Costruita la prima macchina di Turing con “muscoli” elettroattivi

NUOVA ZELANDA – I muscoli artificiali? Non sono una novità per la robotica. Un robot dotato di muscoli sintetici capaci di fornire una spinta, o una trazione, può eseguire operazioni complesse: manipolare oggetti, muoversi nell’ambiente, etc.. Negli ultimi anni ai pistoni pneumatici ad aria, acqua e olio usati per la fabbricazione di questi muscoli si sono sostituite fibre di polimeri metallici.

Ora, Benjamin Marc O’Brien e Iain Alexander Anderson, ricercatori dell’Università di Auckland (Nuova Zelanda), hanno pubblicato sulla rivista Applied Physics Letters uno studio in cui si descrive il funzionamento del primo computer composto interamente da muscoli artificiali costituiti da polimeri elettroattivi. Si tratta di nuovi dispositivi per la generazione di movimento – attuatori, motori, generatori – basati su polimeri che cambiano forma quando vengono stimolati elettricamente.

Questo computer è un esempio semplice della nota macchina di Turing e, come tale, ha memoria sufficiente per risolvere qualsiasi problema computazionale. Dimostrando che i muscoli artificiali sono in grado di compiere calcoli complessi, lo studio apre la strada allo sviluppo di protesi intelligenti e robot morbidi che possono adeguarsi ai cambiamenti ambientali.

Nel 1936 Alan Turing ha dimostrato che, indipendentemente dal materiale di cui sono fatti, tutti i computer sono manifestazioni di un’architettura logica comune. Sebbene la maggior parte della memoria del computer sono fatte di semiconduttori al silicio, le nanotecnologie e le varie applicazioni della nanofisica suggeriscono la possibilità di usare molti altri materiali non convenzionali.

La macchina di Turing è una macchina teorica costituita da un nastro di dati infinito e riscrivibile, e da un meccanismo che può leggere il nastro, scrivere/cancellare il nastro e muoversi avanti e indietro sul nastro. Si tratta in pratica di un modello teorico di macchina in grado di risolvere algoritmi e che è stato fondamentale per lo sviluppo dell’algoritmica come la conosciamo oggi.

È stata ideata da Alan Turing per risolvere il problema della decidibilità (Entscheidungsproblem) proposto da David Hilbert nel suo programma di fondazione formalista della matematica. Oggi la sua importanza è tale che, per  definire in modo formalmente preciso la nozione stessa di algoritmo, si tende a ricondurlo alle elaborazioni effettuabili con macchine di Turing. Con macchina di Turing universale si intende, invece, quella macchina che calcola la funzione che è in grado di simulare il comportamento di qualunque macchina di Turing (ciò significa che può riprodurre qualsiasi computazione).

Una computer con polimeri elettroattivi. Quello descritto in Applied Physics Letters è il primo computer costruito con muscoli artificiali. “Ciò che lo rende interessante è che la tecnologia può essere direttamente incorporati in dispositivi muscolari artificiali, dando loro riflessi realistici. Anche se il nostro computer è dotato di punte dure, la tecnologia è fondamentalmente morbida ed elastica, qualcosa che i metodi tradizionali non conoscevano”, spiega Benjamin Marc O’Brien.

È un computer modellato sull’architettura della macchina di Turing “2,3” (a due stati e tre simboli) che Stephen Wolfram descrive in A New Kind of Science. È universale e si compone di una testina che legge i simboli memorizzati su un nastro: sulla base dei simboli letti restituisce un output del proprio stato (0 o 1) mediante contrazioni ed espansioni di questi muscoli artificiali: quando un muscolo si espande, comprime un interruttore restituendo un output mediante conduzione elettrica.

I ricercatori hanno mostrato che questa macchina potrebbe teoricamente risolvere qualsiasi problema di calcolo utilizzando solo 13 muscoli artificiali. Nella sua versione attuale, il computer è molto grande (circa 1 m³) ed estremamente lento (0,15 Hz). Ciò nonostante i ricercatori prevedono che le sue prestazioni potrebbero essere notevolmente migliorate capendo, ad esempio, se sarà più performante con un’architettura analogica o digitale.

Applicazioni e sfide. La dimostrazione del funzionamento dei muscoli artificiali può essere utile nella robotica per lo studio dell’elaborazione del movimento nei robot morbidi (i ricercatori hanno citato l’esempio della motilità dei polipi per esemplificare quella struttura biologica polifunzionale in cui le parti hanno diversi gradi di libertà). E, in generale, in quelle applicazioni che tendono ad imitare la struttura del polifunzionale corpo e le espressioni del viso.

I ricercatori hanno in programma di raggiungere questi obiettivi nell’immediato futuro, innanzitutto miniaturizzando la tecnologia (a questo scopo, la società Stretch Sense intende brevettare sistemi che rendano morbidi ed elastici i sensori wireless) e costruendo un computer/robot in grado di pensare.

La sfida resta ancora il Test di Turing. In un articolo pubblicato sulla rivista Mind nel 1950, Alan Turing stabilì un particolare criterio per determinare se una macchina può essere considerata pensante. L’esempio è il seguente: A e B forniscono risposte dattiloscritte a una persona C. Come fa C a stabilire il sesso di A e B? Nell’eventualità in cui una macchina si sostituisse ad A o B, se i verdetti forniti da C fossero statisticamente identici alla situazione precedente, allora la macchina poteva essere considerata pensante. Il test di Turing è stato rielaborato varie volte e criticato; ad oggi nessun computer ha dimostrato di poterlo superare.