Artificial Life and Synthetic Agents
Federico de Jesús Hernández Bolaños
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The stuff of life is not stuff.
Christopher G. Langton
Introducción
La vida natural es un tema altamente controversial, por lo que existe mucha literatura al respecto. ¿Qué es la vida? No existe una definición general aceptada para describirla, sin embargo, todos tenemos un concepto que nos permite poder decir que algo está vivo o no. Algunos dicen que es una propiedad de los organismos que son miembro de un sistema de varios organismos que interactúan entre sí. (Bedau and Packard, 1991)[1].
Para la mayoría de la historia humana, esta pregunta nunca fue una cuestión problemática. Antes de que la física se hiciera trascendental, se pensaba que todo estaba vivo: las estrellas, los ríos, las montañas, las rocas, entre otras cosas. Por lo que dicha pregunta no era importante. Ésta surgió cuando la mecánica determinística de los cuerpos en movimiento se volvió dominante. Según Erwin Schrödinger, un físico famoso y una de las piezas claves en el desarrollo de la mecánica cuántica, la vida es algo que no puede ser únicamente explicado en base a las leyes de la física, se requiere de algo “extra” para lograr explicarlo[2]. Una vez más, a lo que este "extra" se refiere, sigue siendo un enigma.
Mientras la vida natural es difícil de definir de manera precisa, la vida artificial puede ser caracterizada de mejor manera.
La definición de Christopher Langton, fundador de la disciplina de investigación en el área de la vida artificial, dice que: La vida artificial es el estudio de sistemas creados por el hombre, que exhiben comportamientos característicos de sistemas de vida natural. Complementa las tradicionales ciencias biológicas interesadas en el análisis de organismos, intentando sintetizar comportamientos similares a los de la vida, dentro de computadoras y otros medios artificiales. Al ampliar la base empírica sobre la que está basada la biología más allá de la vida con cadenas de carbono que ha evolucionado en la tierra, la vida artificial puede contribuir en la biología teórica localizando -la vida como la conocemos- dentro de la imagen inmensa de -la vida como podría ser-. (Langton, 1989, p. 1)[3].
Metas principales del área de investigación
El objetivo de la vida artificial no es solamente proporcionar modelos biológicos, sino también investigar los principios generales de la vida. Esto es análogo al campo de la inteligencia artificial donde además de la construcción de modelos de sistemas inteligentes, son explorados los principios generales de la inteligencia.
Las principales metas de la vida artificial se dividen en tres grupos: fines biológicos, principios del comportamiento inteligente y aplicaciones prácticas[4].
Los fines biológicos incluyen: la evolución, orígenes de la vida y síntesis de ADN/ARN.
Los principios del comportamiento inteligente se refieren a: emergencia y auto organización, sistemas distribuidos, comportamiento de grupos, robots autónomos, entre otros.
Las aplicaciones prácticas son: Animación computarizada, juegos computacionales, problemas de optimización, diseño, etc.
Figuera 1: Matas de la vida artificial.
Algunos beneficios de la vida artificial
El acto de construcción (Constructivismo Pedagógico) sirve como instrucción sobre la naturaleza de la función. Un elemento fundamental en educación es la construcción, debido a que la mejor manera de aprender algo, es construyéndolo y desarrollándolo. La práctica ayuda de manera muy significativa a la comprensión de conceptos[5].
Jugar con sistemas artificiales proporciona una amplia paleta, haciendo posible la separación de los aspectos universales de la vida, de los parroquiales.
Las formas de vida construidas, en particular las de computadora, son más fáciles de diseccionar y estudiar.
Centros de investigación importantes en el mundo que participan en el área
Adaptive Systems Research Group - University of Hertfordshire, United Kingdom. Grupo multidisciplinario de la facultad, estudiantes y amigos de la Universidad de Hertfordshire, que investigan sobre sistemas adaptativos y sus áreas relacionadas. Las áreas fuertes del grupo son: Vida Artificial, Agentes Socialmente Inteligentes e Inteligencia artificial.
Dublin City University - School of Electronic Engineering, Artificial Life Laboratory, Ireland. Laboratorio que tiene como misión, crear y diseñar agentes sintéticos autónomos y autopoiéticos. Esto quiere decir, sistemas o maquinas artificiales, que pueden mantener su propia integridad y organización sin importar sus componentes materiales.
Federal Institute of Technology, Lausanne - Logic Systems Laboratory, Developing novel bio-inspired computing machines and programs; Designing novel reconfigurable systems; Developing biologically inspired robots. Swizerland. Sus áreas son, la computación inspirada por la biología, el diseño de sistemas reconfigurables y robots biológicamente inspirados.
Iowa State University - Department of Computer Science, Complex Adaptive Systems Group, USA. Estudian sistemas naturales complejos: cerebro, sistema inmunológico, sociedades, entre otros; y sistemas artificiales complejos: sistemas distribuidos y paralelos, sistemas inteligentes, redes neuronales artificiales, sistemas evolutivos, entre otros.
Paris 6 - Laboratoire d'Informatique, AnimatLab; a node of EVONET, France. Laboratorio concentrado en la producción de agentes autónomos y adaptativos. Actualmente se enfocan en cuatro proyectos, todos relacionados con vida artificial.
Universidad de Granada - Departamento de Arquitectura y Tecnología de los Computadores; Geneura Team, España. Investigación en computación evolutiva y mundos artificiales. Sus áreas de especialidad son: Vida Artificial, Algoritmos Genéticos y Redes Neuronales.
University of Aarhus - EVALife: Evolutionary Computation and Artificial Life, Denmark. Investigación en sistemas complejos, naturales y artificiales.
University of New Mexico - Adaptive Computational Group, USA. Grupo especializado en la interacción entre la biología y la computación. Algunos de sus temas de investigación son: Neurociencia Computacional, Sistemas de Computo Inmunes. Modelado de Ecosistemas, Algoritmos Genéticos, Vida Computacional, entre otros.
University of Sussex - Evolutionary and Adaptive Systems, United Kingdom. Gran grupo de investigadores en el área de la vida artificial, computación evolutiva y comportamiento adaptativo. Además del EASy, en esta universidad se encuentra el centro de estudios de evolución (Centre for the Study of Evolution, CSE) y el Centro de Neurociencia Computacional y Robótica (Centre for Computational Neuroscience and Robotics, CCNR) que también hacen aportaciones importantes en estudio de la vida artificial.
Empresas dedicadas al área de Vida Artificial
Aibits – Aplica la inteligencia artificial en infraestructuras información tecnológica, enfocándose, en vida artificial, redes neuronales, algoritmos genéticos, agentes y robots.
Artificial Life, Inc – Constructores aplicaciones con vida artificial para dispositivos móviles.
Cyberlife Research – Compañía de investigación desarrollo y consultoría, enfocada a la creación de formas de vida artificial. Incluye investigación de robótica y vida artificial basados en el juego de -creatures-.
NCS - Neural Networks & Neuro Fuzzy Logic - NCS proporciona productos y servicios de tecnología inteligente vanguardistas.
Nearlife Inc - Nearlife conceptualiza y crea nuevos productos que redefinen el modo en que las personas interactúan y son entretenidas.
ThinkinGolem – Comunidad filosófica virtual italiana. Sus áreas de desarrollo son: Agentes Sintéticos Inteligentes, Vida Artificial, Sistemas de información y Tecnología de Java y orientada a web.
Sociedades de internacionales del área de la Vida Artificial
International Society of Artificial Life (ISAL) – Es una sociedad internacional, democrática y profesional dedicada a la promoción de investigación científica y educativa relacionada con el área de la vida artificial. Incluye patrocinio a conferencias, publicación de revistas y boletines científicas, y mantenimiento de sitios web relacionados con la vida artificial. ISAL publica la revista escolar sobre vida artificial a través de MIT Press.
Biota.org – Promueve y asiste la ingeniería de ecosistemas sintéticos completos y organismos, inspirados biológicamente. Recientemente Biota.org ha sido anfitrión de una colección de entrevistas, lecturas de conferencias y conversaciones con desarrolladores, académicos y usuarios de vida artificial.
Grey Thumb Society – Es un grupo de científicos, ingenieros, hackers, artistas y aficionados, con un fuerte interés en temas como vida artificial, inteligencia artificial, biología, sistemas complejos y otros temas relacionados.
Software especializado para el estudio de la Vida Artificial
SWARM – Paquete de software para simulación con multiagentes de sistemas complejos.
EVO – Un framework para aprovechar SWARM con simulaciones de vida artificial.
NetLogo – Es una plataforma multiagente programable para modelado de entornos.
Java Applets – Para redes neuronales y Vida Artificial. Mantenido en AIST, MITI, Japón.
Tierra – Uno de los primeros simuladores para la evolución artificial de organismos digitales. Avida – Otro similar.
EcoLab – Sistema de simulación de código abierto que se basa en agentes para el estudio de la dinámica de la evolución.
DDLab – Laboratorio de software para el estudio discreto de redes dinámicas (Autómatas celulares, Redes Booleanas Aleatorias, etc.).
gLife – Es una simulación de código abierto que utiliza autómatas celulares para sociedades artificiales.
Framsticks – Proyecto de simulación de vida en 3D.
Ant Farm Simulator – Emula la habilidad de coordinación por medio de tareas de las hormigas.
AntWorld Version 2.0 – Es una herramienta de simulación para vida artificial, donde colonias de pequeñas entidades circulares parecidas a las hormigas, controladas por redes neuronales, evolucionan para mostrar diferentes comportamientos en un entorno 100% virtual.
Archis – Una plataforma extensible para la simulación de vida artificial.
Evolving Artificial Brains – Software de simulación que tiene como función evolucionar cerebros artificiales con los que animales podrían sobrevivir en entornos específicos.
EVOLUTIONZ – Permite a los usuarios observar, contruir, comparer y explorer ecosistemas dinamicos artificiales, atravez de una interfaz 3D.
Nanopond – La maquina virtual evolutiva más pequeña y simple del mundo.
Evolve 4.0 – Es una simulador de evolución para vida artificial que utiliza un universo en 2D.
AI.Planet – Es un mundo virtual de inteligencia artificial.
Aivola Universe – Es un juego de evolución distribuido basado en web, donde los actores, compiten entre sí, para sobrevivir en un mundo simulado.
Logros clave y sus autores
Humanoid Robot – Leonardo da Vinci diseño y posiblemente construyo el primer robot humanoide de las civilizaciones occidentales en el año 1495[6].
Complex Machines – Una de las principales ideas de René Descartes era la consideración de todos los animales como maquinas complejas, seres privados de todo estado mental, que sólo actuaban por supervivencia y que en la práctica sus órganos, músculos y huesos podrían ser sustituidos por engranes, pistones y cámaras[7].
The Flute Player, The Tambourine Player, and The Digesting Duck – Jacques de Vaucanson fue un inventor francés, que creó autómatas como: El Flautista que era una figura de tamaño natural de un pastor que tocaba el tabor y la flauta, y que tenía un repertorio de doce canciones. El pato con aparato digestivo, la cual fue su pieza maestra, tenía más de cuatrocientas partes móviles, podía aletear, beber agua, digerir grano y defecar[8].
The Musician, the Drawer and the Writer – Pierre Jaquet-Droz suizo nacido en 1721 es el creador de los tres autómatas más complejos y famosos del siglo XVIII. Sus tres obras maestras, La Pianista, El Dibujante y El Escritor, causaron asombro en la época llegando a ser contemplados por reyes y emperadores tanto de Europa como de China, India o Japón[9].
Karakuri – En el Japón de los siglos XVIII y XIX los autómatas consiguieron un alto grado de importancia y complejidad. Les llamaban –karakuri-, que se podría traducir como “aparatos mecánicos para sorprender y engañar a una persona” [10].
Computing Machinery and Intelligence – Escrito por Alan Turing y publicado en 1950, es una artículo fundamental en el tema de la Inteligencia Artificial en el que fue introducido el concepto conocido como la Prueba de Turing[11]. Alan Turing también dijo en 1948 que la maquinaria inteligente, no es más que una maquina con cierto grado de aleatoriedad y principios de placer análogos[12].
Elmer and Elsie – Estos fueron de los primeros robots de la historia, creados por W. Grey Walter entre los años 1948 y 1949. El solía llamarles –Machina Speculatrix- y eran descritos como tortugas con tres ruedas, debido a su forma y poca velocidad de movimiento[13].
Symbiogénesis – Es la mezcla de dos organismos para formar un nuevo y único organismo. Nils Barricelli simulo una symbiogénesis en el año de 1953[14].
Game of Life – El matemático británico John Horton Conway diseñó en 1970, un juego llamado -El Juego de la Vida- es el mejor ejemplo de un autómata celular. El juego de la vida es un juego de cero jugadores, lo que quiere decir que su evolución está determinada por el estado inicial y no necesita ninguna entrada de datos posterior[15].
Figura 2: Ejemplo del juego, disponible en http://www.radicaleye.com/lifepage/java.html.
Tierra – El ecologista Thomas S. Ray desarrollo Tierra en los años 90, un simulador de vida artificial, donde organismos digitales, competían por el tiempo de CPU y la memoria. Dichos organismos tenían la habilidad de evolucionar, mutar, replicarse y fusionarse. La idea era representar la evolución de un ecosistema, para lograr una ecología computacional[16].
Figura 3: Simulador Tierra. http://at-the-edge-of-art.com/can_museums_evolve.html.
Cara animada que habla – Agente para presentación multimodal, hecha en Ishizuka Lab en la University of Tokyo.
Alice – Cara desarrollada con Xface, una aplicación para crear caras expresivas de life-like characters. Es desarrolladla por i3p group.
Figura 4: Alice y Xface player. http://xface.itc.it/downloads/index.htm.
Kosaku – Un agente sintético, excelente ejemplo de los life-like character, que presenta un departamento usando voz sintética, expresiones faciales y movimientos de las manos. 
Figura 5: Kosaku presntando un departamento
Actroid – Es un robot humanoide, con aspecto gráfico muy parecido al de un ser humano, desarrollado en la Universidad de Osaka y manufacturado por Kokoro Company Ltd. Este robot fue revelado por primera vez en el año 2003, en una exposición internacional de robots en Tokyo, Japón. Desde entonces, han sido producidas varias versiones de este humanoide[17].
Geminoid – Androide controlado remotamente, diseñado por Hiroshi Ishiguro.
Figura 6: Similitud entre el diseñador y su androide.
Robots con comportamiento animal
Robur – Proyecto de una ave robótica realizado por AnimatLab en Paris Francia.
Figura 7: Diseño de Robur.
Psikharpax – Otro proyecto de AnimatLab que consiste en un ratón robótico.
Figura 8: Diseño del robot de Psikharpax.
Aibos – AIBO (Artificial Intelligence Robot) significa "amor" o "adjunto" en japonés, también puede significar "socio" o "amigo". Éste es uno de varios tipos de animales robótico diseñado y fabricado por SONY; ha habido varios modelos desde su introducción en 1999. Capaz de caminar, "ver" su entorno a través de la cámara, y reconocer comandos hablados. Son considerados “AI robots” autónomos, ya que son capaces de aprender y madurar sobre la base de estímulos externos de su propietario o medio ambiente; inclusive de otros AIBOs. El artista japonés Hajime Sorayama fue el primero en diseñar un AIBO[24].
Figura 9: Evolución de los AIBOs.
Implicaciones para el desarrollo de interfaces
Los agentes sintéticos y la vida artificial se han vuelto muy importantes, tanto para el entendimiento de los sistemas naturales complejos, como para la interacción humano-computadora. Algunas implicaciones para el desarrollo de interfaces son, debido a su importancia y su excelente desarrollo, que los agentes sintéticos se han empezado a utilizar para enseñar a los humanos a usar herramientas, para asistir a las personas en sus trabajos y para entender más a fondo algunas áreas de la física y biología. Dichos agentes, van desde robots, hasta vida computacional[18] [19].
El mejor ejemplo de tecnología moderna el cual aplica agentes sintéticos en el uso de interfaces, son los “life-like characters” personajes generados por computadora que interactúan con los usuarios de forma natural.
Dado que estos caracteres simulan el comportamiento humano, hacen que la interacción humano-computadora se vuelva una especie de interacción humano-humano lo que resulta muy efectivo y eficiente[20] [21].
Figura 10: Obtención de las expresiones de la cara de un life-like character.
Perspectivas
La meta final del estudio de la vida artificial sería crear -vida- en otro medio, idealmente un medio virtual, donde la esencia de la vida haya sido abstraída desde los detalles de la implementación de cualquier hardware en particular. Nos gustaría construir modelos que sean tan similares a los seres naturales, y que dejaran de ser modelos de vida para convirtiese en ejemplos de vidas propias[22].
Referencias
[1]. Bedau, M. A. and Packard, N. H. Measurement of Evolutionary Activity, Teleology, and Life. In C. G. Langton, C. Taylor, J. D. (eds.) Artificial Life II, Addison-Wesley. 1991.
[2]. Schrödinger, E. What is Life? Cambridge University Press. 1944.
[3]. Langton, C. G. Artificial Life. The Proceedings of an Interdisciplinary Workshop on the Synthesis and Simulation of Living Systems. Addison-Wesley. 1989.
[4]. Stevenson, Bill. Introduction to the Artificial Life Issue. Muhlenberg College, Allentown, PA. ACM New York, NY, USA. v.8 n.2, p. 2-2. Winter 2001. [doi>10.1145/567155.567156].
[5]. Kawaguchi, Yoichiro and Tangerine Dream. Artificial Life Trip. International Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques archive. ACM New York, NY, USA. p. 92. 1999. [doi>10.1145/312379.312672].
[6]. Pictures of Leonardo da Vinci's Lost Robot Knight. Feb. 2007. [disponible en http://www.leonardoshands.com/artman2/publish/leonardo-picture-and-video-galleries/Pictures_of_Leonardo_da_Vinci_s_Lost_Robot_Knight.shtml].
[7]. Kamerling, Garth. Cartesian Philosophy. Última actualización el 27 de octubre del 2001. [disponible en http://www.philosophypages.com/hy/4f.htm].
[8]. Mason & Dixon. Jacques de Vaucanson and his Duck. [disponible en http://www.swarthmore.edu/Humanities/pschmid1/essays/pynchon/vaucanson.html].
[9]. Galtier, Sabrina, Emmanuel Schneider and Rana Karam. Hautehorlogerie.org. Fondation de la Haute Horlogerie. Última actualización en Abril 2006. [disponible en http://www.hautehorlogerie.org/spip.php?page=article&id_article=1160].
[10]. Boyle, Kirsty. karakuri.info. Última actualización el 14 de enero del 2008. [disponible en http://www.karakuri.info/].
[11]. A.M. Turing, Computing Machinery and Intelligence, Mind. vol. 59, no.236. pp. 433 – 460.1950. [disponible en http://web.comlab.ox.ac.uk/oucl/research/areas/ieg/e-library/sources/t_article.pdf].
[12]. Turing, Alan. Intelligent Machinery. National Physical Laboratory. 1948.[disponible en http://www.alanturing.net/turing_archive/archive/l/l32/L32-001.html].
[13]. Holland, Owen E. Grey Walter: The Pioneer of Real Artificial Life, Proceedings of the 5th International Workshop on Artificial Life, Christoper Langton Editor, MIT Press, Cambridge.p34-44. 1997. Ver: “Machina Speculatrix”. [dispobible en http://www.plazaearth.com/usr/gasperi/walter.htm].
[14]. Fogel, D.B. Nils Barricelli - Artificial Life, Coevolution, Self-Adaptation. Computational Intelligence Magazine, IEEE. v.1, i.1. p.41-45. Feb 2006. [doi>10.1109/MCI.2006.1597062].
[15]. Anthony H. Dekker. The game of life: a CLEAN programming tutorial and case study. ACM SIGPLAN Notices, v.29 n.9, p.91-114, Sept. 1994 [doi>10.1145/185009.185032].
[16]. Alfonseca, Manuel. Artificial life evolution in a simplified APL2 environment. Universidad Autónoma de Madrid. ACM New York, NY, USA. v.30 , i.4. p. 6-12. Jun 2000. [doi>10.1145/570440.570476].
[17]. Doukoku, Animatronics and Robots. Actroid. Kokoro Company Ltd. Sanrio Group. [disponible en http://www.kokoro-dreams.co.jp/english/robot/act/index.html].
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[20]. Doris M. Dehn , Susanne van Mulken, The impact of animated interface agents: a review of empirical research. International Journal of Human-Computer Studies, v.52 n.1, p.1-22, Jan. 2000 [doi>10.1006/ijhc.1999.0325 ].
[21]. Prendinger, Helmu. Ishizuka, Mitsuru (Eds.). Life-Like Characters. Tools, Affective Functions, and Applications. XI, 477. 2004. p. 170.[ISBN: 978-3-540-00867-5].
[22]. Rennard, Jean-Philippe. Perspectives for Strong Artificial Life. Grenoble Ecole de Management. IGP, 2004. [disponible en http://arxiv.org/ftp/cs/papers/0502/0502060.pdf].
[23]. Tu, Xiaoyuan, and Demetri Terzopoulos. Artificial fishes: physics, locomotion, perception, behavior. Proceedings of the 21st annual conference on Computer graphics and interactive techniques, p.43-50, July 1994 [doi>10.1145/192161.192170].
[24]. AIBOs. About AIBOs. Artificial Intelligence Robot. [Disponible en http://www.sonyaibo.net/aboutaibo.htm].
