[논문 리뷰] Co-evolution and morphogenetic systems

Juste Raimbault|arXiv (Cornell University)|2018. 03. 30.

Sustainability and Ecological Systems Analysis참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 형태생성 공학(ME)을 사회기술 시스템, 특히 영토 시스템으로 확장하기 위해 공진화적 프레임워크를 제안한다. 형태생성 시스템을 상호 연결된 공진화적 생태적 서식지로 재정의함으로써 형태생성과 공진화 간의 개념적 다리를 놓는다. ME가 기초적인, 분산된 상호작용을 통해 복잡한 시스템을 설계할 수 있음을 보여주며, 영토 계획 분야의 사례 연구를 제시한다.

ABSTRACT

The emerging field of morphogenetic engineering proposes to design complex heterogeneous system focused on the paradigm of emergence. Necessarily at the interface of disciplines, its concepts can be defined through multiple viewpoints. This contribution aims at linking a co-evolutionary perspective on such systems with morphogenesis, and therein at bringing a novel conceptual approach to the bottom-up design of complex systems which allows to fully consider co-evolutive processes. We first situate systems of interest at the interface between biological and social systems, and introduce a multidisciplinary perspective on co-evolution. Building on Holland's signals and boundaries theory of complex adaptive systems, we finally suggest that morphogenetic systems are equivalent to combinations of co-evolutionary niches. This introduces an entry to morphogenetic engineering focused on co-evolution between components of a system. Applications can be found in a broad range of subjects, which we illustrate with the example of planning in territorial systems, suggesting an extended scope for the relevance of morphogenetic engineering concepts.

연구 동기 및 목표

• 형태생성 공학(ME)의 범위를 생물학적 및 기술적 시스템을 초월해 사회적 및 영토적 시스템으로 확장하는 것.
• 생물학, 사회학, 복잡계 이론의 다학제적 시각에서 기초를 두고 형태생성과 공진화 간의 개념적 연결을 구축하는 것.
• 도시 개발을 형태생성 하위시스템 내의 공진화 과정으로 프레임화하여 영토 시스템 계획에 있어 ME의 관련성을 입증하는 것.
• 기존의 상향식 또는 순수하게 에이전트 기반 접근 방식과 대체할 수 있는 새로운 시각을 제공하기 위해 공진화적 생태적 서식지에 기반한 ME의 새로운 진입점을 제공하는 것.
• 복잡한 환경에서의 잠재적 자율적 기능을 이해하고 설계하기 위해 공진화적 역학이 필수적임을 주장하는 것.

제안 방법

• 복잡적 적응 시스템의 홀랜드 신호와 경계 이론을 적용하여 형태생성 시스템 내의 상호작용을 모델링한다.
• 형태생성 시스템을 형태와 기능 간 피드백 루프를 통해 공진화하는 구성 요소들이 포함된 공진화적 생태적 서식지의 조합으로 재해석한다.
• 생물학(의도성, 형태생성), 사회학(문화적 진화, 멤믹스), 도시학(스케일링 법칙, 혁신 확산)에서 유래한 다학제적 시각을 활용하여 프레임워크의 기초를 다진다.
• 공진화하는 에이전트(예: 도시, 기관)와 공간 모듈(지역)을 형태생성 하위시스템으로 식별함으로써 영토 계획을 ME에 매핑한다.
• 형태생성 과정이 중심화된 설계가 아니라 상호의존적이고 지역적 적응 행동의 결과로 나타남을 제안한다.
• 도시 및 지역 계획의 사례를 통해 개념적 프레임워크를 설명하며, 공진화적 역학이 명시적으로 모델링될 경우 기초적인 ME가 적용될 수 있음을 시사한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 공진화가 복잡계 내 형태생성 과정과 어떻게 공식적으로 연결될 수 있는가?
• RQ2 공진화적 생태적 서식지는 형태생성 시스템의 기본 구성 요소로 어떻게 작용하는가?
• RQ3 형태생성 공학은 영토적 및 도시 시스템과 같은 사회기술 시스템으로 어느 정도까지 확장될 수 있는가?
• RQ4 도시와 같은 분산적이고 공진화하는 환경에서 ME를 적용하기 위해 필요한 개념적 및 방법론적 전환은 무엇인가?
• RQ5 공진화적 역학을 어떻게 활용하여 기초적인 메커니즘을 통해 더 유연하고 회복력 있는 영토 시스템을 설계할 수 있는가?

주요 결과

• 형태생성 시스템은 형태와 기능 간 피드백을 통해 공진화하는 구성 요소들이 포함된 공진화적 생태적 서식지의 조합과 개념적으로 동일하다.
• 공진화적 시각은 생물학적 및 기술적 시스템을 초월해 형태생성 공학을 확장하는 데 있어 강력하고 다학제적인 기반을 제공한다.
• 도시 네트워크와 같은 영토 시스템은 도시와 지역 간에 강력한 공진화적 역학을 보이며, ME 적용에 자연스러운 후보가 된다.
• 공진화를 ME에 통합함으로써 복잡계에서의 잠재적 자율적, 분산된 功能을 더 잘 반영하는 기초적 설계 논리가 가능해진다.
• 형태생성과 공진화 과정을 다양한 척도에서 통합함으로써 ME의 사회기술 시스템에 대한 관련성을 정당화하는 개념적 프레임워크를 제공한다.
• 이 논문은 형태생성과 공진화 간의 첫 번째 명시적 개념적 연결을 수립하며, 복잡하고 적응적인 시스템에서 ME에 대한 새로운 이론적 진입점을 제시한다.