Filosofia delle scienze cognitive

1
Filosofia delle scienze cognitive

• Macchine, Modelli, Spiegazioni

2
David Hilbert
3
Macchine intelligentiGli 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 lennesimo numero primo?
• Esiste un algoritmo per generare tutti gli
  enunciati veri dellaritmetica?

4
Kurt Gödel 1931 Su proposizioni indecidibili dei
Principia Mathematica e di sistemi affini
5
Alan M. Turing
6
Le macchine di Turing

• Ludwig Wittgenstein
• Le macchine di Turing sono esseri umani che
  calcolano

7
Le macchine di Turing

• Dotata di una testina di lettura/scrittura, una
  macchina di Turing può
• osservare una casella per volta

stato interno q
8
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

H
stato interno q
9
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
10
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
11
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
12
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.
• Lesecuzione di queste operazioni dipende
  esclusivamente dal contenuto della casella
  osservata e dalla configurazione interna q della
  macchina.

configurazione interna qi
13
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)

14
Limiti delle macchine calcolatriciIl 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?

15
Problemi indecidibili
1/5 I fondamenti teorici dellinformatica

• 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.

16
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 luso 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
  dellimitazione

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
17
Il gioco dell'imitazione
18
Letizia(Henry Lieberman, MIT)

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19
deduzione

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

20
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

21
abduzione

• Lassassino ha sporcato di fango il tappeto
• Chiunque fosse entrato dal giardino avrebbe
  sporcato di fango il tappeto
• Lassassino è entrato dal giardino

22
inferenza per default

• Gli uccelli, salvo eccezioni, sono in grado di
  volare
• Titti è un uccello
• Titti è in grado di volare

23
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 luce
Jacques Loeb, Comparative physiology of the brain
and comparative psychology (1900)
24
La cibernetica
La tartaruga di Grey Walter
25
I robot come modelli materiali
Anthroform arm University of Washington
Sahabot University of Zurich
PALOMA platform SSSA, Pisa
RoboLobster MIT/Boston University
Cricket robot U. of Stirling U. of Edinburgh
26
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
27
Meccanismi astrattirealizzazioni biologiche e
artificiali
Realizzazioni biologiche componenti biologiche e
loro relazioni funzionali
Sistema biologico
e1
e3
p1
p2
p6
p4
e5
p5
e2
e4
p7
p3
e
b
x
y
i
q
d
k
c
Realizzazioni artificiali Componenti robotiche e
loro relazioni funzionali
a
j
z
Schemi astratti
e6
Sistema robotico
e8
p8
p13
p9
p11
e10
p12
e7
e9
p14
p10
28
Modelli materiali ed esperimenti
29
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.
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

30
destination
start
Distance between the starting point and the
chemical source
60 cm
OK
100 cm
no
60 cm
100 cm
31
Norbert Wienerlibertà e responsabilità nella
ricerca
32
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
  lirrogazione di sanzioni, rimangono pienamente
  validi e applicabili?

33
Tecnoetica delle macchine intelligenti

• E legittimo usare protesi bioniche per il
  potenziamento di capacità fisiche o cognitive? E
  in tal caso come bisogna regolare laccesso a
  tali risorse?
• I sistemi intelligenti per laccesso
  personalizzato alle informazioni possono
  minacciare la privacy e la dignità umana?

34
Interfacce non invasiveControllo di robot
tramite EEG
In modo simile, lutente riesce a scrivere su una
tastiera virtuale

• Lutente controlla il movimento del robot
  nellambiente

Millàn et al., Artificial Intelligence, 2004
35
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)
36
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 601369-1373)
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)
37
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

38
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

39
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
40
Rimuovere i pregiudizi Il robo-soldato un
problema IA-completo

• Interpretazione contestuale
• Riconoscimento di gesti di resa
• Discriminare astanti e belligeranti

41
Rimuovere pregiudizi

• La macchina farà esattamente ciò per cui è stata
  programmata
• Possiamo prevedere e controllare completamene il
  comportamento delle macchine che progettiamo?

42
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?

43
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.

44
Computer Professionals for Social
Responsibility http//www.cpsr.org/cpsr/wiener-aw
ard.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.