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 Turing Dotata di una testina di lettura/scrittura, una macchina di Turing può osservare una casella per volta stato interno: q

Le macchine di Turing Dotata 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 Turing Dotata 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 Turing Dotata 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 Turing Dotata 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 Turing Dotata 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)

Limiti delle macchine calcolatrici Il problema della fermata 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?

Problemi indecidibili 1/5: I fondamenti teorici dell’informatica 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.

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) Osserva l'utente durante la navigazione, e cerca di “capire” quali argomenti possano interessare l’utente Formula domande esplicite all'utente Cerca nelle pagine “vicine” per trovare documenti correlati

(a) Benedetto XVI è calabrese (b) Tutti i calabresi sono giardinieri deduzione (a) Benedetto XVI è calabrese (b) Tutti i calabresi sono giardinieri ------------------------------------- Benedetto XVI è giardiniere

Induzione (e apprendimento) Tutti i cigni osservati sino ad ora in Europa sono bianchi Tutti i cigni osservati sino ad ora in Nord America sono bianchi Tutti i cigni osservati sino ad ora in Sud America sono bianchi ... (n) Non sono stati mai osservati cigni che non fossero bianchi ========================================== Tutti i cigni sono bianchi

abduzione L’assassino ha sporcato di fango il tappeto Chiunque fosse entrato dal giardino avrebbe sporcato di fango il tappeto =================================== L’assassino è entrato dal giardino

inferenza per “default” Gli uccelli, salvo eccezioni, sono in grado di volare Titti è un uccello ========================== Titti è in grado di volare

Macchine fototropiche Braitenberg Vehicle #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 luce Jacques Loeb, Comparative physiology of the brain and comparative psychology (1900)

La cibernetica La “tartaruga” di Grey Walter

I robot come modelli materiali Sahabot University of Zurich Anthroform arm University of Washington PALOMA platform SSSA, Pisa RoboLobster MIT/Boston University Cricket robot U. of Stirling – U. of Edinburgh

Capacità di navigazione la formica del deserto Cataglyphis 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.” Cataglyphis takes snapshots of the visual landscape… … and compares them with memorized reference landmarks, obtaining difference vectors 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. The “snapshot model”, first version (Cartwright and Collett, 1986) The ALV model

Meccanismi astratti realizzazioni biologiche e artificiali componenti biologiche e loro relazioni funzionali e1 Sistema biologico e3 p1 p4 p6 p2 e5 p5 e2 e4 p7 p3 e b x q i y d k a c j Realizzazioni artificiali Componenti robotiche e loro relazioni funzionali z Schemi astratti e6 e8 Sistema robotico p8 p11 p13 p9 e10 p12 e7 e9 p14 p10

Modelli materiali ed esperimenti Principled implementation on a robot Modello teorico Confronto tra comportamento del robot e del sistema biologico Phenomenon to be explained Corroborazione o revisione del modello teorico

Un esperimento di falsificazione 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. Un esperimento di falsificazione RoboLobster is immersed in in a stream of water to which a turbulent plume is added RoboLobster Two algorithms are tested, based on a negative feedback control scheme 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

Distance between the starting point and the chemical source: destination start Distance between the starting point and the chemical source: 60 cm OK 100 cm no 60 cm 100 cm

Norbert Wiener libertà 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 “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.”

Nira Schwartz and Theodore Postol 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.”