Можно ли проследить рождение зрения буквально с нуля — от простой реакции на свет до полноценного распознавания объектов? Исследователи из Lund University утверждают: да. Им удалось создать искусственных животных, которые в ходе цифровой эволюции самостоятельно «вырастили» работающую зрительную систему — без каких-либо прямых инструкций о том, как она должна выглядеть.
По словам профессора Dan-Eric Nilsson, специалиста по сенсорным системам и эволюционной биологии, это первый случай, когда искусственный интеллект позволил проследить появление полноценной системы зрения без заранее заданной модели. Иными словами, компьютер не получил чертёж глаза — он пришёл к нему сам.
Эволюция внутри компьютера
Внутри цифровой среды — мира, состоящего исключительно из кода, — исследователи «заселили» крошечных виртуальных животных. В самом начале они были полностью слепы. Никаких глаз, никаких зрительных органов — только примитивные механизмы взаимодействия с окружающей средой.
Задача у этих существ была вполне жизненная: ориентироваться в пространстве, избегать препятствий и находить пищу. Каждое поколение немного отличалось от предыдущего. И, как в реальной природе, преимущество получали те, кто справлялся лучше. Их «наследственные признаки» закреплялись в следующем поколении.
Разница лишь в том, что вся эта эволюция происходила не миллионы лет, а в разы быстрее — внутри вычислительной системы.
Постепенно виртуальные организмы начали реагировать на свет. Затем — ориентироваться по его направлению. А позже у них сформировались структуры, напоминающие глаза. От простейших светочувствительных пятен до более сложных органов, способных различать объекты, — путь оказался удивительно знакомым биологам.
Повторение путей природы
Самым поразительным оказалось то, что «компьютерные глаза» развивались по тем же сценариям, что и у живых организмов. Хотя цифровая среда была сильно упрощена, эволюция словно пошла по проторённой дороге.
В природе существуют разные типы зрительных систем: рассеянные фоторецепторы, глаза камерного типа (как у человека) и фасеточные глаза насекомых. Все три варианта появились и в компьютерной симуляции. Создаётся впечатление, будто эволюция — даже в цифровом пространстве — склонна выбирать уже проверенные архитектурные решения.
Шаг за шагом простые светочувствительные структуры усложнялись и соединялись с примитивными «мозгами», способными интерпретировать сигналы. Так возникла полноценная сенсорная система. И здесь возникает ключевой вопрос: почему эволюция снова и снова выбирает одни и те же решения? Почему одни формы зрения возникают повсеместно, а другие — почти никогда?
Теперь на эти вопросы можно искать ответы не только в ископаемых остатках и сравнительной анатомии, но и в цифровых экспериментах.
Искусственный интеллект как инструмент эволюционной биологии
Метод открывает новые горизонты не только для изучения эволюции. Те же принципы можно применять в инженерии. Ведь биологические системы славятся своей устойчивостью, адаптивностью и энергоэффективностью.
Если цифровая эволюция способна заново «изобрести» глаз, то почему бы ей не помочь создать новые сенсоры, автономные роботы или технические системы, которые будут так же гибки и надёжны, как живые организмы?
По сути, речь идёт о том, чтобы позволить искусственному интеллекту не просто оптимизировать существующие решения, а искать новые — так, как это делает природа. Более того, исследователи считают, что с помощью подобных моделей можно заглянуть в потенциальное эволюционное будущее и увидеть, какие формы и структуры могли бы появиться, прежде чем до них «дойдёт» сама природа.
И если раньше эволюция была историей о прошлом, то теперь она постепенно превращается в инструмент прогнозирования.
