Tendenze della tecnologia
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2/15/2013 Giorgio Buttazzo Tendenze della tecnologia I progressi della meccanica, elettronica e informatica e telecomunicazioni rendono le macchine sempre più autonome e intelligenti. Informatica Telecomunicazioni Meccanica Elettronica 1 2/15/2013 I robot acquistano destrezza • L’abilità dei robot migliora di anno in anno • Oggi esistono robot che ¾ camminano, salgono le scale ¾ saltano, ballano ¾ sciano, vanno in bicicletta ¾ nuotano, volano ¾ giocano a ping pong 3 Abilità dei robot complessità Giocare a calcio Giocare a baseball Giocare a p ping gp pong g Ballare Andare in moto Correre, sciare Suonare strumenti Andare in bicicletta Salire e scendere scale Camminare Verniciatura Assemblaggio automobili Automazione industriale 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2 2/15/2013 Evoluzione dell’I.A. complessità Guida automobili Diagnosi mediche Decisioni economiche Traduzioni automatiche Riconoscimento di volti / voci Composizione musicale Pilotaggio di aerei Previsioni metereologiche Giochi di strategia Automazione industriale 1970 1980 1990 2000 2010 2020 5 Il sorpasso 11 Maggio 1997 – ore 19:00 GMT 3.5 a 2.5 Deep blue Kasparov 6 3 2/15/2013 Reti neurali artificiali Con l’avvento delle reti neurali artificiali la distinzione tra processi cerebrali e processi di calcolo è diventata sempre meno netta. 7 Cos’è un processore neurale? E` un sistema di calcolo basato sugli stessi principi di funzionamento del cervello: elaborazione parallela dovuta all’interazione di moltissimi componenti elementari: i neuroni 8 4 2/15/2013 Potenzialità di una rete neurale E’ possibile sviluppare memorie associative Riconoscere suoni e immagini Classificare stimoli sensoriali Apprendere: ossia modificare il proprio comportamento co po ta e to in base a all’esperienza espe e a − Apprendimento con supervisione − Apprendimento basato su premi e punizioni 9 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 artificiali 10 5 2/15/2013 Rise of machines • Molti sono convinti che in un futuro non t t lontano tanto l t l macchine le hi raggiungeranno i e supereranno l’intelligenza umana, fino a sviluppare una mente cosciente. Q l momento Quel t viene i iindicato di t come Singolarità Tecnologica 11 Cos’è la singolarità? In matematica, il termine descrive un punto in cui una funzione ha un asintoto e tende verso l'infinito: y x 12 6 2/15/2013 Cos’è la singolarità? In fisica, il termine descrive lo stato di un sistema in cui i modelli che lo descrivono diventano meno affidabili, come succede per i buchi neri: In una singolarità il modello non consente di fare previsioni sul comportamento p del sistema. 13 Singolarità Tecnologica Una singolarità tecnologica è un periodo in cui il progresso accelera oltre le capacità umane di comprendere e prevedere le sue conseguenze. Il superamento delle capacità umane da parte delle macchine avrà un impatto senza predecenti sul futuro dell’umanità. 14 7 2/15/2013 Singolarità Tecnologica Nel 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. Quindi, la prima macchina ultraintelligente sarà l'ultima invenzione che l'uomo avrà la necessità di fare" 15 Possibili scenari Alcuni autori di fantascienza hanno provato ad immaginare tale futuro: HAL 9000 2001 Odissea (1968) Skynet Terminator 2 (1991) Bishop Aliens (1986) NS-5 Io Robot (2004) 16 8 2/15/2013 Poniamoci alcune domande ¾ Può una rete neurale molto complessa diventare cosciente? ¾ Cos’è la coscienza? ¾ Dipende dal materiale di cui sono fatti i neuroni oppure può essere replicata su un hardware h d diff differente? ? ¾ Come si può verificare che un entità sia cosciente? Può una macchina diventare autocosciente? ¾ Molte persone rifiutano (spesso a priori) l'idea che una macchina possa sviluppare una consapevolezza di sé. ¾ Diversi pensatori hanno provato a confutare tale prospettiva, attraverso motivazioni diverse. 18 9 2/15/2013 Obiezione 1 [Cartesio, 1600] La coscienza umana non proviene dall’attività elettrochimica l tt hi i d l cervello, del ll ma da d un’entità ’ tità immateriale separata: l’anima. anima 19 Debolezze della teoria dualistica La visione dualistica anima-cervello diverse difficoltà concettuali: presenta 1. se la mente è separata dal cervello, come può interagire con esso e attivare un circuito neurale? anima Se ciò fosse vero, i neuroni violerebbero le leggi della fisica 20 10 2/15/2013 Debolezze della teoria dualistica 2. Se una mente cosciente può esistere al di fuori del cervello, perché noi abbiamo un cervello? 3. Se le emozioni e i pensieri vengono da fuori, perché un cervello stimolato con elettrodi e droghe reagisce generando pensieri? 4. Perché in pazienti affetti da malattie cerebrali la coscienza viene seriamente sconvolta dalla rimozione chirurgica di alcune aree del cervello? 21 Obiezione 2 [John Searle, 1980] Poiché P i hé un computer t f funziona i i in modo d deterministico, esso non può essere creativo, provare emozioni ed avere libero arbitrio. Un computer, anche se più sofisticato, è uno schiavo azionato dai suoi componenti, come un televisore. 22 11 2/15/2013 Debolezze della teoria di Searle Lo stesso ragionamento vale per il cervello: anche il cervello è composto da miliardi di neuroni, neuroni ciascuno attivato da ben note reazioni elettrochimiche. sinapsi nucleo impulso assone dendriti 23 Modello elettrico di un neurone Ciò non ci preclude la possibilità di provare felicità, amore, ed avere comportamenti irrazionali. 24 12 2/15/2013 La teoria olistica In molti sistemi complessi, l’analisi delle singole componenti non è sufficiente a comprendere il funzionamento del sistema. Ci sono caratteristiche emergenti, dette olistiche, che si manifestano solo quando si considera il sistema globale e le interazioni fra i vari elementi. In un sistema olistico, il risultato è molto più che la somma dei singoli elementi di cui è composto. 25 Il formicaio 26 13 2/15/2013 Obiezione 3 Sebbene molti accettino la visione olistica, qualcuno si rifiuta di credere che la coscienza possa emergere da componenti di silicio, silicio sostenendo che: La coscienza è una proprietà intrinseca dei neuroni pertanto non può emergere da componenti elettronici “Può la coscienza dipendere dal materiale di cui sono fatti i neuroni?” 27 Debolezze obiezione biologica L’esperienza dimostra che molti fenomeni possono essere replicati con materiali diversi: • gli aerei non sono fatti come gli uccelli • i pannelli solari non sono come le foglie 28 14 2/15/2013 Debolezze obiezione biologica • una lampadina non è un piccolo sole • il calore l non sii produce d solo l con il fuoco f • l’elettricità non si produce solo con i fulmini •… Sarebbe sbalorditivo se la coscienza potesse essere prodotta solo con cellule organiche 29 Obiezione 4 La crescita esponenziale della potenza di calcolo dei computer è destinata a fermarsi quando i t transistor i t raggiungeranno i di dimensioni i i atomiche. t i h La legge di Moore può valere per ancora 10 anni: oggi potenza di calcolo 1960 1980 2000 2020 2040 anni 30 15 2/15/2013 Debolezze obiezione tecnologica E’ improbabile che i computer smetteranno di evolvere dopo il 2023. La Legge L L di Moore M non descrive d i il primo i paradigma evolutivo, ma il quinto! Una nuova tecnologia ha sempre sostituito la precedente quando necessario. meccanismi relé valvole transistor μchip 31 Debolezze obiezione tecnologica potenza di calcolo 1960 1980 2000 2020 2040 anni 32 16 2/15/2013 Debolezze obiezione tecnologica Ciò suggerisce che la crescita esponenziale non si fermerà con la fine della Legge di Moore. Nuove tecnologie sono già in fase sperimentale e sostituiranno 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 consente alla coscienza di emergere? Quando è prevista la singolarità? 34 17 2/15/2013 Evoluzione dei computer MIPS 106 103 1 10-3 10-6 1940 1960 1980 2000 2020 2040 35 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. • Totale: 8x1015 byte (8 milioni Gbyte) Quando sarà disponibile tanta memoria? 36 18 2/15/2013 RAM Capacity 100 Gb 10 Gb 1 Gb 100 Mb 10 Mb 1 Mb 100 Kb 10 Kb 1 Kb 82 84 86 88 90 92 byte = 10 94 96 98 2000 02 04 ( year − 1966 ) 4 37 year = 1966 + 4 log10 (byte) Inserendo: byte = 8 x 1015 si ha: year = 2029 38 19 2/15/2013 Progresso esponenziale Le macchine raggiungono l’intelligenza umana 40 50 60 70 80 90 2000 10 20 30 40 Si può misurare la coscienza? Se l’intelligenza è l’espressione di un comportamento esteriore (e quindi misurabile), la coscienza è uno stato interno del cervello. La coscienza non si può misurare. Essa è osservabile solo da chi la possiede. Credere che un essere sia cosciente è un atto di fede. 40 20 2/15/2013 L’approccio pragmatico E’ ragionevole attribuire la coscienza ad una entità quando questa riesce a convincerci di possederla. Di fatto è quello che facciamo con i nostri simili. C’è però un piccolo problema Quando un robot riuscirà a convincerci di essere cosciente sarà già molto più avanti di noi (velocità di pensiero, intelligenza, abilità, ecc.) 41 Cosa succederà dopo? ¾ Le macchine prederanno il sopravvento? ¾ Sarà possibile convivere con una specie enormemente più intelligente? ¾ Dobbiamo fermare questo processo? ¾ Possiamo fermare questo processo? 21 2/15/2013 Prevedere il futuro è difficile ? 1800 1969 2100 43 Prevedere il futuro è difficile Ma è fondamentale per la nostra sopravvivenza. sopravvivenza Es. Impatto di un meteorite Finora abbiamo parlato dell’impatto della tecnologia sulla robotica. … ma ci sono altri aspetti ? 2100 44 22 2/15/2013 Esistono altre forme di coscienza? Se la coscienza è una proprietà emergente dei sistemi complessi altamente interconnessi, è possibile che emerga su scala l planetaria l t i in i seguito it all'interazione ll'i t i tra computer o tra umani? Città come neuroni 23 2/15/2013 La tecnologia ha un impatto anche sull’uomo Tutti gli organi avranno componenti artificiali: cuore orecchio hi occhio hi cervello ll Dalla compensazione di difetti al potenziamento delle capacità: sensoriali, motorie, mnemoniche Nanotecnologia Promette di realizzare l’assemblatore molecolare, ossia una macchina in grado di produrre qualsiasi oggetto per cui esista una descrizione software della sua struttura molecolare: 48 24 2/15/2013 Uomo → Cyborg Genetica + Nanotec. Nanotec + Robotica Rallentare l’invecchiamento Potenziare ll’uomo uomo estensioni artificiali con Costruire un nuovo corpo 49 Due linee evolutive Genetica+Nanotec. Robotica+I.A. 25 2/15/2013 L’integrazione Le due linee evolutive si fonderanno e l’uomo non sarà più lo stesso: nascerà una nuova specie … e il cervello? Interfacce neurali Consentono di collegare circuiti neurali biologici con circuiti elettronici: materiali biocompatibili crescita nervosa Interazione più naturale con il computer 52 26 2/15/2013 Protesi sensoriali 53 Potenziamento del cervello Espansioni di memoria Sensi aumentati − ultrasuoni, infrarossi Sensi addizionali − segnali radio − campi magnetici Riconoscimento assistito (odori, voci, volti …) 54 27 2/15/2013 Verso una mente digitale • Le tecniche di scansione consentiranno di costruire una mappa completa del cervello, accelerandone l d l comprensione. la i • La nanotecnologia offre la possibilità di rimpiazzare gradualmente i neuroni con neuroni sintetici: 55 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 p uguali g …p perché? Noi siamo la nostra mente 56 28 2/15/2013 Un problema di identità ¾ La vera identità di qualcosa è data dal contenuto, non dal contenitore La Divina Commedia non e’ un particolare libro, ma il suo contenuto. La divina commedia di Un problema di identità ¾ Vale la stessa cosa vale per noi stessi? ¾ Noi siamo la nostra mente, mente ossia informazione! 29 2/15/2013 Pensiamo alle implicazioni • Un cervello artificiale sarebbe milioni di volte più veloce del nostro. nostro ¾ Cosa si proverebbe ad avere un cervello così veloce? • Le informazioni potrebbero essere salvate e ripristinate i i ti t in i caso di danno. d ¾ Potremmo dunque raggiungere l’immortalità? 59 Viaggiare alla velocità della luce Una volta digitalizzata, la mente potrebbe essere trasmessa, per essere ricostruita da un’altra parte: scanner molecolare codifica asseblatore molecolare trasmissione decodifica 30 2/15/2013 Verso altri mondi 61 Impatto cosmico L’impatto di una tale civiltà sarebbe su scala cosmica e visibile ad anni luce di distanza 31 2/15/2013 In quanto tempo? 0 3 6 9 12 miliardi di anni 15 63 1 milione Un’ultima osservazione ¾ Nel giro di pochi milioni di anni, la vita produce esseri coscienti in grado di diffondersi nella galassia e modificare profondamente il cosmo. cosmo ¾ Se non siamo soli nell’universo, altre civiltà nate prima di noi avranno già raggiunto questo stadio. Ma allora perché non vediamo alcun segno di civiltà aliene intorno a noi? Ci sono 3 risposte possibili 64 32 2/15/2013 1. Siamo soli La vita è un evento talmente raro che siamo gli unici esseri nell’intero universo osservabile. 65 2. Esiste un limite evolutivo La vita si è sviluppata molte volte su diversi pianeti, ma non riesce a raggiungere stadi evoluti da poter diffondersi nell nell’universo. universo. civiltà Livello di visibilità cosmica catastrofe naturale autodistruzione tempo 66 33 2/15/2013 3. Smaterializzazione Dopo un certo stadio, la vita evolve verso una forma smaterializzata, energeticamente molto più efficiente. e a noi invisibile 67 Ma forse esistono altre risposte che ora non possiamo nemmeno immaginare … 34
