In my early days as a graduate student, I went on a snorkeling trip off the coast of the Bahamas. I'd actually never swum in the ocean before, so it was a bit terrifying. What I remember the most is, as I put my head in the water and I was trying really hard to breathe through the snorkel, this huge group of striped yellow and black fish came straight at me ... and I just froze. And then, as if it had suddenly changed its mind, came towards me and then swerved to the right and went right around me. It was absolutely mesmerizing. Maybe many of you have had this experience. Of course, there's the color and the beauty of it, but there was also just the sheer oneness of it, as if it wasn't hundreds of fish but a single entity with a single collective mind that was making decisions. When I look back, I think that experience really ended up determining what I've worked on for most of my career.
I miei primi giorni da studentessa universitaria andai a fare snorkeling sulle coste delle Bahamas. Non avevo mai nuotato nell'oceano, fu abbastanza terrificante. Quello che ricordo di più è che mettendo la testa sott'acqua, mentre cercavo disperatamente di respirare dal boccaglio, questo enorme banco di pesci a righe gialle e nere mi venne incontro... e mi bloccai. Poi improvvisamente come se avesse cambiato idea, venne verso di me e poi deviò verso destra e mi girò attorno. Fu assolutamente ipnotizzante. Magari l'avete sperimentato anche voi. Certo, c'è il colore e la bellezza, ma anche l'assoluta armonia, come se non fossero centinaia di pesci, ma una singola entità con una sola mente collettiva a prendere le decisioni. Tornando indietro, credo che quell'esperienza finì per determinare il lavoro di gran parte della mia carriera.
I'm a computer scientist, and the field that I work in is artificial intelligence. And a key theme in AI is being able to understand intelligence by creating our own computational systems that display intelligence the way we see it in nature. Now, most popular views of AI, of course, come from science fiction and the movies, and I'm personally a big Star Wars fan. But that tends to be a very human-centric view of intelligence. When you think of a fish school, or when I think of a flock of starlings, that feels like a really different kind of intelligence. For starters, any one fish is just so tiny compared to the sheer size of the collective, so it seems that any one individual would have a really limited and myopic view of what's going on, and intelligence isn't really about the individual but somehow a property of the group itself.
Sono una informatica e lavoro nel campo dell'intelligenza artificiale. Un tema chiave dell'IA è riuscire a capire l'intelligenza creando i nostri sistemi di calcolo che dimostrino l'intelligenza che vediamo in natura. Le visioni dell'IA più popolari vengono dalla fantascienza e dai film, io stessa sono una grande fan di Star Wars. Ma tende a essere una visione molto umano-centrica dell'intelligenza. Se pensate a un banco di pesci, o se pensate a uno stormo di uccelli, è un tipo di intelligenza molto diverso. Tanto per cominciare, ciascun pesce è così piccolo rispetto alla grandezza del banco, che sembra che un individuo abbia una visione molto miope e limitata di quello che succede, e l'intelligenza non riguarda solo l'individuo ma in qualche modo una proprietà del gruppo stesso.
Secondly, and the thing that I still find most remarkable, is that we know that there are no leaders supervising this fish school. Instead, this incredible collective mind behavior is emerging purely from the interactions of one fish and another. Somehow, there are these interactions or rules of engagement between neighboring fish that make it all work out.
Secondo, la cosa che io trovo più straordinaria è che sappiamo che non c'è un leader a guidare questo banco. Invece, questo incredibile comportamento collettivo emerge puramente dalle interazioni tra un pesce e un altro. In qualche modo, si tratta di interazioni o regole di comportamento tra i pesci vicini che fa funzionare il tutto.
So the question for AI then becomes, what are those rules of engagement that lead to this kind of intelligence, and of course, can we create our own?
La domanda per l'IA diventa: quali sono queste regole di comportamento che portano a questo tipo di intelligenza, e ovviamente, possiamo crearne di nostre?
And that's the primary thing that I work on with my team in my lab. We work on it through theory, looking at abstract rule systems and thinking about the mathematics behind it. We also do it through biology, working closely with experimentalists. But mostly, we do it through robotics, where we try to create our own collective systems that can do the kinds of things that we see in nature, or at least try to.
Ecco la cosa più importante su cui lavoro con il mio team in laboratorio. Ci lavoriamo attraverso la teoria, osservando sistemi di regole astratte e pensando alla matematica che vi sta dietro. Lo facciamo anche attraverso la biologia, lavorando a stretto contatto con sperimentalisti. Lo facciamo soprattutto attraverso la robotica, cercando di creare i nostri sistemi collettivi che possono fare il genere di cose che vediamo in natura, o almeno cerchiamo di farlo.
One of our first robotic quests along this line was to create our very own colony of a thousand robots. So very simple robots, but they could be programmed to exhibit collective intelligence, and that's what we were able to do. So this is what a single robot looks like. It's quite small, about the size of a quarter, and you can program how it moves, but it can also wirelessly communicate with other robots, and it can measure distances from them. And so now we can start to program exactly an interaction, a rule of engagement between neighbors. And once we have this system, we can start to program many different kinds of rules of engagement that you would see in nature.
Una delle nostre prime ricerche robotiche su questa linea era creare una nostra colonia di un migliaio di robot. Robot molto semplici, ma da programmare per mostrare un'intelligenza collettiva, e siamo riusciti a fare questo. Un robot semplice è così. È abbastanza piccolo, la dimensione di una monetina, si può programmarne i movimenti, ma può anche comunicare wireless con altri robot e può misurare la distanza tra di loro. Ora possiamo iniziare a programmare esattamente un'interazione, una regola comportamentale tra vicini. Una volta impostato questo sistema, possiamo iniziare a programmare diverse regole di comportamento che vediamo in natura.
So for example, spontaneous synchronization, how audiences are clapping and suddenly start all clapping together, the fireflies flashing together. We can program rules for pattern formation, how cells in a tissue determine what role they're going to take on and set the patterns of our bodies. We can program rules for migration, and in this way, we're really learning from nature's rules.
Per esempio, la sincronizzazione spontanea, come una persona del pubblico applaude e improvvisamente tutti applaudono, le lucciole si illuminano insieme. Possiamo programmare regole per la formazione di schemi, come le cellule in un tessuto determinano che ruolo avranno e definiscono gli schemi del nostro corpo. Possiamo programmare regole per la migrazione e in questo modo impariamo dalle regole in natura.
But we can also take it a step further. We can actually take these rules that we've learned from nature and combine them and create entirely new collective behaviors of our very own.
Possiamo anche andare oltre. Possiamo prendere queste regole imparate dalla natura, combinarle e creare nuovi comportamenti collettivi tutti nostri.
So for example, imagine that you had two different kinds of rules. So your first rule is a motion rule where a moving robot can move around other stationary robots. And your second rule is a pattern rule where a robot takes on a color based on its two nearest neighbors. So if I start with a blob of robots in a little pattern seed, it turns out that these two rules are sufficient for the group to be able to self-assemble a simple line pattern. And if I have more complicated pattern rules, and I design error correction rules, we can actually create really, really complicated self assemblies, and here's what that looks like.
Per esempio, immaginate di avere due tipi di regole. La prima è la regola del movimento, in cui un robot si può muovere intorno ad altri robot fermi. La seconda regola è uno schema, in cui un robot assume un colore in base a quello dei suoi due vicini. Se inizio con una massa di robot con un piccolo schema, alla fine queste due regole sono sufficienti per il gruppo per auto-assemblarsi in fila. E con regole più complicate e progettando regole di correzione degli errori, possiamo auto-assemblare i robot in modo complicato ed ecco come apparirà.
So here, you're going to see a thousand robots that are working together to self-assemble the letter K. The K is on its side. And the important thing is that no one is in charge. So any single robot is only talking to a small number of robots nearby it, and it's using its motion rule to move around the half-built structure just looking for a place to fit in based on its pattern rules. And even though no robot is doing anything perfectly, the rules are such that we can get the collective to do its goal robustly together. And the illusion becomes almost so perfect, you know -- you just start to not even notice that they're individual robots at all, and it becomes a single entity, kind of like the school of fish.
Ora vedrete un migliaio di robot che lavorano insieme per auto-assemblarsi nella lettera K. La K è su questo lato. La cosa importante è che nessuno comanda. Ogni singolo robot parla solo con un gruppetto di robot vicino e usa la regola del movimento per spostarsi intorno alla struttura semi-costruita, soltanto alla ricerca di un posto in cui inserirsi in base alle regole. Anche se nessun robot fa le cose perfettamente, le regole sono tali per cui il gruppo raggiunge l'obiettivo insieme. L'illusione diventa quasi perfetta -- cominciate a non notare nemmeno che sono singoli robot e diventa una singola entità, come un banco di pesci.
So these are robots and rules in two dimensions, but we can also think about robots and rules in three dimensions. So what if we could create robots that could build together? And here, we can take inspiration from social insects. So if you think about mound-building termites or you think about army ants, they create incredible, complex nest structures out of mud and even out of their own bodies. And like the system I showed you before, these insects actually also have pattern rules that help them determine what to build, but the pattern can be made out of other insects, or it could be made out of mud. And we can use that same idea to create rules for robots.
Questi sono robot e regole in due dimensioni, ma possiamo anche pensare a robot e regole in tre dimensioni. E se potessimo creare robot che possono costruirsi? Qui possiamo ispirarci agli insetti sociali. Pensate alle termini che costruiscono cumuli, o agli eserciti di formiche, creano strutture incredibili e complesse dal fango e addirittura dal loro stesso corpo. Come il sistema che vi ho mostrato prima, questi insetti hanno anche loro schemi che li aiutano a determinare cosa costruire, ma lo schema si può creare da altri insetti, o si può creare dal fango. Possiamo usare quella stessa idea per creare regole per i robot.
So here, you're going to see some simulated robots. So the simulated robot has a motion rule, which is how it traverses through the structure, looking for a place to fit in, and it has pattern rules where it looks at groups of blocks to decide whether to place a block. And with the right motion rules and the right pattern rules, we can actually get the robots to build whatever we want. And of course, everybody wants their own tower.
Ora vedrete robot simulati. Il robot simulato ha una regola di movimento, ossia come attraversa la struttura, in cerca di un posto in cui inserirsi, e ha uno schema in cui cerca un gruppo di blocchi per decidere dove posizionare un blocco. Con le regole di movimento giuste e gli schemi giusti, possiamo spingere i robot a costruire qualunque cosa. Certo, tutti vogliono la loro torre.
(Laughter)
(Risate)
So once we have these rules, we can start to create the robot bodies that go with these rules. So here, you see a robot that can climb over blocks, but it can also lift and move these blocks and it can start to edit the very structure that it's on. But with these rules, this is really only one kind of robot body that you could imagine. You could imagine many different kinds of robot bodies. So if you think about robots that maybe could move sandbags and could help build levees, or we could think of robots that built out of soft materials and worked together to shore up a collapsed building -- so just the same kind of rules in different kinds of bodies. Or if, like my group, you are completely obsessed with army ants, then maybe one day we can make robots that can climb over literally anything including other members of their tribe, and self-assemble things out of their own bodies. Once you understand the rules, just many different kinds of robot visions become possible.
Una volta create queste regole, possiamo iniziare a creare robot che seguono queste regole. Qui vedete un robot che scala un blocco, ma può anche alzare e spostare questi blocchi e può iniziare a modificare la stessa struttura. Ma con queste regole, si può creare un solo tipo di robot immaginabile. Potete immaginare tanti tipi diversi di robot. Pensate a robot che spostano sacchi di sabbia e possono aiutare a costruire argini, o possiamo pensare a robot costruiti in materiale morbido e che lavorano insieme per sostenere un ponte che crolla -- quindi le stesse regole in tipi diversi di strutture. O se, come nel mio gruppo, siete ossessionati dalle formiche, allora un giorno potremo creare robot che possono salire su qualunque cosa compresi altri membri della loro tribù, e le cose che si auto-assemblano dai propri corpi. Una volta comprese le regole, diventano possibili tanti tipi diversi di visioni robotiche.
And coming back to the snorkeling trip, we actually understand a great deal about the rules that fish schools use. So if we can invent the bodies to go with that, then maybe there is a future where I and my group will get to snorkel with a fish school of our own creation.
Per tornare allo snorkeling, sappiamo molto sulle regole dei banchi di pesci. Se riusciamo a inventare i corpi da abbinare, magare esiste un futuro 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 brings us closer to having the mathematical and the conceptual tools to create our own versions of collective power, and this can enable many different kinds of future applications, whether you think about robots that build flood barriers or you think about robotic bee colonies that could pollinate crops or underwater schools of robots that monitor coral reefs, or if we reach for the stars and we thinking about programming constellations of satellites. In each of these systems, being able to understand how to design the rules of engagement and being able to create good collective behavior becomes a key to realizing these visions.
Ognuno di questi sistemi che vi ho mostrato ci avvicina agli strumenti matematici e concettuali per creare la nostra versione di potere collettivo, e questo consente diverse applicazioni future come i robot per costruire barriere alluvionali, o colonie di api robot per impollinare le piantagioni, o banchi di robot sottomarini che controllano le barriere coralline, o se puntiamo alle stelle e pensiamo alla programmazione di costellazioni di satelliti. In ognuno di questi sistemi, essere in grado di capire come progettare le regole di comportamento e essere in grado di creare un buon comportamento collettivo diventa chiave per realizzare queste visioni.
So, so far I've talked about rules for insects and for fish and for robots, but what about the rules that apply to our own human collective? And the last thought that I'd like to leave you with is that science is of course itself an incredible manifestation of collective intelligence, but unlike the beautiful fish schools that I study, I feel we still have a much longer evolutionary path to walk. So in addition to working on improving the science of robot collectives, I also work on creating robots and thinking about rules that will improve our own scientific collective. There's this saying that I love: who does science determines what science gets done. Imagine a society where we had rules of engagement where every child grew up believing that they could stand here and be a technologist of the future, or where every adult believed that they had the ability not just to understand but to change how science and technology impacts their everyday lives. What would that society look like? I believe that we can do that. I believe that we can choose our rules, and we engineer not just robots but we can engineer our own human collective, and if we do and when we do, it will be beautiful.
Finora ho parlato di regole per gli insetti e i pesci e per i robot, ma le regole applicabili a noi esseri umani? L'ultimo pensiero con cui vorrei lasciarvi è che la scienza stessa è un'incredibile manifestazione di intelligenza collettiva, ma contrariamente al bel banco di pesci che studio, il nostro percorso evolutivo è ancora molto lungo. Oltre a lavorare e migliorare la scienza di gruppi di robot, lavoro anche alla creazione di robot e di teorie sulle regole che miglioreranno il nostro collettivo scientifico. Mi piace questo detto: Chi fa scienza determina quello che la scienza produce. Immaginate una società con regole comportamentali in cui tutti i bambini crescono credendo di poter stare qui e diventare tecnologi del futuro, o in cui tutti gli adulti credono di avere la capacità non solo di capire, ma di cambiare l'impatto di scienza e tecnologia sulla vita di tutti i giorni. Come sarebbe questa società? Credo che possiamo farlo. Credo che possiamo scegliere le nostre regole e ingegnerizzare non solo i robot, ma il nostro collettivo umano, se lo faremo e quando lo faremo, sarà meraviglioso.
Thank you.
Grazie.
(Applause)
(Applausi)