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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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3

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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7

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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8

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?

21

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

37

byte = 10 ( )year − 1966

4

year = 1966 + 4 log10 (byte)

Inserendo: byte = 8 x 1015

si ha:

38

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

41

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

?

43

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

44

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:

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 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

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Dopo un certo stadio, la vita evolve verso una formasmaterializzata, energeticamente molto più efficiente.

3. Smaterializzazione

e a noi invisibile

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Ma forse esistono altre risposte che ora nonpossiamo nemmeno immaginare …