La Storia e Lo Sviluppo della Cibernetica The History and Development of Cybernetics La Storia e Lo Sviluppo della Cibernetica The History and Development of Cybernetics Presented by The George Washington University in Cooperation with The American Society for Cybernetics Molti anni fa . . . le cose che una persona doveva comprendere per vivere erano relativamente poco complicate. Ogni oggetto o processo, che chiameremo sistema, era relativamente semplice. Infatti, fino a pochi secoli fa, era possibile per alcuni personaggi dominare una parte significativa della conoscenza umana allora esistente. Leonardo DaVinci Leonardo Da Vinci è stato un maestro nei campi della pittura. . . . . . scultura . . . . . . anatomia . . . . . . architettura . . . . . . macchine da guerra, e . . . . . . ingegneria aeronautica. Questo è un bozzetto per una macchina volante del 16° Secolo ... . . . e di un paracadute in caso di rottura della macchina volante. Complessità Con il passare del tempo, i sistemi a cui gli umani si interessarono divennero. . . . . . sempre più complicati. Anche i sistemi di trasporto diventarono più complessi . . . . . . ed ancora più complessi . . . . . . ed ancora più complessi . . . . . . ed ancora più complessi . . . . . . come i sistemi di produzione dell’energia. Alcune persone hanno suggerito che la tecnologia . . . . . . sta avanzando così rapidamente che . . . . . . sta superando la nostra capacità di poterla controllare. Three Mile Island Chiaramente, una persona non può ormai più riuscire a seguire gli sviluppi di tutti i campi, anche se è un maestro in molti di essi come Leonardo Da Vinci. La specializzazione è divenuta una necessità. Allora, come viviamo e lavoriamo realmente in una società tecnicamente avanzata? Esiste un modo con il quale tu, donna o uomo moderno, puoi orientarti attraverso la complessità, formulare un insieme di principi comuni a tutti i sistemi e quindi aumentare la tua capacità di regolare il mondo in cui vivi? Cibernetica = Regolazione dei Sistemi Questa domanda interessò un gruppo di ricercatori, negli anni Quaranta del XX° Secolo, che diventarono i pionieri di quel campo che sarebbe stato poi chiamato Cibernetica, la scienza della regolazione dei sistemi. La Cibernetica è un campo scientifico interdisciplinare che si rivolge ad ogni sistema, dalle molecole . . . . . . alle galassie, ponendo una speciale attenzione su macchine, animali e società. Il nome Cibernetica deriva dalla parola greca che indica la barra o il timone di pilotaggio per chi deve fornire il sistema di controllo di una barca o una nave. Questo termine fu coniato nel 1948 e definito come scienza da Norbert Wiener, nato nel 1894 e scomparso nel 1964. Wiener divenne noto come il Padre della Cibernetica. Wiener era un matematico, biologo, ed ingegnere elettrico che lavorò, durante la Seconda Guerra Mondiale, sulle batterie antiaeree guidate dai radar. Wiener collegò un radar speciale ad un cannone in modo che si posizionasse automaticamente nella direzione dell’aereo nemico. Dopo aver fatto fuoco, il radar determinava rapidamente il cambiamento di posizione dell’aereo, aggiornando i comandi del cannone finchè l’aereo non veniva abbattuto. Il sistema imitava le funzioni umane e le realizzava con maggiore efficacia. Retroazione Il cannone antiaereo rappresenta una dimostrazione del principio cibernetico di retroazione. La Retroazione rappresenta l’informazione sul risultato di un processo che viene impiegata per aggiornare i dati del processo stesso. Il radar forniva informazioni sui cambiamenti di posizione dell’aereo nemico e questa informazione veniva usata per correggere il tiro del cannone. Un esempio più familiare dell’impiego della retroazione per controllare un sistema è rappresentato dal comune termostato per regolare la temperatura di una stanza. Aumento di Temperatura a 700 F Se il sistema di riscaldamento viene regolato, come di consueto, per permettere una variazione massima di 2 gradi, quando il termostato segna 68 gradi la temperatura salirà a 70 gradi F . . . La Temperatura della Stanza sale a 700 F Il Generatore di Calore si spegne . . . il sensore di temperatura che si trova nel termostato invia il comando di spegnimento. La Temperatura della Stanza sale a 700 F Il Generatore di Calore si spegne Il generatore di calore rimane spento finché la temperatura della stanza no scende a 66 gradi F . . . La Temperatura della Stanza scende a 660 F La Temperatura della Stanza sale a 700 F . . . allora il sensore nel termostato invia il comando di accensione del generatore di calore. Il Generatore di Calore si accende Il Generatore di Calore si spegne La Temperatura della Stanza scende a 660 F Sistema di Autoregolazione Il sensore chiude un anello di retroazione per l’informazione che permette al sistema di rilevare una differenza dalla temperatura desiderata di 68 gradi F e di eseguire una correzione dell’errore. Come nel caso del cannone e dell’aereoplano, questo sistema – costituito dal termostato, dal generatore di calore e dalla stanza – è in grado di autoregolarsi attraverso la retroazione e quindi prende il nome di sistema di autoregolazione. Il corpo umano è una delle più ricche fonti di esempi di retroazioni che portano alla regolazione del sistema. Una di esse è che quando lo stomaco è vuoto, tale informazione viene inviata al cervello. Quando si è presa una azione correttiva, ovvero mangiando, allo stesso modo il cervello viene informato che l’esigenza dello stomato è stata soddisfatta. Dopo alcune ore, il processo ha di nuovo inizio. Questo anello di retroazione dura tutta la vita. Stomaco Vuoto Tempo Stomaco Pieno La Persona si Alimenta Il corpo umano rappresenta una tale meraviglia di autoregolazione che i pionieri cibernetici studiarono i relativi processi e lo usarono come modello per progettare macchine in grado di autoregolarsi. Una di queste fu costruita negli anni Quaranta del XX° Secolo dallo scienziato Britannico Ross Ashby che divenne famosa con il nome di Omeostato. Proprio come il corpo umano mantiene una temperatura costante di 98.6 gradi F (36.8 C), l’omeostato poteva mantenere la stessa corrente elettrica, nonostante i cambiamenti dall’esterno. Omeostasi Omeostato, essere umano, e termostato rappresentano tre esempi di omeostasi o di equilibrio, mantenuto attraverso l’impiego di anelli di retroazione di vario tipo. Non importa come l’informazione viene veicolata – importa che il regolatore sia informato di qualche cambiamento che richieda qualche genere di comportamento adattativo o adattivo. Anche un altro scienziato, Grey Walter, evidenziò il concetto di imitare le caratteristiche di autoregolazione umane ed animali. Il suo progetto preferito era quello di costruire delle “tartarughe” meccaniche che, come quelle viventi, si sarebbero dovute muovere liberamente e dimostrare degli attributi di vita indipendente. In questa fotografia Walter è con sua moglie Vivian, il figlio Timothy, ed Elsie la tartaruga. Elsie ha molto in comune con Timothy. Proprio come Timothy cerca cibo, che viene immagazzinato nel suo corpo come grasso, Elsie cerca luce per alimentarsi e trasformarla in energia elettrica per caricare un accumulatore al suo interno. Solo allora è pronta per un riposino, proprio come Timothy dopo un pasto, in una zona di penombra. L’anatomia di Elsie è molto differente da quella umana, anche se ne imita il comportamento umano. Ecco come appare Elsie al suo interno. Sembra molto più simile all’interno di una radio a transistor che . . . . . . all’interno di un corpo umano. Ma come cibernetico, Walter non era interessato ad imitare la forma fisica di un essere umano, bensì a simularne le sue funzioni. La Cibernetica non domanda . . . “Che Cosa è Questo?” . . . ma . . . “Che Cosa Fa?” Grey Walter non cercò di imitare la forma fisica di un essere umano, come fa uno scultore, ma di simulare le funzioni umane. In altri termini, Walter guardò gli umani . . . Non come Oggetti, . . . ma come . . . Processi Per secoli si sono progettate macchine per eseguire compiti umani e non solamente per quelli che richiedono potenza muscolare. Automi, come le piccole figure in movimento umane o animali che emergono dagli orologi a cucù e dalle scatole a charillon, furono molto popolari nel XVIII° Secolo. Le macchine capaci di pensare sono state un soggetto speculativo molto prima che fosse inventato il calcolatore elettronico. Gli Incontri della Fondazione Macy 1946 - 1953 Dal 1946 al 1953 si concretizzò una serie di incontri per discutere anelli di retroazione e causalità ciclica nei sistemi di autoregolazione. Gli incontri, finanziati dalla Fondazione Josiah Macy, Jr., furono interdisciplinari, coinvolgendo ingegneri, matematici, neurofisiologi, ed altri professionisti. Il chairman di questi incontri, Warren McCulloch, scrisse che questi scienziati trovarono molta difficoltà nel comprendersi, perché ciascuno aveva sviluppato un proprio linguaggio professionale. Gli argomenti trattati erano così coinvolgenti ed infuocati che Margaret Mead, una dei frequentatori, una volta non si accorse neanche di essersi rotta un dente se non al termine dell’incontro. Gli incontri successivi si svolsero in maniera in qualche modo più calma con l’accumularsi di un insieme di esperienze comuni da parte dei partecipanti. Questi incontri, insieme alla pubblicazione, nel 1948, del libro di Norbert Wiener dal titolo 'Cybernetics' , servirono a costruire le fondamenta per lo sviluppo della cibernetica come oggi viene conosciuta. In questa fotografia degli anni Cinquanta del XX° Secolo si vedono i quattro pionieri della Cibernetica che abbiamo già conosciuto. Da sinistra a destra sono: Ross Ashby padre dell’omeostato; Warren McCulloch, organizzatore degli incontri della Fondazione Macy; Grey Walter, creatore di Elsie, la tartaruga; e Norbert Wiener, che suggerì il nome della nuova disciplina come ‘Cibernetica' . Neurofisiologia + Matematica + Filosofia Warren McCulloch fu un personaggio findamentale per espandere gli scopi della Cibernetica. Psichiatra di formazione, McCulloch riuscì a combinare le sue conoscenze di neurofisiologia, matematica, e filosofia per meglio comprendere sistemi molto complessi come . . . . . . il sistema nervoso umano. McCulloch credeva che si potesse arrivare ad una descrizione del funzionamento del sistema nervoso con il linguaggio preciso della Matematica. Come esempio, sviluppò una equazione che spiegava l’effetto che si verifica quando un oggetto freddo, come un cubetto di ghiaccio, tocca la pelle umana per un breve istante: paradossalmente produce una sensazione di caldo piuttosto che di freddo . Neurofisiologia + Matematica + Filosofia McCulloch non solo usò matematica e neurofisiologia per comprendere il sistema nervoso, ma anche la filosofia – una rara combinazione. Scienziati e filosofi vengono spesso considerati distanti miglia negli interessi precipui – gli scienziati studiano reali, concreti, . . . . . . oggetti fisici, come piante, . . . . . . animali, . . . . . . e minerali, mentre i filosofi, . . . . . . studiano entità astratte come idee, pensieri, e concetti. Epistemologia = Studio della Conoscenza McCulloch trovò l’esistenza di un collegamento tra scienza e neurofisiologia ed una branca della filosofia chiamata epistemologia, che, in ambito anglosassone, rappresenta lo studio della conoscenza. McCulloch si rese conto che la conoscenza si forma in un organo fisico del corpo, il cervello, nonostante essa sia comunemente considerata invisibile. Fisico Cervello Astratto Mente Conoscenza Infatti, la Mente rappresenta il luogo di incontro tra cervello ed idee, tra ambito fisico e quello astratto, tra scienza e filosofia. Fisico Filosofico Epistemologia Sperimentale McCulloch fondò una nuova disciplina di studio basata sull’intersezione di quella fisica con quella filosofica. Questa nuova disciplina fu chiamata ‘epistemologia sperimentale‘, lo studio della conoscenza attraverso la neurofisiologia. L’obiettivo consisteva nello spiegare come l’attività di una rete nervosa possa risultare in ciò che gli umani indicano come sentimenti ed idee. Cibernetica = Regolazione di Sistemi Perché il contributo di McCulloch è così importante per i cibernetici? Ricordiamoci che la cibernetica è la scienza della regolazione di sistemi. Il cervello umano è forse il più sofisticato di tutti i regolatori, controllando il corpo umano come molti altri sistemi del suo ambiente. Quindi una teoria su come funziona il cervello può rappresenta una teoria di come viene generata tutta la conoscenza dal genere umano. Ma mentre un cannone antiaereo ed un termostato sono dispositivi costruiti da terzi per regolare certi sistemi, la mente è un sistema che si autocostruisce e che si autoregola. Questo fenomeno verrà trattato tra breve. Ulteriori Concetti di Cibernetica Ora che ci siamo familiarizzati con alcuni personaggi fondamentali, i loro interessi ed i loro contributi, siamo pronti per ricevere ulteriori concetti di Cibernetica. Legge di Varietà di Requisiti Un concetto molto importante è rappresentato dalla ‘Legge di Varietà dei Requisiti’ che si sintetizza come segue: quando un sistema diventa sempre più complesso, anche il controllore del sistema deve diventare più complesso perché ci sono molte più funzioni da regolare. In altre parole, più complesso il sistema, più sofisticato deve essere il suo regolatore. Rivediamo l’esempio del termostato. Se l’abitazione è provvista di un unico generatore di calore, il termostato può essere molto semplice – perché deve controllare soltanto un generatore. Ma se l’abitazione è dotata di generatore di calore e di sistema di climatizzazione, il termostato deve essere più sofisticato – sarà dotato di più interruttori, manopole o bottoni – perché deve controllare due processi – riscaldamento e raffreddamento. Lo stesso principio vale per gli organismi viventi. Gli esseri umani possiedono il sistema nervoso ed il cervello più complessi di ogni altro animale. Grazie ad essi si possono cimentare in attività differenti e essere dotati di corpi complessi. Al contrario, alcuni animali come la stella di mare, . . . . . . Il cetriolo marino, . . . . . . e l’anemone di mare non possiedono un cervello centrale, ma solamente una semplice rete nervosa, che risulta sufficiente per regolare i loro semplici corpi e le loro funzioni. In sostanza più è complesso un animale e più complesso è il cervello di cui deve essere dotato. La ‘Legge di Varietà dei Requisiti’ non si applica solamente al controllo di macchine e dei corpi umani, ma anche ai sistemi sociali. Ad esempio, per controllare il crimine, non è necessario e non è realizzabile stabilire un agente di polizia per ogni cittadino, perchè non tutte le attività dei cittadini necessitano di una regolazione . . . . . . solamente quelle illegali. Quindi, uno o due agenti di polizia ogni mille abitanti usualmente forniscono le necessarie capacità per il controllo di attività illegali. In casi come quello appena visto l’esigenza di controllo di un tale sistema viene soddisfatta non da una maggiore sofisticazione del sistema di regolazione, ma da una riduzione della varietà nel sistema regolato. In altre parole, invece di assumere un numero maggiore di agenti di polizia, si decide semplicemente di regolare un numero minore di comportamenti umani. Sistema Auto-Organizzativo Il ‘Sistema Auto-Organizzativo’ rappresenta un altro concetto cibernetico che abbiamo davanti agli occhi tutti i giorni. Un sistema auto-organizzativo è un sistema che diventa sempre più organizzato avvicinandosi all’equilibrio. Ross Ashby evidenziò che qualsiasi sistema i cui processi interni o le cui regole di interazione non cambiano, di fatto è un sistema auto-organizzativo. Un semplice esempio è rappresentato da un gruppo di persone anglosassoni disorganizzate che, rimanendo in attesa . . . . . .per prendere un mezzo pubblico, si disporranno lungo una linea, perchè nelle loro esperienze passate si sono resi conto che la linea è un modo pratico ed educato per ottenere un servizio. Questo gruppo di persone rappresenta un esempio di sistema auto-organizzativo. Anche il condimento di un’insalata costituito da olio ed aceto è un sistema auto-organizzativo. Infatti, se agitata, come qui illustrato, la mistura diventa un liquido omogeneo, anche se temporaneamente. Permettendo al condimento di insalata di raggiungere uno stato di equilibrio, si vede che la mistura cambia struttura e l’olio e l’aceto si separano automaticamente. Si può allora affermare che il condimento organizza se stesso. L’idea di auto-organizzazione porta ad una regola generale di progetto. Per cambiare ogni oggetto, porre l’oggetto in un ambiente dove la reciproca interazione (oggettoambiente-oggetto) è in grado di cambiare l’oggetto nella direzione desiderata. Vediamo tre esempi . . . Primo, per produrre ferro da minerale ferroso si pone il minerale ferroso in un ambiente chiamato altoforno. Nell’altoforno, si brucia carbone per produrre calore. Nell’ambiente chimico e termodinamico dell’altoforno gli ossidi di ferro diventano ferro puro. Come secondo esempio prendiamo il processo educativo di un bambino. Il bambino viene mandato in una scuola. Come risultato dell’interazione tra insegnanti ed altri studenti nella scuola, il bambino impara a leggere e a scrivere. Un terzo esempio è rappresentato dalla regolamentazione degli affari da parte di un governo. Per regolamentare gli affari la popolazione USA adotta una Costituzione che stabilisce tre istituzioni governative. Con l’emanazione di leggi, il Congresso crea un ambiente di incentivi di tassazione e di penalità legali che vengono fatte rispettare dalla Istituzione Esecutiva. Questi incentivi e penalità, che sono stabiliti dalle corti, costringono gli uomini d’affari a modificare il loro comportamento della direzione desiderata. Ciascun esempio – l’altoforno per la fusione del ferro . . . . . . la scuola con gli insegnanti e gli studenti . . . . . . e la regolamentazione governativa degli affari si può pensare come un sistema autoorganizzativo. Ciascun sistema si autoorganizza dirigendosi verso uno stato di equilibrio stabile. In ogni caso le regole di interazione del sistema vengono impiegate per produrre il risultato desiderato. I recenti lavori sugli automi cellulari, geometria fraziale, e complessità si possono pensare come una estensione di quel lavoro sui sistemi autoorganizzativi svolto nei primi anni Sessanta del XX° Secolo. Fino a questo momento abbiamo visto come la cibernetica ci può aiutare a costruire macchine ed a comprendere semplici processi di regolazione. Ma la cibernetica ci può anche aiutare ad imparare come si genera la conoscenza. Questa comprensione può fornire delle fondamenta ancora più solide per la regolazione di sistemi più grandi, come corporazioni d’affari, nazioni, . . . . . . ed anche il mondo intero. Ruolo dell’Osservatore Alla fine degli anni Sessanta del XX° alcuni cibernetici come Heinz Von Foerster negli Stati Uniti d’America, . . . . . . Humberto Maturana nel Cile, . . . . . . Gordon Pask e, . . . . . . Stafford Beer in Inghilterra . . . Cibernetica di Secondo Ordine . . . iniziarono ad estendere l’applicazione dei principi cibernetici per comprendere il ruolo dell’osservatore. Questa enfasi particolare fu chiamata ‘cibernetica di secondo-ordine‘. Quindi la cibernetica di primo ordine trattava di sistemi controllati, mentre la cibernetica di secondo ordine si occupò di sistemi autonomi. L’applicazione dei principi cibernetici ai sistemi sociali richiamò l’attenzione sul ruolo dell’osservatore di un sistema che, . . . . . . mentre cerca di studiare e di capire un sistema sociale, non è in grado di separare se stesso dal sistema o di evitare che egli stesso possa perturbarlo. Secondo l’approccio classico, uno scienziato nel suo laboratorio pone una grande attenzione e prende notevoli precauzioni per evitare che le proprie azioni possano influenzare il risultato di un esperimento. In ogni caso, però, spostandosi dai sistemi meccanici, come quelli con cui lavora uno scienziato nel suo laboratorio, a quelli sociali, diventa impossibile ignorare il ruolo dell’osservatore. Ad esempio, uno scienziato come Margaret Mead che ha studiato i popoli e le loro culture, non può negare di aver avuto qualche effetto sulle popolazioni che ha studiato. Poichè ha convissuto a stretto contatto con le società che ha studiato, naturalmente, in certe occasioni, gli autoctoni hanno voluto impressionarla, compiacerla, e forse anche angustiarla. La presenza stessa di Mead in una cultura ha prodotto una alterazione di quella cultura e, a sua volta, questa alterazione ha influenzato le sue osservazioni su quella cultura. L’ ‘effetto osservatore' ha reso impossibile a Mead di conoscere come fosse la vera società autoctona senza la sua presenza. Uno scrupoloso reporter di news verrà sempre influenzato dal suo ambiente e dalla sua esperienza e di conseguenza non potrà che offrire una visione necessariamente soggettiva di un fatto. Come pure un solo reporter non potrà mai essere in grado di raccogliere e comprendere tutte le informazioni necessarie per offrire un servizio completo ed accurato relativo ad un evento complesso. Per questi motivi è saggio poter disporre di molteplici soggetti differenti per studiare un evento o un sistema complesso . Solamente ascoltando le descrizioni di osservatori differenti una persona può formarsi un’impressione di quanto una descrizione sia funzione dell’osservatore e quanto la descrizione sia funzione dell’evento stesso. Se all’inizio la cibernetica venne applicata generalmente a sistemi in cerca di un obiettivo definito da terzi, la cibernetica di 'secondoordine' riguarda invece sistemi in grado di definire i loro stessi obiettivi. In questo caso il focus attentivo viene posto su come si costruiscono gli scopi. Un esempio interessante di sistema che cresce da una condizione con obiettivi imposti da terzi fino ad un’altra con obiettivi auto-definiti è proprio l’essere umano. Quando I bambini sono molto piccoli, i genitori scelgono per loro gli obiettivi. Ad esempio, usualmente i genitori desiderano che i loro figli imparino a camminare, parlare, ed usare buone maniere a tavola. Quando il bambino cresce, impara a scegliere i propri obiettivi ed a perseguire i propri scopi, come quelli di decidere gli obiettivi educativi e di carriera, . . . . . . pianificando di sposarsi . . . . . . e di ‘metter su’ famiglia. Riassumendo quello che abbiamo appreso, dapprima la cibernetica si distinse per il concetto di retroazione. Il corpo umano è una ricca sorgente di esempi di come la retroazione permetta ai sistemi di auto-regolarsi, sollevando negli scienziati un interesse allo studio . . . . . . ed alla simulazione di attività umane ed animali, dalla deambulazione al pensare . La Cibernetica studia proprietà autoorganizzative e si è mossa . . . . . . da un ambito primario coinvolgente macchine . . . . . . a quello successivo per includere grandi sistemi sociali. Non sarà possible ritornare al tempo di Leonardo Da Vinci e dominare tutti i campi di conoscenza esistenti, ma possiamo costruire un insieme di principi che sono alla base del comportamento di tutti i sistemi conosciuti. Come ci insegna la cibernetica, il ruolo dell’osservatore definisce i sistemi che vuole controllare e quindi anche la complessità dipende dall’osservatore. La complessità, come la bellezza, è solamente negli occhi dell’osservatore. La Storia e lo Sviluppo della Cibernetica Narrated By: Paul Williams Produced By: Enrico Bermudez Paul Williams Written By: Catherine Becker Marcella Slabosky Stuart Umpleby © 2006 The George Washington University: [email protected]