Evolving Self-Organising Agents Without Fitness: Three Falsifiable Experiments from Constraint-Driven Selection to Developmental Encoding
Cet article présente la plateforme « Genesis » pour démontrer que si les contraintes physiques seules ne peuvent pas conduire à une complexité structurelle progressive dans une évolution sans fonction de fitness, la combinaison de la construction de niche médiée par les agents avec l'encodage développemental indirect (CPPN) et la spéciation permet avec succès une évolution ouverte.
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Imaginez un monde où la vie n'a pas besoin d'un professeur pour lui dire quoi faire. Dans la nature, les animaux n'ont pas un tableau de scores qui leur dit qu'ils sont « bons » pour être des lions ou des poissons ; ils doivent simplement survivre à la chaleur, au froid et à la faim. Pendant des décennies, les scientifiques essayant de construire une vie numérique sur ordinateur ont lutté contre cela. Ils donnent généralement à leurs créatures informatiques un « score de fitness » — un système de récompense numérique qui dit : « Bon travail, tu as trouvé de la nourriture ! » ou « Mauvais travail, tu t'es crashé ! » Mais cela ressemble un peu à de la triche. La grande question dans ce domaine de la science est la suivante : pouvons-nous construire un système où des créatures numériques développent des comportements complexes et intéressants simplement en suivant les règles de la physique et de la chimie, sans que personne ne leur remette un tableau de scores ? Ce document plonge dans ce mystère, explorant comment les « contraintes » (comme le fait de manquer d'énergie) peuvent agir comme le seul professeur dont une créature a besoin, et si l'ajout d'un peu de « magie du développement » (comme la façon dont un bébé humain se développe à partir d'une cellule unique) les aide à devenir plus intelligentes.
Les chercheurs derrière cette étude ont construit un terrain de jeu numérique appelé Genesis pour tester ces idées. Ils voulaient voir s'ils pouvaient créer un système où des agents (de petites créatures numériques) évoluent d'eux-mêmes, poussés uniquement par les lois physiques de leur monde, avec un « score de fitness » nul pour leur dire quoi gagner. Ils ont mené trois expériences principales, traitant chaque échec non pas comme une erreur, mais comme une réponse très précise à une question.
Premièrement, ils ont essayé de faire évoluer des créatures en utilisant uniquement des règles physiques. Imaginez un jeu où vous ne pouvez pas mourir à cause d'un écran « game over », mais où vous pouvez mourir si votre batterie interne se vide trop vite. Les scientifiques ont supprimé tous les signaux de « bon travail » et ont laissé les créatures évoluer pendant 10 000 générations. Ils ont découvert que les créatures continuaient bel et bien à évoluer et à changer, ce qui était un immense succès. Cependant, elles ont heurté un « plafond de verre ». Les créatures sont devenues un peu plus complexes, puis elles se sont arrêtées. Elles ne pouvaient pas devenir beaucoup plus grandes ou plus intelligentes, peu importe le temps qu'elles jouaient. L'étude a montré que deux outils spécifiques — un ajusteur de difficulté dynamique et un « gardien de la nouveauté » qui sauvegarde les idées bizarres — étaient essentiels pour faire progresser le jeu, mais même avec eux, les créatures ne pouvaient pas briser ce plafond.
Ensuite, ils se sont demandé : « Et si les créatures pouvaient changer leur environnement ? » En biologie, les animaux construisent souvent des nids ou modifient le sol, ce qui les aide à évoluer. L'équipe a permis à leurs créatures numériques de sécréter des substances chimiques pour modifier le monde autour d'elles. Ils ont utilisé une astuce ingénieuse appelée « contrôle fictif » (sham control) pour tester cela. Dans une version, les créatures changeaient réellement le monde ; dans l'autre, elles pensaient changer le monde, mais l'ordinateur bloquait secrètement le changement. Le résultat fut surprenant : même lorsque les créatures changeaient avec succès leur environnement, cela ne les aidait pas à briser le plafond de verre. L'environnement changeait, mais les cerveaux des créatures ne devenaient pas plus complexes. Cela a permis d'exclure l'idée que le simple fait de « jouer avec l'environnement » soit suffisant pour créer une vie complexe sans un score de fitness.
Enfin, les chercheurs ont tenté une approche différente : l'Encodage Développemental. Au lieu de donner aux créatures une liste plate d'instructions (comme une recette simple), ils leur ont donné un « plan de croissance » (comme un plan pour construire une maison). Ils ont utilisé un réseau spécial appelé CPPN qui pouvait croître et changer sa propre structure, protégé par un système qui empêchait les différentes « espèces » de se manger entre elles. Cette fois, les résultats étaient différents. Les créatures ont commencé à développer des structures beaucoup plus complexes. Alors que les deux premières expériences avaient heurté un mur, cette nouvelle méthode montrait les premiers signes de rupture de ce plafond.
Pour s'assurer qu'il ne s'agissait pas simplement de bruit numérique aléatoire, ils ont mené une dernière série de tests. Ils ont découvert que les créatures possédant les « plans de croissance » complexes étaient en réalité meilleures pour résoudre des problèmes et utiliser l'énergie efficacement que les créatures simples. Ils ont prouvé que la complexité supplémentaire n'était pas seulement du « surplus » (du code inutile) ; c'était un outil nécessaire pour que les créatures survivent dans un monde changeant.
En résumé, ce document suggère que si les règles physiques strictes peuvent maintenir la vie numérique en vie, elles ne suffisent pas à la rendre véritablement complexe par elles-mêmes. Le simple fait de changer l'environnement ne règle pas non plus le problème. Cependant, donner aux créatures un moyen de « faire croître » leur propre cerveau, plutôt que de les coder de manière rigide, semble être la clé pour déverrouiller un nouveau niveau de complexité. L'étude conclut que pour construire une vie véritablement ouverte et auto-organisée, nous avons besoin d'un mélange de contraintes physiques, d'un moyen de protéger les nouvelles idées et d'un système de développement qui permet à la complexité de croître naturellement.
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