Autopoiesis vs. Allopoiesis: issues of autonomy in artificial systems

Outline

Introduzione

Autopoiesi: definizione e riferimenti storici

  • Esempio: l'organismo umano
Allopoiesi: definizione e riferimenti storici
  • Esempio: la catena di montaggio
I sistemi Autopoietici
  • Organizzazione
  • Struttura
    • Auto-organizzazione nell'autopoiesi
  • Chiusura operativa e Apertura strutturale
    • L'autopoiesi come un processo cognitivo
  • Ambiente
  • Conclusioni
Confronto: Allopoiesi – Autopoiesi

Classificazione dei sistemi Autopoietici

  • Sistemi del 1° ordine
  • Sistemi del 2° ordine
  • Sistemi del 3° ordine
    • L'autopoiesi dei sistemi sociali secondo Luhmann
    • L'autopoiesi dei sistemi sociali secondo Hejl
    • Smart City come sistemi del terzo ordine
  • Conclusioni
Introduzione ai MAS
  • L'Activity Theory
  • Il meta modello A&A
    • Artefatti: definizione e classificazione
  • Uso cognitivo degli artefatti
  • L'autonomia nei MAS
  • Conclusioni
Esempio di A&A
  • Creazione di un artefatto tramite TuCSoN & ReSpecT
  • Architettura rappresentativa dell'artefatto
  • Definizione delle reazioni in ReSpecT
  • Conclusioni
Conclusioni generali

Bibliografia

Bibliografia


Introduzione

Questa relazione è stata creata nel tentativo di analizzare la teoria autopoietica, partendo dalla genesi del termine fino ad affrontare tutti i possibili risvolti applicativi che ha interessato.

Inizialmente vengono introdotte nel dettaglio le definizioni dei termini autopoiesi ed allopoiesi per poi metterli a confronto e analizzarne le caratteristiche all'interno di un sistema autopoietico soffermandoci sui sistemi del terzo ordine cosiddetti "sistemi sociali". In seguito ci siamo interrogati sul concetto di Autopoiesi applicato agli agenti nell'ambito dei MAS. Nel dettaglio ci si è soffermati sul concetto di artefatto e su come possa essere utilizzato dagli agenti per meglio raggiungere i propri scopi.

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Autopoiesi: definizione e riferimenti storici

Il termine autopoiesi venne coniato da Humberto Maturana, biologo e filosofo cileno, nel tentativo di dare una definizione di sistema vivente che fosse scollegata da specifiche caratteristiche funzionali quali la capacità di riprodursi, la mobilità o il metabolismo, ma basata esclusivamente sul sistema in quanto tale.

Fu lui che per primo decise di interrogarsi su questa questione basilare: cos'è un essere vivente? Secondo Maturana, la distinzione che troviamo fra un sistema vivente ed un sistema non-vivente è a livello di "organizzazione".

Intorno al 1980 Maturana, prendendo spunto da suoi precedenti scritti: "A biological theory of relativistic colour coding in the primate retina" (1968), "Neurophysiology of Cognition" (1970), e "Biology of Cognition" (1970), scrisse congiuntamente a un vecchio studente e discepolo, anch'esso cileno, Francisco Varela, “Autopoiesi e Cognizione” (1980)(1) dove verrà sviluppato e divulgato il concetto che diventerà il fulcro teoretico di Maturana e Varela: l' "autopoiesi".

II termine deriva dalla congiunzione delle parole greche auto e póiesis che significano rispettivamente "se stesso" e "produzione"(11). Tale termine fa riferimento a quel tipo di relazioni che legano le componenti, ad esempio di un essere umano, cioè relazioni tali da produrre costantemente sia le componenti del corpo (si pensi allo sviluppo dall'embrione alla persona anziana) sia le relazioni che legano tra loro le componenti.

Componenti e relazioni riproducono costantemente componenti e relazioni; ne emerge un processo di tipo riflessivo (rigenerativo).

Esempio: l'organismo umano

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L'organismo umano è un esempio concreto di autopoiesi in quanto, durante l'intero ciclo di vita, continua a distruggere e rigenerare se stesso al fine di mantenerne l'organizzazione interna.

E' possibile analizzare inoltre i singoli componenti costituenti il corpo umano classificandoli anch'essi come sistemi autopoietici (di livello gerarchico inferiore) indipendenti e dotati di una propria organizzazione e struttura. Questa caratteristica rende il corpo umano un sistema autopoietico del secondo ordine.

NOTA: Sebbene l'essere umano sia di per sé un organismo autopoietico, non è possibile dire la medesima cosa quando parliamo dell'atto riproduttivo. La riproduzione umana è allopoietica in quanto i geni che andranno a formare il corredo genetico del nuovo essere vivente saranno in parte proveniente dal padre e in parte della madre. Inoltre l'organismo che viene a crearsi dall'atto riproduttivo è distinto dal corpo del padre e della madre, per cui è naturale identificare la riproduzione come alloriproduzione e non auto-riproduzione.

Allopoiesi: definizione e riferimenti storici

Il termine allopoiesi nacque circa nello stesso periodo, in contrasto con la definizione autopoietica. E' possibile ricondurre la genesi del termine alla "teoria dei sistemi": essa afferma infatti che, nel momento in cui viene coniato un termine per descrivere la presenza di una determinata caratteristica, implicitamente si rende necessario definirne un opposto per esprimerne l'assenza. Deriva dalla congiunzione delle parole greche allo e póiesis che significano rispettivamente "altro" e "produzione", "creatore di altro"(12). Tale termine fa riferimento a sistemi non in grado di sostenersi o riprodursi in maniera autonoma.

Le relazioni fra i componenti portano alla produzione di qualcosa di distinto e differente dal sistema stesso.

Esempio: catena di montaggio

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Una fabbrica di automobili è un perfetto esempio di sistema allopoietico; in essa troviamo dei componenti (i robot) che interagendo fra loro secondo una determinata organizzazione, portano alla produzione di un entità (automobile), del tutto slegata e distinta dal sistema che l'ha prodotta.

I sistemi autopoietici

Secondo Maturana(1)(9)(13), un sistema autopoietico è definito come una organizzazione di reti di processi di produzione, manipolazione e distruzione di componenti che, in maniera ciclica sostengono e rigenerano il sistema stesso, mantenendone l'organizzazione interna.

Questa definizione, afferma essenzialmente che i sistemi autopoietici presentano due caratteristiche fondamentali: sono dotati di un'organizzazione specifica e di una struttura.

Organizzazione

Per organizzazione di un sistema si intende il sottoinsieme delle relazioni intercorrenti fra le componenti del sistema che, se modificate, porterebbero al cambiamento della classe cui l'osservatore farebbe appartenere il sistema stesso.

Essendo il fine ultimo di un sistema autopoietico il mantenimento della propria organizzazione interna, esso può essere interpretato come un sistema omeostatico avente l'organizzazione come invariante fondamentale da mantenere costante. (definizione: un sistema omeostatico è un sistema avente la naturale tendenza al raggiungimentomantenimento di una relativa stabilità interna e delle proprietà che lo identificano, per le quali tale stato di equilibrio deve mantenersi nel tempo, anche al variare delle condizioni esterne, attraverso dei precisi meccanismi autoregolatori.)

Struttura

La struttura comprende invece tutte le relazioni che intercorrono tra le componenti di un sistema specifico (compresa, quindi, l'organizzazione, che è un sottoinsieme di relazioni della struttura).

La struttura si riferisce ai componenti attuali e alle loro relazioni spazio-temporali che devono essere soddisfatte per poter essere in grado di partecipare alla costituzione del dato sistema. Ovviamente, medesime organizzazioni possono essere realizzate o manifestare se stesse in molte strutture differenti. Meno ovvio è il fatto che diverse organizzazioni possano dare luogo a strutture identiche (o relativamente indistinguibili).

Auto-organizzazione nell'autopoiesi

Durante la vita di un sistema, quali elementi concreti vengano prodotti in un particolare momento è determinato dalla struttura del sistema (il sistema in questo caso si dice "determinato dalla struttura"), e.g. il fusto della pianta limita la posizione in cui nuove foglie possono crescere.

Le strutture stesse non sono pre-fornite come nelle teorie strutturaliste, ma sono esse stesse il prodotto del sistema autopoietico. In altre parole, nella sua riproduzione il sistema produce e riproduce le sue stesse strutture di riproduzione. Questo aspetto, cioè l'autodeterminazione delle proprie strutture, è indicato come auto-organizzazione.

Così, mentre per autopoiesi si intende la riproduzione degli elementi in quanto tali, il termine autoorganizzazione si riferisce alla determinazione di strutture (Luhmann)(7).

Chiusura operativa e Apertura strutturale

I sistemi autopoietici sono caratterizzati allo stesso tempo sia da un concetto di "chiusura operativa" sia di "apertura strutturale". (3)(7)(13)

La chiusura operazionale è un concetto allusivo difficile da articolare in cui l'idea di base è che le operazioni svolte all'interno di un sistema autopoietico possono unicamente "fare riferimento " o direttamente interagire fra di loro.

"I miei pensieri sono solo risposte ad altri pensieri nella mia mente. Immaginate una bolla: un sistema autopoietico è una bolla in cui esiste sempre solo interazione , riferimento o comunicazione con altri elementi della bolla, e mai direttamente con qualcosa di esterno ad essa."

Tuttavia, i sistemi autopoietici sono anche strutturalmente aperti. Essi possono essere perturbati, "irritati", o stimolati da enti ambientali, ma durante la perturbazione questi stimoli verranno trasformati all'interno del sistema secondo la propria l'organizzazione strutturale. Non saranno mai ricevuti esattamente come sono stati generati.

L'autopoiesi come un processo cognitivo

La simultanea (strutturale) apertura e (operativa) chiusura del sistema autopoietico diventa particolarmente importante quando si considerano i processi cognitivi.

Per Maturana e Varela il concetto di vita è direttamente legato al concetto di cognizione: "I sistemi viventi sono sistemi cognitivi, e il processo della vita è un processo di cognizione." (Maturana e Varela (1) )

In tal senso le operazioni di un sistema autopoietico sono definite come le sue cognizioni; vita e cognizione sono tutt'uno. Quindi, tutto ciò che è stato detto sulla vita vale anche per cognizione: la cognizione è un processo autopoietico autoreferenziale.

Questa definizione è generalmente nota come costruttivismo radicale detto anche costruttivismo operativo ed esprime l'idea che tutte le cognizioni siano costrutti del rispettivo sistema cognitivo e non sono in alcun modo la riflessione diretta di qualsiasi tipo di realtà esterna. (e. g. la percezione del fuoco come elemento che se posto a contatto con la pelle, provoca ustioni e calore non dipende direttamente dalla realtà esterna rappresentata del fuoco ma tutt'al più dalla percezione che il nostro sistema nervoso attribuisce al fuoco).

Ambiente

Un sistema autopoietico esiste se immerso all'interno di un ambiente con cui esso interagisce in maniera biunivoca.

Il sistema interpreta tutti i segnali provenienti dall'ambiente come perturbazioni che potenzialmente portano a compensazioni del sistema stesso al fine di mantenerne costante l'organizzazione interna (la propria autonomia/identità).

Le caratteristiche dell'ambiente hanno, quindi, solo la funzione di poter innescare un cambiamento: non possono, cioè, determinarlo (chiusura operazione del sistema). Medesime perturbazioni ripetute possono potenzialmente portare il sistema ad eseguire sequenze di cambiamenti interni differenti; allo stesso modo, è interessante notare come sia possibile anche l'opposto, cioè che differenti perturbazioni possano portare il sistema ad eseguire medesime sequenze di compensazione.

Finché un organismo autopoietico mantiene questo rapporto (perturbazione/compensazione) con l'ambiente, esso continua ad esistere. Nel momento in cui non riesce a farlo allora viene a meno la sua identità ed esso può disintegrarsi e scomparire oppure trasformarsi in:

  • un nuovo sistema autopoietico, modificando l'organizzazione, e di conseguenza cambiando il proprio dominio cognitivo (come già accennato, la percezione che il sistema ha dell'ambiente circostante è determinata dalla particolare tipologia di organizzazione che attua).
  • un sistema allopoietico, a causa della perdita della propria autonomia;
Per approfondimenti sull'interazione ambiente-sistema autopoietico (anche chiamato accoppiamento strutturale) si rimanda al trattato: Autopoiesi e definizione del vivente.

Conclusioni

In questo capitolo abbiamo definito il concetto di sistema autopoietico soffermandoci sull'analisi delle sue componenti principali.

Ci siamo concentrati in primo luogo sulle caratteristiche di un sistema autopoietico quali la struttura (intesa come l'insieme di tutte le relazioni intercorrenti tra i componenti di un sistema) e l'organizzazione (cioè il sottoinsieme proprio delle relazioni della struttura che definisce i meccanismi di attuazione dell'autopoiesi nel sistema stesso).

In seguito abbiamo introdotto la nozione di ambiente come unico e necessario componente esterno capace di interagire (in maniera indiretta tramite perturbazioni) con il sistema. Abbiamo così derivato i concetti di chiusura operativa e apertura strutturale allo scopo di chiarire come le interazioni sistema-ambiente vengano interpretate dal sistema secondo la propria organizzazione e quali comportamenti il sistema possa intraprendere allo scopo di bilanciarsi e mantenere la sua identità.

Per ultimo, ma non meno importante, è stato definito uno dei concetti chiave della teoria autopoietica di Maturana e Varela ossia la definizione di sistema vivente come sistema cognitivo.


Confronto: Allopoiesi – Autopoiesi

Una volta comprese a fondo le caratteristiche di un sistema autopoietico, scopo di questo capitolo è illustrare le principali differenze tra questi e i sistemi allopoietici. (2)

In particolare esse possono essere identificate come:

  1. Un sistema autopoietico è autonomo, cioè in grado di subordinare tutti i cambiamenti al mantenimento della propria organizzazione, indipendentemente da quanto profondamente esso possa essere trasformato nel processo. All'opposto, un sistema allopoietico non è autonomo in quanto i cambiamenti a cui è subordinato sono dettati esclusivamente dalla tipologia di prodotti che deve realizzare.
  2. Un sistema autopoietico dispone di una propria individualità: il mantenimento dell'organizzazione come invariante durante il processo produttivo, preserva attivamente l'identità in modo indipendente dalle interazioni con l'osservatore. Al contrario l'identità di un sistema allopoietico dipende dalla cognizione dell'osservatore, da questo si deduce che i sistemi allopoietici non dispongono di una individualità propria.
  3. Un sistema autopoietico si può considerare come "unità" in relazione alla propria organizzazione autopoietica, ciò significa che esso autodefinisce il proprio dominio operazionale con l'obiettivo di auto-mantenersi. Viceversa, in un sistema allopoietico il suo dominio viene definito dall'osservatore che, specificandone input e output, definisce cosa il sistema deve coinvolgere durante l'attuazione delle sue operazioni.
  4. Un sistema autopoietico interpreta tutti i segnali provenienti dall'ambiente come perturbazioni che potenzialmente porteranno a compensazioni interne al fine di mantenerne l'organizzazione (identità). Un sistema allopoietico all'opposto deve sottostare agli input dell'osservatore e la sequenza di processi che porteranno all'output desiderato è sempre la medesima.

Classificazione dei sistemi Autopoietici

A partire dal modello della cellula come sistema autopoietico, possono essere costruite ricorsivamente gerarchie di unità realizzate attraverso l'interazione di sistemi autopoietici. Maturana e Varela le definiscono come sistemi autopoietici di ordine superiore.(1)

Sistemi del 1° ordine

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Un sistema autopoietico che non può essere ulteriormente suddiviso in sistemi a loro volta autopoietici, esso rappresenta il concetto di atomo nella teoria autopoietica, in un organismo vivente (biologico) questo sarebbe la cellula, un sistema autonomo, in grado di rigenerarsi e sostenersi senza il bisogno di interventi da parte di un osservatore.

Sistemi del 2° ordine

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Un sistema autopoietico i cui componenti sono sistemi autopoietici a loro volta, tali componenti nella loro partecipazione al sistema di ordine superiore non possono essere più considerati completamente autonomi. Alcune delle loro condizioni di esistenza, che nei sistemi unicellulari sono generate internamente, nei sistemi pluricellulari sono garantite dal macrosistema di cui i componenti fanno parte.

Sistemi del 3° Ordine

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I sistemi del terzo ordine sono quelli inerenti ai fenomeni sociali, essi sono composti da un'insieme di sistemi autopoietici mantenenti tutte le loro caratteristiche indipendentemente dalla loro appartenenza ad un macrosistema.

"Quando si stabiliscono accoppiamenti di terzo ordine (tra organismi come sistemi autonomi) le unità così formate, anche se transitorie, generano una particolare fenomenologia interna. Questa fenomenologia si basa sul fatto che gli organismi che compongono tali unità realizzano le loro ontogenesi individuali fondamentalmente tramite i loro mutui accoppiamenti nella rete di interazioni reciproche formata nel costituire le unità di terzo ordine" (Maturana e Varela, 1984).

Maturana e Varela non considerano questi sistemi come autopoietici e non forniscono una caratterizzazione dettagliata della loro organizzazione, lasciando così un vuoto teorico che ha stimolato nel tempo molti autori ad applicare la teoria dell'autopoiesi alla caratterizzazione del dominio sociale. Tra questi, uno dei più noti è Niklas Luhmann(7), il quale ha applicato direttamente la nozione di autopoiesi ai sistemi sociali umani, sviluppando una sorta di organicismo delle interazioni sociali.

Un secondo tentativo di dare una definizione dei sistemi sociali aderente alla caratteristiche autopoietiche è stato fornito da Peter Hejl, il quale propone un impianto teorico-epistemologico basato sull’individuo, in quanto sistema autopoietico, quale componente di base per investigare i fenomeni sociali.

L'autopoiesi dei sistemi sociali secondo Luhmann

Secondo Luhmann (3)(7) l'autopoiesi nei domini sociali è realizzata come processo di comunicazione avente gli eventi comunicativi come prodotto e componenti della dinamica socio-autopoietica.

Un sistema sociale risulta pertanto una rete di processi di comunicazione aventi le seguenti caratteristiche:

  1. Il sistema esisterà fintanto chè saranno presenti comunicazioni che innescano altre comunicazioni.
  2. Il sistema è intrinsecamente instabile poiché gli eventi comunicativi non hanno permanenza o sostanzialità e devono essere continuamente re-implementati.
  3. Il sistema ha una dinamica circolare poiché tutto ciò che viene utilizzato da esso viene prodotto dal sistema stesso attraverso altre comunicazioni.
Dato che, secondo Luhmann, gli atti comunicativi rappresentano i componenti fondamentali di un sistema sociale, gli individui biologici che vi partecipano non possono essere considerati parte del processo autopoietico. Da questo possiamo dedurre che la teoria di Luhmann non descrive sistemi autopoietici; piuttosto possiamo identificare questi sistemi come eteropoietici, in quanto prescindono sia dagli organismi biologici effettivamente realizzanti il sistema sia dai processi di produzione (gli atti comunicativi compiuti dagli organismi), descrivendo così sistemi sociali non in grado di produrre i propri componenti ne i processi base, in pratica si ha una separazione tra il dominio della realizzazione effettiva dei sistemi, dato dai processi che coinvolgono gli individui partecipanti alla comunicazione, e il dominio delle operazioni dei sistemi, dato dagli atti comunicativi, ovvero si ignora la dimensione della produzione dei componenti e del sistema come unità.

Visto che il dominio è costituito esclusivamente da atti comunicativi, allora in tale dominio non esiste nulla al di fuori di questi atti, nemmeno l'ambiente.

La critica più aspra fatta alla teoria di Luhmann riguarda però le sue implicazioni con la teoria sociale. La riduzione dei processi sociali unicamente a processi di comunicazione infatti implica che l’individuo non risulti essere un elemento pertinente per la descrizione del dominio sociale e diventa impossibile valutare gli effetti che le dinamiche sociali hanno sugli individui stessi.

L'autopoiesi dei sistemi sociali secondo Hejl

Da quanto visto nella teoria di Luhmann e necessario dare una definizione di sistema sociale che conferisca un ruolo primario all’individuo. In accordo con la definizione di sistemi autopoietici del terzo ordine proposta da Maturana e Varela, Hejl (3) propone una definizione basata sull’individuo, in quanto sistema autopoietico, quale componente di base per investigare i fenomeni sociali.

La caratterizzazione delle dinamiche in cui l’individuo è coinvolto attivamente nel contesto sociale si basa sull’idea che, in quest’ambito, non siano applicabili direttamente né la nozione di autoproduzione di componenti (la quale pertiene al dominio biologico) né quella di autoreferenzialità (def. si riferisce a sistemi che, in ogni azione, fanno riferimento solamente a se stessi e alla propria esistenza) se interpretata in senso autopoietico, dato che la fenomenologia della relazione tra componenti e contesto è molto differente nelle dinamiche biologiche e in quelle sociali.

Queste osservazioni inducono Hejl a introdurre la nozione teorica di sin-referenzialità per descrivere le dinamiche che coinvolgono i componenti nelle unità autopoietiche di terzo ordine (Hejl, 1984).

È una nozione che si distanzia significativamente da quella di auto-referenzialità. Quest’ultima si riferisce al ripiegamento di un sistema di livello superiore su sé stesso, ovvero alla sua attività di completa specificazione delle proprietà istanziate dai componenti, nonché delle loro condizioni di esistenza in quel sistema.

Invece la nozione di sin-referenzialità riguarda una dinamica di accoppiamento tra componenti caratterizzabile come un processo distribuito di parziale co-specificazione delle proprietà dei partecipanti attraverso modulazione reciproca. L’esito di tale processo è la costruzione di un mondo significativo per i componenti, il quale però non è unico. La co-specificazione sin-referenziale concerne esclusivamente proprietà o stati coinvolti nella formazione e nella dinamica caratteristica di un certo dominio ma lascia aperta la possibilità per i componenti di contribuire a generare altri processi o sistemi in accordo con altri mondi co-prodotti attraverso differenti modalità di interazione.

Smart Cities come sistemi del 3° ordine

Dal vocabolario Treccani (10) Parlare di «smart city» significa pensare alla città del futuro in maniera integrata: ambiente, persone, tecnologie. In questo senso, la «smart city» si distingue dalla sorella più strettamente tecnologica, la città digitale, espressione che sottolinea il ruolo delle tecnologie informatiche. Tuttavia la città digitale è essenziale per la realizzazione della «smart city».

In questa concezione di sistema, persone e tecnologie (unità) comunicano ed interagiscono al fine di mantenere (rigenerare) e se possibile migliorare (evolvere) l'ambiente in cui si trovano; partendo da questo presupposto è possibile concepire l'idea di smart city come sistema del terzo ordine.

Una città, può essere definita "smart" quando gli investimenti in risorse umane, sociali ed infrastrutture (tradizionali o moderne) servono ad alimentare uno sviluppo sostenibile ed una miglior qualità della vita.

Possiamo identificare sei caratteristiche alla base di una città "smart" (8)

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Queste caratteristiche servono a "misurare" il livello di innovazione di una città e la sua capacità di far fronte ai problemi che può incontrare (sotto un punto di vista autopoietico potremmo parlare di capacità del sistema di reagire a eventuali perturbazioni esterne).

Conclusioni

In questo capitolo abbiamo anzitutto identificato le differenze fondamentali fra i sistemi autopoietici e i sistemi allopoietici.

Dopodiché, riprendendo il concetto di autopoiesi, abbiamo analizzato e descritto i principali livelli di classificazione dei sistemi naturali partendo dagli organismi unicellulari (sistemi del primo ordine) fino ad arrivare ad una definizione più astratta dei sistemi sociali (sistemi del terzo ordine) analizzando alcune delle principali teorie che hanno cercato di coprire il vuoto cognitivo lasciato da Maturana e Varela.


Introduzione ai MAS

Le attività umane all'interno delle organizzazioni complesse non possono essere valutate semplicemente tramite modellazione in termini di espressioni.

Un paesaggio articolato di oggetti, strumenti e utensili allo stesso tempo consente e vincola il corso delle azioni all'interno delle società umane. Tali entità spazialmente distribuite sono sia i mezzi che gli obiettivi del nostro ragionamento pratico, e influenzano profondamente i nostri processi cognitivi (la disponibilità di strumenti e utensili all'interno dell'ambiente permettono all'utente di scegliere cosa e come raggiungere un obiettivo).

Allo stesso modo, gli agenti vivono in ambienti complessi popolati da entità non-agenti che possono utilizzare per raggiungere i propri scopi: fonti di conoscenza come i database o le pagine web, le risorse modellate come servizi Web, oppure strumenti fisici come sensori o attuatori, e così via.

Tuttavia, nessuna astrazione di alto livello era stata definita in maniera tale da poter catturare in maniera esaustiva la complessa articolazione posta alla base di un contesto MAS fino all'introduzione della definizione di "artefatto" tratta dall'articolo "Artifacts in the A&A meta-model for multi-agent systems" di Omicini, Viroli e Ricci (4) secondo la quale i MAS vengono modellati e progettati sulla base di due astrazioni computazionali fondamentali, gli agenti e gli artefatti.

  • Gli agenti sono entità pro-attive autonome che incapsulano il flusso di controllo e sono responsabili dei goal/task che complessivamente definiscono e determinano il
comportamento del MAS.
  • Gli artefatti sono invece entità reattive passive responsabili dei servizi e delle funzioni che permettono ai singoli agenti di lavorare assieme come un MAS, e della formazione dell'ambiente in base alle esigenze del MAS.

La Activity Theory

La Activity Theory (AT) (6) è utilizzata come quadro generale per concettualizzare le attività umane (come le persone imparano, come la società evolve) basata sul concetto di attività umana come unità fondamentale di analisi(14). Secondo l'AT, qualsiasi attività svolta da uno o più partecipanti di una organizzazione non può essere compresa senza considerare gli strumenti o artefatti che consentono queste azioni.

Da un lato, gli artefatti mediano l'interazione tra gli individui, nonché tra individui e ambiente, dall'altro rappresentano la parte dell'ambiente che può essere progettata e controllata allo scopo di sostenere le attività dei partecipanti.

Così, la nozione di artefatto è centrale per l'AT, come mediatore per qualsiasi tipo di interazione nelle attività umane. Gli artefatti possono essere sia fisici che cognitivi o, possono rappresentare un duplice natura sia fisica che cognitiva.

L'AT si concentra sulle attività sociali (di collaborazione) e le modella secondo una struttura a tre strati: esse possono essere coordinate, cooperative e co-costruttive.

I tre livelli individuati dall'AT per le attività sociali possono essere reinterpretati così nel contesto MAS in termini di rapporto tra agenti e artefatti, in particolare:

  • Co-costruzione: gli agenti devono ragionare sugli obiettivi (sociali) del MAS, e costruire il modello di compiti sociali necessario per raggiungerli. Ciò comporta anche l'identificazione delle interdipendenze e delle interazioni da eseguire per gestirle.
  • Cooperazione: gli agenti progettano e costruiscono gli artefatti utili al raggiungimento delle attività sociali e necessari alla gestione delle interdipendenze e delle interazioni messe a punto nella fase precedente.
  • Coordinamento: gli agenti utilizzano i artefatti: le attività destinate alla gestione delle interdipendenze e delle interazioni vengono a questo punto automatizzate.
Come sviluppato da Ricci, la AT promuove direttamente la nozione di coordinamento degli artefatti identificando come essi vengano utilizzati nel contesto di collaborazione fra attività e di mediazione dell'interazione tra gli attori coinvolti nello stesso contesto sociale (15).

Il meta modello A&A

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In questo capitolo si vuole fornire una descrizione panoramica del meta-modello A&A nell'ambito dei MAS (4) (6).

Il meta modello A&A è caratterizzato in termini di tre astrazioni di base:

  • Agenti: rappresentano i componenti pro-attivi dei sistemi, incapsulando la realizzazione autonoma di un qualche tipo di attività all'interno di una sorta di ambiente;
• Artefatti: rappresentano componenti passivi dei sistemi come risorse e mezzi che sono intenzionalmente costruiti, condivisi, manipolati e utilizzati dagli agenti per sostenere le loro attività, sia in modo cooperativo che competitivo;
  • Aree di lavoro: rappresentano contenitori concettuali di agenti e artefatti, utili per definire la topologia dell'ambiente e specificare una nozione di località.

Artefatti: definizione e classificazione

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Un artefatto è un componente passivo del sistema che è intenzionalmente costruito, condiviso, manipolato e utilizzato dagli agenti per supportare le proprie attività, sia co-operativamente che competitivamente.

In pratica, un artefatto può essere visto come una sorta di 'device' presente all'interno dell'ambiente in maniera indipendente dal ciclo di vita degli agenti. Esso può potenzialmente fornire servizi allo scopo di permettere a quest'ultimi di interagire con le risorse software e hardware e di partecipare alle attività sociali.

Tali servizi sono tipicamente legati alla comunicazione, coordinazione, interoperabilità, organizzazione e così via; sono generalmente legati alla mediazione tra gli agenti e le altre astrazioni (entità e attività) e sono utilizzati per raggiungere goal individuali o collettivi.

Molte tipologie di artefatti possono popolare un sistema multi-agente, risulta perciò utile classificarle per facilitarne la comprensione e definirne le differenze e peculiarità. Uno dei criteri di tassonomia più utilizzati è basato sul ruolo mediatico degli artefatti; questo permette di identificare tre classi di suddivisione:

  • Individual Artifact: sono artefatti sfruttati da un solo agente e tipicamente utilizzati come mediatori tra esso e l'ambiente. In generale non sono direttamente influenzati dalle operazioni di altri agenti, ma possono interagire con altri artefatti del MAS.
  • Social Artifact: sono artefatti sfruttati da più di un agente e tipicamente utilizzati come mediatori fra di essi. Forniscono servizi attraverso i quali il MAS è in grado di raggiungere obiettivi sociali, quali ad esempio servizi di coordinazione o repository di conoscenza globali.
  • Resource Artifact: rappresentano le risorse esterne al MAS; in pratica fanno da ponte di collegamento tra il MAS ed il mondo esterno. Lo scopo di questo tipo di artefatti è elevare le risorse esterne al livello cognitivo degli agenti. Essi forniscono un'interfaccia, una descrizione e un insieme di operazioni necessarie all’utilizzo della risorsa, effettuando un binding dinamico tra il livello degli agenti e il livello delle risorse.
Le varie tipologie di artefatti posso essere usate come base per mantenere coesi gli agenti nel MAS e per strutturare l’ambiente nel quale questi interagiscono.

Uso cognitivo degli artefatti

Come già enunciato, gli artefatti possono essere concettualizzati come oggetti di utilizzo di un agente. Basandoci su questa definizione ne consegue che, a differenza degli agenti, gli artefatti non sono autonomi.

Per "uso cognitivo" si intende l'utilizzo di un artefatto guidato dalla cognizione dell'agente, cioè dalla razionalità. L'agente agisce in modo conforme rispetto:

  • ai compiti da svolgere e agli obiettivi che deve perseguire;
  • alla consapevolezza dell'esistenza e dell'accessibilità del artefatto, e dei benefici attesi di sfruttamento dell'artefatto;
  • la struttura e il comportamento dell'artefatto.
A tal fine, le seguenti proprietà devono essere definite per ogni artefatto cognitivo in un metamodello A&A:
  • descrizione di funzione: i risultati attesi quando si usa l'artefatto, cioè, la funzione che l'artefatto fornisce agli agenti, secondo le intenzioni del progettista dell'artefatto;
  • istruzioni: il comportamento operativo che caratterizza le interazioni agente-artefatto; le procedure ammissibili di utilizzo dell'artefatto per un determinato scopo;
  • interfaccia: i dettagli d'uso delle operazioni previste dall'artefatto, cioè la struttura esterna osservabile dell'artefatto.
E' possibile classificare inoltre la capacità di un agente di utilizzare degli artefatti all'interno di una gerarchia cognitiva a cinque livelli:
  • uso inconsapevole: a questo livello, sia l'agente che il designer sfruttano gli artefatti senza rendersene conto: l'artefatto viene utilizzato implicitamente, dal momento che non è indicato in modo esplicito.
  • uso programmato: a questo livello, l'agente utilizza alcuni artefatti secondo quanto è stato esplicitamente programmato dal designer: la selezione dell'artefatto è a carico del designer, e la conoscenza circa il suo utilizzo è implicitamente codificata.
  • uso cognitivo: a questo livello, il designer incorpora direttamente nella conoscenza dell'agente quali artefatti siano da utilizzare, ma come sfruttarli deve essere scoperto dinamicamente dall'agente, leggendone le istruzioni per l'uso: la selezione dell'artefatto è ancora a carico del designer mentre come usarlo è delegato alle capacità di ragionamento dell'agente.
  • selezione cognitiva e uso: a questo livello, l'agente seleziona in autonomia gli artefatti da utilizzare, capisce come utilizzarli correttamente, e poi li usa: di conseguenza, sia la selezione dell'artefatto che il suo uso sono a carico dell'agente.
  • costruzione e manipolazione: a questo livello, l'agente viene promosso al ruolo di designer di artefatti. Si suppone che l'agente sia in grado di capire come funzionano gli artefatti e come adattare il loro comportamento al fine di meglio raggiungere i propri obiettivi: creazione, selezione e utilizzo dell'artefatto sono a carico dell'agente.
Si rimanda a "Agens Faber: Toward a Theory of Artefacts for MAS" di Omicini, Ricci e Viroli (6) per una lettura approfondita.

L'autonomia nei MAS

Il meta modello A&A riconosce l'autonomia come la caratteristica fondamentale per la definizione di un agente.

Dal punto di vista computazionale, il termine autonomia sta ad indicare che gli agenti incapsulano al loro interno il flusso di controllo.

Se ne deduce che il flusso di controllo non possa mai oltrepassare i confini degli agenti: essi non lo rilasciano mai né sono controllati da qualsiasi altra entità, a meno di non deliberare diversamente di propria 'volontà'. Di conseguenza, gli agenti non forniscono interfacce d'uso; solo i dati (informazioni, conoscenze) possono attraversare i confini degli agente.

Come risultato, un MAS deve essere visto come una molteplicità di unità distinte di controllo che interagiscono tra loro scambiando informazioni.

Dalla nozione stessa di autonomia possiamo derivare anche il concetto di agente sociale in quanto, da un punto di vista filosofico, l'autonomia ha senso solo nel momento in cui un individuo è immerso all'interno di una società: nessun individuo da solo potrebbe essere correttamente chiamato autonomo.

Conclusioni

Nei precedenti capitoli abbiamo definito per prima cosa il concetto di MAS per poi approfondirlo nei suoi componenti principali (quali 'agente', 'artefatto' e 'aree di lavoro') secondo la AT.

Abbiamo così compreso che, da un punto di vista filosofico-sociale, il concetto di agente non possa essere definito senza tenere conto del possibile uso di artefatti. Tramite essi, l'ambiente passa da un ruolo statico di entità perturbante il sistema, a entità dinamica che l'agente può modellare a suo piacimento attraverso la creazione e l'uso degli stessi.

Esempio di A&A

Creazione di un artefatto tramite TuCSoN & ReSpecT

In questa sezione viene mostrato un esempio di progettazione di artefatto in Java esteso con libreria TuCSoN, tratto dalla tesi Artefatti e Sistemi Coordinati: Esperimenti in ReSpecT di Noemi Ciampelli, 2012 (5).

L'artefatto in questione è una calcolatrice unicamente in grado di svolgere le quattro operazioni elementari. Verranno brevemente presentate le scelte architetturali per la sua rappresentazione in TuCSoN, (mediante la definizione delle principali proprietà interne quali function description, operating instructions e usage interface) e le reazioni ReSpecT del centro di tuple in risposta ad alcune possibili richieste degli agenti. Per facilitarne la comprensione verrà utilizzato un semplice esempio di una calcolatrice come artefatto.

Architettura rappresentativa dell'artefatto

L'artefatto viene rappresentato come centro di tuple nel nodo TuCSoN (un artefatto == un centro).

TucsonTupleCentreId ttcid = new TucsonTupleCentreId("calcolatrice", ip, port);

Le sue proprietà interne saranno così rappresentate come tuple appartenenti al centro.

1)Function Description Una lista di goal che un agente può realizzare utilizzando l'artefatto espressa mediante il modello goal (goalX).

LogicTuple fd1 = LogicTuple.parse("goal(risolvere_operazioni_semplici)");
acc.out(ttcid, fd1, null);
LogicTuple fd2 = LogicTuple.parse("goal(eseguire_una_delle_quattro_operazioni_fondamentali)");
acc.out(ttcid, fd2, null);

2) Operating instructions La lista di operazioni elementari da compiere per realizzare la "macro" operazione desiderata mediante il modello oi(opA((opX, opY, opZ)).

LogicTuple op1 = LogicTuple.parse("oi(somma([inserire_primo_num,inserire_operatore_piu, inserire_secondo_num]))");
acc.out(ttcid, op1, null);
LogicTuple op2 = LogicTuple.parse("oi(sottrazione([inserire_primo_num,inserire_operatore_meno, inserire_secondo_num]))");
acc.out(ttcid, op2, null);
LogicTuple op3 = LogicTuple.parse("oi(moltiplicazione([inserire_primo_num,inserire_operatore_per, inserire_secondo_num]))");
acc.out(ttcid, op3, null);
LogicTuple op4 = LogicTuple.parse("oi(divisione([inserire_primo_num,inserire_operatore_diviso,inserire_secondo_num]))");
acc.out(ttcid, op4, null);

3)Usage Interface

La lista delle operazioni elementari che può svolgere un artefatto, caratterizzata dal suo nome e da un suo eventuale argomento ui(opX,arg).

LogicTuple ui1 = LogicTuple.parse("ui(inserire_primo_num,arg)");
acc.out(ttcid, ui1, null);
LogicTuple ui2 = LogicTuple.parse("ui(inserire_secondo_num,arg)");
acc.out(ttcid, ui2, null);
LogicTuple ui3 = LogicTuple.parse("ui(inserire_operatore_piu,arg)");
acc.out(ttcid, ui3, null);
LogicTuple ui4 = LogicTuple.parse("ui(inserire_operatore_meno,arg)");
acc.out(ttcid, ui4, null);
LogicTuple ui5 = LogicTuple.parse("ui(inserire_operatore_per,argop)");
acc.out(ttcid, ui5, null);
LogicTuple ui6 = LogicTuple.parse("ui(inserire_operatore_diviso,argop)");
acc.out(ttcid, ui6, null);
LogicTuple ui7 = LogicTuple.parse("ui(last_elem_op,ARG)");
acc.out(ttcid, ui7, null);

Definizione delle reazioni in ReSpecT

Una reaction è una reazione che il centro di tuple deve intraprendere a fronte di eventuali richieste da parte degli agenti. Va sottolineato che l'agente, entità autonoma potrebbe chiamare un'operazione inesistente o non ammissibile e il centro di tuple dovrà quindi gestire, per ogni evento possibile, uno scenario di fallimento.

reaction( in(get_oi(oi(OPA),X)), (operation, invocation), (rd(oi(OPA)),out(get_oi(oi(OPA),op_admissible)) )).
reaction( in(get_oi(oi(OPA),X)), (operation, invocation), (no(oi(OPA)),out(get_oi(oi(OPA),op_not_admissible)) )).

Conclusioni

In questo esempio si è mostrata un'architettura generale di artefatto secondo il meta-modello A&A basata su un'astrazione generale di coordinazione come il centro di tuple ReSpecT. Può essere visto come il mattone di base per la costruzione di artefatti ben più complessi.

Conclusioni generali

In conclusione il concetto di autopoiesi è nato originariamente per dare una definizione di sistema vivente scollegata dalle specifiche caratteristiche funzionali degli esseri biologici; questa teoria si è poi espansa in campi diversi quali vita artificiale e sistemi sociali. In particolare nell'ambito della vita artificiale il tentativo di relazionarne le caratteristiche a quelle dell'essere vivente ha aperto nuovi orizzonti evolutivi per i sistemi MAS quali l'introduzione di un nuovo concetto: l'artefatto. Mentre il futuro degli studi riguardanti la vita artificiale sembra ben definito ed in linea con il concetto di autopoiesi, non si può dire lo stesso della teoria dei sistemi sociali, in quanto lo sviluppo di nuove tesi discordanti dovuto al vuoto concettuale lasciato da Maturana e Varela ne ha inficiato lo sviluppo.

Bibliografia

  • (1) Maturana, H. R. (1980). Autopoiesis and cognition: The realization of the living. Dordecht: D. Reidel Publishing Co.
  • (2) Kaj U. Koskinen. Knowledge Production in Organizations: A Processual Autopoietic View. Springer
  • (3) Bich e Damiano. Riscoprire la teoria dell'autopoiesi.
  • (4) Andrea Omicini · Alessandro Ricci · Mirko Viroli (2008).Artefacts in the A&A meta-model for multi-agent systems
  • (5) Noemi Ciampelli(2012). Artefatti e Sistemi Coordinati: Esperimenti in ReSpecT
  • (6) Andrea Omicini, Alessandro Ricci, Mirko Viroli. Agens Faber: Toward A Theory of Artefacts for MAS
  • (7) David Seidl. Luhmann’s theory of autopoietic social systems
  • (8) Vienna University of Technology, University of Ljubljana, Delft University of Technology (2007).Smart cities Ranking of European medium-sized cities.
  • (9) Evan Thompson. Life and mind: From autopoiesis to neurophenomenology. A tribute to Francisco Varela
  • (10) Treccani, definizione di Smart City
  • (11) Wikipedia, definizione di Autopoiesi
  • (12) Wikipedia, definizione di Allopoiesi
  • (13) Appunti di autopoiesi e cognizione
  • (14) Vygotsky, L. S. (1978). Mind and society. Harvard University Press
  • (15) Ricci,Omicini, Denti. Activity theory as a framework for MAS coordination