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2/15/2013
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Giorgio Buttazzo
Tendenze della tecnologia
I progressi della meccanica, elettronica einformatica e telecomunicazioni rendono le
Informatica
macchine sempre più autonome e intelligenti.
Telecomunicazioni
Meccanica Elettronica
Telecomunicazioni
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I robot acquistano destrezza• L’abilità dei robot migliora di anno in anno
• Oggi esistono robot checamminano, salgono le scalesaltano, ballanosciano, vanno in bicicletta
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nuotano, volanogiocano a ping pong
Abilità dei robotcomplessità Giocare a calcio
Giocare a ping pongGiocare a baseball
Salire e scendere scaleAndare in bicicletta
Camminare
Correre, sciare
p g p g
Suonare strumenti
Ballare Andare in moto
1970 1980 1990 2000 2010 2020
VerniciaturaAssemblaggio automobili
Automazione industriale
Camminare
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Evoluzione dell’I.A.complessità
Guida automobili
Diagnosi mediche
Pilotaggio di aerei
Decisioni economiche
Riconoscimento di volti / voci
Traduzioni automatiche
Composizione musicale
51970 1980 1990 2000 2010 2020
Previsioni metereologiche
Giochi di strategiaAutomazione industriale
Il sorpasso
11 Maggio 1997 – ore 19:00 GMT
3.5 a 2.5
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Deep blue Kasparov
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Reti neurali artificialiCon l’avvento delle reti neurali artificiali ladistinzione tra processi cerebrali e processidistinzione tra processi cerebrali e processidi calcolo è diventata sempre meno netta.
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Cos’è un processore neurale?E` un sistema di calcolo basato sugli stessiprincipi di funzionamento del cervello:
elaborazione parallela dovuta all’interazione dimoltissimi componenti elementari: i neuroni
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Potenzialità di una rete neuraleE’ possibile sviluppare memorie associative
Riconoscere suoni e immagini
Classificare stimoli sensoriali
Apprendere: ossia modificare il propriocomportamento in base all’esperienza
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co po ta e to base a espe e a
− Apprendimento con supervisione
− Apprendimento basato su premi e punizioni
Evoluzione delle reti neurali• L’evoluzione delle reti neurali è legata a quella
dei computer e della neuro-fisiologia
Sono entrambi processi esponenziali che si influenzano reciprocamente
Reti neurali
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artificiali
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Rise of machines
• Molti sono convinti che in un futuro nont t l t l hi itanto lontano le macchine raggiungerannoe supereranno l’intelligenza umana, fino asviluppare una mente cosciente.
Q l t i i di t
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Quel momento viene indicato comeSingolarità Tecnologica
Cos’è la singolarità?In matematica, il termine descrive un punto in cuiuna funzione ha un asintoto e tende verso l'infinito:
y
12x
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Cos’è la singolarità?In fisica, il termine descrive lo stato di un sistema incui i modelli che lo descrivono diventano menoaffidabili, come succede per i buchi neri:affidabili, come succede per i buchi neri:
In una singolarità ilmodello non consentedi fare previsioni sulcomportamento del
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psistema.
Singolarità TecnologicaUna singolarità tecnologica è un periodo in cui ilprogresso accelera oltre le capacità umane diprogresso accelera oltre le capacità umane dicomprendere e prevedere le sue conseguenze.
Il superamento delle capacità umane da parte delle macchine avrà un impatto
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parte delle macchine avrà un impatto senza predecenti sul futuro dell’umanità.
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Singolarità TecnologicaNel 1965, Irving Good osservò:
"Una macchina ultraintelligente potrebbe progettare macchine sempre migliori; quindi, ci sarebbe una esplosione di intelligenza, e
l'uomo sarebbe lasciato molto indietro.
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Quindi, la prima macchina ultraintelligente sarà l'ultima invenzione che l'uomo avrà la
necessità di fare"
Possibili scenariAlcuni autori di fantascienza hanno provato adimmaginare tale futuro:
BishopAliens (1986)HAL 9000
2001 Odissea (1968)
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NS-5Io Robot (2004)
SkynetTerminator 2 (1991)
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Può una rete neurale molto complessadiventare cosciente?
Poniamoci alcune domande
Cos’è la coscienza?
Dipende dal materiale di cui sono fatti ineuroni oppure può essere replicata su
h d diff ?un hardware differente?
Come si può verificare che un entità siacosciente?
Può una macchina diventare autocosciente?
Molte persone rifiutano (spesso a priori) l'ideache una macchina possa sviluppare unaconsapevolezza di sé.
Diversi pensatori hanno provato a confutare tale
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prospettiva, attraverso motivazioni diverse.
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La coscienza umana non proviene dall’attivitàl tt hi i d l ll d ’ tità
[Cartesio, 1600]Obiezione 1
elettrochimica del cervello, ma da un’entitàimmateriale separata: l’anima.
anima
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Debolezze della teoria dualistica
La visione dualistica anima-cervello presentadiverse difficoltà concettuali:diverse difficoltà concettuali:
1. se la mente è separata dal cervello, come puòinteragire con esso e attivare un circuito neurale?
anima
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Se ciò fosse vero,i neuroni violerebbero
le leggi della fisica
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2. Se una mente cosciente può esistere al di fuoridel cervello, perché noi abbiamo un cervello?
Debolezze della teoria dualistica
del cervello, perché noi abbiamo un cervello?
3. Se le emozioni e i pensieri vengono da fuori,perché un cervello stimolato con elettrodi edroghe reagisce generando pensieri?
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4. Perché in pazienti affetti da malattie cerebrali lacoscienza viene seriamente sconvolta dallarimozione chirurgica di alcune aree del cervello?
Obiezione 2
P i hé t f i i d
[John Searle, 1980]
Poiché un computer funziona in mododeterministico, esso non può essere creativo,provare emozioni ed avere libero arbitrio.
Un computer, anche se più sofisticato, è uno
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schiavo azionato dai suoi componenti, comeun televisore.
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Lo stesso ragionamento vale per il cervello:
anche il cervello è composto da miliardi di neuroni
Debolezze della teoria di Searle
anche il cervello è composto da miliardi di neuroni,ciascuno attivato da ben note reazioni elettrochimiche.
sinapsinucleo impulso
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assonedendriti
Modello elettrico di un neurone
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Ciò non ci preclude la possibilità di provare felicità,amore, ed avere comportamenti irrazionali.
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La teoria olisticaIn molti sistemi complessi, l’analisi delle singolecomponenti non è sufficiente a comprendere ilfunzionamento del sistema.
Ci sono caratteristiche emergenti, dette olistiche,che si manifestano solo quando si considera ilsistema globale e le interazioni fra i vari elementi.
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In un sistema olistico, il risultato è molto più chela somma dei singoli elementi di cui è composto.
Il formicaio
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Obiezione 3Sebbene molti accettino la visione olistica, qualcunosi rifiuta di credere che la coscienza possa emergereda componenti di silicio sostenendo che:da componenti di silicio, sostenendo che:
La coscienza è una proprietà intrinseca dei neuronipertanto non può emergere da componenti elettronici
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“Può la coscienza dipendere dal materiale di cui sono fatti i neuroni?”
Debolezze obiezione biologicaL’esperienza dimostra che molti fenomenipossono essere replicati con materiali diversi:
• i pannelli solari non sono come le foglie
• gli aerei non sono fatti come gli uccelli
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• i pannelli solari non sono come le foglie
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• una lampadina non è un piccolo sole
il l i d l il f
Debolezze obiezione biologica
• il calore non si produce solo con il fuoco
• l’elettricità non si produce solo con i fulmini
• …
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Sarebbe sbalorditivo se la coscienza potesseessere prodotta solo con cellule organiche
Obiezione 4La crescita esponenziale della potenza di calcolodei computer è destinata a fermarsi quando it i t i di i i t i htransistor raggiungeranno dimensioni atomiche.
La legge di Moore può valere per ancora 10 anni:
potenzadi calcolo
oggi
30anni2020200019801960 2040
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E’ improbabile che i computer smetteranno dievolvere dopo il 2023.L L di M d i il i
Debolezze obiezione tecnologica
La Legge di Moore non descrive il primoparadigma evolutivo, ma il quinto!
Una nuova tecnologia ha sempre sostituito laprecedente quando necessario.
31meccanismi relé valvole transistor μchip
potenzadi calcolo
Debolezze obiezione tecnologica
di calcolo
32anni2020200019801960 2040
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Ciò suggerisce che la crescita esponenziale non sifermerà con la fine della Legge di Moore.
Debolezze obiezione tecnologica
Nuove tecnologie sono già in fase sperimentale esostituiranno quella attuale:
• computer ottici
• chip tridimensionali
• computer quantistici
Ammettiamo la possibilità• La coscienza è un prodotto dell'elaborazione
neuronale.
• Non dipende dal materiale.
• Può emergere in un sistema artificiale.
Qual è la soglia di complessità che
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consente alla coscienza di emergere?
Quando è prevista la singolarità?
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Evoluzione dei computerMIPS
106
103
10-3
1
351940 1960 1980 2000 2020
10-6
2040
Complessità del cervello• Cervello umano: 1011 ÷ 1012 neuroni
103 ÷ 104 sinapsi/neurone
• Totale: 1015 sinapsi.
• Simulazione: 1 reale (4 byte) per sinapsi+ 4 byte per stati interni.
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Quando sarà disponibile tanta memoria?
• Totale: 8x1015 byte (8 milioni Gbyte)
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10 Mb100 Mb
1 Gb10 Gb
100 GbRAM Capacity
82 84 86 88 90 92 94 96 98 2000 02 04
10 Kb100 Kb
1 Mb10 Mb
1 Kb
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byte = 10 ( )year − 1966
4
year = 1966 + 4 log10 (byte)
Inserendo: byte = 8 x 1015
si ha:
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year = 2029
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Progresso esponenziale
Le macchine raggiungonol’intelligenza umana
10 20 30 402000908070605040
Si può misurare la coscienza?Se l’intelligenza è l’espressione di uncomportamento esteriore (e quindi misurabile),
èla coscienza è uno stato interno del cervello.
La coscienza non si può misurare.Essa è osservabile solo da chi la possiede.
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Credere che un essere sia cosciente è un atto di fede.
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L’approccio pragmaticoE’ ragionevole attribuire la coscienza ad una entitàquando questa riesce a convincerci di possederla.
Di fatto è quello che facciamo con i nostri simili.
Quando un robot riuscirà a convincerci di essere
C’è però un piccolo problema
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Quando un robot riuscirà a convincerci di esserecosciente sarà già molto più avanti di noi (velocitàdi pensiero, intelligenza, abilità, ecc.)
Cosa succederà dopo?Le macchine prederanno il sopravvento?
Sarà possibile convivere con una specieenormemente più intelligente?
Dobbiamo fermare questo processo?
Possiamo fermare questo processo?
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Prevedere il futuro è difficile
?
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1800 1969 2100
Prevedere il futuro è difficile
Ma è fondamentale per lanostra sopravvivenza
?nostra sopravvivenza.Es. Impatto di un meteorite
Finora abbiamo parlatodell’impatto della tecnologia
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2100
sulla robotica.… ma ci sono altri aspetti
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Esistono altre forme di coscienza?
Se la coscienza è una proprietà emergente dei sistemicomplessi altamente interconnessi, è possibile che
l l t i i it ll'i t iemerga su scala planetaria in seguito all'interazionetra computero tra umani?
Città come neuroni
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Tutti gli organi avranno componenti artificiali:
hi hi ll
La tecnologia haun impatto anche sull’uomo
cuore orecchio occhio cervello
Dalla compensazione di difetti al potenziamentodelle capacità: sensoriali, motorie, mnemoniche
Promette di realizzare l’assemblatore molecolare,ossia una macchina in grado di produrre qualsiasioggetto per cui esista una descrizione software della
Nanotecnologia
oggetto per cui esista una descrizione software dellasua struttura molecolare:
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Uomo → Cyborg
Genetica+
NanotecNanotec.+
Robotica
Rallentare l’invecchiamentoPotenziare l’uomo con
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Potenziare l uomo conestensioni artificialiCostruire un nuovo corpo
Due linee evolutiveGenetica+Nanotec. Robotica+I.A.
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L’integrazioneLe due linee evolutive si fonderanno e l’uomo nonsarà più lo stesso: nascerà una nuova specie
… e il cervello?
Consentono di collegare
Interfacce neurali
circuiti neurali biologicicon circuiti elettronici:
materiali biocompatibili
crescita nervosa
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Interazione più naturale con il computer
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Protesi sensoriali
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Potenziamento del cervello
Espansioni di memoria
Sensi aumentati− ultrasuoni, infrarossi
Sensi addizionali− segnali radio− campi magnetici
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Riconoscimentoassistito
(odori, voci, volti …)
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Verso una mente digitale• Le tecniche di scansione consentiranno di
costruire una mappa completa del cervello,l d l iaccelerandone la comprensione.
• La nanotecnologia offre la possibilità dirimpiazzare gradualmente i neuroni con neuronisintetici:
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Un problema di identità• Immaginando di sostituire tutti i nostri organi
(compreso il cervello) con repliche artificiali,rimarremmo noi stessi?
La materia che forma il nostro corpo non è la stessa di 10 anni fa, eppure ci sentiamo
sempre uguali … perché?
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p g p
Noi siamo la nostra mente
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La vera identità di qualcosa è data dalcontenuto, non dal contenitore
Un problema di identità
La Divina Commedia non e’ un particolare libro,ma il suo contenuto.
La divinadicommedia
Vale la stessa cosa vale per noi stessi?
Noi siamo la nostra mente ossia informazione!
Un problema di identità
Noi siamo la nostra mente, ossia informazione!
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Pensiamo alle implicazioni
• Un cervello artificiale sarebbe milioni di volte piùveloce del nostroveloce del nostro.
Cosa si proverebbe ad avere un cervello cosìveloce?
• Le informazioni potrebbero essere salvate ei i ti t i di d
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ripristinate in caso di danno.Potremmo dunque raggiungere l’immortalità?
Viaggiare alla velocità della luceUna volta digitalizzata, la mente potrebbe esseretrasmessa, per essere ricostruita da un’altra parte:
scannermolecolare
asseblatoremolecolare
codifica decodificatrasmissione
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Verso altri mondi
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Impatto cosmicoL’impatto di una tale civiltàsarebbe su scala cosmica evisibile ad anni luce di distanzavisibile ad anni luce di distanza
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In quanto tempo?
63miliardi di anni
0 3 6 9 12 15
1 milione
Un’ultima osservazioneNel giro di pochi milioni di anni, la vita produceesseri coscienti in grado di diffondersi nellagalassia e modificare profondamente il cosmogalassia e modificare profondamente il cosmo.
Se non siamo soli nell’universo, altre civiltà nateprima di noi avranno già raggiunto questo stadio.
Ma allora perché non vediamo alcun
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Ma allora perché non vediamo alcun segno di civiltà aliene intorno a noi?
Ci sono 3 risposte possibili
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1. Siamo soliLa vita è un evento talmente raro che siamogli unici esseri nell’intero universo osservabile.
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2. Esiste un limite evolutivoLa vita si è sviluppata molte volte su diversi pianeti,ma non riesce a raggiungere stadi evoluti da poterdiffondersi nell’universo.diffondersi nell universo.
civiltàLivello di visibilità cosmica
catastrofenaturale
autodistruzione
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tempo