Evolution of springy organisms

Abstract

Pružinový organismus reprezentuje velmi zjednodušený model pohybující se struktury, který se skládá z několik harmonicky kmitajících pružin. V současné době existuje několik projektů, které se zabývají návrhem a simulací těchto umělých modelů. K dispozici jsou rovněž nástroje, které jsou schopné automaticky najít vhodný řídící systém pro daný pružinový organismus, ale pouze pro jeho dvourozměrnou verzi. Předložená práce poskytuje sadu nástrojů pro návrh, simulaci a optimalizaci třírozměrných pružinových organismů. Obsahuje interaktivní editor pro vytváření těchto modelů, simulátor pro znázornění jejich chování a optimalizační nástroj, jež je založen na principu genetických algoritmů, hledající vhodné nastavení pružin. Všechny uvedené nástroje jsou zabudované do programu s názvem ERO, který poskytuje univerzální platformu pro evoluční experimenty a distribuované výpočty. Optimalizační mechanismus je předveden na experimentech, jejichž průběžná analýza vedla k výraznému zlepšení jeho původního nastavení.

A springy organism is an extremely simpli ed model of a moving structure consisting of springs contracting in a simple harmonic motion (SHM). Several projects are devoted to design and simulation of these artifficial models. Automatic tools which search for an appropriate control system of a given springy organism are also available, but for two-dimensional versions only. The main contribution of the present work is to provide a set of tools for designing, simulating and optimizing three-dimensional springy organisms. They include an interactive editor, a run-time graphical simulator and an automatic tool based on genetic algorithms, which optimizes parameters of SHMs. The tools are integrated into a framework for evolutionary experiments and distributed computations called ERO. Optimization mechanism is tested using a set of experiments. Analysis of the experiments led to improvement of the original con guration of the mechanism.