Nagual Project

7/31/2019 Nagual Project

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Abstract

This paper refers to an experiment about theuse of artificial life structures in order to si-mulate/evocate natural or artificial patterns.

These patterns are the effect of the self-organisation of a population of individualsduring their process of development andgrowth. Although the local dynamics andinteractions have a chaotic (partially random)behaviour, the global dynamics of the

population produces interesting and wellstructured patterns. The graphic imagesgenerated with these procedures show a widevariety of structures in terms of life (growth)simulations and graphic geometries.

Self-organisation

This paper describes an experiment at theborder line between art and science. The

cultural domain is the interference zone

between the digital art and the theories ofChaos and Complexity.

The basic topic of my work is one of thefundamental concepts of the Theory ofComplexity: the Self-Organisation. Thisconcept, introduced by Ashby and Von

Foerster in the 1960-1970, refers to thecomplex systems composed by a multitudeof independent entities characterised byautonomous chaotic behaviour. The self-

organisation is represented by the emergingof a global organised structure (order) in thesystem. This concept has been studied by

Sommario

Questa memoria si riferisce ad un esperimen-to sulla esplorazione delle strutture di vitaartificiale per simulare/evocare patterns na-

turali o artificiali. Questi patterns sono il risul-tato della auto-organizzazione di una popo-lazione di individui durante il loro processo disviluppo e crescita.

Bench la dinamica locale e le interazioni ab-biano un carattere caotico (parzialmenterandom), la dinamica globale della popolazio-ne produce pattern interessanti e ben struttu-

rati. Le immagini grafiche generate con que-ste procedure mostrano una ampia variet distrutture in termini di simulazione di aspetti dicrescita dei sistemi viventi e delle lorogeometrie grafiche.

Auto-organizzazione

In questa memoria viene descritto un esperi-mento al confine tra arte e scienza ed in par-ticolare nella zona di interferenza tra lartedigitale e le teorie del caos e della comples-sit.

Largomento centrale dellesperimento unodei concetti fondamentali della teoria dellacomplessit: lauto-organizzazione. Questoconcetto, introdotto da Ashby e Von Foerster

negli anni 1960-70, fa riferimento ai sistemicomplessi composti da una moltitudine dientit indipendenti caratterizzate da un com-portamento autonomo e caotico. Lauto-orga-

The Nagual ExperimentLEsperimento Nagual

M. Annunziato Department of Energy, ENEA, Rome, Italy

e-mail [email protected]


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Fig. 1: Linear Logos

several scientists (i.e. Prigogine [9] andKaufmann [6]) and applied to analyzing living

and not living systems. Finally, the self-organisation concept has been utilised inmany contexts of human sciences (socialsystems, culture, psychology) and, naturally,art.

In the context of the computer simulations,several research branches have been started

in order to study this specific aspect like thecellular automata approach based on acompletely deterministic local rules [12]. Otherresearch strategies have mixed the self-organisation with the natural selectionincluding genetics, random generation(genetic evolution [4], artificial life[3,5], fractalgrowth [11]) and studies about thecharacteristics of living organisations(autopoiesis[8]).

The definition of these concepts are oftenqualitative. The scientist of chaos andcomplexity use the terms emerging pattern

nizzazione rappresentata dalla comparsa diuna struttura globale organizzata (ordine) nel

sistema. Questo concetto stato studiato dadiversi noti scienziati (p.e. Prigogine [9] eKaufmann[6]) ed impiegato per analizzare si-stemi viventi e non. Infine, il concetto di auto-organizzazione stato utilizzato in molti con-testi di scienze sociali (sistemi sociali, cultu-ra, psicologia) e, naturalmente, nellarte.

Nellambito delle simulazioni al computer

sono state intraprese diverse linee di ricercaal fine di studiare questo specifico aspettocome gli automi cellularibasati su un ruololocale completamente deterministico [12].Altre strategie di ricerca hanno fuso lauto-organizzazione con la selezione naturale in-cludendo levoluzione genetica [4], la vita ar-tificiale[3,5], la crescita frattale[11] e lo stu-dio delle caratteristiche delle organizzazioni

viventi (autopoiesis[8]).Le definizioni di questi concetti sono spessoqualitative. Gli scienziati del caos e della com-


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Fig. 2: Tendency

and emerging behaviour in order to refer tothe self-organisation concept or to the

behaviour of living entities. These ambiguouslimits of the definitions (probably related tothe fundation of a new language on this

topics) leave a wide space to express it interms of visual and generative arts . Severalartists (mostly using computers) recall thisconcept in their works.

In a similar way, my goal is to investigate thesetopics (self-organisation in a context ofartificial life) using the left partof our mind:

intuition, emotions and aesthetic sensibility.In this sense, this experiment is free from anytheoretical implication about the simulation ofthe life-as-it-isor the life-as-could-beon whichbiologists and physicists of the Artificial Lifeare engaged [5]. Simply, I want to take a walkin the art-as-could-be operating in the

perceptive domain through the evolution ofblack-white digital images.

The name of the experiment described in this

paper (Nagual) is inspired to the thirty yearswork of Carlos Castaneda and in particularto the mystic myth of Nagual [1,2]: a very

plessit usano i termini emerging pattern eemerging behaviour per fare riferimento alconcetto di auto-organizzazione o al compor-tamento degli esseri viventi. Questi limiti am-

bigui delle definizioni (talvolta correlati allafondazione di un nuovo e ben definito linguag-gio su questi argomenti) lasciano ampio spa-zio di espressione in termini di arti visive egenerative. Diversi artisti (per la maggior partefacendo uso di computers) fanno riferimento

a questi concetti nei loro lavori.

In modo simile, il nostro obiettivo di indaga-

re su questi argomenti (auto-organizzazionein un contesto di vita artificiale) usando laparte sinistradella nostra mente: intuizione,emozioni e sensibilit estetica. In questo sen-so, questo esperimento libero da ogni im-plicazione sulla simulazione della vita-come- (life-as-it-is) o della vita-come-potrebbe-essere(life-as-could-be) sui cui biologi e fisi-ci della artificial lifesono impegnati [5]. Sem-plicemente, lintento quello di esplorarenuovi percorsi nellarte-come-potrebbe-esse-

re (art-as-could-be) operando nel dominiopercettivo attraverso levoluzione di immagi-

ni digitali in bianco e nero.


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Fig. 3: Neuron Landscapes

ancient myth (diffused in the Latin-America)reviewed under different aspects by ancientand contemporary cultures. The unknown anduncontrollable part of us, with its powerfulperceptive and creative capacities, is wellrepresented by Nagual myth. In this way, the

perception of the man is seen as the result ofthe organisation of luminous filamentsconverging together in an assemblage point.The position and configuration of theassemblage point and filaments determinesthe potential of perception.

I choice this reference because I found thatthe Nagual myth is an evocative vision of the

self-organisation concept. Furthermore, theimages I produce are constituted by evolving

filaments which organise themselves inpatterns. Finally, one of the main inspirationsof my work is based on the metaphor betweengraphic emotive impact and mind dynamics.

Il nome dellesperimento descritto in questamemoria (Nagual) ispirato ai trenta anni dilavoro di Carlos Castaneda ed in particolareal mito mistico del Nagual: un mito molto an-tico (diffuso nellAmerica Latina) rivisto sottoaspetti differenti da culture antiche e contem-

poranee. La parte sconosciuta eincontrollabile di noi, con le sue capacitpercettive e creative, ben rappresentata dalmito del Nagual [1,2]. In questa visione, lapercezione delluomo vista come il risultatodellorganizzazione di filamenti luminosicheconvergono insieme in un punto di unione.

La posizione e la configurazione del punto diunione e i filamenti determinano il potenzialedi percezione.

La scelta di questo riferimento deriva dallaconvinzione che il mito del Nagual sia unavisione evocativa del concetto di auto-orga-nizzazione. Inoltre le immagini che si produ-

cono sono costituite da filamenti che evolvo-


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Fig. 4: Creativity

The evolutionary process

The generation of the images is constituted by

the evolution of a population of individualsrepresented as black points moving (orfilaments growing) on the white space of theimage (the life space). Each individual isdescribed by a series of geneticcharacteristics which influence the movement

modality (based on a model of random-

probabilistic walk) and the probability ofreproduction and death. Furthermore, someenvironmental constraints influence thedynamics of the whole community.

The parameters of the evolution of eachindividual are codified through some individualfeatures: character, energy, irrationality,

fecundity and mortality. All these features arerecorded in a genetic map. The collectivedevelopment constitutes a new entity with its

own autonomous and coherent pattern andwith characteristics descending from theinteraction and features of the population of

no e che si organizzano in pattern. Infine, una

delle pi importanti ispirazioni di questo lavo-ro basata sulla metafora tra impatto graficoemotivo e dinamiche della mente.

Il processo evolutivo

La generazione delle immagini si fonda sullaevoluzione di una popolazione di individui rap-presentati da punti neri in movimento (o me-

glio filamenti in crescita) sullo spazio biancodellimmagine (lo spazio vitale). Ogni indivi-duo descritto da una serie di caratteristichegenetiche che influenzano la modalit dimovimento (random-probabilistic walk) e laprobabilit di riproduzione e morte. Inoltre,alcuni vincoli ambientali influenzano le dina-

miche dellintera comunit.

I parametri dellevoluzione di ogni individuosono codificati attraverso alcune caratteristi-

che individuali: carattere, energia, irraziona-lit, fecondit e mortalit. Tutte queste carat-teristiche sono registrate in una mappa ge-


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Fig. 5: Micro-organisms of Memory

individuals. During the evolution, the life spacedecreases and after a development time, theevolution is concluded.

The charactercodify the typical movementof the individual. The character unforeseeableis related to a movement with a completely

random curvature. For the character tending,a higher probability is associated to pre-fixedcurvature. The constantcharacter is relatedto a movement with low fluctuations arounda fixed curvature. The evolutivecharacter isrelated to a movement with a curvatureevolving along the time.

For each one of the defined characters arandom component is associated. The

importance of this component is defined by

the irrationality feature. Increasing theirrationality, increases the randomcomponent. Finally the real movement of theindividual is the result of the compositionbetween the individual choice and anenvironment parameter which is named

freedom. At high freedom the individual is freeto follow his character. At low freedom theenvironment tends to impose to the individualthe straight movement.

An individual dies when it meets the trail of

netica. Lo sviluppo collettivo costituisce unanuova entit con una sua propria autonomiae pattern coerenti e con caratteristiche di-scendenti dallinterazione e le caratteristichedella popolazione di individui. Durante levo-luzione, lo spazio vitale diminuisce e dopo

un tempo di sviluppo levoluzione conclu-sa.

Una variabile di caratterecodifica il movimen-to tipico degli individui. Il carattere impreve-dibile correlato ad un movimento con unacurvatura completamente random. Per il carat-tere tendente, unalta probabilit associataa curvature prefissate. Il carattere costante

correlato ad un movimento con piccolefluttuazioni intorno ad una curvatura fissa. Il

carattereevolutivo correlato ad un movimen-to con una curvatura che evolve nel tempo.

Per ognuno dei caratteri definiti associatauna componente random. Limportanza di que-sta componente definita dalla variabile irra-zionalit. Aumentando lirrazionalit, aumenta

la componente random. Infine, il movimentodellindividuo il risultato di una composizio-ne tra la scelta individuale ed un parametroambientale chiamato libert. In presenza di una

elevata libert ambientale lindividuo libero


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Fig. 6 neuro-Society

another individual. Otherwise it can dies fornatural death (depending by a mortalityfactor). One single individual can generate ason with similar genetic map but with a lowerenergy. This position is established to evokethe plant growth: the branch-sonsare thinner

of the parent. The reproduction rate isregulated by a reproduction probability(fecundity). A minimal threshold on theenergy is required for the reproduction.

The Archetypal Patterns

Depending by the movement rules I establishedan emotive relation between the geneticcharacteristics and the graphic patterns. The

straight lines represent the rational - analytic

character or an unexpressed creativity. Lineswith a constant bending represent a constantforeseeable behaviour, while the variability ofthe paths is referred to the unforeseeable or tothe irrationality. The evolutive character isrepresented by a line changing in progress its

curvature. The environmental coercion forces

di seguire il proprio carattere. A bassi valori dilibert lambiente tende ad imporre allindivi-duo un movimento diritto.

Un individuo muore quanto incontra il percor-so di un altro individuo. Altrimenti esso pumorire di morte naturale (in relazione ad un

fattore di mortalit). Un singolo individuo pugenerare un figlio con una mappa geneticasimile ma con energia minore. Questa posi-zione stabilita per evocare la crescita dellepiante: i figli-ramo sono pi sottili dei genito-ri. Il tasso di riproduzione regolato da unaprobabilit di riproduzione (fecondit). Unaminima soglia di energia richiesta per la ri-

produzione.

I pattern archetipiIn relazione alle regole di movimento emergeuna relazione emotiva tra caratteristiche ge-netiche ed i patterns grafici. Le linee dritterappresentano il carattere razionale-analiticoo una creativit inespressa. Linee con un an-


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the individuals to reduce the changes of thedirection. The case influence paths and birthof a new life. Through different characteristicsof the individuals, chaos determine verycomplex shapes.

Changing the parameters of the process (it

was impossible to explore all theconfigurations), this experiment generatesvery different patterns remembering thegrowth of populations (plants, animals, neuralnetworks), landscapes (rivers, fractures,mountains, cultivated fields), human artefacts(chips, glass fragments, architecture) , visions(anthropomorphous shapes, animals).

All these shapes are characterised by a

completely different distribution in the space

and by different line and junction features(different fractal dimensions [7]) . The finalglobal shape is strongly connected to thegrowth dynamics.

In this paragraph I will give some examplesof resulting patterns. It can be considered asa research of primitive (archetypal) patterns

which represents similar growth dynamics forcompletely different natural phenomena.

Using a low environmental freedom or

individuals characterised by a low irrationality,a typical crystal like pattern is obtained as theexample reported in fig. 1. Granular materials,glass fragments, or human artefacts(microchips, cultivated fields, urban

architectures) are the principal evocations forthese images.

Increasing the environmental freedom,specific shapes occur depending on theindividual character. The fig. 2 show a

examples of the tending character at lowrandom component (low irrationality). It

produces ordered spirals in space recallingthe elegant design on the sea shells or thewell structured plants.

Increasing the fecundity and mortality, thepattern of individuals with unforeseeablecharacter produces long branches with shortfilaments. The collective pattern assumes theaspect of synaptic connections (fig. 3) or

chromosome filaments.The evolutive character gives very interestingresults showing the self-organisation of spirals

damento costante rappresentano un carattereprevedibile e costante, mentre la variabilit deipercorsi si riferisce allimprevedibilit o allir-razionalit. Il carattere evolutivo rappresen-tato da una linea che cambia progressivamen-te la sua curvatura. Le forze ambientali costrin-

gono gli individui a ridurre i cambiamenti didirezione. Il caso influenza i percorsi e la na-scita di nuove vite. Attraverso caratteristichedifferenti degli individui, il caos determina for-me molto complesse.

Cambiando i parametri del processo (sareb-be impossibile esplorare tutte le configura-zioni), questo esperimento genera pattern

molto diversi ricordando la crescita di popo-lazioni (piante, animali, reti neuronali) pae-

saggi (fiumi, fratture, montagne, campi colti-vati), artefatti umani (chips, frammenti di ve-tri, architetture), visioni (forme antropomorfe,animali).

Tutte queste forme sono caratterizzate da unadistribuzione completamente diversa nello

spazio e linee e giunzioni di qualit differente(diverse dimensioni frattali [7]). La forma fi-nale globale fortemente connessa alle di-namiche di crescita.

In questo paragrafo verranno illustrati alcuniesempi di pattern risultanti. Essi possonoessere considerati come una ricerca di

pattern primitivi (archetipi) che rappresenta-no dinamiche di crescita simili per fenomeninaturali completamenti differenti.

Usando una libert ambientale inferiore o in-dividui caratterizzati da una bassa irraziona-lit, si ottiene una tipica forma a cristallo,come riportato negli esempi in figura 1. Ma-

teriali granulari, frammenti di vetro o artefattiumani (microchip, campi coltivati, architettu-re urbane) sono le maggiori evocazioni perqueste immagini.

Aumentando la libert ambientale, si creanospecifiche forme secondo il carattere indivi-duale. La figura 2 mostra un esempio di ca-rattere costantea bassa componente random

(bassa irrazionalit). Essa produce spirali or-dinate nello spazio che richiamano lelegante

disegno delle conchiglie marine o delle pian-te.

Aumentando la fecondit e la mortalit, il


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in large and small waves or in a very creativepattern when the random component is high(fig. 4). Other two interesting experimentsshow the evolution of a plant or micro-organism colony (high fecundity, fig. 5) or avery complex pattern with a large variety of

shapes and articulations (fig. 6).

Bifurcations, Self-Organisation andScale Effects

In the evolution process occur strong changesin the modality of the colonisation of the lifespace. They represent bifurcations in theindividuals behaviour and interaction. Verydense zones are often alternate (adjacent)

to low density zones. This mechanism, in

most of the cases is due to the dynamic actionof dominant individuals which act like pioneerscreating strong divisions in the space. Thesubsequent colonisation of the space is drivenby these main streets which define theborders of self-organisation of a local

community of individuals.

The fig. 6 clearly shown an example of theimportance of this effect. In this case it ispossible to observe a different individual co-

operation between different zones of theimage. This image is one of the mostinteresting by the point of view of the self-

organisation. It seems that an internalcomplexity is developed in order to organiseindividuals with characteristics which evolveduring the development. The name I havegiven to this image is Neuro-Society: it recallme the dynamics of society as the globaleffect of the synergy of mind dynamics of a

community of people.An important condition, necessary to obtainself-organising behaviours, is the use of ahigh resolution for the image-lattice (wide lifespace at the initial conditions). The interestingcharacteristic of the resulting images is thevery high density of graphic details. Thisfeature gives to the observer the possibility

of interact with the image at different scalesoutlining effects of self-similarity [7]. In this

way it is possible to perceive as the patternemerging in the total image is the result ofinteraction of many local self-similar patterns

pattern di individui con carattere imprevedibi-le produce lunghi rami con filamenti corti. Ilpattern collettivo assume laspetto di connes-sioni sinaptiche (fig. 3) o filamenti di cromo-somi.

Il carattere evolutivo da risultati interessanti

che mostrano lauto-organizzazione di spiraliin onde grandi e piccole o in un pattern crea-tivo quando la componente random alta (fig.4). Altre due interessanti esperimenti mostra-no levoluzione di una colonia di micro-orga-nismi (alta fecondit, fig. 5) o un pattern moltocomplesso con una larga variet di forme earticolazioni (fig. 6).

Biforcazioni, auto-organizzazione ed

effetti di scalaNel processo evolutivo avvengono forti cam-biamenti nella colonizzazione dello spaziovitale. Questi cambiamenti rappresentanodelle biforcazioni nel carattere e nelleinterazioni degli individui. Zone molto densesono spesso alternate o adiacenti a zone a

bassa densit. Questo meccanismo nellamaggior parte dei casi dovuto allazione di-namica di individui dominanti che agiscono

come pioniericreando forti divisioni nello spa-zio. La conseguente colonizzazione dellospazio guidata da queste strade principali

che definiscono i confini di auto-organizza-zione di una comunit locale di individui.

La fig. 6 mostra un esempio di questo effet-to. In questo caso possibile osservare unadifferente cooperazione tra gli individui su di-verse zone dellimmagine. Questa immagine una delle pi interessanti dal punto di vista

dellauto-organizzazione. Sembra che unacomplessit interna si sviluppi per organiz-zare gli individui con caratteristiche che evol-vono durante lo sviluppo. Il titolo dato a que-sta immagine Neuro-Society: essa richia-ma le dinamiche delle societ come effettoglobale della sinergia delle dinamiche dellamente e del comportamento di una comunit

di persone.

Una condizione importante, necessaria ad ot-

tenere caratteristiche di auto-organizzazione, luso di unalta risoluzione per limmagine-lattice (un ampio spazio vitale). La caratteristi-


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frozen in the final image. This effect recall theone utilised by the impressionists, which wellrealised the existence of a complex scalesystem under the perceptive level. By this pointof view the characteristics vibration of theirworks can be related with the chaotic and

fractal nature of the perceptive process andpainted objects.

ca interessante delle immagini risultanti lal-ta densit di dettagli grafici. Questa caratteri-stica da allosservatore la possibilit diinteragire con limmagine a differenti scalesottolineando effetti di auto-somiglianza[7].In questo modo possibile percepire come il

pattern emergente nellimmagine totale ilrisultato dellinterazione di molti pattern loca-li auto-somiglianti congelati nellimmagine fi-nale. Questo effetto richiama quello utilizza-to dagli impressionisti i quali ben realizzaro-no lesistenza di un sistema a scale moltocomplesso sotto il livello percettivo. Da que-

sto punto di vista le vibrazioni caratteristichedei loro lavori possono essere connesse conla natura frattale e caotica dei processi

percettivi e gli oggetti dipinti.

References

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