Met AI als architect: Zelfassemblerende systemen in omgekeerde volgorde

In klassieke cellulaire automatisering – denk aan John Conway’s beroemde Game of Life – begin je met regels, zet je die in werking, en zie je wat er uit komt: structuren, patronen, soms verrassend complex en fascinerend mooi. Recent onderzoek – met AI in de hoofdrol – doet het omgekeerde: eerst het patroon dat je wil, dan laat je de machine de regels ontdekken die dat patroon vanzelf laten ontstaan.

De kunstmatige vlinder die zichzelf herstelt

Alexander Mordvintsev (Google Research, Zürich) speelt met virtuele pixelklompjes die zich ontvouwen tot iets herkenbaars: een vlinder, een hagedis, soms beschadigd, maar vaak herstellend. Hij ontwikkelde een systeem met neural cellular automata (NCA) waarin een neuraal netwerk, op basis van de staat van een cel en zijn buren, bepaalt hoe die cel zich ontwikkelt. De regels zijn niet vooraf vastgelegd: de AI leert ze via training, met als doel een vooraf gedefinieerd patroon te bereiken.

Self-Assembly Gets Automated in Reverse of ‘Game of Life’ | Quanta Magazine In cellular automata, simple rules create elaborate structures. Now researchers can start with the structures and reverse-engineer the rules.

Waarom dit anders is dan vóórheen

• In het oorspronkelijke Game of Life zijn cellen dood of levend, regels geven aan wanneer ze sterven, voortplanten of blijven. Hier is de toestand van een cel continu (niet alleen “aan of uit”), en de overgangen tussen toestanden zijn vloeiend.
• Cellen krijgen “verborgen variabelen” mee: gegevens die niet direct zichtbaar zijn, maar meewerken aan de groei en ontwikkeling.
• Updates gebeuren niet simultaan in alle cellen (zoals in Life), maar op willekeurige momenten, wat een organisch effect geeft.

Zelfregeneratie: Het wonder van herstel

Een van de meest intrigerende eigenschappen van deze systemen is regeneratie. Verwijder een stukje van de virtuele hagedis of beschadig de vlinder — de AI-gedreven cellulaire automaat kan vaak het ontbrekende deel herstellen. Soms gebeurt dat vanzelf, soms wordt het specifiek getraind om schade te weerstaan en te herstellen. Redundantie speelt daarbij een rol: meerdere “kopieën” of back-ups van structuren zodat als één deel verstoord wordt, een ander deel kan bijspringen.

Wat betekent dit voor biologie, technologie en AI?

AI laat niet alleen patronen genereren, maar kan bijdragen aan begrip van biologische groei- en vormingsprocessen (morphogenese). Het suggereert dat we, wanneer we de juiste regels of mechanismes begrijpen, mogelijk manieren vinden om herstel of vorming in levende wezens te sturen — bijvoorbeeld medische toepassingen, regeneratieve geneeskunde.Daarnaast opent dit nieuwe wegen in computationele en robotica-technologieën: gedistribueerde computers zonder centrale besturing, robotzwermen die als één organisme functioneren, en efficiëntere systemen die robuust zijn tegen verstoringen.

AI als spil in omgekeerde zelforganisatie

In dit omgekeerde proces is AI niet slechts hulpmiddel, maar de kern: de ontdekkingsmachine die de regels afleidt, die structuur genereert, die schade corrigeert — zonder handmatig ontwerpen van alle details. In zekere zin automatiseert het AI-systeem de belichaming van natuurkundige of biologische wetten: in plaats van voor te schrijven, laat het leren. AI faciliteert dus het genereren én begrijpen van complexiteit.

Kritische noten en uitdagingen

Natuurlijk zijn er grenzen. Deze virtuele wezens missen de meeste van wat we in echte dieren beschouwen als “leven” — geen hart, geen spieren, geen zenuwstelsel, geen stofwisseling. Bovendien is een systeem dat naar een specifiek doel toe getraind wordt niet hetzelfde als natuurlijke evolutie, die zonder vooropgezet ideaal werkt. Er zit dus een kloof tussen wat AI met NCAs (neural cellular automata) doen, en hoe echte organismen ontstaan en evolueren. 

Een sneak peek naar wat mogelijk is

Het werk van Mordvintsev en collega’s laat zien dat AI de sleutel kan zijn tot het ontwerp van systemen die zichzelf vormen, herstellen, en functioneren zonder centrale controle. Of het nu gaat om virtuele vormen, robotachtige systemen, of uiteindelijk levende wezens: het potentieel is groot — en deels al zichtbaar. AI opent de deur naar het zelforganiserend universum, waar vorm en functie samen groeien vanuit de regels die de AI bedenkt.