O que robôs e humanos têm em comum?

A Pitch Avatar A equipe coletou diversas citações sobre as semelhanças e diferenças entre organismos vivos e máquinas do criador da teoria do “autômato celular”.

John von Neumann (1903-1957) foi um matemático, físico, engenheiro e teórico da ciência da computação húngaro-americano. Entre suas muitas contribuições, ele acreditava que diversos desafios da engenharia e da computação poderiam ser resolvidos encontrando e estudando soluções análogas na natureza. Desenvolveu o conceito de "autômatos celulares" – também conhecidos como "autômatos de von Neumann" – dispositivos capazes de autorreplicação e, em uma variação, de formar sistemas complexos a partir de múltiplos autômatos simples. As citações são retiradas de sua obra "A Teoria Geral e Lógica dos Autômatos", publicada em 1951.

• Os organismos naturais são, via de regra, muito mais complexos e sutis e, portanto, muito menos compreendidos em detalhes do que os autômatos artificiais. No entanto, algumas regularidades que observamos na organização dos primeiros podem ser bastante instrutivas em nosso pensamento e planejamento dos últimos; e, inversamente, boa parte de nossas experiências e dificuldades com nossos autômatos artificiais pode ser, em certa medida, projetada em nossas interpretações dos organismos naturais.

Nessas palavras, von Neumann expressa claramente a ideia de que o desenvolvimento bem-sucedido da robótica dependeria diretamente de quão bem os criadores de máquinas e softwares seguiriam certas leis que governam o desenvolvimento e a vida dos organismos naturais.

• O neurônio transmite um impulso. Esta parece ser sua função primária, mesmo que a última palavra sobre essa função e seu caráter exclusivo ou não exclusivo esteja longe de ter sido dita. O impulso nervoso parece ser, em geral, uma questão de tudo ou nada, comparável a um dígito binário.

• A estimulação de um neurônio, o desenvolvimento e o progresso de seu impulso e os efeitos estimulantes do impulso em uma sinapse podem ser descritos eletricamente. Os processos químicos e outros concomitantes são importantes para a compreensão do funcionamento interno de uma célula nervosa. Podem até ser mais importantes do que os fenômenos elétricos. Parecem, no entanto, dificilmente necessários para a descrição de um neurônio como uma "caixa-preta", um órgão do tipo tudo-ou-nada. Novamente, a situação aqui não é pior do que para, digamos, um tubo de vácuo. Aqui, também, os fenômenos puramente elétricos são acompanhados por inúmeros outros fenômenos da física do estado sólido, termodinâmica e mecânica. Todos esses são importantes para a compreensão da estrutura de um tubo de vácuo, mas é melhor excluí-los da discussão, se for para tratar o tubo de vácuo como uma "caixa-preta" com uma descrição esquemática.

Os insights de Von Neumann sobre as funções dos neurônios, como era de se esperar, tornaram-se um alicerce fundamental no desenvolvimento das redes neurais artificiais modernas. Igualmente significativo é seu reconhecimento direto das semelhanças marcantes entre o sistema nervoso biológico e as redes neurais artificiais.

• Os organismos vivos são muito complexos — em parte mecanismos digitais e em parte analógicos. As máquinas de computação, pelo menos em suas formas recentes às quais me refiro nesta discussão, são puramente digitais.

Ao contrário dos escritores de ficção científica, que frequentemente especulam sobre a "extinção" das fronteiras entre inteligência natural e artificial, von Neumann manteve-se ancorado na realidade. Ele enfatizou consistentemente que, embora organismos biológicos e máquinas compartilhem semelhanças, eles são fundamentalmente diferentes em seus princípios subjacentes.

• …se um organismo vivo sofre uma lesão mecânica, ele tem uma forte tendência a se restaurar. Se, por outro lado, batermos em um mecanismo feito pelo homem com uma marreta, essa tendência de restauração não é aparente. Se duas peças de metal estiverem próximas, as pequenas vibrações e outras perturbações mecânicas, que sempre existem no meio ambiente, constituem um risco, pois podem colocá-las em contato. Se estivessem em potenciais elétricos diferentes, o próximo evento que pode ocorrer após esse curto-circuito é que elas podem se soldar eletricamente e o contato se torna permanente. Nesse ponto, então, uma ruptura genuína e permanente terá ocorrido. Quando lesionamos a membrana de uma célula nervosa, isso não acontece. Pelo contrário, a membrana geralmente se reconstitui após um curto intervalo. É essa instabilidade mecânica de nossos materiais que nos impede de reduzir ainda mais os tamanhos. Essa instabilidade e outros fenômenos de caráter comparável tornam o comportamento de nossos componentes menos do que totalmente confiável, mesmo nos tamanhos atuais. Portanto, é a inferioridade dos nossos materiais, comparados com aqueles usados ​​na natureza, que nos impede de atingir o alto grau de complicação e as pequenas dimensões que foram alcançados pelos organismos naturais.

• Os organismos naturais são suficientemente bem concebidos para serem capazes de operar mesmo quando se instalam disfunções. Eles podem operar apesar das disfunções, e sua tendência subsequente é eliminar essas disfunções. Um autômato artificial certamente poderia ser projetado de modo a ser capaz de operar normalmente apesar de um número limitado de disfunções em certas áreas limitadas. Qualquer mau funcionamento, no entanto, representa um risco considerável de que algum processo degenerativo geral já tenha se instalado na máquina. Portanto, é necessário intervir imediatamente, porque uma máquina que começou a funcionar mal raramente tem tendência a se restaurar e, mais provavelmente, irá de mal a pior. Tudo isso se resume a uma coisa. Com nossos autômatos artificiais, estamos nos movendo muito mais no escuro do que a natureza parece estar com seus organismos. Estamos, e aparentemente, pelo menos no momento, temos que estar, muito mais "assustados" com a ocorrência de um erro isolado e com o mau funcionamento que deve estar por trás dele. Nosso comportamento é claramente o de excesso de cautela, gerado pela ignorância.

John von Neumann não foi o primeiro cientista a reconhecer que os avanços teóricos estavam superando a capacidade técnica de implementá-los. No entanto, como engenheiro e teórico, ele articulou essa lacuna com notável clareza, destacando como o progresso tecnológico está atrasado em relação às conquistas da natureza ao longo de bilhões de anos de evolução. Ao fazê-lo, ele sutilmente apontou a natureza como um modelo para aqueles que se esforçam para miniaturizar a tecnologia e enfrentar os desafios relacionados a erros, mau funcionamento e falhas de máquinas.

• • Há uma característica muito óbvia, do tipo "círculo vicioso", na natureza, cuja expressão mais simples é o fato de que organismos muito complexos podem se reproduzir. Todos nós somos inclinados a suspeitar vagamente da existência de um conceito de "complicação". Esse conceito e suas supostas propriedades nunca foram claramente formulados. No entanto, somos sempre tentados a supor que funcionarão dessa maneira. Quando um autômato realiza certas operações, espera-se que elas sejam de um grau de complicação menor do que o próprio autômato. Em particular, se um autômato tem a capacidade de construir outro, deve haver uma diminuição na complicação à medida que passamos do pai para a construção. Ou seja, se A pode produzir B, então A deve conter de alguma forma uma descrição completa de B. Para torná-lo eficaz, deve haver, além disso, vários arranjos em A que garantam que essa descrição seja interpretada e que as operações construtivas que ela exige sejam realizadas. Nesse sentido, parece, portanto, que se deve esperar uma certa tendência degenerativa, uma certa diminuição na complexidade à medida que um autômato produz outro autômato. Embora isso tenha alguma plausibilidade indefinida, está em clara contradição com as coisas mais óbvias que acontecem na natureza. Os organismos se reproduzem, isto é, produzem novos organismos sem diminuição na complexidade. Além disso, existem longos períodos de evolução durante os quais a complexidade está até aumentando. Os organismos são indiretamente derivados de outros que tinham menor complexidade. Assim, existe um aparente conflito de plausibilidade e evidência, se não algo pior.

• É relativamente fácil elaborar tal lista, isto é, escrever um catálogo de "peças de máquinas" suficientemente abrangente para permitir a construção da ampla variedade de mecanismos aqui requeridos e que tenha o rigor axiomático necessário para esse tipo de consideração. A lista também não precisa ser muito longa. Ela pode, é claro, ser arbitrariamente longa ou arbitrariamente curta. Pode ser alongada incluindo-se, como partes elementares, coisas que poderiam ser obtidas por combinações de outras. Ela pode ser resumida – na verdade, pode ser transformada em uma única unidade, dotando cada parte elementar de uma multiplicidade de atributos e funções... O problema da autorreprodução pode então ser enunciado da seguinte forma: é possível construir um agregado a partir de tais elementos de tal maneira que, se for colocado em um reservatório, no qual flutuam todos esses elementos em grande número, começará a construir outros agregados, cada um dos quais, no final, se tornará outro autômato exatamente igual ao original? Isso é viável...

• Existe… um certo nível mínimo em que… a característica degenerativa deixa de ser universal. Nesse ponto, autômatos que podem se reproduzir, ou mesmo construir entidades superiores, tornam-se possíveis. Esse fato, de que a complicação, assim como a organização, abaixo de um certo nível mínimo é degenerativa, e além desse nível pode se tornar autossustentável e até mesmo crescente, desempenhará claramente um papel importante em qualquer teoria futura sobre o assunto.

Identificando um dos principais desafios da "robótica autorreprodutora", von Neumann propôs uma solução. Para tanto, baseou-se não apenas em seu próprio raciocínio, mas também nos trabalhos de Alan Turing e na teoria de McCulloch-Pitts, que introduziu o conceito de neurônio artificial como unidade fundamental de um circuito neural artificial. Em outras palavras, ele lançou as bases para um caminho em que o progresso tecnológico mais promissor reside no avanço de computadores universais e redes neurais artificiais — possibilitando a criação de máquinas autorreprodutoras e autodidatas. Essas máquinas, por sua vez, evoluiriam quase inevitavelmente, tornando-se uma espécie de análogo tecnológico da natureza viva. É importante enfatizar que reconhecer essa possibilidade não deve provocar medo, mas sim servir de motivação para o desenvolvimento de mecanismos de gerenciamento e controle do processo de evolução das máquinas.

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