Cibernetică: Control și comunicare la animale și mașini

Cibernetica: control și comunicare la animale și mașini este titlul italian al unei cărți ^[1] publicată în engleză în 1948 de matematicianul american Norbert Wiener , care a dat naștere liniei omonime a gândirii interdisciplinare .

Munca

Istorie

În introducerea cărții, Wiener spune că a fost invitat în 1947 la Nancy , Franța, pentru un congres privind analiza armonică ; cu acea ocazie a primit propunerea de a scrie o carte de sinteză între operele sale matematice și interesele sale în alte domenii. Lucrarea a fost finalizată în timpul unei perioade de cercetare în Mexic cu fiziologul Arturo Rosenblueth ^[2] și publicată în anul următor. În 1961 a fost tipărită a doua ediție, cu adăugarea a două capitole.

Cartea a introdus neologismul „ cibernetică ” , creat cu ocazia autorului pentru a indica propriul domeniu de interese interdisciplinare .

Cuprins

A doua ediție a cărții, în traducerea sa italiană, constă dintr-o prefață și două părți: prima dintre acestea cuprinde conținutul primei ediții, adică o introducere și primele 8 capitole, în timp ce a doua conține ultimele două capitole, adăugat odată cu a doua ediție.

Prefață la a doua ediție

Prefața începe amintind pe scurt că, în cei treisprezece ani care au trecut de la prima publicare a cărții, conceptele studiate de cibernetică au devenit familiare unui public larg de ascultători din diferite discipline, precum ingineri, biologi, psihologi și sociologi . Wiener continuă imediat să examineze unele probleme noi apărute în anii care au urmat primei ediții, dintre care prima este reprezentată de prezența tot mai mare a mecanismelor neliniare în sistemele studiate. Aici Wiener se referă la cartea sa din 1958 Probleme neliniare în teoria aleatorie , în care examinează metode de identificare a sistemelor neliniare bazate pe răspunsul lor la semnale aleatorii (cum ar fi mișcarea browniană , deja studiată de Wiener), mai degrabă decât impulsul sau funcțiile trigonometrice , ca în cazuri liniare. Ulterior, sunt prezentate problemele care vor face obiectul celor două capitole adăugate odată cu cea de-a doua ediție, IX (despre învățare și auto-reproducere ) și X (despre fenomenele de autoorganizare a sistemelor).

Introducere

Wiener analizează natura interdisciplinară a abordării sale, reconstituind originea acesteia și amintindu-și oamenii care au influențat-o. În descrierea lucrărilor sale timpurii cu colegii săi Rosenblueth și J. Bigelow ^[3] , el subliniază că subiectul lor comun a fost acela al descrierii, sau al simulării prin intermediul unei mașini, a unei activități umane; reiterează unitatea de control și comunicare și necesitatea studierii lor din punct de vedere statistic. Apoi își amintește experiențele sale de calcul automat, de la activitatea sa la MIT cu V. Bush pe calculatoare analogice , până la contactele sale cu proiectanții primelor mașini complet digitale (inclusiv J. von Neumann ); descrie întâlnirea cu McCulloch și Pitts și cercetările lor, care introduce interesul pentru neurofiziologie și logica matematică în cibernetică. În acest sens, Wiener îl include pe Leibniz printre precursorii analizei cibernetice, al căror simbolism universal și calculul raționamentului îl citează. Apoi descrie, în detaliu, munca efectuată cu Rosenblueth între 1944 și 1947 privind aplicarea modelelor teoretice bazate pe feedback la studiul diferitelor tipuri de contracții musculare. În cele din urmă, el încheie această extinsă (25 de pagini) reconstrucție istorică descriind mediul Conferințelor Macy ^[4] și propunerea făcută acestuia, în 1947, de a scrie cartea în cauză.

La sfârșitul capitolului, Wiener exprimă o notă de scepticism cu privire la aplicabilitatea metodei științifice și, prin urmare, a ciberneticii, la științele umane (un subiect care va fi explorat în continuare în capitolul VIII); reamintește posibilele aplicații ale ciberneticii la construcția de proteze (anticipând domeniul ingineriei cunoscut acum sub numele de bionică ); și avertizează despre viitorul impact social al automatizării funcțiilor intelectuale umane. Pe această ultimă temă, în special, Wiener va analiza mai detaliat în cartea sa din 1950 The human use of human humans ^[5] .

I. Timpul newtonian și timpul Bergsonian

Cartea începe cu o explorare a contrastului dintre procesele reversibile în timp, guvernate de mecanica newtoniană și cele ireversibile sau, în orice caz, orientate în timp, pentru care mecanica statistică oferă cea mai potrivită descriere. Wiener subliniază că al doilea model este aplicabil unei clase foarte largi de fenomene, inclusiv cele ale vieții, mergând până la a afirma că „nu există o singură știință care să se conformeze exact modelului newtonian”. Într-un excursus despre istoria conceptului de automat , el subliniază că automatul din secolul al XX-lea este o mașină care procesează informații , a cărei funcționare poate fi descrisă doar în termeni statistici.

II. Grupuri și mecanici statistici

Wiener continuă prezentarea generală a mecanicii statistice, urmărind evoluția acesteia, de la primele rezultate ale lui Gibbs , la contribuțiile lui Lebesgue asupra teoriei măsurii , la algebra grupurilor , până la dezvoltarea teoriei ergodice din anii 1930, care în cele din urmă a dat o bază riguroasă rezultatelor lui Gibbs. Ca dovadă a legăturii metodelor mecanicii statistice cu prelucrarea informațiilor, arată relația conceptului de entropie , central în mecanica statistică, cu cea a informației.

III. Serii cronologice, informații și comunicare

Wiener își rezumă aici studiile despre teoria comunicațiilor. Plecând de la ilustrația conceptului de serie temporală , propune o definiție cantitativă proprie a informațiilor emise de o sursă. Formula, bazată pe o sugestie a lui von Neumann , coincide cu cea clasică a lui Shannon , bazată tot pe funcția logaritmului ^[6] . Apoi, el raportează în mod explicit informațiile astfel definite la conceptul termodinamic de entropie și ilustrează diverse probleme de natură statistică deja abordate în lucrările sale anterioare, inclusiv cea a predicției unei serii temporale, a filtrării semnalului de la zgomot și a analizei mișcării browniene . Apoi tratează problemele de bază ale teoriei comunicațiilor, cum ar fi eșantionarea semnalelor analogice și relația dintre lățimea de bandă , zgomotul și capacitatea de transmisie a unui canal .

IV. Contra-reacție și oscilație

Conceptul de feedback este ilustrat și aplicat imediat la examinarea cazurilor simple extrase din neurofiziologie , cu ilustrarea efectului defectelor în mecanismele de control și din tehnologie, cum ar fi semnalizarea feroviară, funcționarea termostatelor și controlerul centrifugal. a motoarelor cu abur studiate de Maxwell . Restul capitolului este ocupat în principal cu analiza matematică a sistemelor de feedback liniar , până când se obține expresia binecunoscută pentru funcția lor de transfer și se studiază stabilitatea acestuia. Sunt discutate apoi sisteme mai complexe, cum ar fi navigația automată și controlul neliniar , în cazuri precum conducerea pe un drum înghețat. În concluzie, ne întoarcem la analiza sistemelor vii, arătând cum tendința lor la homeostază este un efect suplimentar al prezenței mecanismelor de control al feedback-ului.

V. Calculatoare și sistemul nervos

În primul dintre cele trei capitole dedicate examinării minții ca mașină de calculat, sunt prezentate pe scurt cele două clase de calculatoare disponibile în acel moment, analogice și digitale ; analiza se concentrează imediat pe a doua, cu o prezentare generală a principiilor de bază ale modului în care funcționează calculatorul binar digital. Principiile de funcționare a sistemului nervos sunt apoi discutate sau ipotezate, inclusiv funcții precum gândirea logică, învățarea și tonul afectiv.

TU. Gestalt și universale

Acest scurt capitol este o examinare filosofică a relației dintre evenimentele fizice din sistemul nervos central și experiența subiectivă a individului, care se concentrează pe procesele care transformă semnalele nervoase din retină într-o reprezentare mentală a câmpului vizual. De asemenea, explorează numeroasele procese de reglare neuromusculară care fac posibilă vederea, încheind cu o analiză a problemelor care trebuie confruntate în realizarea unei mașini de citit pentru nevăzători.

VII. Cibernetică și psihopatologie

Wiener, deși cu mare precauție, folosește aici analogia dintre creier și mașina de calcul pentru a analiza cazurile de disfuncționalitate (și, prin urmare, patologică) ale primei. După ce a observat că sistemul nervos utilizează conceptul de redundanță pentru a recunoaște și corecta erorile de procesare, el sugerează că psiho-patologiile ar putea proveni din defecte în zonele de stocare a creierului, atât pe termen scurt, cât și pe termen lung.

VIII. Informații, limbă și societate

Capitolul oferă câteva exemple în care conceptele de informații sau homeostazie pot fi utilizate pentru a înțelege fenomenele sociale, dar se încheie cu o notă de scepticism cu privire la posibilitatea aplicării analizei cibernetice, bazată pe metoda științifică , la științele sociale .

IX. Pe mașinile de învățare și auto-reproducere

În acest capitol și în capitolul următor, scris pentru a doua ediție a anului 1961, Wiener abordează câteva subiecte care vor face obiectul interesului, în deceniile următoare, al studiilor asupra complexității . În special, aici examinăm posibilitatea conceperii și construirii de mașini care îndeplinesc două funcții tipice ale ființelor vii, învățarea și auto-reproducerea .

Primul punct este introdus prin identificarea a două mecanisme de realizare. Unul este cel al evoluției prin selecție naturală ; dă naștere la ceea ce Wiener numește aici învățarea „ filogenetică ”, adică la schimbarea speciei condusă de succesul evoluției, adică de capacitatea de a supraviețui și de a se reproduce. Al doilea, care se referă în schimb la schimbări în comportamentul individului în cursul vieții sale, ca răspuns la experiență, este denumit „ învățare ontogenetică ”. Autorul sugerează că ambele procese se bazează pe mecanisme de feedback neliniar . După o examinare rapidă a lucrării lui von Neumann despre teoria jocurilor, sunt analizate diferite comportamente, atât ale mașinilor, cât și ale ființelor vii, care în limbajul tehnologiei moderne ar fi denumite astăzi adaptative ; acestea sunt jocuri (în special șah) și conflicte, atât sportive, cât și militare, în care comportamentul protagoniștilor variază pe baza experienței dobândite în procesul la care participă. În acest sens, este reamintit și filtrul statistic studiat deja de Wiener și descris în capitolul III, ca exemplu de comportament adaptativ.

Discuția asupra posibilității de a concepe mașini capabile de auto-replicare se deschide cu un citat din lucrările lui von Neumann pe această temă ; ulterior, se presupune că o procedură de operare pentru reproducerea automată a mașinilor ar putea avea la bază un proces de proiectare logică a aparatelor neliniare și, prin urmare, foarte general, descris în lucrările lui Gabor și ale autorului, deja citate în Prefața a doua ediție. În termeni generali, aceasta este posibilitatea duplicării unui dispozitiv, indiferent de configurația sa internă, bazată doar pe o examinare a comportamentului său ^[7] ; în acest scop se folosește o structură standard egală pentru toți, în care unele componente specifice sunt alese de la caz la caz, în funcție de comportamentul dispozitivului examinat. Wiener încheie capitolul propunând că acest mecanism îl poate schematiza pe cel al reproducerii genelor.

X. Undele cerebrale și sistemele de auto-organizare

După o referire la cele două mecanisme de învățare ale organismelor vii, „ filogenetică ” și „ ontogenetică ”, discutate în capitolul anterior, autorul se concentrează pe analiza activității electrice a creierului. După o discuție cu privire la limitările tehnice ale primelor electroencefalografe , Wiener descrie o procedură, bazată pe rezultatele muncii sale privind funcția de autocorelație și pe analiza armonică pentru procesele aleatorii , pentru a determina, cu tehnologia disponibilă la momentul respectiv, spectrul densitatea unei electroencefalograme . Pentru a explica vârful de putere la o frecvență de aproximativ 10 Hz, așa-numitul ritm alfa , Wiener încearcă apoi să analizeze modalitățile prin care neuronii creierului se pot sincroniza pentru a produce o frecvență comună și presupune prezența reglării neliniare. circuite; în această privință, el citează diverse exemple, preluate din biologie și inginerie electrică, și un posibil mecanism, pe care îl indică drept „atracție a frecvențelor”, corespunzător a ceea ce este acum cunoscut în electronică drept „ buclă blocată în fază” PLL).

Ospitalitate

Opera a obținut un succes neașteptat, mai ales în afara cercului restrâns de specialiști cu care autorul își împărtășise până atunci ideile.

Alte lucrări ale autorului

Wiener a scris alte două cărți care pot fi abordate în acest sens, deși au o natură mai populară și mai orientate spre probleme sociale și filosofice: „Introducere în cibernetică - Utilizarea umană a ființelor umane” ^[8] și „Dio & Golem SpA - Cibernetică și religie " ^[9]

Notă

Elemente conexe

• Norbert Wiener
• Cibernetică
• Homeostazie
• Reducționism (filozofie)

Alte proiecte

• Wikționarul conține dicționarul lema « cibernetică »
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre cibernetică

linkuri externe

• „Cibernetică” în Enciclopedia italiană , pe treccani.it .

Portal IT

Portal de inginerie