Filosofia delle scienze cognitive

Macchine, Modelli, Spiegazioni

David Hilbert

Macchine “intelligenti”Gli antecedenti più immediati

Esiste un algoritmo per decidere ogni caso particolare di una classe infinita di problemi di decisione (che ammettono una risposta si/no)?

Es. x è un numero primo?

Esiste un algoritmo per generare tutti gli elementi di una classe infinita di oggetti?

Qual è l’ennesimo numero primo? Esiste un algoritmo per generare tutti gli

enunciati veri dell’aritmetica?

Kurt Gödel 1931: Su proposizioni indecidibili dei Principia Mathematica e di sistemi affini

Alan M. Turing

Le macchine di Turing

► Ludwig Wittgenstein:

► Le macchine di Turing sono esseri umani che calcolano

Le macchine di TuringDotata di una testina di lettura/scrittura, una macchina di Turing può

► osservare una casella per volta

stato interno: q

Le macchine di TuringDotata di una testina di lettura/scrittura, una macchina di Turing può

► osservare una casella per volta► stamparvi un simbolo se è vuota

Ħ

stato interno: q

Le macchine di TuringDotata di una testina di lettura/scrittura, una macchina di Turing può

► osservare una casella per volta► stamparvi un simbolo se è vuota► cancellare il simbolo già stampato e svuotarla, oppure

stato interno: q

Le macchine di TuringDotata di una testina di lettura/scrittura, una macchina di Turing può

► osservare una casella per volta► stamparvi un simbolo se è vuota► cancellare il simbolo già stampato e svuotarla, oppure ► sostituire il simbolo precedente con uno nuovo.

¥

stato interno: q

Le macchine di TuringDotata di una testina di lettura/scrittura, una macchina di Turing può

► osservare una casella per volta► stamparvi un simbolo se è vuota► cancellare il simbolo già stampato e svuotarla, oppure ► sostituire il simbolo precedente con uno nuovo.

Inoltre la macchina può ► spostare la testina di lettura di una casella, a sinistra (S) o a destra (D)

della casella osservata, e può

¥

stato interno: q

Le macchine di TuringDotata di una testina di lettura/scrittura, una macchina di Turing può

► osservare una casella per volta► stamparvi un simbolo se è vuota► cancellare il simbolo già stampato e svuotarla, oppure ► sostituire il simbolo precedente con uno nuovo.

Inoltre la macchina può ► spostare la testina di lettura di una casella, a sinistra (S) o a destra (D)

della casella osservata, e può ► cambiare la propria “configurazione interna” q.

L’esecuzione di queste operazioni dipende esclusivamente dal contenuto della casella osservata e dalla configurazione interna q della macchina.

¥

configurazione interna: qi

La tesi di Turing e la macchina universale

Tutte le corrispondenze ingresso/uscita calcolabili mediante un qualsiasi algoritmo sono calcolabili da una macchina di Turing (Tesi di Turing)

Esiste una macchina universale di Turing (in grado di simulare il comportamento di ogni macchina di Turing)

► Data una macchina di Turing M e un ingresso y per M: Quale sarà il comportamento di M su questo y?

► Più specificamente, ► M si fermerà producendo un risultato determinato

dopo un numero finito di passi di calcolo oppure ► M procederà indefinitamente nei suoi calcoli senza

mai fermarsi?

Limiti delle macchine calcolatriciIl problema della fermata

Problemi indecidibili

► Non esiste nessuna macchina di Turing in grado di rispondere correttamente a tutte le domande di questa forma.

► In base alla tesi di Church-Turing, questa conclusione implica che non esiste nessun algoritmo in grado di rispondere a tutte le domande di questa forma.

1/5: I fondamenti teorici dell’informatica

Turing, 1950►“Mi propongo di considerare la

domanda: Possono pensare le macchine? Si dovrebbe cominciare col definire il significato dei termini “macchina” e “pensare”.”

►Le definizioni potrebbero essere formulate in modo da riflettere il più possibile l’uso normale delle parole, ma questo atteggiamento è pericoloso.

►La nuova forma del problema può essere descritta nei termini di un gioco, che chiameremo “il gioco dell’imitazione”

Turing, A.M. (1950), "Computing Machinery and Intelligence", Mind, Vol. 59, pp. 433-460.Trad. it. “Macchine calcolatrici e intelligenza”, in Somenzi,Cordeschi, “La filosofia degli automi”, Boringhieri 1994, oppure in Lolli, “Intelligenza meccanica”, Boringhieri

Il gioco dell'imitazione

Letizia(Henry Lieberman, MIT)

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deduzione

(a) Benedetto XVI è calabrese

(b) Tutti i calabresi sono giardinieri

-------------------------------------

Benedetto XVI è giardiniere

Induzione (e apprendimento)

1) Tutti i cigni osservati sino ad ora in Europa sono bianchi

2) Tutti i cigni osservati sino ad ora in Nord America sono bianchi

3) Tutti i cigni osservati sino ad ora in Sud America sono bianchi

...

(n) Non sono stati mai osservati cigni che non fossero bianchi

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Tutti i cigni sono bianchi

abduzione

(a)L’assassino ha sporcato di fango il tappeto

(b)Chiunque fosse entrato dal giardino avrebbe sporcato di fango il tappeto

===================================

L’assassino è entrato dal giardino

inferenza per “default”

(a)Gli uccelli, salvo eccezioni, sono in grado di volare

(b)Titti è un uccello

==========================

Titti è in grado di volare

Macchine fototropiche

BraitenbergVehicle #2

Nel 1900 Loeb fornisce una spiegazione del comportamento fototropico delle falene: I sensori di intensità luminosa attivano le masse muscolari della falena poste sul lato esposto alla luceJacques Loeb, Comparative physiology of the brain and comparative psychology (1900)

La cibernetica

La “tartaruga” di Grey Walter

I robot come modelli materiali

PALOMA platformSSSA, Pisa

RoboLobsterMIT/Boston University

Cricket robotU. of Stirling – U. of Edinburgh

Anthroform armUniversity of Washington

SahabotUniversity of Zurich

Capacità di navigazione la formica del deserto Cataglyphis

Desert ants Cataglyphis make foraging excursions that take them up to 200m

away from their nest. On finding a suitable prey, they return home unfailingly and in a straight line.

Cataglyphis takes snapshots of the visual landscape…

… and compares them with memorized reference landmarks, obtaining difference vectors

The “snapshot model”, first version (Cartwright

and Collett, 1986)

The ALV model

Snapshot model. “According to this model, an insect records a panoramic snapshot image of the surroundings at the target position. When it has to return to this location, it compares this snapshot with its current retinal image in order to determine a home vector.”

Meccanismi astrattirealizzazioni biologiche e artificiali

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Schemi astratti

Realizzazioni biologichecomponenti biologiche e loro relazioni funzionali

Realizzazioni artificialiComponenti robotiche e loro relazioni funzionali

Sistema biologic

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Sistema robotico

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Corroborazione o revisione del modello teorico

Corroborazione o revisione del modello teorico

Confronto tra comportamento del robot e del sistema biologicoConfronto tra comportamento

del robot e del sistema biologico

Modelli materiali ed esperimenti

I

O

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O

Modello teoricoModello teorico

Un esperimento di falsificazione

Rob

oLob

ster RoboLobster is

immersed in in a stream of water to which a turbulent plume is added

Two algorithms are tested, based on a negative feedback control scheme

Grasso, F.W., Consi, T.R., Mountain, D.C., Atema, J. (2000), "Biomimetic robot lobster performs chemo-orientation in turbulence using a pair of spatially separated sensors:

Progress and challenges", Robotics and Autonomous Systems, Vol. 30, pp. 115-131.

Algorithm 1:

Turn when the concentration gradient exceeds a fixed threshold

Algorithm 2:

Additional rule: reverse the wheels’ rotation if the concentration gradient falls over the threshold

OK

no 60 cm 100 cm

Distance between the starting point and the chemical

source:

destination start

60 cm

100 cm

Norbert Wienerlibertà e responsabilità nella ricerca

Tecnoetica delle macchine intelligenti

In un gruppo decisionale ed operativo a composizione mista di uomini e macchine, chi è responsabile delle azioni intraprese e degli effetti da queste derivanti? I criteri etici e le norme giuridiche che hanno per il passato regolato le modalità di attribuzione di responsabilità e colpe, ed eventualmente l’irrogazione di sanzioni, rimangono pienamente validi e applicabili?

Tecnoetica delle macchine intelligenti

E’ legittimo usare protesi bioniche per il potenziamento di capacità fisiche o cognitive? E in tal caso come bisogna regolare l’accesso a tali risorse?

I sistemi “intelligenti” per l’accesso personalizzato alle informazioni possono minacciare la privacy e la dignità umana?

Interfacce non invasive:Controllo di robot tramite EEG

L’utente controlla il movimento del robot nell’ambiente

In modo simile, l’utente riesce a scrivere su una tastiera virtuale

Millàn et al., Artificial Intelligence, 2004

Controlling biological systems by artificial stimulation

S. K. Talwar, S. Xu, E.S. Hawley, S. A. Weiss, K. A. Moxon, J. K. Chapin, “Behavioural neuroscience: Rat navigation guided by remote control” Nature 417, 37 - 38 (2002)

Kevin Warwick

In order to assess the usefulness, compatibility and long term operability of a microelectrode array into the median nerve, an electrode has been surgically implanted in the left arm of Prof. K. Warwick implant, as healty volunteer. (K. Warwick et al., The application of implant technology for cybernetic systems, Arch Neurol. 2003; 60:1369-1373)

K Warwick : "Cyborg morals, cyborg values, cyborg ethics", Ethics and Information Technology, Vol.5, No.3,pp.131-137 (2004) X Hong, P M Sharkey, K Warwick : "A robust nonlinear identification algorithm using PRESS statistic and forward regression", IEEE Trans on Neural Networks, Vol.14, No.2, pp454-458. (2003)

ICT Implants: the HUMAN Project

HUMAN PROJECT: Health throUgh teleMAtics for iNmates

a Smart environment for inmates with special needs, including the following features: (a) Microsystem for glucose blood monitoring; (b) Microsystem for hearth arrhythmia

monitoring; (c) Assistive domotic devices;

Compiti per la tecnoetica

•(a) Analisi concettuale che migliori la nostra

capacità di comprendere i problemi tecnoetici

•Rimuovere pregiudizi

•Identificare ed effettuare il triage di problemi reali

•(b) Individuazione di linee di condotta per

promuovere un uso etico delle macchine

intelligenti

Soldati-robot

The American military is working on a new generation of soldiers, far different from the army it has. "They don't get hungry," said Gordon Johnson of the Joint Forces Command at the Pentagon. "They're not afraid. They don't forget their orders. They don't care if the guy next to them has just been shot. Will they do a better job than humans? Yes.“ The robot soldier is coming.

Front-page article, NYT 16 feb. 2005 T. Weiner

Rimuovere i pregiudizi Il robo-soldato: un problema IA-completo

Interpretazione contestuale

Riconoscimento di gesti di resa

Discriminare astanti e belligeranti

Rimuovere pregiudizi

“La macchina farà esattamente ciò per

cui è stata programmata…”

Possiamo prevedere e controllare

completamene il comportamento delle

macchine che progettiamo?

Rimuovere pregiudizi

Apprendimento automatico da esempi Abbiamo risolto il problema di Hume?

Siamo giustificati a proiettare sul futuro

le regolarità che abbiamo riscontrato

nella nostra esperienza passata?

Computer Professionals for Social Responsibility http://www.cpsr.org/cpsr/wiener-

award.html

“The Norbert Wiener Award was established in 1987 by CPSR in memory of the originator of the field of cybernetics, Norbert Wiener (1894-1964).”

“Wiener was among the first to examine the social and political consequences of computing technology. He devoted much of his energy to writing articles and books that would make the technology understandable to a wide audience.”

Computer Professionals for Social Responsibility http://www.cpsr.org/cpsr/wiener-award.html

2001 Norbert Wiener Award

Nira Schwartz and Theodore Postol

“For their courageous efforts to disclose misinformation and falsified test results of the proposed National Missile Defense system.”