“ alife programov možno zabrániť použitím emulátorov, mimo ktorých je príslušný program úplne neškodný. Škody páchané úmyselne šírenými počítačovými vírusmi (tie predstavujú alife „chamraď“) je možné  udržať na prijateľnej úrovni – prevenciou, „počítačovou hygienou“, diagnostikou a terapiou antivírovými programami. Riziko môžu ale predstavovať periférie, ovládané alife programami - periférie už totiž zasahujú do „ľudského“ prostredia. Film Terminátor 2 naznačuje takúto možnosť, keď sa počítače obranného systému „vyvinú“ na organizmy s vlastným vedomím a následne postrehnú, že ľudia ich chcú vypnúť a tak cítiac sa ohrozené použijú proti nim svoje periférie - atómové zbrane.

V prípade Alife hardvéru je zdieľanie spoločného prostredia s ľuďmi a využívanie tých istých zdrojov už významné a výrazne sa tým zvyšuje riziko konfliktov. Aj keď vývoj postupuje pomalšie ako v prípade softvérového Alife, je potrebné v tempe tohoto vývoja budovať aj príslušné kontrolné mechanizmy. Ukazuje sa však, že vytvoriť spoľahlivú koncepciu takéhoto mechanizmu (o praktickej realizácii ani nehovoriac) nie je jednoduché. Dobre to ilustrujú známe Asimovove zákony robotiky:

1.   robot nesmie ublížiť človeku alebo svojou nečinnosťou spôsobiť aby človeku bolo ublížené,

2.   robot musí počúvnuť príkazy človeka - okrem prípadov, keď tieto príkazy sú v rozpore s prvým zákonom,

3.   robot musí chrániť sám seba pred zničením - okrem prípadov, keby táto ochrana bola v rozpore s prvým alebo druhým zákonom.

Aj keď tieto zákony predstavujú koncepciu zdanlivo spoľahlivého kontrolného mechanizmu, zápletka viacerých Asimovovych príbehov je postavená práve na paradoxných až konfliktných situáciách, ku ktorým vedie dodržiavanie týchto zákonov.

Naše úvahy o umelom živote je asi najvodnejšie ukončiť slovami Raya, jedného z alife guruov: Ja  stále verím v organickú evolúciu, ktorá stvorila krásu dažďového pralesa v priebehu miliárd rokov evolúcie. Chcem mať umelú evolúciu uzavretú iba v kyberpriestore tak, aby naše súžitie s ňou bolo bezpečné, využívať ju na zlepšenie nášho života, bez rizika, že nás nahradí. … Budem žiť večne ako súčasť  dažďového pralesa, v ktorom sa moja hmota recykluje, mémy sa zachovajú v mojej vedeckej práci a moje gény v mojej dcére, ktorú sme s mojou ženou splodili.