Kibernetika — az irányítás, szabályozás és kommunikáció tudománya
Kibernetika: az irányítás, szabályozás és kommunikáció interdiszciplináris tudománya — története, elmélete és gyakorlati alkalmazásai Norbert Wiener nyomán.
A kibernetika az állatok és a gépek irányításának és kommunikációjának tanulmányozása. A kibernetika központi fogalmai közé tartozik az információ, a visszacsatolás, az adaptáció és a szabályozás. Ezeken keresztül vizsgálja, hogyan tartható fenn vagy hozható létre egy rendszer egyensúlya, hogyan képes alkalmazkodni a változó környezethez, és hogyan kommunikálnak egymással alkotóelemei — legyen az idegrendszer, gép vagy szervezet. Norbert Wiener hozzátette: "Az információ információ, nem pedig anyag vagy energia". 155
Ross Ashby a következőképpen határozta meg: "A koordináció, a szabályozás és az irányítás lesz a témája, mivel ezek a legnagyobb biológiai és gyakorlati érdeklődésre tartanak számot... nem dolgokat, hanem viselkedési módokat tárgyal. Nem azt kérdezi, hogy "mi ez a dolog?", hanem azt, hogy "mit csinál?".
"A kibernetika úgy áll a valódi géphez - elektronikus, mechanikus, idegi vagy gazdasági -, mint a geometria a földi térben lévő valódi tárgyhoz".
Louis Couffignal szerint a kibernetika "a cselekvés hatékonyságának biztosításának művészete". Ez a megfogalmazás rámutat arra, hogy a kibernetika nem csupán elméleti leírás, hanem gyakorlati eszközrendszer is: tervezéshez, irányításhoz és hibakezeléshez nyújt fogalmakat és módszereket.
A kibernetika kezdettől fogva interdiszciplináris tudományterület volt. Legalább egy tucat tudományterületről érkeztek hozzá emberek: matematikusok, mérnökök, biológusok, pszichológusok, filozófusok és gazdasági szakértők dolgoztak együtt. A II. világháborút követően két esemény indította el szélesebb körű elterjedését. Az első az volt, hogy a háború alatt különböző hátterű tudósok különböző katonai projekteken dolgoztak együtt, és megtanulták, hogyan kell együttműködni és átvinni egyes módszereket egyik területről a másikra. A második esemény a számítógépek háború alatti feltalálása és elterjedése volt: az elektronikus számítási lehetőségek új utakat nyitottak az irányítás és a kommunikáció vizsgálatára.
A kibernetikát Nagy-Britannia és az Egyesült Államok indította el, de az ötlet gyorsan elterjedt Franciaországban, Oroszországban és más országokban is. A konferenciák és publikációk eredményeként a kibernetika hatása átnyúlt a molekuláris és sejtbiológia irányába is; az "interdiszciplináris tanulmányok" másik, még híresebb példája a molekuláris és sejtbiológia volt.
Alapelvek és fogalmak
- Visszacsatolás (feedback): a rendszer kimenete visszahat a bemenetre; lehet pozitív (erősítő) vagy negatív (stabilizáló). A negatív visszacsatolás például alapja a homeosztázisnak az élő szervezetekben.
- Információ: a rendszerek közötti üzenetek, jelek és azok jelentése. A kibernetika az információ feldolgozását, továbbítását és hatását vizsgálja.
- Szabályozás és vezérlés: hogyan tervezünk olyan mechanizmusokat, amelyek elérik vagy megtartják a kívánt állapotot (például termosztát, hajtásszabályozás, automatizált gyártósorok).
- Adaptáció és tanulás: a rendszerek képesek alkalmazkodni új körülményekhez, hibáikból tanulni, és módosítani működésüket.
- Önszerveződés és rendszerelmélet: hogyan keletkezik rendezett viselkedés összetett, sok komponensű rendszerekben.
Gyakorlati példák
- Egyszerű szabályozók: termosztátok, sebességtartók (cruise control).
- Biológiai rendszerek: hormonrendszer, idegrendszeri visszacsatolások, ökológiai populációszabályozás.
- Gépek és robotok: autonóm irányítás, érzékelő-aktuátor körök.
- Társadalmi rendszerek: gazdasági szabályozás, szervezeti irányítás és kommunikációs hálózatok.
Történeti és elméleti kitekintés
A kibernetika korai fontos szereplői közé tartozott Norbert Wiener, aki a térfoglaló definíciókat és az információ szerepét hangsúlyozta, Ross Ashby, aki műszaki és biológiai rendszerek szabályozására koncentrált (például az Ashby-féle homeosztát megalkotása), valamint Louis Couffignal, aki a hatékonyság és cselekvés szempontjait emelte ki. Később további ágak alakultak ki: a második rendű kibernetika (megfigyelőkre és megfigyelésre vonatkozó reflexiók) képviselői, mint Heinz von Foerster, illetve kapcsolódó fogalmak, mint az autopoiesis (Maturana és Varela) jelentősen bővítették a területet.
Hatás a mai tudományra és technológiára
A kibernetika alapelvei ma is ott vannak a modern távvezérlésben, irányítástechnikában, robotikában, mesterséges intelligenciában, kognitív tudományokban és a rendszerszemléletű menedzsmentben. Az információelmélet, a vezérlési rendszerek matematikája és a hálózatelméletek mind a kibernetika örökségére épülnek. Emellett fontos etikai és társadalmi kérdéseket is felvet: például hogyan hat az automatizálás a munkaerőre, vagy hogyan szabályozzuk a komplex rendszerek megbízhatóságát és biztonságát.
Összegzésként a kibernetika a rendszerek viselkedésének és működésének általános elmélete: nemcsak azt vizsgálja, hogy mi micsoda, hanem elsősorban azt, hogy mit csinál, hogyan működik, és hogyan tartható fenn vagy javítható a működése — legyen szó élő szervezetekről, gépekről vagy társadalmi rendszerekről.
Pask beszélgetéselméletének illusztrációja.
Az építőelem
Képzeljünk el egy egyszerű rendszert, például egy központi fűtési rendszert.
A célvezérelt vagy irányító rendszer a következő négy részből áll:
- Érzékelő (S): a rendszer környezetének tesztelése.
- Cél (G): a rendszer kívánt állapotának meghatározása.
- Hibaérzékelés (E): a jelenlegi állapot és a célállapot közötti különbség megállapítására szolgáló módszer.
- Effektor (E'): műveletek, amelyeket a rendszer végezhet, hogy a környezetet közelebb vigye a célhoz.
Az eszközt, amely ezt végzi, termosztátnak nevezik.
Későbbi évek
A kibernetika gyorsan beindult, és a háború utáni korszak legnagyobb gondolkodói közül néhányan érdeklődtek iránta. Amikor ez a generáció kihalt, és a mesterséges intelligenciához és a robotikához fűzött remények némelyike csak lassan hozott eredményeket, a kibernetika némileg kiesett a népszerűségből.
Kapcsolódó oldalak
- Homeosztázis
- Önszerveződés
- Általános rendszerelmélet
Kérdések és válaszok
K: Mi az a kibernetika?
V: A kibernetika az állati és gépi irányítás és kommunikáció tanulmányozása. A dolgok helyett a viselkedésmódokra összpontosít, és azt vizsgálja, hogyan biztosítható a cselekvés hatékonysága.
K: Ki alkotta meg a "Az információ információ információ, nem anyag vagy energia" kifejezést?
V: Norbert Wiener alkotta meg ezt a mondatot.
K: Hogyan definiálta Ross Ashby a kibernetikát?
V: Ross Ashby a következőképpen határozta meg: "Az irányítás művészete... a koordináció, a szabályozás és az ellenőrzés lesz a témája, mivel ezek a legnagyobb biológiai és gyakorlati érdekek... nem dolgokkal, hanem viselkedési módokkal foglalkozik. Nem azt kérdezi, hogy "mi ez a dolog?", hanem azt, hogy "mit csinál?""".
K: Mely országok kezdték el a kibernetikát a második világháború után?
V: Nagy-Britannia és az Egyesült Államok volt az a két ország, amelyik a második világháború után elkezdte a kibernetikát, de Franciaország, Oroszország és más országok is gyorsan átvették.
K: Milyen esemény indította el a kibernetikát a II. világháború után?
V: Két esemény indította el a kibernetikát a II. világháború után: a háború alatt különböző hátterű tudósok különböző katonai projekteken dolgoztak együtt, ami megtanította őket arra, hogyan kell együttműködni partnereikkel; emellett a számítógépeket is ebben az időszakban találták fel.
K: Mi volt a másik példa az interdiszciplináris tanulmányokra, amelyek ebben az időszakban alakultak ki?
V: A molekuláris és sejtbiológia volt egy másik példa az interdiszciplináris tanulmányokra, amelyek ebben az időszakban alakultak ki.
Keres