Un punto di vista sulla Vita Artificiale. Domenico Parisi Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione Consiglio Nazionale delle Ricerche

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1 Un punto di vista sulla Vita Artificiale Domenico Parisi Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione Consiglio Nazionale delle Ricerche

2 La Vita Artificiale e caratterizzata principalmente da due cose: (1) Cerca di capire i fenomeni del mondo vivente mediante la loro riproduzione in sistemi artificiali, cioe mediante simulazioni o la costruzione di sistemi fisici come i robot (2) Guarda in modo unificato a tutti i fenomeni del mondo vivente, considerando come fenomeni del mondo vivente non solo quelli studiati dalla biologia ma anche quelli studiati dalle scienze cognitive e dalle scienze sociali

3 La visione unificata di tutti i fenomeni del mondo vivente, dalle molecole alle cellule, dagli organismi alle societa di organismi, e resa possibile dal fatto di usare metodi e modelli ugualmente applicabili a tutti i livelli: - simulazioni - sistemi complessi - modelli evolutivi - modelli a rete

4 Simulazioni Le simulazioni sono teorie espresse come programmi di computer Le simulazioni sono un metodo di ricerca usabile ugualmente in ogni disciplina scientifica Simulazioni e equazioni Entrambe teorie formulate in modo preciso e non ambiguo e entrambe macchine per generare predizioni Ma le simulazioni sono anche laboratori sperimentali Ci sono fenomeni a cui la matematica tradizionale non puo essere applicata mentre tutto puo essere simulato

5 Sistemi complessi Un sistema complesso e un insieme di entita che interagendo localmente tra loro danno luogo a proprieta e fenomeni globali non prevedibili e non deducibili anche se si possiede una conoscenza completa delle entita e delle regole che governano le loro interazioni Le entita possono essere molecole, cellule, individui, collezioni di individui, collezioni di collezioni di individui

6 Modelli evolutivi I modelli evolutivi assumono l esistenza di una insieme di varianti che si riproducono in modo selettivo e con l aggiunta costante di nuove varianti I modelli evolutivi possono essere usati per spiegare l evoluzione biologica, culturale e tecnologica

7 Modelli a rete I modelli a rete assumono l esistenza di un insieme di nodi collegati tra loro e che si influenzano tra loro sulla base di tali collegamenti. I modelli a rete studiano il ruolo della topologia dei collegamenti nel determinare la dinamica nel tempo di quello che e contenuto nei nodi I modelli a rete possono essere usati per studiare fenomeni biologici (interazioni tra molecole e tra cellule), sociali (interazioni tra individui e tra organizzazioni), e tecnologici (es. Internet)

8 La Vita Artificiale ha una visione essenzialmente genetica dei fenomeni, nel senso che ritiene che per capire i fenomeni bisogna ricostruirne la genesi, cioe come sono diventati quello che sono La realta da 15 miliardi a questa parte e un continuo emergere di nuovi tipi di fenomeni: Fenomeni fisici > fenomeni chimici complessi > origine della vita > organismi unicellulari > organismi pluricellulari > organismi con sistema nervoso > esseri umani > societa umane La Vita Artificiale cerca di ricondurre ogni tipo di fenomeni a quelli che li hanno preceduti, e su un piano generale si chiede: - Perche la realta e un continuo emergere di nuovi tipi di fenomeni? - Quali principi generali governano questa emergenza? - Quali nuovi futuri fenomeni potranno emergere?

9 Applicata allo studio del comportamento e della cognizione, la Vita Artificiale comporta l adozione di modelli esplicativi ispirati a come e fatto e a come funziona fisicamente il sistema nervoso (reti neurali), invece dei tradizionali modelli mentalistici della psicologia e a quelli che, sulla base dell analogia tra la mente e il computer, interpretano la mente come elaborazione di simboli. Ma, diversamente dal connessionismo classico, la Vita Artificiale inserisce il sistema nervoso in un corpo, inserisce il corpo in un ambiente fisico e sociale, e considera l individuo come membro di una popolazione di individui uno diverso dall altro, dotati di un genotipo ereditato, che si riproducono selettivamente e con l aggiunta costante di nuova variabilita.

10 Perche ci si puo aspettare molto dalla Vita Artificiale? Le scienze della natura sono decollate a cominciare dal 600 perche hanno adottato il metodo sperimentale e le teorie matematiche Purtroppo, pero, la matematica tradizionale e gli esperimenti di laboratorio non sono applicabili a molti fenomeni, e specialmente a quelli riguardanti gli esseri umani Le simulazioni sono la nuova matematica e il nuovo laboratorio sperimentale Per queste ragioni, e per la sua visione unificata e genetica di tutti i fenomeni del mondo vivente, dalla Vita Artificiale ci si puo aspettare molto per quanto riguarda la comprensione sia del comportamento e della cognizione individuale che delle organizzazioni e dei fenomeni sociali Inoltre la Vita Artificiale guarda positivamente all attuale stringersi dei collegamenti tra la biologia e la fisica

11 Nella seconda meta dell 800 Wilhelm Wundt, considerato il padre della psicologia, pubblico due libri, uno intitolato Fondamenti di psicologia fisiologica e l altro Psicologia culturale Il primo inaugurava la psicologia sperimentale, il secondo portava avanti una tradizione di studi prevalentemente filosofici rimasta fino ad oggi a un livello insoddisfacente dal punto di vista scientifico e completamente separata dalla psicologia sperimentale e dalle scienze della natura Il compito della Vita Artificiale e riunificare i due filoni di ricerca di Wundt e trasformare la psicologia in una disciplina che sia rigorosa dal punto di vista scientifico e che pero non ignori, come ha fatto la psicologia fino ad oggi, aspetti fondamentali della mente umana, quali l arte, la religione, la cultura, le organizzazioni e le societa umane, e quelle caratteristiche della mente degli esseri umani che rendono possibili tutte queste cose

12 Perche la Vita Artificiale mantenga fede alle sue promesse, debbono essere realizzate una serie di condizioni 1. La Vita Artificiale si deve occupare di piu del comportamento umano, e in particolare di quegli aspetti del comportamento umano che non ci sono nel comportamento animale 2. La Vita Artificiale deve esplorare ugualmente sia i collegamenti tra il livello che sta al di sotto degli organismi (molecole e cellule) e quello degli organismi, che i collegamenti tra il livello degli organismi e quello delle collezioni di organismi

13 Vita Artificiale e robotica La robotica e parte della Vita Artificiale Il robot oggi ha sostituito il computer come icona dell uomo Il computer e senza corpo e non interagisce fisicamente con l ambiente esterno Il robot e un artefatto fisico dotato di un cervello che interagisce fisicamente con l ambiente esterno

14 La robotica e una componente essenziale della Vita Artificiale ma per consentire alla Vita Artificiale di raggiungere i suoi fini la robotica deve cambiare rispetto a quello che e stata fino ad oggi I limiti della robotica attuale derivano dal fatto che e soprattutto una disciplina con finalita applicative e non uno strumento per capire il comportamento degli organismi (E probabile che se capiremo meglio il comportamento degli organismi, avremo anche applicazioni migliori)

15 Bisogna fare attenzione all intreccio sempre piu forte che c e oggi tra scienza e tecnologia. Nella Vita Artificiale questo intreccio ha dei vantaggi ma anche degli svantaggi Vantaggi: Piu soldi per la ricerca Idee dalla ricerca di base a quella applicata Idee dalla ricerca applicata a quella di base Svantaggi: Non si capisce quale e il criterio per valutare un sistema artificiale: ci fa capire meglio la realta o ci suggerisce delle applicazioni utili? Chi costruisce sistemi artificiali tende a ignorare quello che le scienze tradizionali gia sanno sulla realta In robotica non si costuiscono robot che hanno il libero arbitrio, che dormono, che soffrono, che vanno a un concerto..

16 Quattro direzioni in cui deve svilupparsi la robotica (1) Robotica morfologica I robot hanno corpi disegnati dal ricercatore e fatti in genere di materiali solidi e non viventi, che costituiscono una variabile indipendente, e neppure manipolata sperimentalmente, del comportamento La robotica morfologica deve studiare come corpo e comportamento si adattano reciprocamente e deve studiare l uso di materiali diversi da quelli attuali per costruire il corpo del robot

17 (2) Robotica interna La robotica fino ad oggi e stata una robotica esterna, cioe una robotica in cui il sistema di controllo interagisce con l ambiente esterno. Ma il sistema nervoso interagisce non soltanto con l ambiente esterno ma anche con organi e sistemi interni al corpo (robotica interna). Le interazioni tra il sistema nervoso e il resto del corpo hanno natura diversa (ad esempio sono prevalentemente chimiche) di quelle tra il sistema nervoso e l ambiente esterno (prevalentemente fisiche). La robotica esterna serve a capire gli aspetti cognitivi del comportamento ma la robotica interna e essenziale per capirne gli aspetti motivazionali e emotivi

18 (3) Robotica mentale Il sistema nervoso non riceve input soltanto dal di fuori, cioe dall ambiente esterno o dal resto del corpo, ma auto-genera i suoi stessi input, e risponde agli input non solo agendo sull ambiente esterno o interno al corpo, ma anche semplicemente autogenerando altri input L auto-generazione di input da luogo alla vita mentale: immagini mentali, ricordi, pensieri, predizioni e intenzioni esplicite, parlare a se stessi, sognare, coscienza, ecc.

19 (4) Robotica sociale La robotica collettiva studia gruppi di robot molto semplici, tutti identici, che si coordinano tra loro per raggiungere qualche scopo imposto dal ricercatore La robotica sociale va al di la della robotica collettiva I robot non sono cloni Puo emergere la specializzazione dei ruoli I robot hanno ciascuno i suoi scopi individuali che possono essere in conflitto con gli scopi degli altri robot, e percio debbono risolvere i problemi derivanti da questi conflitti I loro sistemi di comunicazione sono piu sofisticati (linguaggio umano) e sono appresi dagli altri e non ereditati geneticamente I robot si cambiano beni e conoscenze