Intelligenza artificiale, tesina (2)

ISISS M.O.L. DAL CERO

Esame di Stato

Alunna: Elisa Spada

Classe V, sez. BL

Anno scolastico: 2014-2015

Intelligenza artificiale

Fino a che punto una macchina può assomigliare all’uomo?

Quando l’intelligenza diventa “artificiale”, YOUTECH EXPERIENCE

Technology

Elisa Spada classe V BL A.S. 2014-2015

Indice

Premessa .......................................................................................................................................................... 2

Mappa concettuale .......................................................................................................................................... 3

Intelligenza artificiale: cos’è e in cosa viene utilizzata? .................................................................................. 4

Aree di applicazione ............................................................................................................................ 5

Il neurone e il sistema nervoso ....................................................................................................................... 6

L’impulso nervoso e la sua trasmissione .............................................................................................. 7

Il sistema nervoso centrale .................................................................................................................. 9

Il sistema nervoso periferico.............................................................................................................. 10

Le reti neurali artificiali.................................................................................................................................. 12

La scoperta del legame tra teoria dei giochi e fisica quantistica .................................................................. 16

La teoria dei giochi ............................................................................................................................. 16

La scoperta del legame tra fisica quantistica e teoria dei giochi ........................................................ 19

La fisica quantistica ............................................................................................................................ 20

Frankenstein .................................................................................................................................................. 21

Quaderni di Serafino Gubbio operatore........................................................................................................ 23

Futurismo .......................................................................................................................................... 25

Rex, il primo uomo bionico............................................................................................................................ 26

L’uomo bionico e il futuro.................................................................................................................. 27

Sitografia e Bibliografia ................................................................................................................................. 28

Intelligenza artificiale: fino a che punto una macchina può assomigliare all’uomo? 1

Elisa Spada classe V BL A.S. 2014-2015

Premessa

Ho deciso di proporre il tema dell’intelligenza artificiale perché è un argomento che mi ha colpito molto in seguito alla visione del film “A.I. Artificial Intelligence”, di Steven Spielberg, che narra della creazione di un robot bambino che sappia amare i suoi genitori adottivi proprio come lo farebbe un bambino vero.

Ciò che mi incuriosisce in questo ambito di ricerca è come lo studio delle reti neurali biologiche si sia evoluto con lo scopo di replicarne i meccanismi in reti neurali artificiali, in modo tale da creare robot che sappiano aiutare l’uomo, ma soprattutto simularlo in modo tale da riuscire a studiare al meglio come siamo e come funzioniamo. Infatti, uno dei motivi per cui si cerca di inventare una macchina il più possibile simile all’uomo è capire come possa guarire da malattie molto gravi o addirittura mortali, senza l’utilizzo di “cavie”.

Tale disciplina, nata a metà del secolo scorso, è in continua evoluzione e sta appassionando un numero sempre maggiore di persone grazie al fatto che, al giorno d’oggi, conviviamo con questa realtà quotidianamente, che vede l’uomo e la macchina uniti ormai da un legame profondo.

[Citare la fonte qui.]

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Intelligenza artificiale: cos’è e in cosa viene utilizzata?

Prima di affrontare il tema dell’intelligenza artificiale, è opportuno spiegare cosa sia l’intelligenza:

In psicologia, l’intelligenza è l’insieme di funzioni conoscitive, adattive e immaginative, generate dall’attività cerebrale dell’uomo e di alcuni animali.

È anche definibile come la capacità di ragionare, apprendere, risolvere problemi, comprendere a fondo la realtà e il linguaggio.

In genere, per intelligenza si intende la capacità di comprendere e risolvere problemi nuovi, oltre alla capacità di adattarsi all’ambiente e capire la realtà.

L’intelligenza artificiale (IA) è una moderna disciplina in forte evoluzione che ha fornito un importante contributo al progresso dell’informatica.

Ma di cosa si occupa? L’IA si occupa della comprensione e riproduzione del comportamento intelligente, ma precisamente la possiamo definire come

“Quella disciplina, appartenente all’informatica, che studia i fondamenti teorici, le metodologie e le tecniche che permettono di studiare hardware e sistemi software capaci di fornire al computer quelle prestazioni che, ad un osservatore comune, sembrerebbero essere di pertinenza esclusiva dell’intelligenza umana”. 1

L’obiettivo di questa disciplina, peraltro, è quello di riprodurre o emulare l’intelligenza umana.

Emulare le facoltà umane significa ottenere delle prestazioni intelligenti, conseguibili utilizzando dei meccanismi propri della macchina, tali da fornire prestazioni qualitativamente equivalenti e quantitativamente superiori a quelle umane.

1 Definizione fornita da Marco Somalvico, ingegnere italiano specializzato nel campo dell’intelligenza artificiale.

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Aree di applicazione

L’IA viene applicata in numerosissime aree di ricerca, le cui principali sono:

• Pianificazione e schedulazioni autonome: sistemi costituiti da sequenze di operazioni semplici con obiettivi da raggiungere di alto livello (ad esempio pianificazione di veicoli spaziali);
• Controllo autonomo: controllo di sistemi complessi, come nel caso del controllo di veicoli in movimento (automobili o sonde spaziali);
• Giochi: una delle aree storiche dell’IA da un punto di vista metodologico; questo studio ha determinato lo sviluppo e la messa a punto di numerose tecniche. Nel 1977, per la prima volta nella storia, un programma chiamato Deep Blue ha sconfitto il campione del mondo umano di scacchi, Garry Kasparov;
• Dimostrazione di teoremi matematici: campo dell’IA volto alla ricerca e alla prova di nuovi teoremi nell’aritmetica, geometria e meccanica;
• Robotica: campo che coinvolge numerosi settori. Nell’area della robotica intelligente (area della robotica di interesse per l’IA) si articolano due sottoaree, la manipolazione e la navigazione, per la realizzazione di robot intelligenti e rilevanti dal punto di vista applicativo;
• Comprensione del linguaggio naturale: area ancora limitata a causa dello stretto rapporto con i meccanismi più enigmatici del comportamento umano, come il linguaggio e la fonetica;
• Diagnosi: l’IA si mostra utile nelle situazioni che richiedono un elevato livello di coordinazione, in cui diversi specialisti sono chiamati a prendere decisioni sinergicamente;
• Domotica: è l’area che si interessa allo studio della “casa intelligente”, tramite una tecnologia capace di mettere in funzione elettrodomestici e controllarne lo stato anche quando non si è fisicamente presenti nella propria abitazione.

I campi di ricerca dell’intelligenza artificiale sono in continua espansione, rendendo questa disciplina moderna, dinamica e aperta a nuove prospettive.

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Il neurone e il sistema nervoso

Perché una macchina possa funzionare deve avere un “filo conduttore” che possa coordinare tra loro tutte le componenti che ne fanno parte.

Il “filo conduttore” biologico è il sistema nervoso, le cui principali funzioni sono:

• Fornire le sensazioni sull’ambiente sia interno che esterno;
• Integrare le informazioni sensoriali;
• Coordinare le attività volontarie ed involontarie;
• Regolare e controllare le strutture periferiche (come il muscolo)
• Permettere particolari capacità di apprendimento, di conoscenza e di memoria.

Il neurone

Il neurone, o cellula nervosa, è l’unità funzionale del sistema nervoso. La loro massa centrale, o corpo cellulare, contiene il nucleo, che può arrivare anche fino a 100 micron.

Il corpo cellulare prolunga il proprio citoplasma in una o più ramificazioni, i dendriti. Esso si prolunga anche nell’assone, o fibra nervosa, che è un ramo molto lungo e sottile.

I neuroni non hanno struttura compatta e perciò devono essere sostenuti da cellule speciali, dette cellule gliali o glia.

Alcune di queste, le cellule di Schwann, ricoprono l’assone e formano una guaina di una sostanza biancastra, la mielina.

Nei vertebrati i neuroni si concentrano soprattutto nel cervello e nel midollo spinale, e si organizzano unendo gli assoni in lunghi fasci, i nervi, che, essendo avvolti da mielina, appaiono del suo colore. Essi vengono chiamati materia bianca. Il corpo cellulare, invece, appare del suo colore e costituisce la materia grigia.

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L’impulso nervoso e la sua trasmissione

Le cellule nervose sono cellule eccitabili, cioè capaci di rispondere a particolari stimoli generando degli impulsi nervosi, che vengono poi trasmessi a distanza tramite sinapsi, ovvero il “punto di contatto” tra due neuroni. La parte superiore trasforma il segnale elettrico in sostanza chimica (neurotrasmettitore) che passa dall’altra parte e viene riconvertito in segnale elettrico.

Come funziona la cellula nervosa

La membrana plasmatica di un neurone

1.

È polarizzata, cioè presenta una differenza di carica elettrica tra l’interno e l’esterno della cellula, dovuta alla concentrazione degli ioni positivi Na+ all’esterno. Questa distribuzione asimmetrica produce una differenza di potenziale elettrico detta potenziale a riposo, mantenuto costante da una proteina di membrana – pompa sodio-potassio – che trasporta Na+ dall’interno all’esterno della cellula e ioni potassio K+ dall’esterno verso l’interno. Gli ioni K+ possono passare liberamente attraverso le proteine canale per il potassio e tendono a equilibrare la loro concentrazione. Anche gli ioni Na+ si distribuirebbero uniformemente passando attraverso le proteine canale per il sodio, ma ciò non avviene perché quando il neurone è a riposo questi canali sono chiusi. In questo modo il potenziale a riposo è di circa –70 mV.

La variazione di questa

2.

differenza di potenziale genera l’impulso nervoso, cui segue il ripristino delle condizioni normali. Difatti, se il neurone viene stimolato, a causa dell’apertura del canale per il sodio, il potenziale della membrana può salire da circa –70 mV a circa –50 mV, valore che è detto potenziale di soglia. Raggiunto questo valore di soglia, i canali per il sodio si aprono e molti ioni Na+ entrano nella cellula. Dato che la concentrazione di cariche positive all’interno aumenta, il potenziale si inverte bruscamente e raggiunge un valore di +35 mV, che viene detto potenziale d’azione o spike (sparo). Questa sequenza di eventi è detta depolarizzazione della membrana. Pochi istanti dopo le proteine canale per il sodio si richiudono, mentre quelle per il potassio – che nel frattempo erano chiuse – si riaprono e, grazie all’azione della pompa sodio-potassio, vengono ristabilite le condizioni a riposo. Questo processo è detto ripolarizzazione della membrana.