What intelligent machines can learn from a school of fish | Radhika Nagpal

Traduttore: Anna Cristiana Minoli Revisore: Cristina Bufi-Pöcksteiner

In my early days as a graduate student,

I miei primi giorni da studentessa universitaria

I went on a snorkeling trip off the coast of the Bahamas.

andai a fare snorkeling sulle coste delle Bahamas.

I'd actually never swum in the ocean before,

Non avevo mai nuotato nell'oceano,

so it was a bit terrifying.

fu abbastanza terrificante.

What I remember the most is, as I put my head in the water

Quello che ricordo di più è che mettendo la testa sott'acqua,

and I was trying really hard to breathe through the snorkel,

mentre cercavo disperatamente di respirare dal boccaglio,

this huge group of striped yellow and black fish

questo enorme banco di pesci a righe gialle e nere

came straight at me ...

mi venne incontro...

and I just froze.

e mi bloccai.

And then, as if it had suddenly changed its mind,

Poi improvvisamente come se avesse cambiato idea,

came towards me and then swerved to the right

venne verso di me e poi deviò verso destra

and went right around me.

e mi girò attorno.

It was absolutely mesmerizing.

Fu assolutamente ipnotizzante.

Maybe many of you have had this experience.

Magari l'avete sperimentato anche voi.

Of course, there's the color and the beauty of it,

Certo, c'è il colore e la bellezza,

but there was also just the sheer oneness of it,

ma anche l'assoluta armonia,

as if it wasn't hundreds of fish

come se non fossero centinaia di pesci,

but a single entity with a single collective mind

ma una singola entità con una sola mente collettiva

that was making decisions.

a prendere le decisioni.

When I look back, I think that experience really ended up determining

Tornando indietro, credo che quell'esperienza finì per determinare

what I've worked on for most of my career.

il lavoro di gran parte della mia carriera.

I'm a computer scientist,

Sono una informatica

and the field that I work in is artificial intelligence.

e lavoro nel campo dell'intelligenza artificiale.

And a key theme in AI

Un tema chiave dell'IA

is being able to understand intelligence by creating our own computational systems

è riuscire a capire l'intelligenza creando i nostri sistemi di calcolo

that display intelligence the way we see it in nature.

che dimostrino l'intelligenza che vediamo in natura.

Now, most popular views of AI, of course, come from science fiction and the movies,

Le visioni dell'IA più popolari vengono dalla fantascienza e dai film,

and I'm personally a big Star Wars fan.

io stessa sono una grande fan di Star Wars.

But that tends to be a very human-centric view of intelligence.

Ma tende a essere una visione molto umano-centrica dell'intelligenza.

When you think of a fish school,

Se pensate a un banco di pesci,

or when I think of a flock of starlings,

o se pensate a uno stormo di uccelli,

that feels like a really different kind of intelligence.

è un tipo di intelligenza molto diverso.

For starters, any one fish is just so tiny

Tanto per cominciare, ciascun pesce è così piccolo

compared to the sheer size of the collective,

rispetto alla grandezza del banco,

so it seems that any one individual

che sembra che un individuo

would have a really limited and myopic view of what's going on,

abbia una visione molto miope e limitata di quello che succede,

and intelligence isn't really about the individual

e l'intelligenza non riguarda solo l'individuo

but somehow a property of the group itself.

ma in qualche modo una proprietà del gruppo stesso.

Secondly, and the thing that I still find most remarkable,

Secondo, la cosa che io trovo più straordinaria

is that we know that there are no leaders supervising this fish school.

è che sappiamo che non c'è un leader a guidare questo banco.

Instead, this incredible collective mind behavior

Invece, questo incredibile comportamento collettivo

is emerging purely from the interactions of one fish and another.

emerge puramente dalle interazioni tra un pesce e un altro.

Somehow, there are these interactions or rules of engagement

In qualche modo, si tratta di interazioni o regole di comportamento

between neighboring fish

tra i pesci vicini

that make it all work out.

che fa funzionare il tutto.

So the question for AI then becomes,

La domanda per l'IA diventa:

what are those rules of engagement that lead to this kind of intelligence,

quali sono queste regole di comportamento che portano a questo tipo di intelligenza,

and of course, can we create our own?

e ovviamente, possiamo crearne di nostre?

And that's the primary thing that I work on with my team in my lab.

Ecco la cosa più importante su cui lavoro con il mio team in laboratorio.

We work on it through theory,

Ci lavoriamo attraverso la teoria,

looking at abstract rule systems

osservando sistemi di regole astratte

and thinking about the mathematics behind it.

e pensando alla matematica che vi sta dietro.

We also do it through biology, working closely with experimentalists.

Lo facciamo anche attraverso la biologia,

lavorando a stretto contatto con sperimentalisti.

But mostly, we do it through robotics,

Lo facciamo soprattutto attraverso la robotica,

where we try to create our own collective systems

cercando di creare i nostri sistemi collettivi

that can do the kinds of things that we see in nature,

che possono fare il genere di cose che vediamo in natura,

or at least try to.

o almeno cerchiamo di farlo.

One of our first robotic quests along this line

Una delle nostre prime ricerche robotiche su questa linea

was to create our very own colony of a thousand robots.

era creare una nostra colonia di un migliaio di robot.

So very simple robots,

Robot molto semplici,

but they could be programmed to exhibit collective intelligence,

ma da programmare per mostrare un'intelligenza collettiva,

and that's what we were able to do.

e siamo riusciti a fare questo.

So this is what a single robot looks like.

Un robot semplice è così.

It's quite small, about the size of a quarter,

È abbastanza piccolo, la dimensione di una monetina,

and you can program how it moves,

si può programmarne i movimenti,

but it can also wirelessly communicate with other robots,

ma può anche comunicare wireless con altri robot

and it can measure distances from them.

e può misurare la distanza tra di loro.

And so now we can start to program exactly an interaction,

Ora possiamo iniziare a programmare esattamente un'interazione,

a rule of engagement between neighbors.

una regola comportamentale tra vicini.

And once we have this system,

Una volta impostato questo sistema,

we can start to program many different kinds of rules of engagement

possiamo iniziare a programmare diverse regole di comportamento

that you would see in nature.

che vediamo in natura.

So for example, spontaneous synchronization,

Per esempio, la sincronizzazione spontanea,

how audiences are clapping and suddenly start all clapping together,

come una persona del pubblico applaude e improvvisamente tutti applaudono,

the fireflies flashing together.

le lucciole si illuminano insieme.

We can program rules for pattern formation,

Possiamo programmare regole per la formazione di schemi,

how cells in a tissue

come le cellule in un tessuto

determine what role they're going to take on

determinano che ruolo avranno

and set the patterns of our bodies.

e definiscono gli schemi del nostro corpo.

We can program rules for migration,

Possiamo programmare regole per la migrazione

and in this way, we're really learning from nature's rules.

e in questo modo impariamo dalle regole in natura.

But we can also take it a step further.

Possiamo anche andare oltre.

We can actually take these rules that we've learned from nature

Possiamo prendere queste regole imparate dalla natura,

and combine them and create entirely new collective behaviors

combinarle e creare nuovi comportamenti collettivi

of our very own.

tutti nostri.

So for example,

Per esempio,

imagine that you had two different kinds of rules.

immaginate di avere due tipi di regole.

So your first rule is a motion rule

La prima è la regola del movimento,

where a moving robot can move around other stationary robots.

in cui un robot si può muovere intorno ad altri robot fermi.

And your second rule is a pattern rule

La seconda regola è uno schema,

where a robot takes on a color based on its two nearest neighbors.

in cui un robot assume un colore in base a quello dei suoi due vicini.

So if I start with a blob of robots in a little pattern seed,

Se inizio con una massa di robot con un piccolo schema,

it turns out that these two rules are sufficient for the group

alla fine queste due regole sono sufficienti per il gruppo

to be able to self-assemble a simple line pattern.

per auto-assemblarsi in fila.

And if I have more complicated pattern rules,

E con regole più complicate

and I design error correction rules,

e progettando regole di correzione degli errori,

we can actually create really, really complicated self assemblies,

possiamo auto-assemblare i robot in modo complicato

and here's what that looks like.

ed ecco come apparirà.

So here, you're going to see a thousand robots

Ora vedrete un migliaio di robot

that are working together to self-assemble the letter K.

che lavorano insieme per auto-assemblarsi nella lettera K.

The K is on its side.

La K è su questo lato.

And the important thing is that no one is in charge.

La cosa importante è che nessuno comanda.

So any single robot is only talking to a small number of robots nearby it,

Ogni singolo robot parla solo con un gruppetto di robot vicino

and it's using its motion rule to move around the half-built structure

e usa la regola del movimento per spostarsi

intorno alla struttura semi-costruita,

just looking for a place to fit in based on its pattern rules.

soltanto alla ricerca di un posto in cui inserirsi in base alle regole.

And even though no robot is doing anything perfectly,

Anche se nessun robot fa le cose perfettamente,

the rules are such that we can get the collective to do its goal

le regole sono tali per cui il gruppo raggiunge l'obiettivo insieme.

robustly together.

And the illusion becomes almost so perfect, you know --

L'illusione diventa quasi perfetta --

you just start to not even notice that they're individual robots at all,

cominciate a non notare nemmeno che sono singoli robot

and it becomes a single entity,

e diventa una singola entità,

kind of like the school of fish.

come un banco di pesci.

So these are robots and rules in two dimensions,

Questi sono robot e regole in due dimensioni,

but we can also think about robots and rules in three dimensions.

ma possiamo anche pensare a robot e regole in tre dimensioni.

So what if we could create robots that could build together?

E se potessimo creare robot che possono costruirsi?

And here, we can take inspiration from social insects.

Qui possiamo ispirarci agli insetti sociali.

So if you think about mound-building termites

Pensate alle termini che costruiscono cumuli,

or you think about army ants,

o agli eserciti di formiche,

they create incredible, complex nest structures out of mud

creano strutture incredibili e complesse dal fango

and even out of their own bodies.

e addirittura dal loro stesso corpo.

And like the system I showed you before,

Come il sistema che vi ho mostrato prima,

these insects actually also have pattern rules

questi insetti hanno anche loro schemi

that help them determine what to build,

che li aiutano a determinare cosa costruire,

but the pattern can be made out of other insects,

ma lo schema si può creare da altri insetti,

or it could be made out of mud.

o si può creare dal fango.

And we can use that same idea to create rules for robots.

Possiamo usare quella stessa idea per creare regole per i robot.

So here, you're going to see some simulated robots.

Ora vedrete robot simulati.

So the simulated robot has a motion rule,

Il robot simulato ha una regola di movimento,

which is how it traverses through the structure,

ossia come attraversa la struttura,

looking for a place to fit in,

in cerca di un posto in cui inserirsi,

and it has pattern rules where it looks at groups of blocks

e ha uno schema in cui cerca un gruppo di blocchi

to decide whether to place a block.

per decidere dove posizionare un blocco.

And with the right motion rules and the right pattern rules,

Con le regole di movimento giuste e gli schemi giusti,

we can actually get the robots to build whatever we want.

possiamo spingere i robot a costruire qualunque cosa.

And of course, everybody wants their own tower.

Certo, tutti vogliono la loro torre.

(Laughter)

(Risate)

So once we have these rules,

Una volta create queste regole,

we can start to create the robot bodies that go with these rules.

possiamo iniziare a creare robot che seguono queste regole.

So here, you see a robot that can climb over blocks,

Qui vedete un robot che scala un blocco,

but it can also lift and move these blocks

ma può anche alzare e spostare questi blocchi

and it can start to edit the very structure that it's on.

e può iniziare a modificare la stessa struttura.

But with these rules,

Ma con queste regole,

this is really only one kind of robot body that you could imagine.

si può creare un solo tipo di robot immaginabile.

You could imagine many different kinds of robot bodies.

Potete immaginare tanti tipi diversi di robot.

So if you think about robots that maybe could move sandbags

Pensate a robot che spostano sacchi di sabbia

and could help build levees,

e possono aiutare a costruire argini,

or we could think of robots that built out of soft materials

o possiamo pensare a robot costruiti in materiale morbido

and worked together to shore up a collapsed building --

e che lavorano insieme per sostenere un ponte che crolla --

so just the same kind of rules in different kinds of bodies.

quindi le stesse regole in tipi diversi di strutture.

Or if, like my group, you are completely obsessed with army ants,

O se, come nel mio gruppo, siete ossessionati dalle formiche,

then maybe one day we can make robots that can climb over literally anything

allora un giorno potremo creare robot che possono salire su qualunque cosa

including other members of their tribe,

compresi altri membri della loro tribù,

and self-assemble things out of their own bodies.

e le cose che si auto-assemblano dai propri corpi.

Once you understand the rules,

Una volta comprese le regole,

just many different kinds of robot visions become possible.

diventano possibili tanti tipi diversi di visioni robotiche.

And coming back to the snorkeling trip,

Per tornare allo snorkeling,

we actually understand a great deal about the rules that fish schools use.

sappiamo molto sulle regole dei banchi di pesci.

So if we can invent the bodies to go with that,

Se riusciamo a inventare i corpi da abbinare,

then maybe there is a future

magare esiste un futuro

where I and my group will get to snorkel with a fish school of our own creation.

in cui io e il mio gruppo andremo a fare snorkeling

con un banco di pesci creato da noi.

Each of these systems that I showed you

Ognuno di questi sistemi che vi ho mostrato

brings us closer to having the mathematical and the conceptual tools

ci avvicina agli strumenti matematici e concettuali

to create our own versions of collective power,

per creare la nostra versione di potere collettivo,

and this can enable many different kinds of future applications,

e questo consente diverse applicazioni future

whether you think about robots that build flood barriers

come i robot per costruire barriere alluvionali,

or you think about robotic bee colonies that could pollinate crops

o colonie di api robot per impollinare le piantagioni,

or underwater schools of robots that monitor coral reefs,

o banchi di robot sottomarini che controllano le barriere coralline,

or if we reach for the stars and we thinking about programming

o se puntiamo alle stelle e pensiamo alla programmazione

constellations of satellites.

di costellazioni di satelliti.

In each of these systems,

In ognuno di questi sistemi,

being able to understand how to design the rules of engagement

essere in grado di capire come progettare le regole di comportamento

and being able to create good collective behavior

e essere in grado di creare un buon comportamento collettivo

becomes a key to realizing these visions.

diventa chiave per realizzare queste visioni.

So, so far I've talked about rules for insects and for fish

Finora ho parlato di regole per gli insetti e i pesci

and for robots,

e per i robot,

but what about the rules that apply to our own human collective?

ma le regole applicabili a noi esseri umani?

And the last thought that I'd like to leave you with

L'ultimo pensiero con cui vorrei lasciarvi

is that science is of course itself

è che la scienza stessa

an incredible manifestation of collective intelligence,

è un'incredibile manifestazione di intelligenza collettiva,

but unlike the beautiful fish schools that I study,

ma contrariamente al bel banco di pesci che studio,

I feel we still have a much longer evolutionary path to walk.

il nostro percorso evolutivo è ancora molto lungo.

So in addition to working on improving the science of robot collectives,

Oltre a lavorare e migliorare la scienza di gruppi di robot,

I also work on creating robots and thinking about rules

lavoro anche alla creazione di robot e di teorie sulle regole

that will improve our own scientific collective.

che miglioreranno il nostro collettivo scientifico.

There's this saying that I love:

Mi piace questo detto:

who does science determines what science gets done.

Chi fa scienza determina quello che la scienza produce.

Imagine a society

Immaginate una società

where we had rules of engagement

con regole comportamentali

where every child grew up believing that they could stand here

in cui tutti i bambini crescono credendo di poter stare qui

and be a technologist of the future,

e diventare tecnologi del futuro,

or where every adult

o in cui tutti gli adulti

believed that they had the ability not just to understand but to change

credono di avere la capacità non solo di capire, ma di cambiare

how science and technology impacts their everyday lives.

l'impatto di scienza e tecnologia sulla vita di tutti i giorni.

What would that society look like?

Come sarebbe questa società?

I believe that we can do that.

Credo che possiamo farlo.

I believe that we can choose our rules,

Credo che possiamo scegliere le nostre regole

and we engineer not just robots

e ingegnerizzare non solo i robot,

but we can engineer our own human collective,

ma il nostro collettivo umano,

and if we do and when we do, it will be beautiful.

se lo faremo e quando lo faremo, sarà meraviglioso.

Thank you.

Grazie.

(Applause)

(Applausi)