Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2004 № 08
Поступив в университет Аризоны, Лэнгстон продолжал свои занятия и вскоре нащупал тему, которая стала делом всей его жизни. Тут стоит сказать доброе слово об известном кибернетике Джоне фон Неймане. Когда молодой компьютерщик пришел к нему, великий ученый не только нашел время выслушать молодого энтузиаста, но и благословил на продолжение исследований по воссозданию в недрах компьютера жизни. Со временем примитивные картинки на экране дисплея, с которыми начинал работать Лэнгстон, превратились в неких псевдосуществ, которые помогают понять, не только как работают законы эволюции, но и как зародилась жизнь на нашей планете.
Подобно богам, ученые порождают новые, на сей раз виртуальные миры — населяют их искусственными организмами и наблюдают за тем, с какой изобретательностью их творения борются за выживание, пресекая любые происки конкурентов.
Именно таким образом Эндрю Парджеллис, исследователь из лаборатории Белла, сделал новый шаг в моделировании эволюционных процессов. Он доказал, что искусственная жизнь может, в принципе, зародиться сама собой — без участия творца.
Все опять-таки началось с «безумной идеи»: Эндрю вбил себе в голову, что программа, которая путем копирования транслирует себя с одного участка памяти компьютера на другой, отвечает важнейшему критерию, по какому мы отличаем живую материю от неживой — она размножается. И Парджеллису захотелось узнать, не может ли подобная, то есть наделенная репродуктивной способностью, программа возникнуть совершенно спонтанно?
Тогда он решил смоделировать процесс зарождения жизни на Земле. Ведь, как полагают, жизнь на нашей планете возникла около 4 млрд. лет назад из так называемого «первородного бульона» — смеси аминокислот.
Свой цифровой «бульон» Парджеллис создал собственноручно. Но когда смесь из двух десятков команд, которые как бы соответствовали 20 аминокислотам, содержащимся в «первородном бульоне», были заложены в компьютер, процесс пошел как бы сам собой. Теперь над составлением программы трудился Его Величество Случай. По всему объему памяти ЭВМ беспрестанно пробегали цепочки команд. Время от времени операционная система «освежала память»: выбраковывала старые программы и заменяла их новыми. Кроме того, операционная система моделировала мутации, то есть случайные изменения кода программы.
Хитрости эволюции и впрямь принесли свои плоды. Из безжизненного программного кода зародилась цепочка команд, которая размножалась словно живой организм и очень быстро заполняла своими отпрысками все свободные участки памяти. Следующий шаг в познании законов компьютерной жизни сделал не столь давно Томас Рэй, работающий над подобной проблемой в Гарвардском университете. Подобно своим коллегам, он заинтересовался «искусственной жизнью» еще во время учебы в университете.
Теперь он создал некую экосистему Tiierra (Тьерра), что в переводе с испанского означает «земля», «территория».
«Тьерра находится в «виртуальном компьютере», который как бы вложен в реально существующий, — поясняет Рэй суть работы своей программы. — Только таким образом можно безопасно «проигрывать» сценарии эволюции. А то ведь, не ровен час, электронные создания, подобно компьютерным вирусам, могут разбежаться по информационной сети и отловить их будет делом весьма нелегким»…
Блок памяти своего «виртуального компьютера» Рэй назвал Soup — в честь «первородного бульона», из которого, как уже сказано, возможно, и зародилась жизнь на Земле. В этот «бульон» Рэй время от времени запускает цифровые программы — «организмы Тьерры».
Кстати, чтобы компактно смоделировать самопродуцирующиеся программы, Рэю пришлось разработать специальный машинный код, который во многом напоминает генетический код человека. Так по существу родился элементарный «алфавит жизни»!
Кроме того, в программу заложена возможность изменений, то есть мутаций. А именно они, как полагают биологи, являются движущей силой эволюционного развития исходного организма. Причем мутации на Тьерре двух сортов: одни имитируют воздействие космического излучения, другие — ошибки при самовоспроизведении организмов.
Эквивалентом энергии на Тьерре служит компьютерное время. Оно выделяется каждой программе дозатором «по справедливости» — в зависимости от числа инструкций, которые ей надо выполнить для репликации. Если организм не укладывается в отпущенное время, его шансы на дальнейшее существование уменьшаются. Он может даже погибнуть.
Впрочем, некоторым тьеррианцам может и повезти — они набредают на источник «живой воды» в виде двух усложненных инструкций. Однако если организму удается выполнить их, он «омолаживается», продлевая себе жизнь. Но бессмертия на Тьерре все же нет. Присматривая за своим творением с помощью дисплея, Рэй с удивлением видел, как на Тьерре появляются все новые организмы, которых не было при запуске всей системы. Одни из организмов принялись наращивать свои размеры. Но их, как и динозавров на Земле, ждал печальный конец — достигнув предельных размеров, они вымерли, будучи не в силах бороться с компактными, быстро размножающимися конкурентами. Зато другие принялись откровенно паразитировать, подменяя своими кодами коды «хозяина». Нашлись и такие, которые воруют энергию у соседей и за счет этого размножаются быстрее…
Подводя итоги выполненной работы, Рэй считает, что сделанное на Тьерре можно сравнить с экспериментом, некогда воспроизведенным природой. «Я утверждаю, что Тьерра — не имитация жизни, как обычно делается в аналогичных системах, — это синтез жизни», — говорит он.
В дальнейшем Рэй, наверное, попытается ввести на территорию Тьерры многоклеточные организмы, потом хищников… Со временем, возможно, встанет вопрос о создании столь сложных разумных организмов, какими являемся мы сами.
И все-таки виртуального Адама в ближайшем будущем не предвидится. Пока исследователи ограничиваются созданием невиданных в действительности компьютерных монстров. Однако польза от научных исследований уже есть. На основе подпрограммы «Стая», к примеру, калифорнийский компьютерщик Крейг Рейнольдс разработал бихейвиоральную анимацию. За этим причудливым термином скрывается возможность создания компьютерных мультиков, каждый персонаж которых обладает такой степенью свободы, что даже может сам определять свои будущие действия. С помощью этой программы уже делались фильмы «Бэтмен возвращается», «Скалолаз» и другие. Но это только пока.
А.ВИКТОРОВ
СЕКРЕТЫ НАШИХ УДОБСТВ
«Вечная» батарейка
Исследователи-ядерщики вот уже пол века обещают, что вот-вот непременно появится источник почти даровой энергии. На его доведение нужно потратить еще десяток, другой миллиардов долларов, и все будет в порядке.
Тем временем, тихо и незаметно произошла энергетическая революция. Американские исследователи создали микроскопическую батарейку, которая способна десятилетиями снабжать энергией такие устройства, как датчики дистанционного управления, наручные часы или, скажем, имплантируемые в тело человека кардиостимуляторы.
«Источник питания нового типа способен преобразовывать энергию радиоактивного вещества непосредственно в движение, — утверждает Амиль Лал, ассистент профессора в области электрических и компьютерных технологий при университете Корнелла в городе Итака (штат Нью-Йорк). — Он может также генерировать электричество или выдавать энергию в какой-то другой форме»…
Впервые о новых источниках заговорили в августе 2002 года, когда сотрудник Лала, Хью Ли, представил и описал в Детройте опытный образец на встрече исследователей DARPA — агентства по разработке передовых оборонных технологий. Он охарактеризовал этот образец как микроэлектронную электромеханическую систему, сокращенно — МЭМС.
Показанный в Детройте опытный образец выполнен из медной полоски длиной 2 см, шириной 1 мм и толщиной 60 мкм. (К слову, 1 мкм — это миллионная доля метра.)
Сделанная из полоски консоль располагается над тонкой пленкой изотопа никеля-63. По мере распада он излучает бета-частицы. Радиоактивное вещество, как известно, может излучать альфа-частицы, бета-частицы, то есть электроны, и, наконец, гамма-лучи. Однако в первом и последнем случае излучение небезопасно для людей. И для своего прибора Лал использовал изотопы, излучающие лишь бета-частицы, энергия которых настолько мала, что их задерживает даже лист бумаги, не говоря даже о коже человека. Излучаемые электроны собираются на медной консоли, обеспечивая ей отрицательный заряд, а изотопная пленка, теряя электроны, приобретает положительный заряд. Притяжение между плюсом и минусом клонит консоль книзу — до определенного положения. Затем силы упругости пластинки преодолевают электрическое притяжение, и медная пластинка возвращается в исходное положение. После этого все начинается снова.
