Technische encyclopedie

Winkler Prins (1975)

Gepubliceerd op 23-12-2024

CYBERNETICA

betekenis & definitie

(Fr.: cybernétique; Du.: Zybernetik; Eng.: cybernetics), of stuur(mans)kunde (v. Gr. kubernètès = stuurman), vakgebied waarvan de naam, hoewel voordien al door zowel Plato als door Ampère bedacht, in 1948 door Norbert Wiener opnieuw is ingevoerd; te omschrijven als de wetenschap die zich bezighoudt met de regeling en de communicatie zowel bij dieren als bij machines.

Hierdoor is de cybernetica een wetenschap gelegen tussen de biologie en de techniek, die verbanden en speciaal analogieën bestudeert tussen besturings- en regelprocessen in levende organismen enerzijds en machines anderzijds. De cybernetica heeft haar werkterrein ook uitgebreid tot de besturing en communicatie in organisaties en leefgemeenschappen, waardoor ook de bestuurskunde en de sociologie in wisselwerking kunnen treden met de eerder genoemde gebieden.De hier aangestipte problematiek kent twee aspecten: de bepaling van het meest geschikte theoretische begrippensysteem; en de praktische verwezenlijking van de vermeende samenhang met behulp van de beschikbare technische middelen. Bestudering van de communicatie en van het doorgeven en verwerken van informatie vormen de hoofdkenmerken van de cybernetica. Hiervoor worden de wiskundige grondslagen geleverd door de statistische informatietheorie, die door sommigen ook wel als de cybernetica wordt aangeduid. De cybernetica in de brede zin van het woord maakt ook gebruik van de automatentheorie, de theorie van regelsystemen en van elektronische rekenmachines, de economische wetenschappen, de vertaalkunde enz. Aan de andere kant worden bijdragen geleverd door de biologie, de neurofysiologie, enz.

Hoewel de grondslagen reeds geruime tijd beschikbaar waren in het werk van de natuurkundigen Bolzmann in Duitsland en Gibbs in Amerika, en ook de mathematische gereedschappen door Borel en Lebesgue in Frankrijk geleverd waren, was het Wiener die kans zag het werk van deze theoretici te combineren. Bolzmann en Gibbs droegen er veel toe bij de oude Newtonse opvattingen van de fysica ter discussie te stellen door het in de fysica introduceren van statistische methoden. Maxwell en anderen hadden wel reeds statistische beschouwingen gebruikt voor het beschrijven van complexe systemen met zeer grote aantallen deeltjes, maar nu werden deze beschouwingen geïntroduceerd voor systemen zo eenvoudig als een enkel deeltje in een krachtveld. Nieuw is hier het in beschouwing nemen van de statistische verdeling van de verschillende posities en snelheden van waaruit een fysisch systeem kan vertrekken. De resultaten impliceren dan ook niet meer dat iets zeker zal gebeuren, maar eerder dat iets met overweldigende waarschijnlijkheid zal gebeuren.

Een zeer belangrijk begrip in de cybernetica is verder de terugkoppeling (Eng.: feedback), die kan worden beschreven als een gesloten keten van oorzaken en gevolgen. Nemen we als voorbeeld iemand die uit de hand een rechte lijn wil trekken: direct na het begin zal het oog een afwijking waarnemen en via de hersenen krijgen de spieren in de hand een opdracht de afwijking te corrigeren; de correctie wordt gestopt als het oog waarneemt dat de afwijking nul is geworden enz. Hierin zitten een aantal facetten die voor de cybernetica van groot belang zijn. Op de eerste plaats wordt het oog hier gebruikt als opnemer om een afwijking te constateren en ook om de grootte van de afwijking te bepalen. Een ‘geoefend’ oog zal eerder een afwijking, d.w.z. een kleinere afwijking kunnen waarnemen dan een ‘ongeoefend’ oog. Er zit dus in de keten een leermechanisme. Ook de correctie van de afwijking via de spierwerkingen van de hand zal pas na enige oefening of leren vlot en zeker verlopen. Wanneer een beginneling heel erg zijn best doet zal hij bij een corrigerende handeling doorschieten naar de andere kant en slingerend om het doel, d.w.z. de rechte lijn, gaan bewegen. Het systeem heet dan instabiel geworden te zijn. Al deze verschijnselen kunnen ook optreden bij zuiver technische systemen, bijv. een volgradar bij vliegtuigen. De instabiliteit treedt op als de versterking van de signalen in de keten te groot wordt. Ook het leerproces kan ingebouwd zijn. In dat geval spreekt men van een adaptieve regeling, een regeling die zich aanpast om tot een zo goed mogelijk resultaat te leiden.

Zo bestaat er ook overeenkomst tussen het zenuwstelsel en een automatische machine, in die zin dat beide beslissingen nemen op grond van beslissingen die zij in het verleden genomen hebben. De eenvoudigste mechanische toestellen beslissen tussen twee mogelijkheden, zoals openen of sluiten van een schakelaar. In het zenuwstelsel besluit een enkele zenuw tussen het al of niet overbrengen van een impuls. Zowel in de machine als in de zenuw is een specifiek onderdeel dat beslissingen neemt afhankelijk van voorgaande beslissingen, en in het zenuwstelsel wordt deze taak verricht door de uiterst gecompliceerde synapses, waar een aantal binnenkomende zenuwen samengaan tot één uitgaande zenuw. In veel gevallen is het mogelijk als basis voor deze beslissingen een drempel aan te geven voor de werking van de synapsis, of, met andere woorden, aan te geven hoeveel inkomende zenuwen een impuls moeten voeren opdat de uitgaande zenuw een impuls voert. Dit geeft een analogie tussen minstens gedeelten van machines en levende organismen.

Een geheel ander terrein waar de cybernetische beschouwingswijze grote vorderingen heeft gebracht, is de taalwetenschap. Zo volgt uit o.a. lettergreepfrequentiebepalingen dat van een groot aantal talen het Engels gemiddeld het kleinste aantal lettergrepen per woord heeft, of: in het Engels wordt met het kleinste aantal lettergrepen de meeste informatie uitgedrukt. Op grond hiervan zou men voor het Engels kunnen kiezen als taal voor het internationale verkeer. Een ander onderzoek toonde aan dat het verval van het aantal woordstammen in een taal volgens een exponentiële vergelijking van hetzelfde type verloopt als de uit de natuurkunde bekende vergelijking voor verval van radioactiviteit.

< >