Гармония Материи и Творчества

Автор: Денис Аветисян

Новый подход связывает физические колебания с музыкальной композицией, открывая универсальные принципы для дизайна, исследований и генерации идей.

Традиционные подходы к познанию, подобно целенаправленному вылову в ограниченном водоеме устоявшихся истин, эффективны в извлечении известного, но ограничены в создании нового, в то время как генеративные системы, формируя новые ландшафты идей и принципов, выходят за рамки интерполяции, стремясь к изобретению и активному преобразованию окружающего мира, подчеркивая, что само открытие - это не только доступ к знаниям, но и конструирование новых структур в открытой грамматике материи и музыки. — Традиционные подходы к познанию, подобно целенаправленному вылову в ограниченном водоеме устоявшихся истин, эффективны в извлечении известного, но ограничены в создании нового, в то время как генеративные системы, формируя новые ландшафты идей и принципов, выходят за рамки интерполяции, стремясь к изобретению и активному преобразованию окружающего мира, подчеркивая, что само открытие — это не только доступ к знаниям, но и конструирование новых структур в открытой грамматике материи и музыки.

В статье представлена концепция ‘materiomusic’ — фреймворк, объединяющий материальные вибрации и музыкальное творчество, как генеративный принцип для различных областей, демонстрируя общие закономерности структуры и ограничений в материалах, музыке и искусственном интеллекте.

Несмотря на кажущуюся разрозненность областей материаловедения, музыки и искусственного интеллекта, в их основе лежат общие принципы организации и развития. В работе «Selective Imperfection as a Generative Framework for Analysis, Creativity and Discovery» предложен новый подход — «materiomusic», связывающий вибрационные характеристики материи с композиционной логикой музыки. Показано, что несовершенство, как источник адаптации и инноваций, является ключевым фактором возникновения новых структур и форм, от молекулярных колебаний до музыкальных произведений, создаваемых ИИ. Может ли подобное переосмысление взаимосвязи между физическим миром и творческим выражением открыть новые горизонты для генеративного дизайна и научных открытий?

Симфония Материи и Звука: Новый Взгляд на Проектирование

Традиционный подход к проектированию часто рассматривает материю и информацию как отдельные, несвязанные сущности, что существенно ограничивает возможности для инноваций. Исторически сложилось так, что материальные свойства объекта и способы передачи данных о нем разрабатывались независимо друг от друга. Это разделение приводит к неэффективности, поскольку игнорируется потенциал для создания систем, где информация встроена непосредственно в структуру материи, а не накладывается на нее сверху. В результате, инновационные решения, вдохновленные естественными системами, где материя и информация неразрывно связаны, оказываются труднодостижимыми. Такой подход препятствует созданию адаптивных, самоорганизующихся и интеллектуальных систем, способных реагировать на изменения окружающей среды и оптимизировать свою работу.

В природе наблюдается удивительная способность к самоорганизации и инновациям, проявляющаяся в сложнейших структурах и процессах. Однако, традиционные подходы к проектированию и разработке часто разделяют материальный мир и информационные потоки, препятствуя использованию этого естественного творческого потенциала. Необходим объединяющий принцип, позволяющий осознанно использовать принципы, лежащие в основе природных систем, для создания новых, более адаптивных и эффективных решений. Понимание того, как природа использует энергию, структуру и обратную связь для решения сложных задач, открывает возможности для создания материалов и систем, способных к самовосстановлению, адаптации и даже обучению, имитируя удивительную изобретательность, присущую живому миру.

Концепция Материомузыки предлагает новаторский подход к пониманию взаимосвязи между материей, звуком и интеллектом, основываясь на трех ключевых принципах. Вибрация рассматривается как фундаментальная характеристика материи, лежащая в основе всех форм энергии и информации. Иерархия описывает организацию материи на различных уровнях сложности, от элементарных частиц до сложных систем, где каждый уровень влияет на следующий. Наконец, обратимость подразумевает способность системы возвращаться в исходное состояние или адаптироваться к изменяющимся условиям, что является ключевым аспектом интеллекта и обучения. В рамках этой концепции, звук не просто воспринимается как результат колебаний, а как неотъемлемая часть материи, способствующая ее организации и эволюции. Таким образом, Материомузыка представляет собой целостную систему, где материя, звук и интеллект неразрывно связаны, открывая новые возможности для инноваций в различных областях, от архитектуры и дизайна до робототехники и искусственного интеллекта.

Экспериментальная схема демонстрирует возможность преобразования музыкальной композиции в ДНК-последовательность, экспрессируемую в E. coli и очищаемую в виде белкового материала, что позволяет материализовать музыкальную логику как в живых системах, так и в осязаемых артефактах, используя VAE-модель [Milazzo2021iScience], и тем самым замкнуть цикл от композиции к синтезу.

Вибрационное Отображение: Язык Материи

Вибрационное картирование (VibrationalMapping) представляет собой процесс преобразования физических структур, таких как белки или паутина, в звуковые представления. Этот метод заключается в анализе собственных частот и модальных форм колебаний объекта. Каждая структурная характеристика, определяющая геометрию и механические свойства материала, соответствует определенному набору частот. Полученные данные о частотах затем преобразуются в слышимые звуки, где высота, тембр и громкость отражают различные аспекты структуры и свойств исходного объекта. В результате, сложная физическая структура кодируется в звуковой сигнал, позволяя воспринимать информацию о ней посредством слуха.

В отличие от простой сонификации, вибрационное картирование представляет собой обратимое преобразование, сохраняющее структурную информацию объекта. Это означает, что исходная физическая структура может быть полностью реконструирована на основе полученного звукового представления, и наоборот. При преобразовании из структуры в звук и обратно, критические параметры, определяющие геометрию и механические свойства материала, сохраняются, обеспечивая точное соответствие между визуальным и звуковым представлениями.

Двунаправленный перевод между структурой материала и его звуковым представлением позволяет проводить анализ физических свойств вещества посредством анализа звука, и наоборот. Это означает, что изменение звукового сигнала позволяет предсказуемо изменять структуру материала, и наоборот. Такой подход открывает возможности для разработки новых материалов с заданными характеристиками, основанных на звуковом моделировании, а также для неразрушающего контроля качества материалов путем анализа их звукового профиля.

Механическое напряжение в паутине проявляется в изменении ее звукового спектра: повышение частот отражает натяжение волокон, а обрывы - их разрушение, таким образом, паутина — Механическое напряжение в паутине проявляется в изменении ее звукового спектра: повышение частот отражает натяжение волокон, а обрывы — их разрушение, таким образом, паутина «поет», раскрывая свое структурное состояние и демонстрируя, как вибрации могут служить общим языком для восприятия разных видов.

Генеративный Дизайн: Роевой Интеллект и Архитектура Инноваций

Роевой интеллект, реализуемый посредством генеративного ИИ, использует принципы коллективного поведения для исследования пространства вариантов проектирования. Данный подход моделирует взаимодействие множества агентов, каждый из которых вносит свой вклад в процесс оптимизации. Вместо централизованного управления, система опирается на децентрализованные взаимодействия и эмерджентные свойства, позволяющие находить решения, которые были бы трудно достижимы традиционными методами.

Для оптимизации связности и инноваций в процессе генеративного дизайна используется подход, основанный на сетях малого мира (SmallWorldNetworks). Эти сети моделируются алгоритмами, таким как Watts-Strogatz Model, который позволяет создавать структуры с высокой кластеризацией и короткими средними путями между узлами.

Проект DeepAria демонстрирует возможность генерации de novo последовательностей белков на основе музыкальных композиций, используя подход, получивший название ProteinMusic. В рамках данного метода, музыкальные произведения анализируются и преобразуются в параметры, которые затем используются для построения аминокислотных последовательностей.

Анализ сетей, генерируемых предложенным методом, показывает, что максимальное значение параметра малого мира (σ) достигается при промежуточной вероятности пересоединения (β). Этот пик коррелирует со структурной когерентностью, наблюдаемой в музыкальных композициях.

В процессе генеративного проектирования с использованием коллективного интеллекта, стремление к абсолютному совершенству не является приоритетным. Намеренное внедрение контролируемой неидеальности, или σ, рассматривается как ключевой фактор, способствующий адаптивности и устойчивости создаваемых систем.

Сгенерированная роем музыка характеризуется сложной, органичной сетевой структурой, демонстрирующей высокую степень взаимосвязанности мотивов и глобальной интеграции, что подтверждается повышенными показателями малого мира σ, низкой модулярностью и уменьшенным количеством сообществ, и в целом напоминает характер человеческой музыки.

Эмерджентность и Связность: Основа Новых Возможностей

Свойства, возникающие в сложных системах, не являются заранее запрограммированными, а формируются в результате взаимодействия их составляющих элементов. Это означает, что поведение целого не может быть предсказано простым суммированием свойств отдельных частей.

Теория просачивания, изначально разработанная для описания потока жидкостей через пористые среды, оказалась удивительно эффективным инструментом для моделирования возникновения сложных свойств в различных системах.

Исследования в области механики разрушения, неожиданно предоставили плодотворную основу для создания музыкальных структур. Ученые обнаружили, что поля напряжений, возникающие в материалах перед разрушением, можно математически смоделировать и преобразовать в звуковые параметры.

Анализ дефектов масштаба показывает, что отклонения от идеальной структуры вовсе не являются помехами, а напротив, играют ключевую роль в формировании сложности и эстетической ценности.

Анализ культурных музыкальных ладов показывает, что они не распределены хаотично, а концентрируются в определенных диапазонах значений энтропии Шеннона.

Принципы гетерогенной композиции, проявляющиеся в распределении напряжений в материалах с дефектами, микроструктуре паучьего шелка и мелодической структуре музыки Бетховена, демонстрируют, как контролируемая неоднородность способствует устойчивости, прочности и выразительности в различных системах.

Будущее Двунаправленных Инноваций

Явление, известное как “Ограниченно-индуцированная новизна”, демонстрирует, что накладываемые ограничения могут выступать катализатором для поиска нестандартных решений. Исследования показывают, что когда ресурсы или возможности ограничены, это вынуждает к переосмыслению существующих подходов и поиску инновационных стратегий.

Концепция Материомузыки предлагает кардинальный сдвиг в парадигме проектирования, рассматривая процесс не как однонаправленное воздействие дизайнера на материю, а как взаимный обмен информацией между материалом и формой.

Предлагаемый подход обещает раскрыть новые уровни креативности, устойчивости и адаптивности в инженерных системах. Исследования показывают, что, отказываясь от жестких, линейных моделей проектирования в пользу реципрокного взаимодействия между материалом и информацией, можно создавать системы, способные не только эффективно функционировать в заданных условиях, но и самоорганизовываться и приспосабливаться к изменяющейся среде.

Признание фундаментальной взаимосвязанности всего сущего открывает принципиально новые горизонты в области проектирования и инженерии. Вместо традиционного подхода, рассматривающего объекты как изолированные единицы, данная концепция предполагает, что любой проект — это часть сложной, динамичной системы.

Композиция «Protein Antibody — Piano and Strings» (e minor), созданная на основе последовательностей иммуноглобулинов, преобразует биомолекулярную архитектуру в звуковую форму, используя оркестровые текстуры и музыкальные принципы для представления иерархических ограничений аминокислотных мотивов.

Исследование, представленное в данной работе, демонстрирует, что общие принципы структуры и ограничений действуют в различных областях — от материаловедения до музыки и искусственного интеллекта. Это подтверждает идею о том, что системы, даже в процессе своей эволюции и старения, сохраняют внутреннюю логику и последовательность. Как однажды заметил Роберт Тарьян: «Любая достаточно сложная система рано или поздно будет содержать ошибки, но именно эти ошибки могут привести к новым открытиям». Принцип ‘materiomusic’, связывающий физические вибрации с музыкальной композицией, служит ярким примером того, как кажущиеся несовершенства могут стать генеративным источником для дизайна и творчества, подтверждая, что время — это не просто метрика, а среда, в которой системы раскрывают свой потенциал.

Что дальше?

Предложенная концепция “materiomusic” неизбежно сталкивается с вопросом о масштабируемости. Связь между физическими вибрациями и музыкальной композицией, безусловно, элегантна, но насколько далеко простирается эта аналогия, когда речь заходит о сложных системах, далеких от простой гармонии? Вполне вероятно, что кажущаяся универсальность принципов структуры и ограничений — лишь временное совпадение, редкая фаза гармонии во времени, а не фундаментальный закон.

Остается открытым вопрос о роли случайности и “несовершенства”. Если “materiomusic” действительно является генеративным принципом, то как объяснить появление genuinely нового, не предсказуемого, а не просто вариацию уже существующих паттернов? Технический долг, подобно эрозии, рано или поздно требует расплаты, и не всегда удается извлечь красоту из разрушения.

Будущие исследования должны сосредоточиться не только на расширении области применения “materiomusic”, но и на выявлении ее границ. Иначе, существует риск превратить перспективную методологию в очередную красивую метафору, лишенную практической ценности. Все системы стареют — вопрос лишь в том, делают ли они это достойно.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2601.00863.pdf

Связаться с автором: https://www.linkedin.com/in/avetisyan/

Смотрите также:

2026-01-06 19:40

🚀 Квантовые новости