Biomimetikus neuronális hálózatok evolúciója

(RET Tudományos Nap 2007)

Szathmáry Eörs programvezető

A csapat• Szatmáry Zoltán (neurobiológia,

programozás)

• Ittzés Péter (biológia, programozás)

• Számadó Szabolcs (evolúcióbiológia)

• Orbán Gergő (neurobiológia)

• Zachár István, Fedor Anna, Varga Máté (doktoranduszok)

• Huszár Ferenc (BME hallgató)

A Delta Elektronik együttműködői• Balogh Sándor (projekt menedzser)

• Daróczi Lőrinc (fejlesztés vezetője)

• Keresztessy Attila (szoftverfejlesztő)

• Csiki Gábor (szoftverfejlesztő)

Tudományos háttér

• A nyelv eredete megoldatlan probléma

• Hogyan hatott a genetikai evolúció az agy fejlődésére, hogy a szimbolikus és szintaktikus kommunikáció létrejöhessen?

• Mi „csak” szimulálni tudunk

• Ámde tudunk valamit a biológiáról (biomimézis)

Célkitűzés

• Olyan szoftver-keretrendszer (ENGA) létrehozása és fejlesztése, amely lehetővé teszi, hogy evolúciós módszerekkel hozzunk létre különféle feladatokra szelektált, neuronális hálózattal rendelkező ágenseket

Evolúciós Neurogenetikai Algoritmus (ENGA)

Elvégzett feladatok

• Felhasználókat segítő kliens-rendszer• Robotikus interfész • Genetikai állomány kézzel való

szerkeszthetősége• Szelekciós sémák hatékonyságának vizsgálata• Demonstráció: ágensek evolváltatása

játékelméleti szituációkban

Kliensprogram

• Cél a felhasználóbarát működés, szimulációk tervezése programozás nélkül

• Projektek és kísérletek nyilvántartása (Eclipse plugin)

• Elemzés• Tárolás a szerveroldalon (Postgres,

JBoss)• Installáló készlet

Kliensprogram

Robotszimulátor integráció

• A megtestülés (embodiment) szerepe a szimbólumok lehorgonyzásában

• Emergens szemantikájú, együttműködő robotok létrehozása (EU projektek)

• Fizikai világ szimulátor (idő tényező): ENKI robotszimulátor (Fédérale Politechnique de Lausanne, Laboratory of Intelligent Systems)

• Sikeres összekapcsolás

Genomok kézi szerkesztése

• Program, amely megadott XMLSchema segítségével lehetővé teszi, hogy ágenseinket egy parancssori felületről szerkesszük, esetleg létrehozzuk

• Lehetséges módosítások felajánlása és függőségek figyelése

Ágensek hatékony szelekciója

• Random, leastfit, kor-limitált halálozási sémák

• Leastfit adja a leghatékonyabb mérnöki megoldásokat

• Biológiai szempontból alááshatja az örökölhetőséget („vének tanácsa”)

Demonstráció: ágensek evolúciója játékelméleti szituációkban

-1/1

Population

Environment

Speaker Listener

Behaviour

Signal

Behaviour

C/E(-1) D(-1) D(1) D(0)

D(-1) 8,8 2,1 2,0

D(1) 1,2 1,1 1,0

D(0) 0,2 0,1 0,0

C/E(1) D(-1) D(1) D(0)

D(-1) 1,1 1,2 1,0

D(1) 2,1 8,8 2,0

D(0) 0,1 0,2 0,0

TA D(-1) D(1) D(0)

D(-1) 1,1 8,8 1,0

D(1) 8,8 1,1 1,0

D(0) 0,1 0,1 0,0

Pay-off mátrixok

Koordinációs játékKoordinációs játék

Munkamegosztásos játék

coordination game

0

500

1000

1500

2000

1 101 201 301 401

time

fitne

ssavg

min

max

Koordinációs játék

task allocation

0

500

1000

1500

2000

1 101 201 301 401

time

fitne

ssavg

min

max

Munkamegosztásos játék

cordination game

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1 101 201 301 401

time

deci

sion

s

S:[-1] E:[-1] DS:[-1];DL:[-1]

S:[-1] E:[-1] DS:[-1];DL:[1]

S:[0] E:[-1] DS:[-1];DL:[-1]

S:[0] E:[-1] DS:[-1];DL:[0]

S:[0] E:[-1] DS:[-1];DL:[1]

S:[0] E:[1] DS:[1];DL:[-1]

S:[0] E:[1] DS:[1];DL:[0]

S:[0] E:[1] DS:[1];DL:[1]

S:[1] E:[1] DS:[1];DL:[-1]

S:[1] E:[1] DS:[1];DL:[1]

Koordinációs játék

További lépések

• Kliens-program fejlesztése (paraméter állítás vizuális úton, monitoring)

• Különböző memóriatípusok (asszociatív, munka, verem) evolváltatása

• Térben explicit módon definiált kommunikáló populáció vizsgálata

Alkalmazás, felhasználás

• Eszköz a téma iránt érdeklődő kutatóknak

• Tervezett közös generáló platform mesterséges, kommunikáló ágensek közötti „tournament” megrendezéséhez

• Mérnöki kontroll architektúrák tenyésztése

Eddigi eredmények dokumentálása

• Előadások (pl. Szathmáry E., European Conference on Artificial Life 2007, keynote lecture)

• USA szabadalom benyújtása (2006.09.11, 60/843,427 számmal)

• Publikációk: pl. Szathmáry E. et al. in Lyon, Nehaniv, Cangelosi (eds) Emergence of Communication and Language, Springer, London, 2007