Hur datautvinning avslöjar den dolda utvecklingen av amerikanska bilar

Evolution är en extraordinär process. Det är svårt att underskatta dess roll i att skapa mångfalden av livet på jorden. Men studiet av denna process har tvingat forskare att dra slutsatsen att evolution inte är ett uteslutande biologiskt fenomen. I själva verket är biologi bara ett specialfall.

Istället är evolution en allmän process som spelar en roll i alla system där det förekommer reproduktion, variation, konditionstestning och iteration under många generationer. Evolutionsprocessen kan lätt reproduceras i silico, vilket leder till artificiellt liv och till evolutionära algoritmer som kan lösa en mängd olika problem.

Datormodeller har också fångat evolutionens beteende och gjort det möjligt för forskare att förutsäga dess framtid, såsom mångfalden den skapar. Dessa modeller är kraftfulla mikroskop för att studera och förstå evolution i den verkliga världen.

Men medan forskare länge har studerat evolutionens roll i biologin och datavetare länge har studerat evolutionen i silico, har samhällsvetare och antropologer ännu inte tagit tag i evolutionens roll i den tekniska utvecklingen. Det är så som kulturföremål utvecklas över tid, saker som stenverktyg, metallvapen och mer moderna föremål som kameror, datorer, tv-apparater och så vidare.

Problemet är att ingen är överens om hur man mäter förändring i dessa system där det inte finns någon uppenbar analogi med de välbekanta idéerna om genetik och sexuell reproduktion. Faktum är att olika försök att beskriva teknisk utveckling har fastnat i sätt att beskriva mångfald – hur kan du objektivt kategorisera skillnaderna mellan en generation av tv-apparater och nästa? Allt detta betyder att det finns liten förståelse för hur teknologier utvecklas.

Idag ser det ut att förändras tack vare Erik Gjesfjelds arbete vid University of California, Los Angeles, och några kompisar, som har hittat ett sätt att analysera utvecklingen av amerikanska bilar från deras uppfinning på 1800-talet till idag dag. Deras metod ger oöverträffad insikt i de krafter som verkar i bilutvecklingen. Och de säger att det lätt kan tillämpas på andra tekniker.

Deras metod kommer runt många av standardproblemen vid bedömning av teknisk utveckling. En av de svåraste är att mäta förändringar i mångfald över tid. Många forskare tänker på mångfald som en egenskap baserad på mångfalden av objekt eller organismer, balansen mellan dem och deras olikhet.

Men att mäta dessa egenskaper i den tekniska världen är svårt. Att förstå balansen mellan teknologier kräver till exempel en detaljerad förståelse för överflöd av tekniska produkter över tid. Och varje beräkning av skillnader kräver kunskap om produktens egenskaper och hur produktklasser kan särskiljas.

Ingen av den informationen är lätt att få tag på, särskilt för komplexa produkter som är baserade på många olika tekniska utvecklingslinjer. Bilar, till exempel, är resultatet av framsteg inom tillverkningsteknik, designteknik, motordesign, teknik förknippad med bränsle, smörjning, aerodynamik, ergonomi, datoranvändning och så vidare. Att få en överblick över allt detta är en omöjlig uppgift.

Så Gjesfjeld och co har kommit på ett alternativt tillvägagångssätt. De ignorerar alla röriga detaljer om exakt vilka teknologier – och deras balans och olikhet – som bidrar till varje generation av fordon. Istället räknar de bara den takt med vilken nya modeller dyker upp och dör ut, och behandlar varje modell som en ny art.

Sedan antar de att evolutionen är ansvarig för dessa förändringar och använder datoranalys för att anpassa data till en viss, välförstådd modell av evolution. Efter att ha fixat parametrarna i denna modell kan de sedan använda den för att sluta sig till de miljökrafter som fick bilmodeller att förändras och för att göra förutsägelser om den framtida utvecklingen av bilar.

Detaljerna ger intressant läsning. Teamets data kommer från EBay Motors, som har en omfattande databas över märke, modell och tillverkningsår för bilar och lastbilar som tillverkades i USA mellan 1896 och 2014. Totalt samlade teamet in data om 3 575 olika bilmodeller tillverkade av 172 unika tillverkare. Detta är fossilregistret.

De noterar särskilt det första och sista produktionsåret för varje modell. Detta är datumet för ursprunget och utrotningen av varje art. Att plotta dessa data ger en kurva som visar den hastighet med vilken nya arter uppstår och dör ut över tiden.

Forskarnas viktigaste genombrott är dock sättet de analyserar denna kurva med hjälp av en process som kallas en Monte Carlo-algoritm för Markovkedjan från födseln. Detta simulerar evolutionsprocessen bland individer för att generera en kurva som visar arternas ursprung och utrotning.

Tricket är naturligtvis att skapa en kurva som matchar bilproduktionens historia. Och teamet uppnår detta med modellen som löper genom 10 miljoner generationer av individer. Efter att ha gjort detta kan de se de stora miljöförändringarna som måste ha fått bilutvecklingen att följa samma kurva.

En intressant fråga är att fråga vad de simulerade miljöförändringarna motsvarar i den verkliga världen. Gjesfjeld och co säger att deras analys tyder på att det har skett två stora förändringar i hastigheten med vilken nya bilmodeller dyker upp, en 1933 och en annan 1984: 1933, motsvarande den stora depressionen, och 1984, sammanfallande med omkonstruktionen av bilar för att möta bränsleeffektivitetsnormer, säger de.

På samma sätt har de identifierat två förändringar i utrotningsfrekvensen: 1935, återigen motsvarande den stora depressionen, och 1960, som markerar höjden av 'de tre stora'-dominansen på den amerikanska bilmarknaden, säger de.

Uppgifterna avslöjar också ett märkligt inslag i bilutveckling sedan 1980-talet. Det visar sig att sedan dess har utrotningsfrekvensen för amerikanska bilmodeller varit högre än ursprungsfrekvensen. Detta indikerar att under de senaste 30 åren har fler amerikanska bilmodeller gått förlorade per år än vad man har vunnit, säger de.

Samtidigt har också mångfalden minskat. Detta innebär att även om färre nya bilmodeller har introducerats mot nutiden, har livslängden för dessa modeller tenderat att öka, säger de.

Det ger viktiga bevis till förmån för vissa teorier om teknisk evolution. Vår forskning överensstämmer med idén att när väl 'dominerande' bilmodeller etablerats efter andra världskriget, blir kortlivade experimentmodeller mindre vanliga på grund av ökade kostnader för att producera dessa modeller i förhållande till etablerade konstruktioner, vilket leder till en total nedgång i nettodiversifiering , de säger.

Men det är bara för bensindrivna bilar. Under de senaste åren har bilindustrin sett framväxten av hybridfordon och elbilar, och dessa följer ett annat utvecklingsmönster. Vi förutspår att el- och hybridbilar kan uppleva de tidiga stadierna av en strålningshändelse, med dramatisk diversifiering som förväntas under de kommande tre till fyra decennierna, säger de.

Det är ett intressant arbete som har stor potential. Genom att bara fokusera på de datum som nya modeller uppstår och dör ut, kan Gjesfjeld och co skapa en detaljerad förståelse för deras utveckling och de krafter som har påverkat den.

Och eftersom denna information är relativt lätt att samla in för andra moderna teknologier borde det bara vara en tidsfråga innan vi ser mer omfattande behandlingar av andra teknologier som mobiltelefoner, kameror, mikrovågsugnar och kanske textilier, möbler och så vidare.

Allt som kan sättas ihop för att ge en bild av kulturell evolution som antropologer aldrig har haft. Och om det inte förebådar uppkomsten av en gyllene era för samhällsvetenskapen, vad gör det då?

Ref: arxiv.org/abs/1604.00055 : Konkurrens och utrotning Förklara utvecklingen av mångfald i amerikanska bilar

Dölj