La cibernetica di Norbert Wiener

Le macchine possono trascendere alcune delle limitazioni dei loro progettisti… gli strumenti per pilotare (dal greco 'pilota', al latino 'gubernator' all'italiano 'cibernetica') una nave sono veramente una delle prime e meglio sviluppate forme di meccanismo con controreazione.

Chi studia il sistema nervoso non può dimenticare la mente e chi studia la mente non può dimenticare il sistema nervoso... il vocabolario degli ingegneri si contaminò ben presto con i termini dei neurofisiologi e degli psicologi".

Wiener è stato un matematico e statistico statunitense famoso per le ricerche sul calcolo delle probabilità e soprattutto per gli sviluppi forniti, insieme al suo allievo Claude Shannon, alla teoria dell'informazione che ne fecero il padre della cibernetica moderna.

La cibernetica è la scienza che studia i fenomeni di autoregolazione (Controlli automatici e adattativi) e di comunicazione, sia negli organismi naturali che nei sistemi artificiali. La cibernetica si pone dunque come un campo di studi interdisciplinare tra le scienze naturali, la fisiologia e l'ingegneria. Il termine fu coniato nel 1947 da Wiener, derivandola dal greco Kybernetes (timoniere, pilota).

Il termine 'omeostasi' fu coniato da Walter Cannon nel 1926, in riferimento alla capacità del corpo di regolare la composizione e il volume del sangue e, di conseguenza, di tutti i fluidi extracellulari in cui sono immerse le cellule; deriva dal greco ómoios, 'simile', e stasis, 'posizione'. Oggi il termine omeostasi viene utilizzato per indicare, in senso più ampio, i molti processi dell'organismo che mantengono le fluttuazioni di temperatura, pressione, battito cardiaco, livello degli zuccheri, ecc. entro limiti fisiologici.

In un sintetico articolo del 1943 il matematico N. Wiener, il neurofisiologo A. Rosenblueth e l'ingegnere J. Bigelow pubblicarono un articolo su Philosophy of science nel quale sostenevano che il comportamento rivolto ad un obiettivo, tipico di molti organismi, poteva essere assimilato al funzionamento di un artefatto con retroazione negativa (ad esempio il regolatore di pressione delle caldaie ideato da J. Watt).

La retroazione (in inglese feedback) è la capacità dei sistemi dinamici di tenere conto dei risultati del sistema per modificare i valori delle variabili in ingresso nel sistema stesso. In un controllo a retroazione (vedi figura) il valore della variabile in uscita dal Sistema (cioè il Risultato) viene confrontato con il valore Obiettivo e la differenza, valutata dal controllore, retroagisce correggendo l'ingresso del Sistema. Questa caratteristica differenzia i sistemi retroazionati (ad anello chiuso) dai sistemi non retroazionati (ad anello aperto).

Nei sistemi di controllo ad anello aperto il valore della variabile manipolabile viene determinato dentro lo stesso sistema sfruttando dei modelli matematici, tali sistemi vengono chiamati predittivi perché non viene effettuata nessuna correzione automatica sugli ingressi. Nei sistemi di controllo retroazionati invece il valore viene determinato e corretto in base alla misura della variabile controllata rispetto all'obiettivo preassegnato, per questo motivo i sistemi retroazionati vengono anche chiamati adattativi. Ad esempio un sistema di puntamento ad anello aperto calcola a priori le coordinate dell'obiettivo, quindi sia la direzione che l'alzata, calcola poi gli effetti del vento o di altri agenti esterni e incomincia a sparare. Il fatto che l'obiettivo sia stato centrato o meno non influisce sul puntamento dei colpi successivi. In un sistema retroazionato invece, dopo che è stato sparato il primo colpo si valuta la distanza dell'obiettivo e in base a questa vengono modificate le impostazioni dell'arma. È facile capire come in questo secondo caso il sistema sia molto più efficiente del primo.

Un sistema con retroazione negativa preso dall'ipotesi Gaia (J. Lavelock) è la temperatura e la presenza del vapore acqueo nell'atmosfera. Con l'aumento della temperatura globale una quantità maggiore di vapore acqueo si forma nell'atmosfera dando vita ad un quantità maggiore di nubi. Le nubi, così come i ghiacci del polo, sono bianche e quindi riflettono i raggi solari. Un minore assorbimento dei raggi solari da parte della Terra riduce la temperatura globale e quindi diminuisce il vapore acqueo nell'atmosfera. Grazie a questo fenomeno, in assenza di altre variabili, la temperatura e il quantitativo di vapore acqueo nell'atmosfera tendono ad essere stabilizzati e riportati a valori normali.

In economia un esempio classico di feed-back negativo è il meccanismo di regolazione tra prezzi e domanda: un aumento della domanda di un prodotto genera di solito un aumento dei prezzi ma un aumento dei prezzi genera poi una diminuzione della domanda. Il sistema tende quindi a stabilizzare sia i prezzi che il livello di domanda. Nella soluzione dei problemi delle organizzazioni i giapponesi (ispirandosi allo statunitense W.E. Deming) proposero il metodo PDCA:
1) Pianificazione delle azioni (Plan),
2) Esecuzione delle azioni (Do),
3) Verifica delle azioni rispetto agli obiettivi (Check),
4) Azioni correttive necessarie (Act) e ritorno al punto 1).

Il Project Management Institute USA indidividua 5 macro processi regolati dal meccanismo del feed-back:
1) Lancio del progetto (Iniziating),
2) Pianificazione (Planning),
3) Realizzazione (Executing),
4) Controllo del progetto (Controlling) che influenza all'indietro sia la realizzazione che la ri-pianificazione. Al termine delle iterazioni cicliche si esce dal circuito di controllo con 5) Chiusura del progetto (Closing).