サイバネティクス（制御論）とは：定義・歴史・主要概念をわかりやすく解説
サイバネティクス（制御論）を初心者向けに定義・歴史・主要概念を図解と事例でわかりやすく解説。学際的背景や応用まで網羅。
サイバネティクスとは、動物と機械の制御とコミュニケーションの研究である。ノルベルト・ウィーナーは、「情報は情報であって、物質やエネルギーではない」と付け加えた。155
定義と基本的な考え方
サイバネティクスは、システムがどのようにして環境とやり取りし、目的を達成するために自らの状態を調節するかを扱う学問です。単に物の構造や材質を扱うのではなく、「これは何をするのか？」という行動や機能に注目します。ロス・アシュビーはこの点を強調し、次のように定義しています。
ロス・アシュビーはそれを次のように定義しています。"操舵術の芸術...調整、規制、制御がそのテーマとなり、これらは生物学的にも実用的にも最大の関心事であるからです...それは物ではなく、行動の仕方を扱うものです。それは、"これは何か？"ではなく、"これは何をするのか？"を問うものです。アシュビーは続けた。
"サイバネティクスとは、電子的、機械的、神経的、経済的な実在の機械のことであり、幾何学が地上空間にある実在の物体のことであるように、実在の機械のことである。
この定義からわかるように、サイバネティクスは「機械」を広く捉え、電子回路やロボットだけでなく、神経系や経済システムといった複雑で相互に影響し合う仕組みも含めて考えます。ルイ・クーフィグナルは、サイバネティクスを「行動の有効性を確保するための技術」と述べており、目的達成に向けた制御・調整が中心テーマであることがわかります。
歴史と発展
サイバネティクスは最初から学際的な研究分野でした。少なくとも十数の学問分野の人々が参加していました。第二次世界大戦後には、二つの出来事がありました。一つ目は、戦争中、様々な背景を持つ科学者たちが、様々な軍事プロジェクトで一緒に仕事をしていたことです。彼らは、様々なパートナーとの協力の仕方について多くのことを学びました。2つ目の出来事は、戦時中にコンピュータが発明されたことです。
戦後、ノルベルト・ウィーナーの著作『サイバネティクス』（英: Cybernetics, 1948年）が広く影響を与え、制御と情報の概念が体系化されました。さらに、マッカーイ会議（Macy Conferences）などの場で、数学者、技術者、医学者、心理学者、人類学者などが集まり、学際的な議論が進みました。
サイバネティクスを始めた国はイギリスとアメリカでしたが、フランスやロシアなどにも急速に広まっていきました。もう一つの有名な「学際的研究」の例としては、分子生物学と細胞生物学があります。
主要概念
- フィードバック（帰還）：システムの出力が入力に影響を与える仕組み。負帰還は安定化（例：サーモスタット）、正帰還は増幅や発散（例：マイクのハウリング）を生みます。
- 情報：ウィーナーが示したように、情報は物質やエネルギーとは別の概念で、通信や制御における関係性や意味を扱います。
- 自己組織化と適応：複雑系が外部からの制御なしに秩序を生み出す性質。生物や社会システムで重要です。
- 必要多様の法則（アシュビーの法則）：制御者が扱える「多様性」は、制御対象の不確実性に見合うものでなければならない、という原理。これは情報量や規模に関する重要な指針です。
- モデルと抽象化：サイバネティクスは具体的実体ではなく、その行動や機能を抽象化したモデルを重視します。これにより異なる領域間で概念や方法を転用できます。
代表的な例と応用例
- サーモスタットやクルーズコントロールなどの基本的な制御システム（負帰還の例）
- アシュビーのホームオスタット（Homeostat）など、自己安定化装置の研究
- ロボティクスや制御工学、制御理論、信号処理
- 生物学（ホメオスタシスや神経回路の解析）、医療（生体制御の理解）
- 経済学や社会システムのモデル化、組織論、意思決定支援
- 現代では、システムズバイオロジー、サイバー・フィジカル・システム、AIや機械学習といった分野と接続しています。
発展の流れと分岐
サイバネティクスはその後、第一の波（物理的・電子的な制御や情報理論に基づく研究）から発展し、第二の波として「観測者自身を含めたシステム」を扱う「第二次サイバネティクス（自己観察や自己参照）」へと拡大しました。ハインツ・フォン・フォースターらがこの潮流を代表します。
現代的意義
今日、サイバネティクスの考え方は依然として重要です。複雑で相互依存するシステムを理解し、設計し、制御するための方法論や概念を提供する点で、気候システム、都市設計、医療ネットワーク、インターネットやロボット工学など多くの領域に応用されています。サイバネティクスは学際性を基盤とし、理論と実践を結びつける役割を果たしています。
以上のように、サイバネティクスは単なる工学分野ではなく、情報・制御・コミュニケーションという普遍的なテーマを通じて、生物・機械・社会を横断する広い視点を提供する学問です。
パスクの会話理論のイラスト。
積み木
セントラルヒーティングシステムのようなシンプルなシステムを想像してみてください。
目標指向型または制御システムには、以下の4つの部分があります。
- センサー（S）：システムの環境をテストします。
- 目標（G）：システムの望ましい状態の指定。
- 誤り検出（Ｅ）：現在の状態と目標状態との差を求める方法。
- エフェクター（E'）：環境を目標に近づけるためにシステムができる操作。
これを行う装置をサーモスタットといいます。
後年
サイバネティクスは急速に始まり、戦後の偉大な思想家たちの中にもサイバネティクスに興味を持っていた人がいました。この世代が亡くなり、人工知能やロボット工学への期待の一部が成果を上げるのに時間がかかるようになると、サイバネティックスはやや人気を失ってしまいました。
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質問と回答
Q:サイバネティクスとは何ですか?
A:サイバネティクスとは、動物や機械における制御やコミュニケーションに関する学問です。物ではなく、行動の仕方に着目し、いかにして行動の有効性を確保するかに注目します。
Q:「情報は情報であり、物質やエネルギーではない」という言葉を作ったのは誰ですか?
A:ノーバート・ウィーナーです。
Q:ロス・アシュビーは、サイバネティクスをどのように定義したのですか?
A:ロス・アシュビーは「操舵術」と定義している。これは何なのか」ではなく、「何をするのか」を問うのです。
Q:第二次世界大戦後、サイバネティクスを始めた国はどこですか?
A:第二次世界大戦後にサイバネティクスを始めたのはイギリスとアメリカの2カ国ですが、フランスやロシアなどもすぐに取り入れました。
Q:戦後、サイバネティクスが始まったきっかけは何ですか?
A:第二次世界大戦後、サイバネティックスの火付け役となったのは2つの出来事で、戦時中にさまざまな軍事プロジェクトで異なるバックグラウンドを持つ科学者が協力し合う方法を学んだことと、この時期にコンピュータが発明されたことです。
Q:この時期に生まれた学際的な研究の例として、他にどのようなものがありますか?
A:分子生物学や細胞生物学も、この時代に生まれた学際的な研究の一例です。
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