사이버네틱스

 

 <사이버네틱스의 정의>

근대에 와서 굉장한 속도로 과학이 발달하게 되어 많은 기계와 장치를 이용하게 되었다. 여기에서 우리 인간과 이 기계나 장치등의 관계를 새로운 방향으로 검토해 보고 체계를 세워서 만든 것이 이 사이버네틱스이다. cybernetics란 말은 그리스어 kybernetes에서 유래하며, 그 말은 원래 선박 조종술을 의미하는 것이다. 1834년 프랑스의 물리학자이며 철학자인 앙페르가 <과학철학시론>이란 책에서 정치에 있어서 통치수단의 연구를 의미하는 신어로서 cybernetique란 말을 도입하였다. 그러나 이 말은 별로 씌어지지 않았고 활기를 띠게 된 것은 미국의 전기공학자이며, 수학자인 위이너(N, Wiener)의 저서 <사이버네틱스>에서 기인된 것이다. 이 책은 동물이나 인간의 감각기능·신경계통의 구조와 기계장치 특히 자동제어장치의 구성에 대한 것과 인간과 기계와의 관계에 대해서 말하고 있는 것이다. cybernetics란 말의 어원을 따져보면, 그리스어 kybernetes와 라틴어 gubernator, 프랑스어 gouverneur, 영어 governor와 밀접한 관계가 있는 것이다. governor란 말은 주로 정치적인 의미로 씌어 통치자란 것이었으나, 와트가 발동기의 회전속도를 일정하게 유지하게하는 기계를 발명하여 이 말을 써서 기술적인 것을 의미하게도 되었다. 그후 위이너가 이러한 배경에서 cybernetics에 의해 하나의 학문분야를 개척하게 된 것이다. 사이버네틱스란 아직 적당한 번역말이 없으며, 중국에서는 어원의 의미를 살려서 타학이라고 해석한다.

   (사이버네틱스의 창시자 N. Wiener)

 위너는 미국 미주리 주의 컬럼비아 시에서 1894년 11월 26일에서 태어났다.

 그의 부친은 유태계였고, 언어학자였다. 그의 가족은 그의 출생후 곧 매사추세츠 주로 이사하였다. 어려서부터 천재성이 다분했던 위너는 9세에 고등학교에 입학하고, 14세에 하버드 대학교 대학원에 입학하여 18세에 철학박사 학위를 받았다. 그는 학위를 받은 후에는 영국으로 건너가 케임브리지에서 러셀에게 수리철학을 배웠고 하디에게서 수학을 사사하였으며, 이어 독일의 괴팅겐 대학교에서 형식주의 주창자로 유명한 수학자인 힐버트 아래에서도 공부하였다. 하버드 대학교에서 철학강사도 하고, 수학교사도 하였으며, 공장의 견습공 노릇도 하고, 백과사전 편집원, 신문기자까지 편력하여 모자라는 나이를 채우는 동안, 위너는 어느 직업에도 그다지 만족하지 못하였다고 한다. 그러다가 1919년에 과학의 신흥중심지로 부상하고 있던 MIT에 강사자리를 얻어 1932년에 교수가 된 후 1960년 은퇴할때까지 그 곳에서 가르쳤다. 그후에도 연구와 강연활동을 하다가 1964년 3월 18일 스웨덴의 스톡홀롬에서 많은 것을 남기고 이 세상을 떠났다. 위너는 수학에서 실함수론, 조화해석, 급수론, 확률론, 추계적 과정등을 연구하고 물리학, 전기통신공학, 신경생리학, 정신병리학등의 분야에서도 중요한 공헌을 하였다. 브라운 운동에 대한 엄밀한 수학적 이론을 수립하였고, 물리학에 널리 쓰이는 위너 적분론, 통신과 제어공학에서 쓰는 시계열의 평활, 예측과 폭넓은 분야에서의 해박한 지식이 한 사람의 내면세계에 결집한 결과였다. 컴퓨터과학에서는 사이버네틱스의 개념들이 인공지능에 흡수되어 있다. 사이버네틱스는 맨머쉰 시스템, 신경망 이론, 시스템 공학등으로 발전되었으며, 신호처리, 자동제어, 최적제어, 오토마타, 컴퓨터, 자체적응 시스템, 학습 시스템, 게임, 생산 시스템의 설계와 운용, 뇌와 인간행동, 사회적 조직, 생태학 문제, 거시경제학, 유전과 진화의 연구, 신경망이론, 통신이론, 계산 이론, 제어 이론등의 수많은 분야에 응용되고 있다.

 <사이버네틱스의 분야>

사이버네틱스는 제어와 통신 문제에 관련된 종합적인 과학이므로, 그 관련 학문의 분야는 매우 광범위하다. 그 중에서 대표적인 것에는 자동계산기의 이론, 제어의 이론, 정보통신의 이론등이 있다.

1)정보이론: 통신의 작성과 그의 전송에 관한 통계적 이론

 프랑스, 독일, 네덜란드, 영국 등에 있어서의 발전이다.  

2)자동제어의 이론: 주로 피이드백 이론으로서, 자동제어의 기계뿐만 아니라 , 생물체의 신경계, 감각기관 및 그 외의 기관의 자동제어적인 활동과정을 기능적인 견지에서 연구

3)자동계산기의 이론: 자동적으로 판단하고 선택하는 논리적 과정의 연구를 중심으로 하고 있다.

<사이버네틱스에 있어서의 정보론>

 사이버네틱스에서 말하는 정보라는 것은 넓은 의미를 갖는다. 일정한 계(系)에 의해서 감지되고 전송되는 모든 외계의 데이터는 정보가 될 수 있고, 또 외계에서부터 뿐만이 아니고 계의 내부에서 작성되는 데이터도 정보라는 개념에 포함된다. 후자의 경우에는 계가 정보의 원이 되어 있는 것이다. 꿀벌의 세계만 하더라도 어떤 암호와 같은 통신의 방법이 있어 자기네들끼리 꿀이 어디에 있는가를 알려줄 수가 있다고 한다. 생물사회의 성립에는 어떤 통신, 즉 정보의 전송이 기초로 되어 있는 것이 틀림 없다. 인간 사회에 있어서는 언어. 부호. 전신 등 통신수단이 있다. 또한 공부하는 과정에 있어서 인간이 습득하는 지식이나 통신계에 의해서 보내려고 하는 메시지나 계산기에 넣는 데이터 등이 정보가 된다. 인간의 대뇌에 대해서 생각하면 신체의 모든 곳에서부터오는 통신이 정보가 된다. 오감기라는 감각기에서 오는 정보는 말할 것도 없거니와 그 외에도 특별한 이름도 없는 감각기가 신체 내부에 무수히 존재하고, 여기서부터 정보가 보내진다. 그리고 오토메이션에 있어서 자동장치안의 과정에 있어서 그 기능의 본질을 연구하는데는 동력학적면 외에도 중요한 대상이 되고 있는 것은 물질의 운동에 관한 정보가 어떻게 해서 얻어지며, 어떻게 해서 전달되는가 하는 점이다. 그래서 에너지란 개념의 도입에 의해서 모든 자연현상이 통일적인 견지에서 구명된 것같이 정보라는 개념을 도입하고, 또 정보량이라는 측도를 규정함으로써 통일적인 견지를 갖게 된 것이다.

   정보원이라는 것은 발신자에 해당되는데, 여기서는 일반적인 통신의 기능에 대해서 말하는 것이므로 인간이거나 꿀벌이거나 전신국이거나, 혹은 자동온도조절기의 온도계도 좋은 것이다. 따라서 송신기도 일반적으로 신호를 보내는 장치를 의미하는 것으로 인간이면, 발성기관이거나 문자를 쓰는데 관한 기관이고, 라디오 존데인 경우는 온도변화의 측정을 전파로써 밖으로 보내는 곳이 여기에 해당한다. 통신으로는 송신기에서 보내진 신호를 수신기에서 보내진 신호를 수신기에 전달하는 메체의 역할을 한는 것이다. 잡음이라는 개념은 고급한 통신방식의 이용 따라 뚜렷하게 나타나 것인데, 전신이나 교환기의 지속불량의 부분이 있으면, 불규칙적인 방해작용이 들어오는 전화기가 전형적인 것이다. 그러나 원리적으로는 똑같은 식으로 거의 대부분의 통신에 나타나게 되는 것이다.

  일상회화를 예로 들더라도 방의 외부를 지나가는 교통기관의 불규칙한 소리의 방해가 그 잡음에 해당한다. 통신계를 위에서 말한 바와 같이 형식화해 보면 이를 통과 해가는 정보가 많은가 적은가에 따라, 그리고 어느 정도 정확한가가 문제가 된다. 즉 정보이론은 i)정보량의 측정에 관한 문제와 ii)정보의 질, 즉 정보의 확실성의 문제를 취급하는 것이다. i)은 정보를 변환하는 여러 가지 계의 용량의 문제에 귀착되고, ii)는 이들 계의 신뢰성과 잡음에 대한 안정성에 연관된다.

(자동제어론과 사이버네틱스)

 어떠한 자동장치, 가까운 예를 들어 문의 자동적인 개폐장치든지 문등의 자동점멸장치라도 신호의 전달이라는 것이 행하여져서 처음으로 작동하게 되는 것이다. 그 신호의 필요한 증폭작용은 진공관의 발달에 덕입는 바가 크다. 이런 발달이 있었기 때문에 에너지니 전력이니 하는 양에서 독립적으로 신호라든지 정보라는 양이 전술한 양과 같이 기술적으로 확대된 개념이 되게 된 것이다. 신호가 전달되는 방법은 기호적인 계통도로서 표시될 수가 있다. 이와 같은 계통도로서 표시할 때, 그중에 다음의 세가지 특징을 갖는 것이다. 1)이 계통도는 신호의 전달경로가 닫혀진 루우프 회로를 이루고 있다. 2) 신호는 루우푸 회로를 한 방향으로만 전달 한다. 3) 목표치가 있어 이것을 제어량의 크기에 맞추려고 한다. 이 세가지 특징을 갖는 것이 자동제어계인 것이다. 자동제어계의 제어 신호의 전달경로를 표시한 그림을 볼록 선도라 한다.

 

    목표치가 시간적으로 어떻게 변호하는 가, 기지인가 아닌가 하는 점에서 다음의 세 가지 형식으로 구분한다. I)장치제어: 목표치가 시간에 따라 변화하지 않는 일정치인 경우... 예를 들면 페니실린 배양탱크의 온도제어, 터어빈의 속도제어, 필름제조에 있어서 장력제어  ii) 프로그램제어: 목표치가 시간에 따라 변화하지만 그의 크기가 미리 정해진 것 iii) 수치제어: 이것은 목표치함수가 미지의 경우로서 자동평형기 등을 예로 들을 수 있다.

(사이버네틱스의 자동전자계산기)

 1940년 위이너는 기계적 아날로그 계산기의 고안자며, MIT공과대학의 동료였던 부쉬에 대해서 다음과 같이 권고문을 보냈다. I) 계산기는 그의 주요 부분인 가법 및 승법을 디지털형으로 할 것이며, 부쉬의 미분해석기와 같은 아날로그형은 피할 것, ii) 디지털형에서 스위치 동작은 톱니바퀴나 계전기와 같이 기계적 동작에 의하지 않고 관성이 없는 전자운동을 이용한 전공관회로에 의해서 계산을 고속화 할 것, iii) 연산장치에는 10진법보다는 2진법의 장치가 경제적이다. iv) 데이터가 한 번 계산장치 속에 투입되면 여기서부터 최종의 계산 화답이 나올 때 까지 전연 사람의 손이 개입되지 않고 기계 자신이 차례차례로 자동적으로 조작하게 할 것, 그러기 위해서는 계산 결과를 논리적으로 판단하는 기능을 기계 자신이 구비하여 있을 것 v) 기계에는 데이터의 기억장치를 가지고 있어 써넣고, 읽어내고 지워내리는 데 신속하게 할 수 있고, 기억이 소실할 때까지는 확실히 보존 할 수 있는 성질을 가지고 있어야 할 것, 위이너의 이러한 제창은 최초 디지털형의 릴레이식 및 전자계산기 이래로 일부 바꾸어져 가고 있다. 이와 같은 자동전자계산 장치는 첫째 그 속도에 있어서 굉장한 차이가 있고, 둘째 기억판단의 능력이 있어서 복잡한 계산이 자동적으로 될 수 있게 되어 있다. 계산기의 주요 부분을 들면 입출력 장치, 기억장치, 제어장치, 연산장치이다.

 기계를 취급하는 언어는 수치와 명령인데, 이것은 모두 펄스로서 같은 형식으로 나타나게 한다. 지령은 명령부와 어드레스로써 되어 있는 명령부에서는 4칙연산에서부터 여러 가지 논리연산의 종류를 지정한다. 어드레스부는 연산을 할 수치나 연산결과를 담아두는 기억장치의 장소를 지령한다. 프로그래밍이라는 것은 그의 지령과 함께 기계에 설명하는 것을 말한다. 자동전자계산기에 대해서는 기억장치나 연산장치에 어떠한 회로요소를 사용하는 것이 성능을 높이는가 하는 면만을 연구하는 부문이 있다. 이것은 릴레이에서 진공관으로, 진공관에서 겔마늄검파기등, 통신, 통신공학, 물리론의 분야에 속하는 것들의 발달을 이끌어 오고 있다. 이에 반해서 회로요소와는 무관하게 논리연산 및 수치연산의 구성 면만을 관계하는 부문이 있다. 사이버네틱스의 관계하는 곳도 주로 후자라 해도 좋을 것이다. 앞에서 말한 바와 같이 명령에 있어서도 가감승제의 4칙선 외에도 다음에 할 명령을 다른 데서 끌어내기  위한 <비약의 명령>이나 <조건이 붙은 비약의 명령>이라는 것이 있다. 이와 같이 기계가 그 조건에 따라서 자기 자신이 판단하여 다음의 연산을 선택하여 나가는 것을 자기조직과정이라 하기도 한다. 계산기의 이와 같은 기능의 면에서 튜링의 계산기. 논리 연산을 하는 기계, 게임을 하는 기계, 더 한층 나아가서 학습을 하는 기계, 자기 증식을 하는 기계등을 논하게 되었다.

<사이버네틱스와 생물학>

사이버네틱스는 그의 시발점에서부터 생물학의 많은 도움을 받고 있다. 사실 위이너는 생리학자 로젠부루스와의 많은 협력을 얻었다. 이 생리학자가 추구하여온 자율신경계의 연구는 생체내에 있어서의 통신과 제어의 연구에 지나지 않는다. 이와 같이 사이버네틱스는 동물 및 인간에 있어서 통신과 제어가 어떠한 순서로 행하여지는 가를 연구하게 됐고, 또 여기서 커다란 암시를 얻게 되었다. 여기서 동물이 가지고 있는 기능의 모방을 기계적 모델에 의해서 실현시키자는 연구가 진행되고 있다. 미국의 수학자 포노이만은 확률논리를 도입해서 다중의 회로를 사용한 통로 중에서 그들 사이의 견선을 아무렇게나 함으로써 틀리는 확률을 없애는 것을 시사하였다. 그리고 이와 같이 무작위적으로 다중화된 결선망을 신경계의 한 모델로 하는 사상을 전개시키고 있다. 또한 영국의 생리학자 아시비(W. R. Ashby)는 신경계가 가지는 적응이라는 특이한 기능의 기원을 연구하여 초안정계라는 개념을 도입하였다. 스위치 기구와 스위치 경계의 도입에 의하여 자동적으로 안정이 되고, 그러나 그 스위치 동작은 무작위란 요소를 갖는다. 여기에 의하면 완전히 기계적인 방법에 의하여 목적 추구적인 과정을 얻을 수가 있게 된다. 그것은 안정계가 되도록 설게되어 있지 않을지도 모르지만 소위 학습에 의해서 안정성을 가지게 된다. 이런 방면의 연구는 호르몬, 비타민과 같이 화학물질의 전달의 의해서 주어지는 조절 기능의 연구에서도 진전이 되고 있으며, 장래에는 굉장히 넓은 분야로 발전될 것이다.

<사이버네틱스와 언어학. 사회학>

 정보이론을 가진 사이버네틱스는 당연히 통신수단인 언어에 대해서 연구 방법을 제공할 가능성을 가지는 것이다. 원래 위이너는 언어학자인 아버지를 가졌고, 자기 자신, 다수의 국어에 정통하고 있었으며 사이버네텍스를 제창할 때부터 언어학의 응용에 대해서는 깊은 관심을 가지고 있었다. 개미사회의 통신방식을 논하고, 인류사회의 특징은 학습에 의해서 인간이 많은 통신수단을 획득함에 따르는 거이라고 생각하였다. 기술적인 방면에서도 번역기계의 고안이 근년에 와서 진행되어가고 있다. 인류사회에 있어서 통신방식. 매스커뮤니케이션의 문제에 대해서도 사이버네틱스의 견지에서 생각한다는 것도 암시적인 것이다. 정치에 있어서도 통신 외에도 제어에 대응해서 관리하는 것이 개입해온다. 현재 민주정치에서도 정보의 전달 피이드백 효과와 같은 점에서 보면 당연히 많은 결함이 지적될 수 있다.