대량 멸종이 진화를 가속시킬 수 있다는 것을 컴퓨터 과학자들이 발견하다

[사이언스 데일리] 컴퓨터과학자들이 공룡을 멸종시킨 것과 같은 실생활의 재난을 모델로 삼은 가상의 대량 멸종 이후 로보트들이 더 빠르고 효과적으로 진화한다는 것을 알아냈다. 인공지능에 대한 시사점을 넘어서 이 연구는 대량 멸종이 적응에 있어서 새로운 창조성을 허용함으로써 실제로 진화를 가속시켰다는 아이디어를 뒷받침하고 있다.

(2015년 8월 12일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 텍사스 대학 오스틴

 

시뮬레이션의 초기에 계산을 통해 진화한 뇌에 의해 제어되는 이족보행 로봇이 가로 세로 각 16 미터씩인 표면에 서있다. 시뮬레이션은 로봇이 넘어지거나 15초 동안 서있을 때까지 진행된다. Credit: Joel Lehman

시뮬레이션의 초기에 계산을 통해 진화한 뇌에 의해 제어되는 이족보행 로봇이 가로 세로 각 16 미터씩인 표면에 서있다. 시뮬레이션은 로봇이 넘어지거나 15초 동안 서있을 때까지 진행된다. Credit: Joel Lehman

텍사스 대학 오스틴의 컴퓨터과학자 연구팀이 공룡을 멸종시킨 것과 같은 실생활의 재난을 모델로 삼은 가상의 대량 멸종 이후 로보트들이 더 빠르고 효과적으로 진화한다는 것을 알아냈다. 인공지능에 대한 시사점을 넘어서 이 연구는 대량 멸종이 적응에 있어서 새로운 창조성을 허용함으로써 실제로 진화를 가속시켰다는 아이디어를 뒷받침하고 있다.

컴퓨터과학자인 리스토 미쿨라이넨과 조엘 레만이 공저하고 오늘 (2015년 8월 12일) 학술지 플로스 원 (PLOS One) 에 발표된 논문에서 이들은 대량 멸종 시뮬레이션이 살아남은 계통에서 어떻게 새로운 특징과 기능의 진화를 촉진시켰는지를 기술하고 있다.

“집중적인 파괴 이후에 놀랄 만한 결과가 나타났습니다.” 텍사스 대학 오스틴의 컴퓨터과학 교수인 미쿨라이넨의 말이다. “개선해야 하는 도구를 만들어내기 위해 객관적으로 더 열등하게 보이는 것을 만들어야 하는 경우가 있습니다.”

생물학에서 대량 멸종은 굉장히 파괴적인 것으로 알려져 있으며 생명의 나무에서 상당히 많은 유전적 재료들을 지워버리게 된다. 하지만 일부 진화생물학자들은 멸종 사건이 가장 진화가능성이 높은, 즉 재빨리 유용한 새 특징과 기능을 만들어낼 수 있는 계통의 진화를 촉진하여 전체적인 진화를 가속시킬 수 있다는 가설을 내놓고 있다.

미쿨라이넨과 레만은 최소한 로봇의 경우에는 이런 가설이 사실이라는 것을 밝혔다. 수 년 동안 컴퓨터과학자들은 진화에서 영감을 받은 컴퓨터 알고리듬을 이용해 시뮬레이트된 로봇 뇌, 신경망이라고 불리는 것을 한 세대에서 다음 세대로 가면서 어떤 임무를 수행하는 데 향상되도록 훈련시켜왔다. UT 오스틴 연구팀의 최신 연구에서 혁신적인 것은 대량 파괴가 어떻게 계산적인 진화를 도울 수 있는가를 살펴보았다는 점이다.

컴퓨터 시뮬레이션에서 이들은 신경망을 시뮬레이트된 로보트 다리에 연결하여 자연스럽고 안정적으로 걸을 수 있는 로보트 만들려고 하였다. 실제 진화에서와 마찬가지로 계산적 진화 과정을 통해 무작위적인 변이가 도입되었다. 과학자들은 새로운 특징 및 기능이 생겨날 수 있도록 많은 (생태적) 지위를 만들어 놓았다.

수백 세대가 지난 후, 이 생태적 지위들을 채우는 넓은 범위의 로봇 행동이 생겨났다. 이들 중 많은 수는 걷기에 직접적으로 도움이 되지는 않았다. 그 후 연구자들은 대량멸종을 흉내내 무작위적으로 생태적 지위들 중 90 퍼센트에 해당하는 로보트들을 죽여 없앴다.

이렇게 여러 차례 진화와 멸종을 되풀이 하자 연구자들은 살아남은 계통이 가장 진화 가능성이 높은 것이었으며 (역주: 모순되는 진술입니다. 멸종이 진짜로 무작위적이었다면 살아남은 계통의 진화가능성이 높을 수는 없죠)  따라서 새로운 행동을 만들어 낼 능력을 가장 많이 가지고 있다는 것을 발견했다. 그뿐만 아니라 전반적으로 대량 멸종이 있을 때와 없을 때를 비교하면 대량 멸종이 있을 때 걷기라는 임무에 대한 더 나은 해결책을 내놓았다.

이번 연구를 실질적으로 응용할 수 있는 방향이라면 장애물을 더 잘 극복할 수 있는 로봇의 개발 (예를 들면 지진 때 생긴 무너진 더미에서 생존자를 찾는 로봇, 화성 탐사, 혹은 지뢰밭을 누비는 로봇 등) 이라든가, 사람과 유사한 게임 에이전트 를 만드는 것 등이 있을 수 있다.

“이번 연구는 진화가 어떻게 훌륭한 것들을 간접적으로, 갈팡질팡하는 것처럼 보이는 길을 통해 만들어내는지 보여주는 좋은 예입니다.” 미쿨라이넨의 연구실에서 박사후 연구원으로 있다가 지금은 코펜하겐 IT 대학에 근무하는 레만의 설명이다. 레만과 UT 오스틴에서 미쿨라이넨에게 지도를 받던 학생 중 한 명인 케네스 스탠리는 최근 갈팡질팡하는 진화 (evolutionary meandering) 에 대한 대중과학서, “목적의 신화: 위대한 것은 왜 미리 계획될 수 없는가 (The Myth of the Objective: Why Greatness Cannot Be Planned)” 를 출판했다. “파괴마저도 진화적 창조성의 재료로 이용될 수 있는 겁니다.”

참고문헌

Joel Lehman , Risto Miikkulainen. Extinction Events Can Accelerate Evolution. PLoS One, 2015 DOI: 10.1371/journal.pone.0132886

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카테고리:번역, 사이언스 데일리

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