NASA的梦想
在达尔文主义的引导下，软件和硅片的作用使计算机充分发挥了设计功能。
人们曾经幻想过：比一瓶“刺刺”冒汽的苏打水的体积还要小许多的一艘微小的宇宙飞船正向外部行星飞去。它的外形很像一只蚂蝗，降落后其卡爪紧紧攫住地面，并将矿物质从地表吸上来，然后它将矿物质弄碎，根据需要将其加工成更多更好的能源物质对飞船加以补充，以便最大限度地完成飞船的旅行计划。
到再次重新发射这艘补充上新动力的小小宇宙飞船的时刻，届时它可作为美国宇航局（NASA） 的首枚星际间探测器继续精神抖擞的奋进。探测器的任务是要按既定目标去。 接力"探查围绕其它太阳旋转的那些行星上的生命线索。
虽然迄今为止它仅仅是一个科学幻想中的情节，但NASA的行政长官丹尼尔 · S · 戈尔丁却预言，最多30年，上述幻想就会变为现实。
如果他的预言一语中的，那么未来的宇宙飞船之建造将摒弃现有的传统思想和做法，融入一种全新的重要理念。这同时意味着，飞船制造过程中整个系统的每一个具体环节以及多少代有创造能力的航天工程师们呕心沥血开发出来的精湛工艺和理论，将统统被更好的系统所取代。因为现代航天器里的计算机本身对设计和建造它的工程师们的依赖性愈来愈大。关键技术人员对航天计算机的影响也愈来愈强。
这一趋向已经开始改变，而且初步获得成功。NASA官员们发现，与今天的建造方法相比，大力鼓励智能化飞船的研制开发创新精神，会最终导致宇宙飞船的性能更可靠、更灵活且更长寿。
“这些可以伸展开来的空间系统，将使NASA的太空探测发生划时代的革命”，坐落于加利福尼亚州帕萨迪纳的NASA喷气推进实验室（JPL） 的首席科学家穆斯塔法 · 查黑尼说。
最初，NASA的科学家和工程师们一直在潜心研究，如何能使航天器的电路系统得以改进。为此，他们将所参与的研究范围不断扩大，并将其称为“可进化的硬件”。
可进化的硬件
在这一领域尚缺乏经验的专家们针对如何在现有的航天器上完成软件与集成电路的设计，开发出了许多较为成熟的技术。这些技术以查尔斯 · 达尔文的进化论为准则，在自然选择和众所共知的演化算法或演变的基础上，经过反复试验，不断摸索，找到了一定的对策。
这些对策显然在很大程度上仍处于研究阶段，可进化的硬件在实质装置的设计样机方面，从微型电话、打印机到机器人、扩展性翼叶甚至人工大脑的广泛领域，已开始起步。
1999年7月，来自全球大学、公司和政府研究部门的70多家单位的约100多名科学家和工程师们云集到加州的帕萨迪纳，共同探讨这一领域的最新研究和实际进展。虽然自1995 年以来在这一领域专门成立了旨在激励航天器技术飞速发展的研究团体并召开过若干次会议，但7月份的3天会议，还是首次由NASA和国防部的专家研究小组共同参与“可进化的航天器硬件”之课题讨论。这在美国历史上亦尚属首次。
计算机已经能够与它的电路设计者——人类相对抗。斯坦福大学的约翰 · R · 科扎曾创造出一种使计算机程序能够进化的新方法。据预测，他的研究小组或其他部门，在由机器自身创造电路设计的领域，“于1~2年后”将获得多项专利权。
如同诸多愚人大科学家一样，科扎的计算机魔术已使这些计算机本身不必具备任何电路的经验和知识就能奇迹般的工作，然而，他的设计结果至少可以与人类迄今最杰出的设计人员相媲美。早在50年代以前，科扎的建议就提了出来。当那个时代这些杰出的电路设计思想尚在公布专利时，科扎就认为，某些设计可能会“与计算机自己的思维南辕北辙”。
在本次研讨会上，科扎举办了一次这类设计的展览。展览期间，他和他的同事们做了若干描述，并简单地讲解了通知计算机如何去执行并给电路零部件布线的一组命令。然后，他们演示了人工进化的全过程。
进化或遗传、乃至算法，实际上都是在快速完成一组计算机程序或数字代码的演进，而它们的开发者则被看作为基因。也就是说，一组完整的基因，要么是去决定一个完整程序的命令，要么就是按序排列的包括所有的组成一条能形成一个独立单元的特殊电路的指令之数码。为启动这一进化过程，一部计算机随机混合大量的基因，以便构成这种成百上千的独立单元。
其算法则是通过试验这些有代表性的电路并借助模拟方式或给装置布线方式，来测试那些独立单元的。全部测试完毕，就能得出较好的结论，每条电路就能完成一个所要求的功能。通过测试或试验，独立单元就会获得恰如其分的评价成绩，该成绩有助于确定这些独立单元是否能被允许继续“繁殖”。如果允许，这些独立单元就会将自己的一些基因与其他高性能的基因进行交换，以便与新的命令或代码组合产生更先进的独立单元。而那些多余的、无用的独立单元则会从存储器中被清除掉。
当繁殖单元与许多伙伴配合重新组成一个电路家族时，一个命令或数位被改变了的后代，其算法也会随机变化或变异。这就使得其他单元的繁殖机会增加。理论上，在成百上千的繁殖、试验和筛选形成后，还会例外地出现更合适的独立单元及其设计方法。
3年前，英国布莱顿苏塞克斯大学的阿德里安 · 汤普森干了一件引起轰动的事情。当时，他开发出一种能完成整个进化过程的实用电路。它不是最终电路，而是一种可以用来识别1KHZ～10KHZ之间差别的相当特殊的装置。说的更贴切一些，他的实验业已证明，按照人工演化的算法，一部航天器可在飞行中自动改变前进的航线。
汤普森所创造的伟绩在于他开发的集成电路能以大规模的商业价值在太空连续飞行10年。这种被称为“场可编程序门阵列”的集成电路，在其微型芯片上含一个由极微小的空心薄片构成的栅极，空心薄片内充满集成化了的相同零部件。为响应一系列数码，每一个空心薄片的零部件成分都能改变其功能，即它们可以完成并能变化空心薄片中的信号之程序安排。
这种栅极的形状可以比作为纽约市的一张缩影图。在各个方位上，分布着所有的大街小巷和鳞次栉比的建筑物。为响应新的代码，每一个功能部门都可以改变其业务形式。一支支小小的交通警察队伍分散在各个相互贯通的路口，他们有权指挥交通、重新改变路线，或使车辆在一条路线上绕行。这些可以调路改向的电路能给电路本身自动提供更好的演进方案。由于线路方向的重新组合仅需几毫秒的时间，故有许多电路的生成都可以在短时间内得到验证。优胜劣汰，适者生存。
汤普森并不是直接将这种栅极的观念应用于进化论的第一人。澳大利亚人、计算机科学家雨果 · 德加里斯早在1992 年就曾提出过这一概念。在几乎同一时间，曾在加里斯的公司干过一段时间经理的日本筑波科学城电子技术实验室的铁原日群，就已开始在被称为“可重新组合的电路”之可编程序逻辑阵列上试验“进化论算法”。不久，他便对更复杂的门阵列进行试验。
然而，汤普森人工进化实验的某些重要的结论已经引起了广泛的关注。他发现，他的进化式电路极其异常于一名富有经验的工程师的设计思路。譬如，想入非非的研究人员们用了几个十分离奇的电路部件，这些电路部件可以根据进化的可能性产生更特殊的有效电路。这些电路也可以按一种方式，即它们在“ON （通）”与“OFF （断）”之间保留一种不定状态，并将某些电路元件线接起来变成栅极。
有助于开发芯片的神秘世界
这些使用的电路部件一般都作出暗示，其进化设计概念能够进一步开发芯片的神秘世界，即半导体设计人员在构思电路组件时可以不必考虑得太多，进化电路会按自己的思维顺其自然地演进下去。“这完全有可能。因为这是一条在人工媒介中发现自然形态的途径"，汤普森说。
在加州帕萨迪纳7月份召开的会议上，持怀疑态度的人就进化电路的可靠性提出了置疑。
爱丁堡内皮尔大学的朱利安 · 米勒是对汤普森的观点始终保持沉默的人。“但进化式电路至少会无意中给我们某种启迪，我们可以研究这种新的设计概念和学习新的原理”，他说。
与其他电路装置相比，无论进化式电路问题是否代表一种进步，研究人员们仍在我行我素、孜孜探索如何将其设计概念融入产品中的途径。
筑波科学城铁原日群的实验室曾将这种电路嵌入一只人造假手中，配带者只需通过移动那条保存完好的臂部肌肉来控制假手动作。一般应用肌肉信号的假肢得需约一个月时间的训练。在这期间，使用者得学会如何弯曲他（她）的肌肉，以便能正确地触发使假肢活动的电信号。这只可伸展的假手必须自己调节来适应用户的要求。
“而现在的假肢训练时间只需几分钟”，铁原日群说，“他的原型电路能自动修改并对来自用户臂部肌肉的电信号产生正确的反应。训练过程根据用户的反应而定，这样可使电路明白它使假手所产生的每一动作的意图。假手使用几年后，如果该残疾人的肌肉信号发生了变化，则这种进化电路也能随之修改。”
他和他的同事们曾将这种可进化的硬件应用于蜂窝电话、数字打印机和其他装置。譬如，在打印机领域，这种电路可使数据大大压缩，而且压缩数据的时间极快，打印页面也极其迅捷。“最初，我不敢相信，我们在进化实际硬件领城可以获得成功”，铁原日群说，“现在，我们已经能够商品化生产了”，他充满自信地强调。
创制人工大脑
加里斯现在日本京都的现代电信研究所，挑头开发一项高技术领域中的具有高清晰层次、举世瞩目的“细胞自动装置智能计划"。这项计划的目标，是应用可进化的硬件创制一个人工大脑。
使该计划保持正常运作的是一部配备72个门阵列的计算机和能与10000台500-兆赫的奔腾微处理机相匹敌的组合式电子装置。“其硬件可以模拟70×10个神经元的脑细胞特性”，博尔德市杰诺拜特大学的校长、硬件的开发者米歌尔 · 科廷说。相比之下，人类大脑含有大约100×102个神经元。
而其他几位参与该项计划的研究人员则认为成功的把握很大。加里斯曾预测过一种“下—代的机器"。该机器具有10个人工神经元，它将通过操纵一只栩栩如生的机器猫来供大众消遣。
研究开发6年后，加里斯在会上宣布，这种存在大脑的第一代原型机已问世。他在屏幕上迅速掠过的几张照片展示出该机型的各个部分，并暗示了脑组织的某种形状。“显然，与会的许多人仍在认为我的行为有些疯在”，他扫掠了一眼会场上的与会者说，“但我对此充满着希望。不用多久，我将如愿以偿”。
他和他的那些来自美国、意大利和波兰的同事们指出，他们已经将模拟电路渗透到用来学习的一个完整的进化过程。譬如，探测活动的图景等。但在随后谈到存在的问题时，加里斯也承认，他现在最要紧的工作依然是如何将绝大多数的零部件与所开发的人工大脑电路系统中的大约6000个部件相互连接起来。
试图用来将所有的可进化的硬件连接在一起的一根普通的细丝，眼下已成为生物界争相开发的热点课题，生物学家们也在竭尽全力地设法弄清这种细丝的功能。由戈尔丁开发的自动转换宇宙飞船“听起来就像一个雾里看花的梦境，但只要我们有效地利用生物科学来激发各类技术，这种梦幻是能够成为现实的"，NASA官员肯定地说。
喷气推进实验室的研究员埃里克，介绍了他在一台计算机中实现人工模拟方面的初步成果以及那些鲜花盛开的能长叶瓣、开花朵和生叶茎的植物生长的精密结构体系。用这些知识或许只需一天的时间就能证实其所开发的“种子飞行器”的重要意义，埃里克自信地说。种子大小的飞行器毕竟太小了，如此之小的宇宙飞船也很容易发射，它能在其他茫茫天际的有进化能力的飞船或实验室中生根、发芽和开花结果。
NASA期望它的未来太空计划，即能够得到很久以前宇宙中活的生物之计划，其所开发的飞行器必须具备二种功能：一是自动再生能力：二是对意外情况的自适应能力。正当太空机构考虑再用100年的时间完成星际间互派使团的宏伟计划时，将可进化的硬件用于电子装置无疑给计划的实现带来了希望。至少，科学家们的努力也为具有上述功能飞船的出现带来了曙光。
[Science News，1999年 12月]