I VEICOLI PENSANTI DI VALENTINO BRAITENBERG

Valentino Braitenberg (1926 - 2011) è un neurologo e studioso di cibernetica italiano. È noto al pubblico dei non specialisti per il suo libro "I veicoli pensanti. Saggio di psicologia sintetica" in cui descrive alcune macchine analogiche composte da una combinazione di sensori e di attuatori (motori elettrici). Si tratta di robot reattivi caratterizzati da una connessione diretta tra le componenti sensibili e quelle che ne governano il movimento. La connessione tra sensori e attuatori può essere di tipo eccitatore (più il sensore è eccitato, più la velocità del motore aumenta) o inibitore (più il sensore è eccitato più la velocità diminuisce). Inoltre i sensori possono essere connessi agli attuatori in modo diretto o incrociato. Le varie combinazioni permettono di realizzare alcuni tipi di veicoli, ciascuno dei quali mostra un diverso comportamento: PAURA, AGGRESSIVITÀ, AMORE, CURIOSITÀ, ecc.
«I capostipiti di tutta la razza, il veicolo 1 e il veicolo 2, sorgono da un tentativo di spiegare la presenza di chiasmi nel cervello, e in particolare il chiasma ottico dei vertebrati, che fra questi è forse il meglio noto. Chiasma è un termine tecnico usato in neuroanatomia per definire l'incrocio di due fasci nervosi, spesso fra le due metà, destra e sinistra, del cervello. Nel chiasma ottico, circa un milione di fibre dei due nervi ottici, il cui compito è quello di portare i segnali dagli occhi al cervello, si incrociano in maniera da formare nell'emisfero destro un'immagine di tutto quanto succede nella metà sinistra del campo visivo dell'animale, e viceversa. [...] È interessante notare poi che la stessa regola vale per il tatto, dove l'informazione dovuta alla metà destra della pelle va nell'emisfero sinistro, e viceversa, e che anche il sistema motorio è incrociato, dato che i neuroni corticali associati a un certo movimento sono situati nel lato opposto del cervello rispetto al lato dove si trova l'arto che quel movimento compirà. C'è del vero dunque nell'affermare che le due metà del mondo sono rappresentate nelle metà opposte del cervello. Che spiegazioni si potrebbero dare a questo stato di cose?» (da V. Braitenberg, Note biologiche ai veicoli).

Veicolo 2a	Veicolo 2b	Veicolo 3a	Veicolo 3b
COLLEGAMENTO ECCITATORE DIRETTO	COLLEGAMENTO ECCITATORE INCROCIATO	COLLEGAMENTO INIBITORE DIRETTO	COLLEGAMENTO INIBITORE INCROCIATO
PAURA il robot evita la fonte luminosa	AGGRESSIVITÀ il robot si dirige verso la fonte luminosa sino a sbatterci contro	AMORE il robot tende verso la fonte luminosa e si ferma in prossimità della luce	CURIOSITÀ il robot tende verso la fonte luminosa, ma giunto vicino alla luce la sfugge

«Braitenberg cerca di mostrare come dei comportamenti psicologici anche complessi possono già venir prodotti anche da strutture cerebrali semplici. Per far ciò egli costruisce dei modelli teorici di strutture cerebrali. Ma invece di pensare a dei computer come modelli, la novità è di considerare delle macchine che si muovono, dei veicoli. E, per il fatto che si muovono, le macchine di Braitenberg incontrano un ambiente vario e ad esso reagiscono. Il libro è costruito in modo molto abile - a partire dalla introduzione della versione italiana di P. Bozzi - per farci pensare che i veicoli sono non tanto dei modelli teorici, ma dei giocattoli esistenti in un laboratorio, fatti di componenti semplici come motorini, ruote, sensori. Per non entrare in materie astratte, Braitenberg evita di utilizzare tra i componenti i microprocessori per elaborare le informazione come sembrerebbe naturale al giorno d'oggi. Collega invece con dei fili i sensori e gli attuatori. Si direbbero giocattoli un po’ superati, di 10-20 anni fa, utilizzanti ancora le logiche cablate. Ma ciò rafforza l'idea che sono giocattoli costruibili con le "nostre mani" e quindi a noi noti in tutti i particolari. Braitenberg parte da un veicolo molto semplice : due motori, uno per ruota, due sensori, ad esempio delle fotocellule. Quando l'intensità di luce aumenta, il motore aumenta la sua potenza. A questo punto, basta già invertire il collegamento tra sensori e ruote (sensore di sinistra collegato alla ruota di destra), perchè il comportamento del veicolo sia molto diverso da prima. Invece di fuggire una sorgente luminosa, vi precipita contro. Braitenberg costruisce via via veicoli più complessi, ma tutti ancora abbastanza semplici, o almeno così sembra. Aumenta il numero dei sensori e i relativi segnali si sommano o si differenziano, vengono ritardati, immagazzinati o servono per fare anticipazioni sul cambiamento di scena. Lo straordinario è che, per complessità ancora modeste della macchina, il suo comportamento diventa del tutto imprevedibile, ed è descrivibile solo utilizzando il linguaggio della psicologia: paura, amore, logica, egoismo, ecc...»  (U. L. BUSINARO, Le macchine pensanti e le due culture, 1984).

Sulla rete è facile trovare schemi teorici e simulazioni al computer di questi "veicoli pensanti", oltre a qualche modello costruito attorno a un microprocessore programmabile. Per quanto mi riguarda, ho trovato un solo schema elettrico con componenti discreti (fotoresistenze e transistor) alla pagina Project #1 - Braitenberg Bugs.
Da questa pagina è tratto lo schema che segue:

Come sensori vengono usate due fotoresistenze (LDR) la cui sensibilità è regolata tramite delle resistenze variabili. I transistor permettono di pilotare i motori con le basse correnti del partitore composto da LDR e potenziometro. Il commmutatore S1 modifica il collegamento dei sensori da eccitatore a inibitore, mentre il commutatore S2 inverte il collegamento degli attuatori da diretto a incrociato.

Per maggior chiarezza ho ridisegnato lo schema dei collegamenti tra le basi (B) e gli emettitori (E) dei transistor e i commutatori S1 e S2.

Come si vede, quando il commutatore S1 collega le LDR tra il positivo e la base dei transistor, otteniamo un collegamento eccitatore (+) e la velocità del robot aumenta all'aumentare della luce. Quando, al contrario, le LDR sono collegate tra la base dei transistor e il negativo (GND) abbiamo un collegamento inibitore (−) e la velocità del robot diminuisce all'aumentare della luce.

COLLEGAMENTO DIRETTO

COLLEGAMENTO INCROCIATO

Il commutatore S2 permette invece di effettuare collegamenti diretti o incrociati tra gli emettitori dei transistor e i motori. In questo modo, azionando i commutatori S1 e S2 possiamo ottenere i quattro comportamenti dei veicoli 2 e 3 descritti da Braitenberg: paura, aggressività, amore e curiosità.

Come si vede nella tabella, i veicoli PAURA - AMORE e AGGRESSIVITÀ - CURIOSITÀ sono strutturalmente uguali, ma si differenziano per il tipo di connessione dei sensori (eccitatore o inibitore).

Si può notare un'analogia tra il veicolo PAURA e il veicolo CURIOSITÀ: entrambi sono caratterizzati da un sentimento di avversione per l'oggetto che eccita i sensori, ma mentre il primo veicolo si allontana  dall'oggetto in modo veloce e deciso, il secondo lo fa lentamente e in modo graduale.

Un'analogia si può osservare anche fra il veicolo AGGRESSIVITÀ e il veicolo AMORE: entrambi sono caratterizzati da un sentimento di attrazione per l'oggetto che eccita i sensori, ma mentre il primo veicolo entra in contatto fisico con l'oggetto in modo piuttosto violento, il secondo si ferma a una certa distanza, come in contemplazione dell'oggetto amato. Queste osservazioni fanno pensare alla possibilità di creare dei veicoli che siano la combinazione di comportamenti diversi, ma analoghi.
 

SCHEMA COMPLESSIVO DEL VEICOLO

VALENTINO BRAITENBERG, I veicoli pensanti. Saggio di psicologia sintetica, MIMESIS 2007 (ed. originale Garzanti, 1984)

• LUCA SABATUCCI, Modelli Comportamentali

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