Introducere In Cibernetica

INTRODUCERE ÎN CIBERNETICĂ

CIBERNETICA este o știință care oferă o concepție unitară și operațională asupra existenței, cunoașterii și acțiunii. Abordează existența ca având o o organizare sistematică, încercând să pună în evidență modurile cele mai generale de comportament.

Problema cunoașterii este abordată prin evidențierea posibilităților realizării unor modele conceptuale ale realității.

Cibernetica se poate defini ca fiind și știința care studiază sistemele dinamice, complexe capabile să se autoregleze și să se autoconducă, astfel încât să poată deveni, sau cel puțin corecta influențele distructive pe care diferiți factori perturbatori le-ar putea avea asupra lor.

OBIECTUL ȘI METODELE CIBERNETICII

N. Wiener (1948) a definit cibernetica ca pe o știință a controlului și comunicării la ființa și mașini, ca obiect controlul și comunicarea indiferent de natura particulară a sistemelor în care se desfășoară.

Sistemele reprezintă obiectul de studiu al ciberneticii, arătând modul în care sunt organizate, pe toate nivelele, ce subsisteme sunt alcătuite pentru a putea desfășura procesele de reglare cu ajutorul cărora să-și poată păstra stabilitatea în pofida numeroaselor perturbații care acționează permanent asupra lor.

Cibernetica urmărește să afle organizarea care este la baza proceselor de reglare și de autoreglare și modalitățile cele mai intime prin intermediul cărora elementele sistemului contribuie la desfășurarea acestor procese.

Informația este atât de importantă încât KOLMOGOROV(1963) a definit cibernetica drept știința care studiază modul de recepționare, transmitere, păstrare și prelucrare a informațiilor de către sisteme dinamice complexe.

Edmond Nicolau arată că pentru a putea studia un sistem ciberneticeste de multe ori suficientsă studiem modul în care elrecepționează, transmite și prelucrează informațiile pe care le primește.

Pentru a putea studia modul în care se desfășoară procesele de reglareși de autoreglare, cibernetica și ramurile sale aplicative trebuie să țină seama, cel puțin într-o oarecare măsură, și de natura substanțial-energetică a sistemelor pe care le studiază.

METODELE CIBERNETICII SUNT:

1). ABSTRACTIZAREA. Abstractizarea cibernetică nu este identică cu cea matematică. Abstractizarea cibernetică merge până la limita la care, înlăturând particularitățile neesențiale, sistemul își poate păstra încă stabilitatea cu ajutorul proceselor sale de reglare și de autoreglare.

2). ANALOGIA. Este o metodă a cunoașterii inductive. Funcții identice se desfășoară cu mecanisme analoage, iar sisteme care se supun acelorași principii și legi pot fi considerate ca fiind analoage. Analogia dintre sisteme merge atât de departe încât unul poate fi considerat analogul celuilalt. În acest caz relațiile și structura dintr-un sistem pot fi considerate izoforme cu structura și relațiile celuilalt sistem chiar dacă ele sunt constituite din substanțe foarte diferite.

3). MODELAREA. Metoda modelării caută și reușește, de obicei să obțină anumite informații prin intermediul unor modele experimentale, mult mai accesibile, și mai simple. Respectând analogiile și deosebirile, cu ajutorul modelului se pot obține de multe ori date care nu s-ar putea obține în mod direct, mai ales în cazul unor sisteme care se studiază indirect (ex. nucleul atomic).

4). METODA CUTIEI NEGRE. Cu ajutorul cutiei negre poate fi abordat orice sistem oricât de necunoscut și complicat ar fi, prin trecerea de la sistem la subsisteme apoi la subsistemele din care sunt alcătuite subsistemele. Cutia neagră începe să se lumineze când apar conexiunile dintre subsisteme, adică apare structura sa interioară.

5). METODA CONEXIUNILOR BLOC. Împarte sistemele dinamice complexe, formate din subsisteme insuficient cunoscute în blocuri componente. Un bloc reprezintă un subsistem a cărui structură internă este cunoscută sau poate fi ignorată, luîndu-se în considerare numai legăturile cu celelalte subsisteme. Această metodă îmbină abstractizarea cu analogia și cu sinteza. Este sinoptică și sugestivă.

6). ANALIZA SISTEMICĂ. Pune în evidență ansamblul elementelor care se află în interacțiune pentru a asigura desfășurarea proceselor de reglare și de autoreglare. Spre deosebire de teoria sistemelor, cibernetica studiază numai anumite sisteme și anume pe cele capabile să se regleze și autoregleze. Un sistem nu este numai suma elementelor sale, deoarece conexiunile dintre elemente îi conferă calități noi pe care nu le găsim la nici unul dintre elementele sale.

7). METODA INFORMAȚIONALĂ. Informația nu produce ci declanșează. În sistemele cibernetice apare o cauzalitate informațională, în care efectul nu depinde atât de cauza informațională, cât și de programul sistemului asupra căruia acționează (Legături informaționale, conexiuni informaționale).

8). METADA ORGANIZAȚIONALĂ. După descoperirea legăturilor informaționale, putem cunoaște adevărata organizare a sistemului. Descoperirea organizării reprezintă un scop și o metodă. Viața este o problemă de organizare (WADDINGTON, 1959); viața este autoorganizare (ANDREW, 1967); nu materia, ci organizarea este cea care evoluează în cadrul sistemelor bilogice.

9). SIMILITUDINEA. Reprezintă condițiile ce trebuie respectate pentru ca rezultatele obținute prin studierea unui fenomen să poată fi extrapolate la celălalt fenomen.

10). SMULAREA. Când dispunem de modelul matematic al unui fenomen sau sistem cu ajutorul simulării putem prevedea care din variantele elaborate este cea mai bună.

Cu ajutorul acestor metode cibernetica poate constiti un mijloc de integrare a științelor speciale.

II) NOȚIUNILE DE BAZĂ ALE CIBERNETICII

1). SISTEM. Este orice colecție de obiecte sau fenomene între care există anumite relații de interdependență. Sistemul subliniază prioritatea întregului asupra părților din care este format. Pentru cunoșterea lui nu este suficientă analiza părților sale componente, ci este necesar și studiul comportamentului său, adică al relațiilor sale cu mediul. Teoria generală a sistemelor TGS (Bertalanfy – 1942) studiază pricipiile și legile caracteristice tuturor sistemelor indiferent de varitatea lor.

2). STAREA. Exprimă evoluția anterioară a sistemului și determină, cel puțin într-o oarecare măsură evoluția viitoare a sistemului. Starea reprezintă valorile parametrilor fundamentali ai sistemului într-un anumit moment. Se poate defini o de ecuația diferențială de stare: S=As.Ex, unde S reprezintă starea, A matricea coeficienților E=matricea comenzilor sau transformărilor care se pot aplica intrărilor , x valorile de stare pot fi măsurate. Trecerea dintr-o stare în alta se face prin intermediul unor acțiuni executate asupra parametrilor sistemului.

3). STRUCTURA. Reprezintă ordinea relativ stabilă a conexiunilor interne dintre elementele unui sistem de care depinde modul de comportare a sistemului respectiv. Structura reprezintă acel suport material de care depinde capacitatea de transformare a sistemului. Cu toată varabilitatea intrărilor și ieșirilor, a stărilor, sistemul are niște caracteristici invariabile, care determină structura lor (homeostazia).

4). ORDINEA. Este legată de noțiune de entropie (măsura dezordinii). Legătura dintre ordine și entropie este invers proporțională.

5). ORGANIZAREA. Organizarea nu se rezumă numai la modul în care sunt dispuse în spațiu elementele sistemului, ci se extinde șio asupra legăturilor dintre ele, și nu numai asupra legăturilor substanțial energetice, ci și asupra legăturilor informaționale. Sistemele biologice spre exemplu sunt disipative (Prigoggine-1972): sistemele bilogice se hrănesc cu negentropie, adică cu ordinea pe care o iau din mediul înconjurător (SCHRODINGER – 1967).

6). REGLAREA. Reprezintă acțiunea asupra unui sistem pentru a-l aduce sau a-l menține într-o anumită stare care nu se poate obține în mod spontan, fiind procesul prin care starea unui sistem câștigă o anumită independență față de variațiile mărimilor de intrare.

Pentru a desfășura o anumită reglare sistemul trebuie să dispună de un subsistem de elaborare a comenzilor și de un subsistem de excuție. Se cunosc următoarele modele de reglare:

reglarea prin corectarea erorilor(feed-back)

reglarea prin prevenirea erorilor(feed-before)

reglarea prin programare (specific organismelor vii)

Mecanismul de feed-back este retroactiv iar cel de feed-before este anticipativ.

Mecanismul de feed-back este algoritmic, pe când cel de feed-before este euristic.

Mecanismul de feed-back este trebuie să urmărească nu numai starea elementului reglat, ci și starea factorilor de mediu care ar putea să acționeze asupra elementului reglat.

Mecanismul de corectare și prevenire a erorilor a fost denumit și mecanism de alimentare înainte.

7). ROLUL MECANISMELOR DE CONDUCERE. Deosebirea esențială dintre un mecanism de conducere și unul de reglare constă în faptul că cel de conducere emite comenzile pe care mecanismele de reglare trebuie să le îndeplinească cât mai bine.

8). APORTUL INFORMAȚIONAL. Informația este cea care asigură eficacitatea procesului de conducere și de reglare. Ea reprezintă o altă formă de manifestare a materiei care are legi de conservare și de transformare proprii. Elementul material purtător al informației este semnalul.

9). COMPORTAMENTUL SISTEMULUI. Mecansimele de reglare și de conducere care reușesc să prelucreze în modul cel mai adecvat informația generată de diferiți factori entropici determină comportamentul sistemului, adică ripostele pe care sistemul le dă în mod organizat factorilor perturbanți.

10). FUNCȚIA ȘI FUNCȚIONALITATEA. Prin funcție se înțelege comportarea internă a sistemului. Prin funcționare se înțelege modificările interne, adică comportarea internă a sistemului. Funcția și funcționarea trebuie coordonate de anumite mecanisme de reglare. Organizarea structurală nu se suprapune peste organizarea funcțională a sistemului.

11). IMPORTANȚA PROGRAMULUI PENTRU MODUL DE FUNCȚIONARE. Programul nu se confundă cu structura. Programul reprezintă organizarea temporară. Structura reprezintă organizarea spațială.

12). ALGORITMUL. Reprezintă regulile precise de desfășurare a programului, reguli ce trebuie să fie finite și să atingă obiectivul propus.

13). METODA EURISTICĂ. Nu este definită și riguroasă, ci provizorie și plauzibilă. Nu exclude metoda algoritmică.

14). STABILITATEA. Noțiunea de stabilitate este legată de cea invariant. Dacă sistemul trece printr-o serie întreagă de transformări există cel puțin un aspect care rămâne invariabil. Pentru a exista sistemul trebuie să nu se afle în echilibru, ci într-un echilibru simetric (Lupașcu).

15). PERTURBAȚIA. Este legată indisolubil de stabilitate și acționează în virtutea celui de al doilea principiu al termodinamicii și vizează creșterea entropiei și dezordinei, dacă mecanismele de reglare nu ar preveni sau nu ar corecta cu promptitudine acțiunea lor.

III PRECURSORI ROMÂNI AI CIBERNETICII

1). Vasile Conta

Filosoful român a publicat lucrarea sa ”Teoria fatalismului” în revista ”Convorbiri literare” între 1 septembrie și 1 martie 1867. În aceasta, explică concepția sa cu privire la formarea, generarea și interdeterminarea proceselor psihice. Analiza atentă a acestor explicații formează teoria Conta privitoare la procesele biofizice, explicații care stau la baza unora dintre procesele psihice. Aceasta conduce la concluzia că această teorie este de natură cibernetică.

Vasile Conta își expune ipotezele în termeni ca: ”excitație”, ”a simți”, ”modificare materială”, ”substanța fibrelor nervoase”, ”senzații”. Percepțiile, senzațiile sunt semnale de tip răspuns determinate de excitațiile în fibele nervoase, acestea fiind echivalente cu a vedea fibra nervoasă ca un receptor pentru excitații și ca un emițător pentru răspuns.

Vasile Conta este primul care tratează construcția neuronală ca un sistem. În lanțul excitație-construcție neuronală–răspuns se definește un sistem deschis, unde construcția neuronală joacă rolul unei cutii negre. Vasile Conta introduce în gândirea filosofică o nouă optică: cea a sistemelor deschise și în același timp poate fi considerat inițiator al cercetării sistemice a proceselor, în speță a proceselor psihice.

Gânditorul român s-a mai ocupat de explicarea proceselor cerebrale de memorare, generalizare, abstractizare, perceperea raporturilor, conștiința eului.

Aceste explicații sunt unitare, bazându-se pe urma materială pricinuită de excitație într-o fibră nereductibilă și de răspunsul ei. Deci memorarea este capacitatea de a reactiva un răspuns al unei urme materiale când excitația care a format-o nu mai există.

Vasile Conta gândind și folosind cuvântul ”repetiție” ”închide” sistemul său, trecând de la lanțul deschis excitație-sistem-răspuns la bucle : excitație-sistem-răspuns-excitație. Bucla funcționând repetitiv prin autoexcitație, autoîntreținându-se, Vasile Conta pune în evidență reacția.

În concluzie, Vasile Conta a descoperit sistemul închis cu reacție pozitivă, acum 127 ani buclele cibernetice și căile de reacție.

Datorită faptului că a așezat alcătuirea neuronală ca un sistem dispus între excitație și răspuns, întregul organism ca un sistem (1875) Vasile Conta este și un precusor al teoriei sistemelor.

Prin modul cum urmărește efectul excitațiilor, circulația semnalelor nervoase, deci circulația informației în sistemele deschis și închis Vasile Conta este și un precusor al informaticienilor.

2). ȘTEFAN ODOBLEJA (1938 –psihologia consonantistă)

Pornește de la idea posibilității de a studia un fenomen (cum sunt stările organismului animal) prin alte fenomene (cum sunt cele fonice) și ajunge la concluzia că de fapt între toate fenomenele și între toate științele există aspecte consonantice (armonizante). Îl preocupă problemele logico-metodologice de abordare consonanatică a științei. Este în posesia unei concepții originale asupra logicii.

Scopul psihologiei consonantiste îl constituie fundamentarea teoretică a tuturor științelor. Caracteristica fundamentală a concepției sale este teza reductibilității conceptelro la imagini vizuale, aspațializate, geometrizate.

Conceptele în formă lingvistică și legile (ca raporturi între concepte determinate) sunt diferite, dar reprezentările lor geometrice se dovedesc identice sau de același tip.

Reprezentaăriole geometrice ale lui Ștefan odobleja sunt modele geometrice imaginare esențiale pentru concepte și funcționale pentru legi. El postulează posibiliotatea mecanizării gândirii prin stabilirea relațiilor de consonanță multiplă (spațială, fizică, logică, psihologică). Propune o modelare geometrică, fizică și mecanică a gâmdirii. De asemenea, propune mecanizarea actului creativ, a gâmdirii și a imaginației. Logica rezonanței constituie un program teoretic grandios deal mecanizării gândirii, conceput ca activitate creativă.

Se pot evidenția câteva principii și legi din psihologia consonantistă:consonanță-disonanță; legea reversibilității; legea echilibrului (dinamic, oscilatoriu, static); legea echivalenței; legea ciclicității; legea tansformării; legea finalității.

De asemenea, câteva definiții: cibernetica –studiu al conducerii; cibernetica –teorie a reglajului; cibernetica-știință a procesului ciclic; cibernetica-teorie a refluxului în circuit; cibernetica- metodă de gândire circularistă; cibernetica – o parte integrantă a știintelor sistemelor; cibernetica- știința corelațiilor și compensărilor; cibernetica-știință a homeostaziei ; cibernetica -știință a optimizării și eficienței; cibernetica-metodă a modelelor și modelărilor.

Psihologiei consonantiste îi lipsește conceptul de informație.

Psihologia consonantistă are 3 secțiuni:

-prima consacrată studierii aspectelor statice și dinamice ale psihicului uman;

-a -2-a expunere a legilor generale care guvernează demersul cognitiv în orice domeniu științific;

-a-3-a modul cum principiile enunțate în secțiunea 2 se aplică domeniului de investigație științifică.

Prioritatea lui Odobleja în formularea ideilor de bază ale unei cibernetici generalizate este incontestabilă.

Reacția, conexiunea inversă, bucla de reglaj constituie centrul viziunii cibernetice. Lipsa noțiunii de informație nu modifică în esență viziunea sa cibernetică generală.

Butade din opera savantului:

să speri întotdeauna, să nu descurajezi niciodată. Dacă prezentul nu oferă recompense, renunță să te mai gândești la aceasta. Trăiește în viitor. Cultivă elanul, aspirația către scopuri mari;

Să citești pentru a confirma sau infirma propria ta părere;

Răspunde durerilor, suferințelor, persecuțiilor dublând elanul creator… criticilor, nedreptăților atacurilor răspunde-le prin intelect;

Nu lucra decât la o singură chestiune. A evita amestecurile și fragmentarea activității… nu te pierde în detalii;

A nu-ți încărca memoria. Lasă-ți liberă gândirea, agilitatea și suplețea ca ea să-și ia zborul.

încărcarea creierului îngreunează elanul. Materializați memoria depunând-o în hârtii, în fișe, în dosare;

Cărțile se repetă, ele sunt cel mai adesea foarte diluate. Iată de ce trebuie să stii să le parcurgi în fugă. Totuși trebuie să insiști întotdeuna asupra rarelor dar excepțional de bine scrise și gândite și chiar de a relua lectura lor;

Să ai înceredere în toate, să te îndoiești de toate;

Fugind de ceea ce este obișnuit, trebuie să fugi de a cădea în anormal;

Orice știință care nu se dizolvă în aplicții practice este o știință infirmă și inutilă.

3). DANIEL DANIELOPOLU (1946 – IPOTEZA AUTOÎNTREȚINERII ȘI AUTOAMPLIFICĂRII SINDROMELOR DE SINERGISME)

S-a născut la 21 aprilie 1884 la București. După absolvirea gimnaziului ”Cantemir Vodă” și apoi a liceului Sf. Sava s-a înscris la facultatea de medicină de la București în anul 1900. În anul 1903 devine extern, iar în anul 1906 intern și preparator.

Își susține doctoratul în medicină și chirurgie în anul 1910 întreprinzând cercetări de fiziologie normală și patologică în cadrul laboratoarelor Facultății de Medicină din București și la ospiciul de bătrâni ”Domnița Bălașa”. În 1912 publică volumul ”Tulburările ritmului inimii”. În timpul Războiului de întregire a neamului a condus un spital pentru combaterea epidemiei de tifos exantematic.

În anul 1918 este numit profesor la Facultatea de Medicină București unde va funcționa până în martie 1955.

Cercetările sale îl conduc la o concepție unitară asupra funcționalității organismului uman ca un sistem de subsisteme, concepție expusă în numeroase articole și lucrări monografice publicate în limbile română și franceză.

În 1933 propune Parlamentului Român crearea Academiei de Medicină, al cărei membru titular va fi de la înființare. Întemeiază Institutul de Cercetări Biologice.

În 1936 devine membru de onoare al Academiei Române.

Opera sa conține peste 1200 de articole și 11 volume.

A fost membru corespondent al Academiilor de Medicină din Paris, Madrid și Buenos Aires precum și al societăților de medicină din Paris și Viena.

Danielopolu este precursor al biociberneticii și al teoriei sistemelor biologice. Opera științifică a savantului a fost în mare parte dedicată analizei experimentale și schematizării logice a sistemului nervos, a celui endrocrin și a celui imonologic.

D. Danielopolu a realizat în lucrările sale interpretări sistemice și schematizări grafice și logice, care constituie o piatră de temelie pentru bioenergetică, neavând la bază aparatul formal de care dispunem astăzi și fără a folosi metoda modelării.

Toate lucrările savantului privind sistemele neuroendocrin și imunologic s-au bazat pe o interpretare sistemică a lor, fiind printre primii care au utilizat analiza sistemică pentru descrierea și explicarea unor procese biologice înainte cu 30 de ani de apariția ciberneticii și 40 de ani de formularea definitivă a teoriei sistemelor.

Ideea centrală care predomină întreaga schematizare operațională pe care a dat-o atât sistemului neuro-vegetativ cât și și celui endocrin este aceea de feed-back negativ redenumindu-l ca atare dar descriindu-l extrem de clar fără echivoc.

Analiza acestor legi arată că ele implică existența unor conexiuni inverse-negative, Danielopolu elaborînd astfel, o interpretare cibernetică pentru descrierea modului de funcționare a sistemului neuro-vegetativ.

Danielopolu este autorul conceptului de ”cerc vicios reflex” pentru a explica criza gastrică și astmul pulmonar precum și funcționarea sistemului nervos al vieții vegetative. Teoria ”cerc vicios reflex” a fost folosită ulterior pentru a explica și alte manifestări patologice ca: unele forme de hipertensiune arterială;maladia ulceroasă;migrena;epilepsia;

hipertiroida.

Savantul a formulat regula dozelor mici și a dozelor mari punând bazele terapiei în tratamentul .

Danielopolu a promovat chirurgia vegetativă și farmacologia informațională.

Danielopolu a promovat, plecând de la normal la patologic, în medicină o nouă concepție fiind considerat un precursor în cazul descrierii bolilor informaționale. A inițiat o terapie inițială și farmacologică bazată pe o gândire cibernetică, fiind un precursor pe plan internațional și național al teoriei sistemelor biologice și al medicinei cibernetice.

4). PAUL POSTELNICU ( 1944 – IPOTEZA COMLEXULUI VICIOS –IDEEA AUTOAMPLIFICĂRII)

S-a născut la 12 iunie 1917 în comuna Ciurea, județul Iași. A absolvit școala primară în 1928 la Slatina iar liceul la Râmnicu Vâlcea și facultatea de electromecanică a Școlii Politehnice din București în 1941.

În 1943 a fost angajat ca inginer la Secția Studii a Societății Române de Telefonie. Din 1945 a funcționat și în învățământul politehnic, ca asistent, conferențiar, iar din 1959 ca profesor la catedra de Telefonie Telegrafie a Institutului Politehnic din București. În perioada 1949-1953 a fost colaborator științific al Institutului de Energetică al Academiei.

A publicat 58 de lucrări științifice și 6 volume în domeniilor transmisiilor telefonice.

Fenomenul caracteristic circuitelor cu reacție a constituit punctul de plecare al unei ipoteze ingenioase formulată în iunie 1944: IPOTEZA CERCULUI VICIOS.

Ideea de bază a acestei ipoteze o formează conceptul de cerc vicios denumit de el ”ciclu vicios”, pentru a evita confuzia cu cercul vicios din logica elementară.

Ciclul vicios este denumit ca un lanț cauzal închis format din fenomenele A, B, C, D, care au proprietatea ce A determină pe B, B determină pe C, C determină pe D, D determină pe A, ș.a.m.d.

Astfel de lanțuri cauzale se pot exemplifica din fizică cum sunt: pendulul, motoarele, tuburile electrice etc.

Orice sistem care cuprinde un ”ciclu vicios” este numit de autor ”complex vicios”.

Postelnicu stabilește următoarele proprietăți ale ciclurilor vicioase:

orice ciclu vicios are un început și un sfărșit, deoarece oricât de slabă ar fi intensitatea unui fenomen el poate deveni cauza altui fenomen, și oricât de puternică ar fi intensitatea unui ciclu vicios regresiv el se va stinge până la urmă;

ciclurile vicioase progresive nu pot crește practic la infinit deoarece există limitări datorate fie condițiilor sistemului, fie impuse de intervenția unor regulatori;

orice ciclu vicios progresiv conține condiția de rezonanță;

ciclurile sunt atât cumulatoare cât și transformatoare de enegie;

fenomenele care compun un ciclu vicios pot fi și ele însăși cicluri vicioase;

între evoluția unui ciclu vicios și evoluția organizării complexului vicios respectiv există o corespondență.

Complexul cercului vicios construit pe baza unor fenomene din tehnică a fost extins și la problema originii și evoluției vieții.

Plecând de la existența viciozității în dispozitivele fizice create de om, Paul Postelnicu a extins-o la fenomenele biologice, sociale și economice și apoi a generalizat-o la fenomenele de dincolo de experiența umană obișnuită.

În această ultimă formă, viciozitatea este admisă ca element constitutiv al unei teorii generale, care să permită construirea unui model cibernetic al universului, eventual în sensul distincțiilor operate în teoria generală a sistemelor.