Evolutionary Development based on Genetic Regulatory Models for Behavior-Finding

Resumen

TÍTULO DE LA TESIS: Evolutionary Development based on Genetic Regulatory Models for Behavior-Finding RESUMEN: ¿Cómo ha emergido evolutivamente la asombrosa diversidad de formas y comportamientos que habitan nuestro planeta? Esta pregunta fundamental no ha sido respondida satisfactoriamente todavía. Las últimas hipótesis biológicas apuntan al desarrollo, el proceso de crecimiento que transforma una sola célula en un organismo completo, y su regulación genética como componentes claves en la evolución de la diversidad. Igualmente, en el campo de la computación evolutiva se está empezando a reconocer la importancia del método de codificación de los individuos, el cual es una abstracción del proceso de desarrollo biológico. Por tanto, hay una convergencia substancial en la interfaz entre biología e informática, de donde pueden beneficiarse las dos disciplinas. Esta tesis está enmarcada en dicha interfaz. Esta tesis investiga el rol, implicaciones y aplicaciones de un proceso de desarrollo regulado genéticamente en un contexto evolutivo. El novedoso formalismo de las gramáticas de grafos reguladas por cadenas, el cual abstrae el desarrollo biológico, es presentado y estudiado desde el punto de vista de los lenguajes formales. Fundado en este formalismo, se presentan y estudian modelos de desarrollo evolutivo. Los resultados demuestran las ventajas de los modelos, comparados con los métodos tradicionales de codificación directa, para los problemas de búsqueda de formas y búsqueda de comportamientos. Dichas ventajas incluyen alta diversidad, regularidad, organicidad y modularidad; propiedades altamente valiosas en un contexto de ingeniería. Adicionalmente, estos modelos computacionales han sido empleados para investigar los orígenes evolutivos de la novedad y la diversidad, responsables de la extraordinaria biodiversidad de nuestro planeta. Los resultados teóricos obtenidos respaldan las últimas hipótesis biológicas, sugiriendo que la sola variación de la regulación de la expresión génica es efectivamente una condición suficiente para la emergencia evolutiva de la innovación y la diversidad. Finalmente, ya que la evolución natural es un gran ejemplo de un enorme proceso creativo, los modelos de desarrollo evolutivo presentados son también especialmente adecuados para aplicaciones de creatividad computacional. En particular, los modelos han sido aplicados en una metodología novedosa para la animación automática de personajes de gráficos por ordenador. En resumen, los resultados presentados en esta tesis son verdaderamente interdisciplinares, representado contribuciones en los campos de lenguajes formales, computación evolutiva, biología evolutiva, optimización de diseños de ingeniería y animación por ordenador.