Je leest:

Robots simuleren evolutie van altruïsme

Robots simuleren evolutie van altruïsme

Auteur: | 4 mei 2011

De evolutie van altruïstisch gedrag bestuderen is lastig. Je hebt er honderden generaties voor nodig. Zwitserse wetenschappers vonden de oplossing voor dit probleem. Zij gebruikten simpele robotjes om de evolutie van altruïsme te simuleren.

Je eigen belang opofferen voor het belang van de groep. Het lijkt volledig in strijd met Darwins ‘survival of the fittest’, maar zulk altruïstisch gedrag komt in de natuur toch regelmatig voor. Een goed voorbeeld is de werkermier. Zo’n mier is zelf altijd steriel en kan dus geen genen doorgeven aan de volgende generatie. In plaats daarvan helpt de werkermier de koningin van het nest bij het doorgeven van haar genen. Maar waarom?

In 1964 formuleerde de Britse bioloog William Donald Hamilton een regel (‘Hamiltons rule’) die de evolutie van altruïstisch gedrag kan verklaren. Als een dier voedsel deelt met soortgenoten reduceert het zijn eigen overlevingskansen. Het delen van voedsel brengt dus kosten (c, van ‘costs’) met zich mee. Tegelijkertijd vergroot het dier door voedsel te delen wel de overlevingskansen van zijn soortgenoten (b, van ‘benefit’). Volgens de regel van Hamilton zal het dier zijn voedsel alleen delen als de genetische verwantschap (r, van ‘relatedness’) tussen hem en zijn soortgenoten groot genoeg is. In formule: r x b > c.

De robotjes die Keller en Floreano gebruikten om de evolutie van altruïsme te simuleren.
EPFL/Alain Herzog

Voedsel transporteren

Het is lastig om de evolutie van altruïsme bij sociale dieren in de praktijk te onderzoeken. De meeste studies die tot nu toe zijn gedaan, beperken zich tot een aantal generaties. En dan lijkt de regel van Hamilton goed op te gaan.

Maar wat gebeurt er als je de evolutie van altruïstisch gedrag over honderden generaties onder de loep neemt? Is de regel van Hamilton dan nog steeds geldig?

Dat is de vraag die de Zwitserse bioloog Laurent Keller zichzelf ook stelde. En hij vond een manier om die vraag te beantwoorden. Samen met zijn collega Dario Floreano (hoogleraar robotica) ontwikkelde Keller simpele robotjes waarmee hij de evolutie van altruïsme over honderden generaties kon simuleren.

Keller plaatste acht van die robotjes en acht stukjes ‘voedsel’ in een arena met één witte wand en drie zwarte wanden. Opdracht voor de robots: transporteer een stukje voedsel naar de witte wand. Robots die daarin slaagden mochten kiezen of zij hun beloning (in de vorm van het doorgeven van hun ‘genoom’ aan de volgende generatie) zelf wilden houden of deze wilden delen met de andere zeven robots in de arena. De relatie tussen de robot die zijn opdracht volbracht en de andere robots in de arena wisselde steeds. Keller en Floreano konden kiezen uit klonen, broertjes, neefjes, of onverwante robots.

Robotjes bouwen

Hoe zitten de robotjes van Keller en Floreano in elkaar? Elke robot heeft drie infrarood sensoren die dienen voor het detecteren van ‘voedsel’. Daarnaast is er een vierde infrarood sensor die onderscheid kan maken tussen de voedselblokjes en andere robots. Met behulp van die vier sensoren kan de robot zijn beloning vinden. Twee sensoren bovenop de robot bepalen vervolgens waar de robot zijn beloning heen brengt. Die sensoren nemen de kleuren van de wanden van de arena waar.

Een interview met Dario Floreano. Floreano legt uit hoe robots kunnen evolueren, en wat hij en collega Laurent Keller in het experiment precies getest hebben.

Alle zes de sensoren staan in verbinding met ‘neuronen’; zes input neuronen, drie verborgen neuronen, en drie output neuronen. Twee van de drie output neuronen bepalen de snelheid van de wieltjes waarmee de robot rijdt. Het derde neuron bepaalt of de robot zijn beloning deelt met de andere robots of niet. In totaal zijn er 33 verbindingen tussen de sensoren en de neuronen. Die verbindingen representeren de 33 ‘genen’ van de robots.

Na een simulatie van vijfhonderd generaties maakten de Zwitsers de balans op. In de eerste generatie werden de 33 ‘genen’ van de robots willekeurig ingesteld en dus was het gedrag nog erg onvoorspelbaar. In de volgende generaties steeg de prestatie van de robots snel, en ook het altruïstische gedrag nam toe. Verwante robots deelden hun beloning als de opbrengst – b – voor de groep groter was dan de kosten – c – voor het individu. In formule: r > c / b. Niet verwante robots deelden hun beloning niet. En dat is precies wat de regel van Hamilton ook zegt.

Nederlandse wetenschappers reageren in de Volkskrant kritisch op de resultaten van de Zwitsers. De proefopzet is volgens hen geen echte test, maar zou sowieso bevestigende resultaten opleveren. De regel van Hamilton vraagt nu vooral om bewijs uit de natuurlijke systemen.

Bron

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 04 mei 2011

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.