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]
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The History and Development of Cybernetics