I sistemi naturali possono essere il luogo dove guardare per progettare una nuova generazione di artefatti e conseguentemente nuove modalità di interazione.

Ispirazioni: le meraviglie dei sistemi naturali
Il Dictiostelum Discoideum è un organismo unicellulare che in condizioni di abbondanza di cibo vive in solitudine. Se il cibo comincia a scarseggiare il suo comportamento e la sua fisiologia cambiano. I contatti diventano più frequenti e portano alla formazione di piccoli gruppi di individui che aderiscono tra loro; tali gruppi divengono centri di attrazione versi i quali prendono a dirigersi le altre amebe. Le amebe aggregate formano una massa coesiva allungata; l?aggregato striscia per un certo tratto come una lumaca e risulta sensibile a piccole variazione di intensità luminosa e di temperatura.


Poi si ferma e comincia a svilupparsi verticalmente e termina con una specie di bulbo. Il destino delle amebe dipende dalla loro posizione nell?aggregato. Solo quelle in alto, appartenenti al bulbo, saranno capaci di sfruttare le correnti d?aria e di disperdersi in ambienti più favorevoli.

Le comunità di Dictiostelum Discoideum sono sistemi complessi che mostrano una capacità di reagire ed adattarsi ai cambiamenti esterni in assenza di un controllo centralizzato: esibiscono cioè una sorta di intelligenza collettiva. Le qualità di un aggregato di amebe sono completamente differenti da quelle di un singolo organismo: l?interazione tra gli organismi genera comportamenti e funzionalità emergenti sorprendentemente flessibili, robuste ed efficaci.

L?idea fondamentale di questo lavoro è stata quindi quella di provare ad imitare in un sistema artificiale alcune di queste proprietà esibite dai sistemi naturali. E? un lavoro esplorativo volto a comprenderne le potenzialità e a capire i processi di interazione con questi sistemi che pongono nuovi interessanti quesiti. E? stato quindi realizzato il prototipo di Artefatti Modulari e Riconfigurabili che trae ispirazione dal Dictiostelum Discoideum e successviamente è stata condotta una fase sperimentale.

Gli Artefatti Modulari e Riconfigurabili
Gli artefatti modulari e riconfigurabili sono sistemi complessi costituiti da un insieme di moduli capaci di elaborare informazioni e di comunicare gli uni con gli altri; questi moduli possono essere assemblati in strutture funzionali differenti. Il modo in cui vengono assemblati determina l’emergere di una certa funzionalità : l’utente può riconfigurare il sistema in modo da ottenere diverse funzionalità , diversi artefatti adatti a diversi contesti di uso. Si tratta quindi di un sistema complesso, che mostra proprietà simili a quelle del Dictiostelum Discoideum, in particolar modo l?emergere di comportamenti intelligenti non direttamente deducibili dalle singole componenti, in assenza di un controllo centrale.

La fase sperimentale: il ruolo del feedback costruttivo
Lo studio pilota che ho condotto, presso l?Università di Siena ha avuto come obiettivo quello di studiare i processi di costruzione con questi artefatti. Sono stati studiati diversi aspetti, ma di particolare interesse è stato analizzare il ruolo del Feedback perché ha portato verso nuove possibilità di concepire questo fattore fondamentale dell?interazione.

Si è visto infatti che i soggetti riescono a far fronte alla complessità dei processi di composizione e a creare funzionalità emergenti se possono far affidamento su un feedback concorrente all?azione che li accompagna durante tutto il processo di costruzione. La complessità intrinseca del sistema impedisce ai soggetti di sviluppare un modello concettuale secondo il quale interpretare le informazioni di ritorno del sistema e formulare l?azione successiva: i soggetti anziché procedere in modo sequenziale, seguendo un piano preordinato all?azione, agiscono in modo da ottenere artefatti intermedi che poi dovranno essere distrutte, che manifestano un comportamento prossimo al comportamento richiesto dal compito. In altre parole creano l?artefatto richiesto dal compito facendolo evolvere da un artefatto più semplice.

In un compito è stato richiesto di costruire una sveglia che si accenda quando della luce entra nella stanza e che possa spengersi se si battono le mani. I soggetti cominciano a costruire un artefatto molto semplice: come si vede nella figura sopra, è costituito soltanto da un sensore della luce ed un effettore che produce suono se stimolato. Appena percepisce la luce comincia a suonare. Successivamente procedono ad espandere questa struttura, ottenendo però sempre strutture funzionanti. Fino a che non ottengono la struttura finale. Questa non è la strategia più efficiente dal momento che si deve distruggere continuamente quello appena costruito e quindi fare diversi passaggi prima di arrivare alla configurazione finale. Nonostante ciò non solo i soggetti non esperti, ma anche i soggetti esperti adottano questa strategia, nonostante conoscano perfettamente le funzioni dei blocchi e le loro possibili interazioni.

Questa strategia infatti permette ai soggetti di ridurre la complessità cognitiva dei processi di costruzione, in quando possono esternalizzare progressivamente nelle varie strutture intermedie parte dei processi di inferenza e di elaborazione mentale necessari per comprendere le varie interazioni tra i comportamenti interni al sistema, che altrimenti sarebbe stato necessario portare avanti internamente. Trattandosi di un sistema complesso questo risulta particolarmente complicato. Osservare, monitare il progressivo emergere del comportamento di una struttura, piuttosto che immaginarlo e calcolarlo mentalmente.

Il feedback concorrente quindi abilita i soggetti non esperti ad usare questo tipo di tecnologie rendendo possibile una modalità di interazione più simile a quella che adoperiamo con i sistemi naturali. Questo è un fatto fondamentale, dal momento che la prossima generazione di IT punta ad essere incorporata in oggetti di uso comune e trasparente.

Far crescere un animale o un pianta, potare un Bonsai, o costruire un artefatto con il prototipo proposto, sono modalità di interazione che si basano su principi diversi da quelli che generalmente definiscono un processo di interazione con una macchina: il feedback non deve essere considerato solo come un meccanismo di controllo dello stato del sistema o degli errori (in cibernetica: feedback negativo), ma come un legame bidirezionale e costruttivo che si instaura tra il soggetto e l?ambiente (nella teoria dei sistemi complessi: trasforming feedback loops) generando una sequenza di cambiamenti reciproci che anziché appiattire le differenze generano processi di adattamento e di innovazione.

Considerazioni finali
Diversi studi recenti riguardo i sistemi complessi, presenti in natura o in società - ecosistemi, organismi viventi, gruppi culturali, dinamiche di mercato - mostrano che l’alto livello di interdipendenza tra le componenti di un sistema è capace di generare comportamenti macroscopici e funzionalità sorprendentemente robuste e versatili e di innescare processi di adattamento, di auto-organizzazione e auto-riparazione. Si tratta di proprietà desiderabili anche per la prossima generazione di Information Technology: le reti di comunicazione stanno diventando sempre più grandi ed interconnesse, gli artefatti si costitiscono in reti aperti e in continua evoluzione, comunicano e scambiano informazioni gli uni con gli altri, si proiettano nella rete globale e stabiliscono connessioni a diversi livelli.

Ma a differenza dei sistemi naturali, la complessità dei sistemi tecnologici costituisce un limite ed un ostacolo ad ulteriori progressi: mentre la performance computazione sta crescendo, gesitere la complessità dei sistemi rimane uno delle maggiori difficoltà che minaccia di rallentare sostanzialmente la rivoluzione dell?informazione. Gran parte dei progetti promossi dalla comunità Europea all?interno dell?iniziativa Future Emergent Technology condividono l?idea di studiare i sistemi complessi naturali, di identificare le proprietà ed i meccanismi che ne caratterizzano le componenti, nel tentativo di progettare sistemi tecnologici intrinsecamente complessi e capaci di esibire le stesse proprietà dei sistemi biologici.

Affinchè la complessità intrinseca di questi sistemi sia effettivamente una risorsa per l?attività umana è necessario affrontare uno studio sulle modalità di interazione con i sistemi complessi, da un punto di vista in parte nuovo: l?utente non solo deve gestire, controllare, usare questi sistemi, ma è attivamente coinvolto nella creazione e costruzione delle funzionalità emergenti, passando da un livello in cui le singole componenti non manifestano nessun comportamento, ad un livello in cui la loro interazione genera la funzione emergente dell?artefatto. Gli utenti potranno quindi usare, modificare, decostruire e ricostruire di nuovo questi artefatti, secondo una gerarchia di scopi e obiettivi che non possono essere previsti in fase di progettazione. Infatti, l?attività nei quali saranno usati non è pre-definita, ma sarà l?utente che la definirà e riconfigurerà il sistema nel modo più appropriato per sostenerla.

Il prototipo sviluppato e lo studio pilota sono pertanto un tentativo di esplorazione delle possibilità che una futura ibridazione tra tecnologia e biologia potrà renderci disponibili, sia da un punto di vista progettuale che di fattori cognitivi coinvolti nell?uso e nella gestione di questi nuovi sistemi.