Anton Reutlinger - Kognitive Kybernetik

Wenn die Physikalische Kybernetik nicht so gesetzestreu wäre, wie sie zu sein scheint, dann gäbe es keine Logik - jedenfalls keine Erkenntnis der Logik -, keine Mathematik und erst recht kein Leben, das sich darüber logische Gedanken machen könnte. Streng genommen ist der teleonome Begriff Kybernetik für die physikalische Welt nicht zutreffend, weil natürliche Systeme immer einem Gleichgewichtszustand zustreben und dadurch eigenen kybernetischen, jedoch zweckfreien Gesetzmäßigkeiten unterliegen. Im Interesse vergleichender und einheitlicher Darstellungs­formen ist die Verwendung der Bezeichnung trotzdem zweckmäßig. Da die Wirkungs­weisen und Gesetzmäßigkeiten der Physik die Grundlagen liefern für die biologische und die kognitive Kybernetik, ist auch die Bezeichnung Physikalische Kybernetik begründet. Die elementaren Wechsel­wirkungskräfte der Physik realisieren eine Kommunikation zwischen den Kraftträgern, wogegen die für die Kybernetik charakteristische Auswahl- und Entscheidungs­möglichkeit in den Natur­konstanten festgelegt und eingefroren ist. Je komplexer eine natürliche Struktur ist, insbesondere bezüglich der Diversität der enthaltenen Substanzen, umso mehr Freiheiten oder Kontingenzen der Beziehungen und Wechselwirkungen sind damit verbunden und umso mehr Komplexität wird dadurch angehäuft. Dieses Prinzip der Chemie ist Grundlage der biotischen Evolution und der Funktionsweise eines Organismus und bildet somit den Hintergrund für die Zweckmäßigkeit der Kybernetik als wissen­schaftliche Methodik zur Erklärung von Organismus und Leben.

Historisch ist die Physikalische Kybernetik so alt wie die Philosophie, so weit deren Geschichte bekannt ist. Die Naturphilosophen des antiken Griechenland ein halbes Jahrtausend vor Null versuchten die Ursachen und Wirkungsweisen des sichtbaren Weltgeschehens zu deuten, um daraus letztlich die zukünftige Entwicklung und mögliche Ziele abzuleiten. Höchst erstaunliche Erklärungen fanden schon damals die Atomisten um Demokrit, deren Thesen kleinster, unteilbarer Teilchen als Bausteine der Welt der Atomphysik verblüffend ähnlich sind. Zwei Jahrhunderte später hat der Philosoph Epikur das atomistische Weltmodell übernommen, weitere zweieinhalb Jahrhunderte später der römische Dichterphilosoph Lukrez und schließlich die englische Herzogin Margaret Cavendish (1623-1673) eine genauso eigenwillige wie scharfsinnige Version von Naturphilosophie, bevor John Dalton 1808 die Atomphysik im modernen Sinn begründete. Mit der Relativitätstheorie und der Quantenphysik wurde das mechanistische Weltbild und eine deterministisch vorausberechenbare Welt verabschiedet. Hätte die Welt oder die Natur einen zu vermutenden, höheren Zweck, dann müsste die Frage gestellt werden, ob derselbe Zweck nicht mit anderen Mitteln erreicht werden könnte, die mit höherer Zuverlässigkeit, höherer Effektivität oder geringerem Aufwand verbunden wären.

Die "Physikalische Kybernetik" von Lukrez (98-55 v.Null), ein Ausschnitt aus seinem Lehrgedicht "De rerum natura":

Denn gewiß haben nicht durch Vernunft die Atome sich aus sich selbst mit scharfsinnigem Geist in Ordnung plaziert, wahrlich auch nicht vereinbart, welche Bewegung sie machten, sondern weil auf vielfache Art viele Samen der Dinge seit endloser Zeit schon, gestoßen von Schlägen und durch eigenes Gewicht bewegt, zu eilen gewohnt und sich auf alle Art zu einen und alles zu prüfen, was sie zu schaffen unter sich sie wären vereinigt, darum geschieht es, daß, die mächtige Zeit hindurch sich verbreitend, jeder Art Verbindungen sie und Bewegung erproben und am Ende so die sie vereinen, die plötzlich geschleudert, häufig zum Anfang werden sodann gewaltiger Dinge, dieser Erde, des Meeres und des Himmels, des Stamms der Belebten.

Von Menschen konstruierte Systeme sind zielgerichtet und zweckbestimmt. Der Zweck und die Funktionsweise der Teilsysteme ist ausschließlich im Zweck des Gesamtsystems begründet, weshalb genau hier die Probleme der technisierten Welt beginnen, indem das Eigenleben der Teilsysteme und ihre Interaktionen untereinander und mit der Außenwelt nicht ausreichend berücksichtigt werden. Die typische Konstruktionsmethode ist Top-down, also das Zerlegen eines Problems in kleinere, leichter lösbare oder bereits gelöste Teilprobleme; eine Methode, die erstmals 1637 von Descartes beschrieben wurde und heute als "stepwise refinement" bekannt ist. Da man die Welt nicht immer wieder neu erfinden will, werden nach Möglichkeit bereits vorhandene, vorzugsweise standardisierte Bauelemente verwendet und zu Komponenten zusammengesetzt, so dass in der Praxis eine Kombination von Top-down und Bottom-up als Outside-in-Konstruktion am häufigsten anzutreffen ist. Diese Methode wird intuitiv auch in der naturwissenschaftlichen Forschung angewendet, indem beobachtete Phänomene zu den bereits bekannten Gesetzen von Physik und Chemie in Beziehung gesetzt werden.

Eines der Charakteristika der Technischen Kybernetik ist die vom Konstrukteur oder Betreiber vorgenommene, einmalige oder periodisch zu wiederholende Vorausberechnung des Systemverhaltens zur Zielerreichung. Die Grundlage dafür ist die in der Konstruktion implantierte Möglichkeit der deterministischen Einflussnahme auf das System als Steuerung oder Lenkung. Die Zielsetzung ist meist starr, wenngleich versucht wird, genau dies durch adaptive Systeme und mehr oder weniger "intelligente" Systeme, besonders Roboter, zu umgehen und sie dem Menschen immer ähnlicher zu machen. Andererseits ist es bisher eben nicht gelungen, die kognitiven Fähigkeiten des Menschen vollständig zu imitieren und trotz erstaunlicher und bewundernswerter Errungenschaften ist nicht sicher, ob es überhaupt machbar ist. Man hat es geschafft, Sonden auf winzigen Asteroiden im Weltraum landen zu lassen, aber man hat bis heute erfolglos versucht, ein Auto per Computer kollisionsfrei durch fließenden Straßenverkehr zu lenken. Die technologischen Prinzipien und Mechanismen dieser Systeme sind demzufolge bereits bekannt und bilden den Ausgangspunkt für die Kognitive Kybernetik.

Bei technischen Systemen als menschlichen Artefakten ist die Variabilität prinzipiell proportional zur Komplexität. Die Zweckbestimmtheit technischer Systeme bringt es mit sich, dass umso mehr Varianten möglich sind, je mehr Bauteile und Teilsysteme variiert werden können. Die Vielfalt der Bedürfnisse der Anwender sowie die Vielfalt der Eigenheiten der Umwelt macht die Variation notwendig zur Optimierung der Zweckmäßigkeit in Anpassung an die Bedürfnisse in den jeweiligen Umweltgegebenheiten. Bei Autos gibt es deutlich mehr Varianten als bei Tretrollern. Bei natürlichen Artefakten, also den Spezies im Spektrum des Lebens, ist es umgekehrt. Es gibt augenscheinlich bei den kleinsten Lebewesen sehr viel mehr Varianten als bei Elefanten oder Walen oder auch bei Hominiden. Das ist ein deutliches Argument für die Zweckfreiheit der Lebewesen und für die biologische Evolution des Lebens, weil beide nur dadurch vernünftig erklärbar sind.

Die Grundbausteine der Technischen Kybernetik sind Sensoren und Detektoren zur Gewinnung und Quantifizierung der notwendigen Information, Transformatoren und Prozessoren zur Interpretation, Verarbeitung und Umformung von Information und schließlich Aktoren zur Anwendung der Information (z.B. Schrittmotoren), letztlich der Systemzweck. Die Anordnung der Bausteine zu einem kybernetischen System ist auch bekannt als EVA-Schema, d.h. Eingang-Verarbeitung-Ausgang. Nicht zu vergessen sind Übertragungs- und Speicherungssysteme, die zusammen mit Sensor- und digitalen Computersystemen Schlüsselfunktionen einnehmen und einen enormen Innovationsschub erfahren haben. Die Teilsysteme oder Verarbeitungseinheiten bestehen selbst wieder aus Teilsystemen, z.B. elektronische Schaltnetze und Schaltwerke mit Gedächtnisfunktion, so dass sie eine rekursive oder verschachtelte Struktur bilden. Aus Zuverlässigkeits- und Kapazitätsgründen sind moderne Systeme meist redundant ausgelegt und verteilt angeordnet. Man unterscheidet Steuerungsketten und Regelkreise, realisiert als lineare Steuerungs- und rückgekoppelte Regelungssysteme mit festen Sollgrößen, bzw. adaptive Regelungssysteme mit variablen Sollgrößen. Die aufwendigere Regelung ist gegenüber der Steuerung notwendig, wenn unplanbare Ereignisse und Fremdeinwirkungen korrigiert und kompensiert werden müssen. In jedem Fall ist die Funktionsweise und damit die Abfolge der Zustandswechsel vom Konstrukteur durch Auswahl und Anordnung der Bausteine vorgegeben und folgt meist einer halbsynchronen Übertragung mit Steuerung durch Sender oder Empfänger, manchmal auch einer synchronen Übertragung mit Takt- oder Uhrsteuerung. Die Sensordaten werden entweder periodisch abgefragt - allgemein als Polling, als pull-Prinzip oder hier als halbsynchron-empfängergesteuert bezeichnet - oder die Sensoren schicken Daten, vornehmlich bei Alarmsystemen, in eigener Initiative - allgemein als Interrupt, als push-Prinzip oder hier als halbsynchron-sendergesteuert bezeichnet - an die zentrale Verarbeitungs­einheit. Die vierte elementare Kommunikationsform ist die asynchrone Übertragung ohne Steuerung von außen. Sie findet in der Technischen Kybernetik weniger Verwendung, weil sie zusätzlich einen Puffer erfordert und weil ihr Ablauf weniger vorhersehbar und steuerbar ist. In der Transportlogistik dagegen ist sie sehr häufig und in verschiedenen Formen anzutreffen, mit einem Lager, Speicher, Tank, Behälter oder dergleichen als Puffer. Eine Sonderform asynchroner Übertragung ist möglich, wenn ein oder mehrere Empfänger immer bereit sind. Diese Übertragungsform ist in natürlichen Systemen die Regel, wie z.B. die Planeten als Empfänger der Sonnenstrahlung.