The History and Development of Cybernetics
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Histoire et développement de la cybernétique The History and Development of Cybernetics Histoire et développement de la cybernétique The History and Development of Cybernetics Presented by The George Washington University in Cooperation with The American Society for Cybernetics Il y a de nombreuses années… Les choses qu’un individu devait comprendre pour vivre étaient relativement élémentaires. Tout objet ou processus, que nous allons désigner sous le nom de système, était relativement simple. En fait, jusqu’aux tout derniers siècles, il était possible à certains de maîtriser une partie significative des connaissances humaines de leur époque. Leonardo DaVinci Léonard de Vinci était un maître dans les domaines de la peinture… …la sculpture… … l’anatomie… …l’architecture… …la technique des armes et… … l’aéronautique. Ci-contre, l’esquisse d’une machine volante du 16ème siècle… …et d’un parachute pour le cas où la machine tomberait La complexité Avec le temps, les systèmes auxquels les humains étaient confrontés devinrent... ... de plus en plus compliqués. Les systèmes de transport, ne seraient-ce qu’eux, sont devenus plus complexes… …et encore plus complexes… …et encore plus complexes… …et encore plus complexes… …de même que les systèmes de production d’énergie. Certains ont prétendu que la technique…. …progresse si rapidement qu’elle… …dépasse notre capacité de la maîtriser. Three Mile Island Il est évident qu’il n’est plus possible, pour un seul individu, de suivre les progrès dans tous les domaines, sans parler de passer maître dans beaucoup d’entre eux, comme c’était le cas de Léonard de Vinci. La spécialisation est devenue une nécessité. Dans ces conditions, comment vivre et travailler efficacement dans une société avancée techniquement. Y a-t-il un moyen, homme ou femme moderne, de faire un tri dans la complexité, de formuler un ensemble de principes sous-jacents à tous les systèmes, permettant donc de renforcer votre capacité de réguler le monde dans lequel vous vivez ? Cybernétique = Régulation des Systèmes Cette question intéressait une poignée de gens dans les années 1940, c’étaient les pionniers d’un domaine connu maintenant sous le nom de cybernétique, science de la régulation des systèmes. La cybernétique est une science interdisciplinaire qui s’intéresse à tout système et à tous les systèmes, des molécules… …aux galaxies et porte une attention particulière aux machines, aux animaux et aux sociétés. L’expression « cybernétique » vient du mot grec désignant l’homme de barre, ou timonier, qui constitue le système de commande d’un bateau ou d’un navire. Ce mot fut forgé en 1948 et défini comme science par Norbert Wiener, né en 1894 (Etats-Unis), né en 1894 et décédé en 1964. Il devint célèbre sous le nom de père de la cybernétique. Wiener était un spécialiste des mathématiques appliquées, un biologiste et un ingénieur électricien. Il travailla, pendant la seconde guerre mondiale, à la réalisation du canon anti-aérien guidé par radar. Il associa un certain type de radar au canon, de telle sorte qu’il s’orientait automatiquement vers l’avion ennemi. Une fois le coup parti, le radar déterminait rapidement la position changeante de l’avion et réorientait le canon jusqu’à ce que l’avion soit abattu. Le système imitait des fonctions humaines et les accomplissait de façon plus efficace. La Rétroaction Le canon de défense antiaérienne met en évidence le principe cybernétique de rétroaction. La rétroaction consiste en une information, sur les résultats d’un processus, utilisée pour modifier ce processus. Le radar fournit une information sur les changements de position de l’avion ennemi et cette information est utilisée pour corriger l’orientation du canon. Un exemple plus familier de l’emploi de la rétroaction pour réguler un système est le thermostat classique utilisé dans le chauffage d’une pièce. La température de la pièce monte à 21° Si le système de chauffage est conçu, comme c’est généralement le cas, pour autoriser une variation maximale de 1°, quand le thermostat est réglé sur 20° la température pourra monter à 21°… La température de la pièce monte à 21° Le chauffage s’éteint …jusqu’à ce que le détecteur de température du thermostat fasse s’éteindre le chauffage. La température de la pièce monte à 21° Le chauffage s’éteint Le chauffage demeure éteint jusqu’à ce que la température de la pièce descende à 19°… La température de la pièce descend à 19° La température de la pièce monte à 21° …alors le détecteur du thermostat fait repartir le chauffage. Le chauffage repart Le chauffage s’éteint La température de la pièce descend à 19° Système auto-régulateur Le détecteur instaure une boucle de rétroaction informationnelle qui permet au système de déceler un écart avec la température désirée de 20° et de procéder à une modification pour corriger l’erreur. De même que dans le cas du canon anti-aérien, on dit que ce système ─ formé par le thermostat, le dispositif de chauffage et la pièce ─ se régule lui-même par rétroaction et constitue un système auto-régulateur. Le corps humain est une des sources les plus riches d’exemples de rétroaction conduisant à la régulation d’un système. Ainsi, lorsque votre estomac est vide, cette information est transmise à votre cerveau. Quand vous avez effectué l’action correctrice, en vous nourrissant, votre cerveau est, de même, informé que votre estomac est satisfait. Au bout de quelques heures, le processus tout entier repart. Cette boucle de rétroaction se perpétue tout au long de notre vie. L’estomac se sent vide Le temps s’écoule L’estomac se sent plein La personne se nourrit Le corps humain est une telle merveille d’auto-régulation que les premiers cybernéticiens ont étudié ses processus et l’ont utilisé comme modèle pour concevoir des machines autorégulées. Une machine célèbre, appelée homéostat, fut construite dans les années 1940 par le scientifique britannique Ross Ashby. De même que le corps humain maintient sa température à 37°, l’homéostat pouvait maintenir le même courant électrique en dépit des changements venus de l’extérieur. L’homéostasie On dit que l’homéostat, l’être humain et le thermostat maintiennent l’homéostasie ou équilibre grâce à des boucles de rétroaction de natures diverses. Peu importe la manière dont l’information est transmise – tant que le régulateur est informé de toute perturbation demandant quelque sorte de comportement adaptatif. Un autre scientifique britannique, Grey Walter, s’attacha aussi à l’idée d’imiter les traits autorégulateurs de l’homme et des animaux. Son projet favori était de construire des « tortues » mécaniques capables, comme cette vraie tortue, de se mouvoir librement et de posséder certaines caractéristiques d’une vie indépendante. Walter est représenté ici avec son épouse Vivian, leur fils Timothy et la tortue Elsie. Elsie a beaucoup de points communs avec Timothy. De même que Timothy cherche de la nourriture qui sera assimilée sous forme de matières grasses, Elsie cherche de la lumière dont elle se « nourrit » et qu’elle transforme en énergie électrique destinée à charger un accumulateur interne. Alors elle est prête pour un petit somme dans une zone de lumière douce, de même que Timothy après un repas. Bien que le comportement d’Elsie imite celui celui d’un être humain, son anatomie est très différente. Voici à quoi ressemble Elsie sous sa carapace. Elle ressemble plus à l’intérieur d’une radio à transistor qu’à… … l’intérieur d’un corps humain. Mais, en tant que cybernéticien, Walter ne cherchait pas à imiter la forme physique d’un être humain mais à simuler ses fonctions. La cybernétique ne demande pas… « qu’est cette chose ? » …mais… « que fait-elle ? » Grey Walter n’avait pas l’intention de simuler l’aspect physique d’un être humain, comme le fait un sculpteur, mais de simuler les fonctions humaines. En d’autres termes, il voyait les êtres humains… non comme des objets ...mais comme… des processus Pendant des siècles, on a construit des machines pour aider à accomplir des tâches humaines et pas seulement des tâches exigeant la force physique. Des automates, tels que les petits personnages ou animaux qui apparaissent dans les coucous et les boîtes à musique, étaient populaires au 18ème siècle et les machines capables de penser furent un sujet de réflexion longtemps avant l’invention de l’ordinateur. Les réunions de la Fondation Macy 1946-1953 De 1946 à 1953 il y eut une série de réunions consacrées aux boucles de rétroaction et à la causalité circulaire dans les systèmes auto-régulateurs. Ces réunions interdisciplinaires, patronnées par la Fondation Josiah Macy Jr., étaient fréquentées, entre autres, par des ingénieurs, des mathématiciens et des neurophysiologistes. Le président de ces réunions, Warren McCulloch (Etats-Unis), a écrit que ces scientifiques avaient de grandes difficultés à se comprendre car chacun avait un langage professionnel particulier. Il y avait des discussions animées, si passionnées qu’il arriva une fois à Margaret Mead de s’apercevoir seulement après la fin de la réunion, à laquelle elle participait, qu’elle s’était cassé une dent. Les réunions suivantes devinrent un peu plus calmes, au fur et à mesure que les participants étaient confrontés à des expériences communes. Ces réunions, jointes à la publication en 1948 du livre de Norbert Wiener intitulé « Cybernetics », servirent à jeter les bases du développement de la cybernétique telle que nous la connaissons aujourd’hui. Voici une photographie, prise dans les années 1950, des quatre principaux premiers cybernéticiens auxquels il a déjà été fait allusion. Ce sont, de gauche à droite, Ross Ashby célèbre pour son homéostat, Warren McCulloch organisateur des réunions de la Fondation Macy, Grey Walter créateur de la tortue Elsie et Norbert Wiener qui proposa d’appeler « cybernétique » leur domaine commun d’intérêt. Neurophysiologie + Mathématiques + Philosophie Warren McCulloch était un personnage clé en ce qui concerne l’élargissement des vues de la cybernétique. Bien que psychiatre par son éducation, McCulloch combinait ses connaissances de la neurophysiologie, des mathématiques et de la philosophie pour mieux comprendre un système très complexe… …le système nerveux humain. Il pensait que le fonctionnement du système nerveux pouvait être décrit dans le langage précis des mathématiques. Ainsi, il établit une équation expliquant pourquoi lorsqu’un objet froid, par exemple un cube de glace, touche la peau un court instant, il donne paradoxalement une sensation de chaleur plutôt que de froid. Neurophysiologie + Mathématiques + Philosophie McCulloch utilise non seulement les mathématiques et la neurophysiologie pour comprendre le système nerveux mais aussi la philosophie ─ combinaison rarement réalisée. Les intérêts des scientifiques et des philosophes sont souvent prçus comme étant à des kilomètres de distance – les scientifiques étudient des choses réelles, concrètes… …physiques, telles que les plantes... …les animaux… …et les minéraux, tandis que les philosophes… …étudient des choses abstraites comme les idées, les pensées et les concepts. Épistémologie = Étude de la Connaissance McCulloch était capable de voir qu’il y a un lien entre la neurophysiologie et une branche de la philosophie appelée épistémologie, ou étude de la connaissance. Tandis que la connaissance est considérée habituellement comme inobservable et abstraite, McCulloch comprit que la connaissance se forme dans un organe physique du corps, le cerveau. Le physique cerveau esprit L’abstrait connaissance L’esprit est, en fait, le lieu de la rencontre entre le cerveau et une idée, entre le physique et l’abstrait, entre la science et la philosophie. Le physique Le philosophique L’épistémologie expérimentale McCulloch fonda un nouveau domaine d’étude basé sur la partie commune au physique et au philosophique. Ce champ d’étude qu’il appela « épistémologie expérimentale », consiste en l’étude de la connaissance à l’aide de la neurophysiologie. Son but était d’expliquer comment l’activité d’un réseau nerveux engendre ce que nous ressentons comme des sentiments et des idées. Cybernétique = Régulation des Systèmes Pourquoi l’œuvre de McCulloch est-elle si importante pour les cybernéticiens ? Souvenez-vous que la cybernétique est la science de la régulation des systèmes. Le cerveau humain est probablement le plus remarquable de tous les régulateurs, car il régule le corps humain de même que de nombreux autres systèmes de son environnement. Une théorie du fonctionnement du cerveau est une théorie de la formation de la connaissance humaine. Alors qu’un canon anti-aérien et un thermostat sont des dispositifs construits par des individus pour réguler certains systèmes, l’esprit est un système qui se construit lui-même et se régule lui-même. Nous en dirons bientôt davantage sur ce phénomène. Autres concepts de la cybernétique Maintenant que nous avons fait connaissance avec quelques-uns des personnages clés, leurs intérêts et leurs contributions, nous allons nous intéresser à quelques autres concepts de la cybernétique. La loi de la diversité requise Un concept important est celui de la diversité requise. Selon cette loi, lorsqu’un système devient plus complexe son régulateur doit aussi devenir plus complexe, car il y a plus de fonctions à réguler. En d’autres termes, plus complexe est le système à réguler, plus complexe doit être le régulateur du système. Revenons à notre exemple du thermostat. If a house has only a furnace, the thermostat can be quite simple – since it controls only the furnace. Cependant, si la maison possède à la fois un four et un climatiseur, le Si une maison possède un seul four, le thermostat peut être extrêmement simple ─ puisqu’il ne contrôle que le four.thermostat doit être plus complexe ─ il aura plus de commutateurs, ou de boutons ─ puisqu’il doit contrôler deux processus ─ à la fois le chauffage et le refroidissement. Le même principe s’applique aux organismes vivants. Les êtres humains possèdent le système nerveux le plus complexe de tous les animaux. Ceci leur permet de s’engager dans de nombreuses activités différentes et d’avoir des organismes complexes. Au contraire, certains animaux tels que l’étoile de mer,… … le concombre de mer… …et l’anémone de mer, n’ont pas de système nerveux central, seulement un réseau nerveux simple, juste nécessaire pour réguler les organismes et les fonctions plus simples de ces animaux marins. En résumé, plus complexe est l’animal, plus complexe doit être le cerveau. La loi de la diversité requise ne s’applique pas seulement à la commande des machines et des organismes humains, mais tout aussi bien aux systèmes sociaux. Ainsi, pour maîtriser la criminalité, il n’est ni nécessaire, ni possible, d’avoir un policier par citoyen, parce que toutes leurs activités n’ont pas besoin d’être régulées… …mais seulement celles qui sont illégales. C’est pourquoi, un ou deux policiers pour mille personnes sont nécessaires à la régulation des activités illégales. Dans ce cas, un ajustement entre la diversité du régulateur et la diversité du système à réguler est obtenu non pas en augmentant la complexité du régulateur, mais en réduisant la diversité du système à réguler. Ainsi, plutôt que d’enrôler de nombreux policiers, nous décidons simplement de réguler moins d’aspects du comportement humain. Systèmes auto-organisateurs Le système auto-organisateur est un autre concept cybernétique que nous voyons tous mis en œuvre chaque jour. Un système auto-organisateur est un système dont l’organisation augmente au fur et à mesure qu’il s’approche de l’équilibre. Ross Ashby remarqua que tout système, dont les processus internes ou les règles d’interaction ne changent pas, est un système auto-organisateur. Ainsi, un groupe désordonné de personnes qui attendent… …pour prendre un autobus va se ranger en ligne car l’expérience passée a montré que c’est un bon moyen pratique pour obtenir un résultat efficace. Ces gens constituent un système auto-organisateur. Même un mélange d’huile et de vinaigre est un système autoorganisateur. Après avoir été agité, comme montré ci-contre, le mélange se transforme en un liquide homogène ─ de façon temporaire. Si on laisse la vinaigrette évoluer vers l’équilibre, la structure du mélange change et l’huile et le vinaigre se séparent automatiquement. Nous pourrions dire que le mélange s’organise lui-même. L’idée d’auto-organisation conduit à une règle d’action générale. Pour transformer un objet quelconque, placez-le dans un environnement où l’interaction de l’objet et de l’environnement modifie l’objet dans le sens que vous désirez. Considérons trois exemples… L’idée d’auto-organisation conduit à une règle d’action générale. Pour transformer un objet quelconque, placez-le dans un environnement où l’interaction de l’objet et de l’environnement modifie l’objet dans le sens que vous désirez. Considérons trois exemples… Comme second exemple considérons le processus d’éducation d’un enfant. L’enfant est envoyé dans une école. Le résultat de l’interaction avec les maîtres et les autres élèves est que l’enfant apprend à lire et à écrire. Un troisième exemple est celui de la régulation des affaires par le gouvernement. Dans ce but le peuple des États-Unis adopta une constitution qui institua trois branches de gouvernement. En votant des lois, le Congrès créa un environnement d’incitations fiscales et de pénalités légales imposé par la branche exécutive. Ces incitations et ces pénalités, décidées par les tribunaux, encouragent les hommes d’affaires à orienter leur comportement dans la bonne direction. Chacun de ces cas ─ le fourneau… …l’école avec ses maîtres et ses élèves… …et la régulation gouvernementale des affaires, peut être considéré comme un système auto-organisateur. Chaque système s’organise en s’approchant de son état d’équilibre stable. Et, dans chaque cas, les règles connues d’interaction du système ont été utilisées pour obtenir un résultat désiré. Les récents travaux sur les automates cellulaires, la géométrie fractale et la complexité, peuvent être considérés comme une extension de ceux, réalisés au début des années 1960, sur les systèmes auto-organisateurs. Jusqu’à présent nous avons surtout parlé de la façon dont la cybernétique peut nous aider à construire des machines et à comprendre le fonctionnement de processus régulateurs simples. Mais la cybernétique peut aussi nous être utile pour comprendre comment est engendrée la connaissance. Cette compréhension peut nous apporter une base plus solide pour la régulation de systèmes plus vastes, tels que les sociétés d’affaires, les nations,… …et même le monde entier. Le rôle de l’observateur À la fin des années 1960, des cybernéticiens tels que Heinz von Foerster (Etats-Unis)… …Humberto Maturana (Chili)… …Gordon Pask (Grande-Bretagne) et… …Stafford Beer (Grande-Bretagne)… La cybernétique du second ordre …commencèrent à étendre l’application des principes de la cybernétique à la compréhension du rôle de l’observateur. Cette généralisation fut appelée « cybernétique de second ordre ». Alors que la cybernétique du premier ordre concernait des systèmes commandés, la cybernétique du second ordre concerne des systèmes autonomes. L’application des principes cybernétiques aux systèmes sociaux doit tenir compte du rôle de l’observateur… …qui, tout en cherchant à étudier et à comprendre un système social, ne peut pas s’en tenir écarté ni éviter d’avoir une influence sur lui. Selon le point de vue classique, un chercheur travaillant dans un laboratoire fait de grands efforts pour éviter que ses propres actions affectent le résultat d’une expérience. Néanmoins, quand nous passons des systèmes mécaniques, tels que ceux sur lesquels travaille le chercheur dans le laboratoire, aux systèmes sociaux, il devient impossible d’ignorer le rôle de l’observateur. Ainsi, une chercheuse telle que Margaret Mead qui étudiait les sociétés et leurs cultures, ne pouvait s’empêcher d’avoir une certaine influence sur elles. Du fait qu’elle vivait dans les sociétés qu’elle étudiait, leurs membres pouvaient naturellement, à l’occasion, vouloir l’impressionner, lui plaire ou, peut-être, l’irriter. La présence de Mead au sein d’une culture altérait celle-ci et, par suite, modifiait ce qu’elle observait. Cet « effet observateur » empêchait Mead de savoir à quoi ressemblait cette société quand elle n’était pas là. Un journaliste consciencieux sera toujours influencé par sa culture et son expérience et sera donc nécessairement subjectif.. En outre, un reporter unique est incapable de réunir et de comprendre toute l’information nécessaire à un compte rendu complet et précis d’un événement complexe. C’est pour ces raisons qu’il est sage de disposer de plusieurs personnes différentes pour étudier un événement ou un système complexe. C’est seulement en écoutant des descriptions données par plusieurs observateurs qu’une personne peut apprécier dans quelle mesure la description d’un événement dépend de l’observateur et dans quelle mesure cette description dépend de l’événement lui-même. Alors qu’au début, la cybernétique était appliquée généralement aux systèmes visant des buts choisis pour eux, la «cybernétique du second ordre» concerne les systèmes qui choisissent leurs propres buts. Elle concentre l’attention sur la façon dont les buts sont constitués. Un exemple intéressant d’un système, qui se perfectionne en passant de buts fixés pour lui à des buts choisis par lui, est celui d’un être humain. Quand les enfants sont très jeunes, leurs parents fixent les buts pour eux. Ainsi, les parents désirent normalement que leurs enfants apprennent à marcher, à parler et à avoir de bonnes manières de table. Néanmoins, quand les enfants grandissent, ils apprennent à fixer leurs propres buts et à faire avancer leurs propres projets tels que le choix de leurs études et de leur carrière… …leurs plans de mariage… … et la fondation d’une famille. Si nous résumons ce que nous avons appris, nous observons que la cybernétique s’est signalée tout d’abord par le concept de rétroaction. Le corps humain est une source riche en exemples de la façon dont la rétroaction permet aux systèmes de se réguler, incitant les scientifiques à s’intéresser à l’étude… …et à la simulation des activités humaines et animales, de la marche à la pensée. La cybernétique étudie les propriétés auto-organisatrices et a déplacé… …son intérêt, principalement axé sur les machines, … …pour inclure les grands systèmes sociaux. Bien que nous ne soyons plus jamais capables de revenir au temps de Léonard de Vinci et de maîtriser tous les domaines de la connaissance de notre temps, nous pouvons constituer un ensemble de principes sousjacents au comportement de tous les systèmes. En outre, comme nous le dit la cybernétique, du fait que l’observateur définit le système qu’il veut commander, la complexité dépend de l’observateur. La complexité, comme la beauté, est dans l’œil de qui regarde. Histoire et développement de la cybernétique Produit par Enrico Bermudez Walter Sandi Nicholas Umpleby Paul Williams Écrit par Catherine Becker Marcella Slabosky Stuart Umpleby Traduit en français par Robert Vallée © 2006 The George Washington University : [email protected]
