디지털 생활 소개

1980년대에는 비생물학적 매체를 사용하여 새로운 생명체를 창조하는 연구가 국제적으로 붐을 이루었습니다. 이 새로운 생명체는 소위 '인공생명'이다. 인공생명의 개념과 기타 인공생명의 문제에 대한 논의는 점차 독립적인 연구분야를 형성해 왔다. 이 연구 분야의 부상으로 인공 지능, 생명 과학, 인지 과학, 컴퓨터 과학, 철학 및 윤리에 대한 많은 새로운 질문이 제기되었습니다. 이러한 질문은 다음과 같습니다. 인공 생명은 어떻게 정의됩니까? 인공생명과 인공지능은 어떤 관계인가? 인공생명 연구에는 어떤 연구분야가 포함되나요? 디지털 라이프란 무엇인가? 디지털 라이프의 본질은 무엇인가? 디지털 라이프 연구의 의의는 무엇인가요? 등. 다음은 인공생명의 주요 연구분야인 디지털 라이프의 성격과 전개과정을 분석하여 그 이론적, 실천적 의의를 밝히는 것이다.

디지털 라이프의 본질은 무엇인가? 디지털 라이프는 탄수화물로부터 유기적으로 형성된 자연생명이 아닌 인공생명이다. 자연스러운 삶의 특성이나 행동을 지닌 인공적인 시스템이다. 디지털 생명 연구는 비생물학적 컴퓨터 매체를 사용하여 새로운 생명 형태를 창조하는 것입니다. 자연 생명을 개별 단위로 분해하는 것입니까? 환원적인 접근 방식이 아닌 종합적인 접근 방식을 사용합니다. 디지털 생활의 선구자들은 지구상의 생명체를 단순히 특정 매체를 가진 특정 생명체로 봅니다. 그들은 다른 물질(예: 컴퓨터)을 운반체로 사용하여 새로운 생명체를 만들어 생명의 특성을 부여하고 진화, 유전, 번식과 같은 기능을 가질 수 있다고 믿습니다. 디지털 생명 연구는 생명을 '복제'하는 것이 아닙니다. 그것은 단지 컴퓨터 매체를 사용하여 생명을 구성하거나 종합하는 것입니다. 간단히 말해서, 소위 디지털 생명 연구는 컴퓨터를 매개체로, 컴퓨터 프로그램을 살아있는 개인으로 활용하는 인공 생명 연구를 말한다. 디지털 라이프라는 개념의 탄생은 사고와 관련이 있다고 한다. 1975년 여름, C.G. Langton은 미국 노스캐롤라이나주 Grand Father Mountain에서 활공 사고로 심각한 부상을 입어 거의 목숨을 잃을 뻔했습니다. 그러나 고대 중국 철학자가 말했듯이: 불행은 축복이 달려 있는 곳에 있습니다. 이 사고는 나중에 Langton이 인공생명이라고 불렀던 새로운 학문을 탄생시켰습니다. 회복 기간 동안 그는 생물학, 철학, 유전학, 숫자, 심지어 공상과학 소설까지 폭넓게 읽었습니다. 책을 읽으면서 Langton은 컴퓨터 온상에서 재현될 수 없는 생명체는 없다는 확신을 점점 더 갖게 되었습니다. 퇴원 후 그는 지구상의 자연적 삶에 상응하는 '디지털 라이프'를 창조하는 것을 평생의 목표로 삼았다. 그는 이를 '실리콘 라이프'라고 불렀다. 1987년 랭턴은 최초의 인공생명 세미나를 조직하고 인공생명의 개념을 제안했다. 이후 인공생명에 대한 주제와 연구분야가 정립되어 점차 발전해 나가고 있다([1], pp.41).

인공생명 연구에 있어서 중요한 연구 분야는 디지털 생명에 대한 연구이다. 디지털 라이프에 대한 연구는 이미 많은 중요한 성과를 거두었습니다. 예를 들어 von Neumann 등이 제안한 Cellular Automata 모델, Cambridge University의 J. Conwey가 편집한 "Life" 게임 프로그램 등이 있습니다. 그러나 가장 중요한 성과는 Thomas.S.Ray가 만든 디지털 라이프입니다.

토마스 레이는 델라웨어대학교 교수이자 박물학자이자 열대식물학자이다. 그는 무엇이 지구상에 생명을 창조했는지에 대한 답을 찾고 있었습니다. 지구상의 모든 생명체는 동일한 기원을 갖고 있기 때문에 표본크기는 1이고, 당시 비교를 위한 외계생명체의 표본은 발견되지 않았다. 적어도 그 당시에는 아직 현실이 불가능했습니다. 그래서 토마스 레이는 자연 속의 생명체와는 다른 디지털 생명체를 컴퓨터에서 창조한다는 아이디어를 제안했다.

1990년 1월 9일, 토마스 레이의 컴퓨터에서 세계 최초의 디지털 라이프가 탄생했다[2].

그가 설계한 컴퓨터 실험은 생명 진화의 개념을 컴퓨터 분야에 도입하고, 디지털 컴퓨터가 제공하는 자원(RAM 장치, CPU 시간, 운영 체제)을 활용하여 디지털 생활을 위한 생활 환경을 제공하는 것입니다. 그가 디자인한 디지털 라이프는 숫자를 매개체로 삼아 생명의 진화 과정에서 나타나는 복잡한 시스템의 다양한 현상과 법칙, 창발적 행동을 탐구합니다. 디지털 라이프는 한편으로는 RAM(Random Access Memory) 환경에서 컴퓨터 프로그램의 형태로 존재하지만, 다른 한편으로는 중앙처리장치(CPU) 시간을 이용해 자신의 행동을 저장장치에 정리한다. 이에 상응하는 경쟁 전략으로 디지털 존재들은 중앙처리장치(CPU) 실행 시간과 저장 공간을 놓고 경쟁한다. 토마스 레이는 이러한 디지털 생활은 그러한 환경에서 살아남기에 적합한 일종의 디지털 코드로 프로그래밍되어야 한다고 믿습니다. 이 프로그램은 자체 복사가 가능하며 중앙처리장치(CPU)에 의해 직접 실행될 수 있습니다. 뿐만 아니라 중앙처리장치(CPU)의 명령체계와 운영체제의 서비스 프로그램을 직접 작동시킬 수도 있어 자원을 점유해 진화 과정에서 장점을 반영한다.

토마스 레이가 디자인한 디지털 리빙 월드를 티에라(Tierra)라고 합니다. 스페인어로 Tierra는 "지구"를 의미합니다. ([3], pp115-123) 지구상의 실제 생활세계와 유사한 디지털 생활세계임을 알 수 있다. Tierra의 운영 과정에서 진화가 진행됨에 따라 디지털 라이프의 유형이 날로 증가하고 있습니다. "단일 셀"은 점차 "다중 셀"로 진화하여 자체 디지털 생태 환경을 형성합니다. 또한 자연의 종 폭발 현상과 유사한 사건도 발생합니다. 또한 Tierra는 기생충에 면역이 있는 특정 유기체를 생산할 수 있습니다. 진화의 시기를 지나면 디지털 사회도 등장할 것이다. 이 디지털 생활 세계와 실제 생활 세계의 유사점은 실제 생활 세계에서 생명체가 필요한 물질과 에너지를 얻기 위해 태양을 사용한다는 것입니다. 이러한 자연 생명체는 지구의 자연 환경에서 태어나 계속됩니다. 진화. Tierra에서는 디지털 존재(자기 복제 컴퓨터 프로그램 형태)가 컴퓨터의 중앙 처리 장치 시간을 사용하여 기계의 저장 공간을 구성합니다. 자연에서 생명은 점진적으로 진화하며 음식, 피난처, 짝을 두고 생존을 위해 경쟁합니다. 더 많은 자손을 남기는 유전자형은 시간이 지남에 따라 계속 증가하고, 개체군에서 적합도가 낮은 자손의 수는 멸종될 때까지 점차 감소합니다. Tierra에서 디지털 존재는 동일한 프로세스를 거칩니다. 이러한 디지털 존재(자체 복제 프로그램 형태)는 CPU 시간과 메모리를 두고 경쟁합니다. 그들은 서로를 이용하기 위해 끊임없이 전략을 바꾸며, 더 많은 시간과 저장 공간을 확보하는 프로그램은 더 많은 복사본(자손)을 남깁니다. 자연에서 생명의 생존과 진화는 자연 환경에 달려 있습니다. Tierra에서는 컴퓨터의 중앙 프로세서와 메모리가 진화 과정이 의존하는 물리적 환경(즉, 경기장)을 구성합니다. 자연에서 생명체는 탄수화물로부터 유기적으로 합성되는 반면 Tierra의 디지털 라이프는 기계 조립 언어로 작성된 자체 복제 프로그램으로 구성됩니다. 따라서 티에라에서의 생활은 사람들의 실제 세계에 존재하는 생명체의 디지털 버전이기도 합니다. 즉 지구상의 실제 생활과 유사한 다양한 행동과 자연진화의 모든 특징이 티에라에서 나타날 수 있다는 것이다.

그러나 티에라에서 디지털 라이프의 진화는 실제 삶의 자연스러운 진화와도 다르다. 즉, 이 디지털 생명의 구조는 유전 정보를 전달할 뿐만 아니라 생명의 대사 활동을 수행하는 역할도 담당합니다. 현실 세계에서 이 두 가지 기능은 서로 다른 두 가지 구조(즉, 각각 DNA/RNA와 단백질)에 의해 수행됩니다.

이러한 디지털 존재들이 자신이 상주하는 기계의 실제 하드웨어에 불필요하게 침입하는 것을 방지하기 위해 토마스 레이는 전체 티에라 시스템이 소위 '가상 컴퓨터'에서 실행되도록 컴퓨터 시스템을 설정했습니다. ". 이는 실제 컴퓨터 내에 Tierra를 저장하기 위해 소프트웨어 형태로 컴퓨터를 시뮬레이션하는 것을 의미합니다. 즉, Thomas Ray는 물리적 하드웨어 시스템의 작동을 시뮬레이션하기 위해 일련의 소프트웨어 지침을 만들었습니다.

실제 컴퓨터가 관련되어 있는 한 Tierra의 디지털 생활은 워드 프로세서나 그래픽 패키지에서 나오는 데이터와 다르지 않은 데이터입니다.

Tierra 운영체제는 유기체 간의 통신, CPU 시간 할당, 메모리 공간 할당 등 디지털 라이프의 운영 환경을 구성하는 요소를 결정합니다. 따라서 여기에서 주요 구성 요소에 대해 논의할 필요가 있습니다: ([3], pp.118-121)

1. 스토리지 할당 - 세포화

Tierra 가상 컴퓨터가 차지하는 청크 실제 컴퓨터 내의 메모리 용량을 "수프"라고 합니다. Tierra의 각 "거주자"는 이 수프에서 특정 메모리 블록을 차지합니다. 하나의 디지털 라이프의 활동이 다른 생명체의 활동을 쉽게 방해하는 것을 방지하려면 디지털 라이프에 실제 세포막의 이소형을 제공하여 세포화를 달성해야 합니다. Tierra는 생명 자체가 메모리 블록에 쓰기 권한을 갖도록 허용합니다. 즉, 다른 생명체는 다른 생명체의 구조를 찾아볼 수 있고 심지어 해당 생명체의 코드를 실행할 수도 있지만, 생명체 자체만이 자신의 구조를 수정할 수 있습니다.

2. 시간 공유 - 시간 구분

Tierra 커뮤니티의 각 구성원이 동시에 수프에서 활동을 수행할 수 있도록 하려면 Tierra 운영 체제가 다음에서 실행되어야 합니다. 평행한. 그러나 운영 체제는 CPU 시간을 Tierra의 각 개체에 차례로 분배하여 멀티태스킹 환경을 성공적으로 시뮬레이션합니다. 시간 조각 길이가 Tierra가 한 세대를 생성하는 데 걸리는 시간보다 작다면 이 시간 공유 모델은 실제 병렬 컴퓨팅을 잘 시뮬레이션할 수 있습니다.

3. 죽음의 메커니즘 - 리퍼

티에라에서는 수프에서 오래된 생명체를 제거할 수 있는 일종의 죽음의 메커니즘이 없다면 디지털 라이프 그룹은 자가 복제를 할 것입니다. 결국 제한된 공간을 채우십시오. 따라서 죽음의 메커니즘이 있어야 하며, 이 메커니즘을 구현하는 사람은 사신입니다. 이 수프가 특정 수준(예: 80)까지 채워지면 수확기는 생명체를 제거하기 시작합니다. 즉, 주어진 스토리지 할당을 회수하여 수확기뿐만 아니라 타이머 대기열에서도 이를 지웁니다.

4. 돌연변이 - 돌연변이

디지털 생명체가 진화하려면 게놈을 돌연변이시킬 수 있는 방법이 있어야 하며 이 돌연변이를 미래 세대에 전파할 수 있는 방법이 있어야 합니다. . 이는 다음 두 가지 상황에서 수행될 수 있습니다. 첫째, 생체 자체의 무작위 돌연변이에 의존합니다. 생활 프로그램을 표현하는 이진 문자열의 비트는 고정된 속도로 0에서 1로 또는 1에서 0으로 무작위로 뒤집힙니다. 비트 뒤집기의 결과는 모든 생명체가 불멸의 존재가 되는 것을 방지하는 것입니다. 생명체의 특정 코드가 역전되면서 생명체는 점차 변이를 일으키며 생명의 쇠퇴를 향해 나아간다. 둘째, 복사 과정에서 불완전한 명령어 실행으로 인해 무작위 돌연변이가 발생할 수도 있습니다. 이때 티에라 생명체의 행동은 완전히 결정적이지 않으므로 이러한 무작위 돌연변이는 예측할 수 없습니다.

이제 티에라 시스템은 공간 환경(메모리), 에너지(CPU 시간), 자원 할당 알고리즘(시간 분할기), 제한된 공간에서 제한된 수의 생명체의 죽음을 갖췄다. 역학(수확기) 및 진화 역학(돌연변이자). 동풍과 조상생물을 제외하면 모든 것이 준비되어 있습니다.

Tierra 조상을 만들기 위해 Thomas Ray는 어셈블리 언어 프로그램을 작성했습니다. 명령어 길이가 80인 자기 복제 프로그램입니다. 1990년 1월 어느 날, 이 조상을 수프에 넣었더니 다음 날 티에라가 정말 많은 생명체를 낳았습니다. Thomas Ray는 수천 세대의 컴퓨터 세대가 지나면 종들이 크기와 사양, 수명, 생태학적 관계(독립, 기생, 기생 등)가 다양하여 종종 다양성을 보인다는 사실을 알고 놀랐습니다. 그는 또한 포식자가 있는 경우 종은 더 빨리 진화할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 왜냐하면 상대적으로 최적의 "해결책" 또는 국지적 최대 위치를 얻기 위해 먹이를 대체하려면 포식자가 그것과 치열하게 경쟁해야 하며, 이는 더 빠르게 진화하도록 촉발하기 때문입니다. .

디지털 라이프가 합성되는 과정에서 티에라에서 일어나는 진화적 '점프'는 매우 흥미롭다.

디지털 라이프는 여러 세대에 걸쳐 느린 진화 또는 정지를 겪은 후 돌연변이를 겪게 될 것입니다. 이는 점진주의와 격변주의 사이의 논쟁을 연상시킵니다. 이 진화적 "도약"은 군인의 삶과도 같으며, 오랜 기간의 단조로운 삶이 때때로 스릴 넘치는 갑작스러운 사건과 함께 산재해 있습니다. 토마스 레이는 침묵(고요함)은 표면적인 현상일 뿐이며, 외부에 보이지 않는 유전적 변이가 점차 축적되어 '임계 질량'에 도달하면 필연적으로 표현형 돌연변이가 발생한다는 사실을 컴퓨터 실험을 통해 보여주었습니다.

토마스 레이의 궁극적인 목표는 새로운 삶을 창조하는 것이지만. 그러나 그는 오히려 디지털 생활에 대한 연구를 "합성 생물학"이라고 부르고 싶습니다. 그는 새로운 탄소 기반 유기체를 합성하거나 새로운 생화학을 고려하려는 의도가 없었습니다. 그의 견해에 따르면, 생화학적 대사는 생명이 존재하기 위한 필수 조건일 뿐 생명의 본질적인 속성은 아니다. 그가 '인공생명의 합성방법'이라는 글에서 설명한 생명과 인터넷을 통해 전송되는 '디지털 리저브'에 뿌리를 둔 생명체는 모두 이러한 생활기준을 충족한다([3], pp.111-145). 따라서 Thomas Ray는 이러한 컴퓨터 종을 생명이라고 부를 수 있으며 컴퓨터 바이러스도 (진화할 수 있다면) 살아 있다고 주장합니다. 그러나 자연계의 바이러스는 비바이러스 필터링 세포에 의존하여 번식하기 때문에 많은 생물학자들은 이들이 유기적 생명체를 살고 있다는 사실을 부인하며, 따라서 컴퓨터 바이러스도 살아 있다고 믿지 않습니다.

토마스 레이는 컴퓨터에서 디지털 라이프를 창조하기 위한 소프트웨어 기술의 사용은 두 가지 유형으로 나눌 수 있다고 믿습니다. 하나는 생명 과정의 시뮬레이션이고, 다른 하나는 생명 과정의 인스턴스화입니다. 이에 상응하는 창조물은 시뮬레이션 생명과 합성 생명이라고 할 수 있다([4], pp.29-60). 생명 과정의 컴퓨터 시뮬레이션은 먼저 연구 중인 생명체의 구조나 진화에 대한 컴퓨터 모델을 구축하고 이를 컴퓨터에서 실행할 수 있는 프로그램으로 변환한 다음, 얻은 결과를 관찰이나 실험에서 얻은 결과와 비교하여 달성해야 합니다. 프로토타입- —연구 중인 살아있는 유기체에 대한 이해. 생명 현상을 연구하기 위한 컴퓨터 시뮬레이션 방법의 초기 사용은 종종 연구 중인 생태계 또는 생물학적 공동체를 지배하는 미분 방정식을 확립함으로써 달성되는 반면, 새로운 상향식 시뮬레이션 방법은 데이터 구조 그룹을 생성합니다. 단일 엔터티에 해당합니다. 이러한 구조에는 개별 상태의 변수가 포함되어 있으며 규칙은 개인이 서로 및 환경과 상호 작용하는 방식을 결정합니다. 시뮬레이션이 구현되면 이러한 데이터 구조의 모집단은 로컬 규칙에 따라 상호 작용하며 결과적으로 시스템의 전체 동작은 이러한 상호 작용에서 나타납니다. 두 번째 경로는 생명 과정을 보여줍니다. 시뮬레이션에서는 시뮬레이션되는 엔터티의 상태를 나타내는 변수를 포함하는 데이터 구조가 생성되므로 컴퓨터의 데이터는 실제 항목의 표현으로 표시됩니다. 그림에서 컴퓨터의 데이터는 다른 어떤 것도 나타내지 않습니다. 즉 그림의 데이터 패턴은 자연 생명체의 모델이 아닌 고유한 특성을 지닌 생명체로 간주됩니다. 따라서 디지털 생명 인스턴스화의 기본 목표 중 하나는 생명의 자연적 형태와 과정을 컴퓨터와 같은 인공 매체에 도입하여 탄소 기반이 아닌 디지털 생명 형태를 창출하는 것입니다. 그러나 그러기 위해서는 디지털 미디어가 유기 세계를 부자연스럽게 시뮬레이션하도록 강요하지 않고 유기체의 진화를 연구하여 아이디어와 기술적 수단을 획득해야 합니다. 새로운 인스턴스화는 유기적이지 않으며 여러 가지 근본적인 측면에서 유기적 생명체와 다르다는 점을 기억해야 합니다. 예를 들어 유기적 생명체는 유클리드 공간에 존재하는 반면 디지털 생명체는 공간의 컴퓨터 메모리 논리에 존재합니다[5].

디지털 라이프와 디지털 라이프의 세계에 대한 토마스 레이의 견해는 큰 논란을 불러일으켰다. 어떤 사람들은 그의 연구를 이론 생물학의 유용한 연구로 받아들이지만, 디지털 생활에 대한 그의 강력한 철학적 해석은 받아들이지 않습니다. 인공지능을 논할 때 Searle의 말([6], 3:417-57)을 빌려, 약한 인공생명이 과학적으로 가치가 있다고 하더라도 강한 인공생명은 불가능하다고 말했다.

그러나 결국 토마스 레이의 디지털 라이프 모델은 이러한 가능성을 탐구하려는 과감한 시도라고 여겨진다.

새로운 생명체의 합성에 대한 회의론은 생명의 기원이 기적은 아니더라도 거의 불가능하다는 가정에 기초하고 있습니다. 생명이 나타나게 하려면 해결해야 할 복잡한 세부 사항이 많이 있는 것 같습니다. 생명이 출현할 가능성은 천문학적인 가능성이고, 생명은 지구에서만 일어나는 우주의 우연한 사건일 수도 있다. 그러나 일부 인공생명 학자들은 이러한 회의적인 견해가 지지될 수 없다고 지적했다([7], pp.146-172.). 그들의 견해에 따르면 질서 있는 국가의 출현, 심지어 재생산의 출현은 근본적으로 독특하고 예측 불가능한 것이 아니라 복잡한 시스템에서 필연적으로 나타나는 것입니다. 질서 있는 상태의 자발적인 기원을 연구하기 위해 S. Kauffman은 많은 상호 작용 단위로 구성된 정보 처리 시스템을 고려하고 이러한 추상적으로 정의된 시스템을 다양한 수준의 역동성 측면에서 설명했습니다. Kauffman의 수학적 모델은 정보 처리 시스템이 시작된 무질서한 상태와 관계없이 이러한 안정적인 패턴의 형성이 불가피하다는 것을 보여주었습니다. 세포의 유전자가 환경에서 생존할 수 있는 안정적인 패턴으로 자발적으로 조직되도록 하는 것은 유전자 간의 상호 작용입니다. 둘째, 사람들은 자신이 살고 있는 자연생태계를 현실로만 여겨서는 안 되며, 컴퓨터와 네트워크로 구성된 가상세계에서 다른 시각으로 보면 디지털 생활이 살아가는 디지털 생태계를 어떻게 고찰할 수 있을까? 그것이 진짜라는 것에 대해? 디지털 라이프와 디지털 라이프 세계의 출현은 전통적인 생명 과학, 생태학, 철학 및 윤리에 도전을 제기한 것 같습니다. 디지털 라이프 창조의 이론적, 실천적 의미는 첫째, 디지털 라이프는 자연 생활과 동일한 원칙을 따릅니다. 유전과 진화의 법칙은 생물학적 진화 현상과 복잡한 생명 시스템에 대한 심층적인 연구를 위한 새로운 실험 방법을 제공합니다. 둘째, 디지털 생명에 대한 연구는 생명의 많은 특성을 컴퓨터 화면에 표시합니다. 셋째, 디지털 생명 연구를 통해 자연 생명의 성장, 발달, 진화 법칙을 연구할 수 있는 컴퓨터 모델과 컴퓨터 네트워크 지원 환경을 제공할 수 있습니다. . 디지털 생명 연구 방법의 도움으로 인간의 번식, 유전, 진화의 메커니즘을 탐구하는 것은 인류 가족 계획 및 우생학의 연구 및 구현에 기여할 것이며 결과적으로 종 폭발, 생물종 폭발, 생물종 폭발과 같은 일련의 실질적인 문제를 해결하는 데 도움이 될 것입니다. 인구폭발, 환경오염.