Tieteiskirjallisuuden pellepelottomat ja kauhutarinoiden hullut tiedemiehet ovat suunnitelleet kaikenlaisia robotteja, mutta aina ne ovat jollain tavalla jäljitelleet ihmistä. Nämä koneet on siis alusta alkaen suunniteltu siten, että mielessä on ollut tietynlainen lopputulos.

TEKSTI:Risto Varteva

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Tieteiskirjallisuuden pellepelottomat ja kauhutarinoiden hullut  tiedemiehet
ovat suunnitelleet kaikenlaisia robotteja, mutta aina  ne ovat jollain tavalla
jäljitelleet ihmistä. Nämä koneet on siis  alusta alkaen suunniteltu siten,
että mielessä on ollut tietynlainen lopputulos.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä

8/2000


Oliko luonnolla tähtäimessä dinosauruksia, lehtokurppia tai ihmisiä jo silloin, kun yksisoluiset eliöt alkoivat 750 miljoonaa vuotta sitten toimia yhdessä ja muodostaa ensin yksinkertaisia ja sitten yhä monipuolisempia monisoluisia eliöitä?

Ei varmasti ollut: evoluutio vain eteni yritysten ja erehdysten tietä, jolla luonnonvalinta suosi milloin yhtä, milloin toista reittiä jokaisessa tienhaarassa. Useimmat reitit osoittautuivat umpikujiksi, mutta kokeiltavaa materiaalia - erilaisia muotojen vaihtoehtoja - riitti yltäkylläisesti.

Yhdysvaltalaisen Brandeisin yliopiston tutkijat Hod Lipson ja Jordan Pollack päättivät kokeilla samaa rakennuspalikoilla. Heillä oli kuitenkin tavoite: he halusivat kapineen, joka pystyy kulkemaan eteenpäin. Toinen ehto oli, että kapine etenee suoraan eikä hortoile sinne tänne.

Ehto on järkevä, sillä luonnossa usein menestyy paremmin eliö, joka pääsee liikkumaan määrätietoisesti kohti tavoitetta.

Tietokone hoiti sukupolvet

Jos Lipson ja Pollack olisivat orjallisesti noudattaneet luonnon käytäntöä, he olisivat joutuneet kyhäämään satojatuhansia, ehkä miljooniakin palikkayksilöitä, joista sitten liikkumiskyvyn perusteella olisi valittu muutamia jatkamaan sukua eli olemaan mallina seuraavalle sukupolvelle.

Koska Pollack on erikoistunut tietojenkäsittelyyn, osa luonnon muuntelusta ja luonnonvalinnasta annettiin tietokoneelle. Vasta kun tämä virtuaalievoluutio oli tehnyt tehtävänsä, rakennettiin mallikappaleet niistä kapineista, jotka selvisivät liikkumisesta parhaiten.

Tässä mentiin niin pitkälle, että erityinen kone kokosi nuo kapineet. Lipson ja Pollack perustelivat tätä sillä, että todellisessa tekoelämässä kehityksen on edettävä koneiden itsensä varassa täysin ihmisestä riippumatta. Siksi koneiden on myös valmistettava omin päin uusia koneita. Nyt vain paristo ja sähkömoottori nipsautettiin kiinni ihmiskäsin.

Koneotukset rakentuivat toisiinsa liittyvistä tangoista, joita sähkövirta pystyy jonkin verran venyttämään ja kutistamaan. Mukana oli myös litteitä ja pyramidin muotoisia paloja. Joissakin oli akseli, jonka ympäri sähkömoottori saattoi kiertää palaa.

Osat olivat sen verran yksinkertaisia, että niiden toiminnasta ja keskinäisistä kytköksistä voitiin laatia tietokoneohjelma. Tällä tavalla toimintakykyä päästiin arvioimaan tietokoneen kuvaruudulta. Koska ihminen päätti, mitkä yksilöt pääsivät jatkoon, menetelmä ei ollut yhtä armoton kuin oikea luonnonvalinta.

Rakenteet lähtivät omille teilleen

Muutokset sukupolvesta toiseen olivat käytännössä sitä, että palasten järjestys muuttui tai niitä tuli lisää. Samalla myös otuksen hermosto muuttui, koska kiertyvien palojen ja pituuttaan muuttavien palojen keskinäinen järjestys muuttui. Kapineiden evoluutio siis eteni siten, että rakenne ja hermosto muuttuivat käsi kädessä. Niinhän on tapahtunut luonnossakin: kunkin eläimen hermorakenne vastaa eliön rakenteen asettamia tarpeita.

Lipsonin ja Pollackin kokeissa kapineet kehittyivät 300-600 sukupolven ajan. Se on luonnon evoluutiossa lyhyt aika; ihmisellä se vastaisi vain kahdeksaa tai viittätoista tuhatta vuotta.

Nature-tiedelehdessä viime elokuussa julkaisemassaan raportissa Lipson ja Pollack kertovat, että ensimmäisten sukupolvien aikana kapineet eivät liikahtaneet milliäkään vaan ainoastaan nytkähtelivät paikallaan. Valinta tehtiin silloin tietokoneen kuvaruudulta sen perusteella, millaiset nytkähtelyt saattaisivat myöhemmissä sukupolvissa johtaa koko kapineen liikahtamiseen.

Kun kehitys vihdoin johti liikkeeseen, tutkijat huomasivat, että aivan kuin luonnossakin tehtävästä hyvin suoriutuvat rakenteet lähtivät ennen pitkää omille teilleen: palikkaluonto ohjautui kolmeen erilaiseen liikkumistapaan.

Tuloksena kolme perusmallia

Näistä kolmesta valmistettiin todelliset otukset, jotka liikkuvat pitkin pöydän pintaa.

Yhdessä pohja on tukeva kolmio, jonka keskeltä tanko tökkii kapinetta eteenpäin.

Toisessa kapineen etu- ja takapää siirtyvät tahdistetusti vastakkaisiin suuntiin, jolloin kapine etenee perhosentoukan tapaan.

Kolmannessa on jälleen vauhtia tökkivä tanko, mutta nyt kapine on tasapainottanut itsensä pöydän pintaa laahaavilla tukitangoilla.

Tutkijat yllätti se, että hyvin menestyivät ne yksilöt, joiden muodossa alkoi näkyä symmetriaa eli kapineen oikea puoli oli ainakin melkein vasemman peilikuva.

Jälkikäteen ajatellen sitä olisi voinut odottaakin. Palikoiden olemassaolokamppailun ehtoihin kuului, että parhaiten menestyvät ne, jotka kulkevat yhteen suuntaan pisimpään.

Symmetriasta on etua silloin, kun suunta on pidettävä vakaana.




Sisältö jatkuu mainoksen alla