Nano-AlifeHeSiN-TechAttosoft

ЧТО ТАКОЕ ИСКУССТВЕННАЯ ЖИЗНЬ? (ПО МАТЕРИАЛАМ 7-ОЙ ЕВРОПЕЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ИСКУССТВЕННОЙ ЖИЗНИ) *

М.С. Бурцев
Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН

На волне бурного развития компьютеров в последние десятилетия, появилась возможность создавать компьютерные модели многих сложных явлений, исходя из "первых принципов", т.е. не проводя усреднений. Например, чтобы узнать пространственную структуру молекулы сложного соединения необходимо рассчитать положение каждого ее атома в зависимости от положения остальных. Такой подход позволяет на основе небольшого числа предположений строить модели сложных явлений. Искусственные нейронные сети, клеточные автоматы, многоагентные модели в экологии, экономике и социологии являются моделями такого типа, к ним же относится и искусственная жизнь.

Направление исследований "Искусственная жизнь"

Искусственная жизнь - это широкое междисциплинарное направление исследований, общей задачей которого является исследование эволюции жизни во всех ее проявлениях, начиная от возникновения самореплицирующихся молекул и заканчивая культурой. При этом интерес исследователей направлен не только на моделирование реализовавшихся эволюционных сценариев ("жизнь, как она есть"), но и на возможные альтернативные пути ее развития ("жизнь, как она могла бы быть").

Любое научное направление можно лучше понять, узнав какие проблемы стоят перед учеными, работающими в его рамках. По мнению ведущих исследователей в области искусственной жизни можно выделить такие проблемы [1]:

Как живое возникло из неживого? o Создать молекулярный прото-организм в пробирке o Смоделировать переход к жизни при помощи моделей искусственной химии o Определить возможность существования фундаментально отличных от существующих живых организмов o Смоделировать полный жизненный цикл одноклеточного организма o Объяснить, как правила и символы порождаются в результате физических процессов, протекающих в организме

Каковы возможности и ограничения живых систем? o Определить неотъемлемые условия открытой эволюции жизни o Определить минимальные требования к эволюционному переходу от специализированных к общим реагирующим системам o Создать формальную базу для синтеза динамических иерархий на всех уровнях o Определить прогнозируемость эволюционных последствий от воздействия на организмы и экосистемы o Разработать теорию получения, обработки и передачи информации в эволюционирующих системах Чтобы проиллюстрировать подход к этим проблемам, ниже приведены примеры конкретных исследований, представленных на 7-ой Европейской конференции по искусственной жизни, на которой побывал автор настоящего доклада.

Седьмая Европейская конференция по искусственной жизни

Моделирование протоклеток. Эволюция жизни начинается с возникновения протоклетки. Проблема моделирования и создания в лаборатории протоклетки - одна из основных в области искусственной жизни. Сегодня к решению этой задачи существует два подхода. Первый - попытка при помощи эволюции в пробирке создать простейшую клетку из различных макромолекул, и второй - постепенно упрощая одноклеточный организм получить максимально примитивную одноклеточную систему.

Исследователи, занимающиеся макромолекулами, сегодня изучают автокаталитические самовоспроизводящиеся цепочки химических реакций. На этом пути уже возникли принципиальные схемы прикладного использования теории, так Гюнтер фон Кедровски (Gunter von Kiedrowski) продемонстрировал метод быстрого синтеза больших концентраций последовательностей ДНК.

На фронте "упрощения" клетки дела тоже движутся, уже определено, что из 500 генов самой примитивной из существующих в природе клеток работают лишь около 100 - 150, остальные - бессмысленные нейтральные последовательности. По оценкам ученых, для функционирования минимально возможной клетки необходимо примерно 50 генов, которые могут быть закодированы при помощи 1000 нуклеотидных пар.

Интерфейс между живыми нейронами и микросхемами. О создании интерфейсов между живыми нейронами и микросхемами доложил Питер Фромгерц (Peter Fromherz, Max Planck Institute for Biochemistry) [2]. В первых экспериментах, начавшихся в его лаборатории в 1985 году, делались попытки зарегистрировать активность отдельного нейрона пиявки при помощи транзистора. К началу 90-х появились вразумительные результаты. Еще 5 лет ушло на то, чтобы заставить нейрон генерировать импульсы в ответ на заряд емкости, расположенной на интегральной микросхеме. После того, как элементарный интерфейс с нейроном был получен, появилась идея создать гибридный нейрочип, представляющий собой микросхему, на поверхности которой будет расположена сеть из живых нейронов. В поверхность микросхемы должны быть встроены элементы интерфейса, которые позволят возбуждать, тормозить или регистрировать активность нейронов. Такая конфигурация позволит проводить исследования поведения нейронов, а также является прототипом устройства, в котором параллельно идут вычисления на логическом и нейронном уровне.

Резюме

Искусственная жизнь является молодым междисциплинарным направлением исследований, ставящим пред собой задачу получить целостную картину феномена жизни во всех ее проявлениях при помощи компьютерных моделей.

Литература:
1. Bedau, et al., 2001, Artificial Life, 6, 363-376 [http://parallel.hpc.unsw.edu.au/complex/alife8/open-prob.html]
2. http://www.biochem.mpg.de/mnphys/
3. "Pattern Recognition in a Bucket", Chrisantha Fernando and Sampsa Sojakka,
[http://www.cogs.susx.ac.uk/users/sampsas/bucket.pdf]

* Работа выполнена финансовой поддержке РФФИ (проект № 02-07-90197).


©Attosoft 2007-2023. All rights reserved. At use of materials the reference to a site is obligatory

Уведомление!

Администрация НПО «АТТОСОФТ» уведомляет, что с 01 января 2014 года работы по разработке и внедрению нано компьютерных технологий прекращаются.

Серийное производство «Разумных» Nano System-on-a-Chip останавливается, в связи с подготовкой к демонтажу первой в мире реально действующей промышленной «Нанофабрики», гордости представителей прикладной науки ВПК СССР.

Россия сегодня потеряла право считаться Родиной производства «Разумных» Nano System-on-a-Chip, обладающих практически неограниченными возможностями во всех сферах человеческой деятельности.

Первой в мире реально овладев нано компьютерными технологиями, Россия за 25 лет так и не смогла обеспечить себе быстрый научно- технологический прорыв и потеряла возможность стать мировым технологическим лидером, быть вне какой-либо конкуренции.

Уникальные передовые и нано компьютерные технологии для современной России оказались преждевременными.