Cibernética y control (I)

Para comprender la mente y la intencionalidad como modo de dirección de la acción es necesario estudiar la cibernética y el control.

Etimología

El término cibernética procede del griego Κυβερνήτης (kybernḗtēs), el timonel o piloto que gobierna una embarcación. Cibernética y gobierno tienen el mismo origen etimológico y comparten las mismas ideas subyacentes: entender la cibernética es equivalente a entender el gobierno porque ambos se refieren al control.

Aunque la cibernética pueda parecer algo extraño y complicado, relacionado exclusivamente con la ingeniería, lo artificial, la tecnología, las máquinas, los ordenadores, la informática y los robots, en realidad es el estudio del gobierno, la dirección o el control: es aplicable no solo a máquinas o herramientas, sino también a todos los seres vivos individuales como agentes autónomos capaces de dirigir su conducta, y a grupos sociales que necesitan algún tipo de coordinación y gobierno.

Norbert Wiener acuña y populariza el término cibernética en su libro Cibernética: o El control y comunicación en animales y máquinas (Cybernetics: Or, Control and Communication in the Animal and the Machine) (Wiener, 1948).

El control en un barco: timón y timonel

El control del movimiento de una embarcación mediante el timón y el timonel es un ejemplo que sirve para presentar de forma concreta las principales ideas abstractas de la cibernética.

Un barco es un objeto móvil sobre el agua cuya dirección de movimiento puede controlarse por un timonel al mando de un timón. El timón es un dispositivo con una superficie orientable que permite maniobrar una nave que se mueve sobre un fluido (como un buque sobre el agua), o una nave que se mueve a través de un fluido (como un submarino en el agua, o una aeronave en el aire): al cambiar la orientación de la superficie respecto al movimiento relativo del fluido se generan fuerzas y momentos de giro o rotación. El timonel o piloto es la persona que maneja el timón mediante una caña, una rueda o una palanca, según su propio criterio o según las órdenes de un superior, para mantener el curso o virar a babor o estribor (izquierda o derecha), pudiendo además modular la velocidad del giro (más despacio o más rápido).

Un barco necesita un único timón de control porque su movimiento es solamente en dos dimensiones sobre la superficie del agua. Las naves que tienen movimientos más complejos en tres dimensiones dentro de fluidos utilizan varios timones o superficies de control para las rotaciones respecto a sus tres ejes: en una aeronave son el timón de profundidad (para el cabeceo arriba o abajo), el timón de dirección (para la guiñada izquierda o derecha) y los alerones (para el alabeo).

Un barco suele tener un timón fijado a la popa, pero también es posible controlar la dirección mediante un remo con una pala grande que se introduce en el agua por el lado al cual se desea virar. Los sistemas de propulsión mediante remos o hélices también pueden utilizarse para maniobrar la nave si permiten impulsar más de un lado que de otro.

El timón es el actuador o efector mediante el cual es posible controlar la dirección del barco. Sin embargo el timón, siendo necesario, no es suficiente, ya que no funciona solo: requiere un timonel, quizás asistido por una tripulación, para manejarlo. La tripulación constituye la sensibilidad y la inteligencia del barco. El timón permite girar, pero es necesario decidir cuándo y cuánto girar, por qué y para qué. Poder girar no sirve de mucho si lo haces al azar. No basta con poder virar a un lado o a otro: también hace falta percibir e interpretar el entorno y las circunstancias ambientales, conocer el estado de la embarcación, conocer la posición de la nave, y saber cómo llegar al destino deseado de la forma más eficiente posible. Mientras que la tecnología del timón es relativamente simple y fácil de optimizar, la sensibilidad y la inteligencia constituyen los elementos más complejos e influyentes del control: el timonel o su capitán son quienes están al mando del timón, y no al revés. Un barco sin timón puede sustituirlo con relativa facilidad; la sensibilidad y la inteligencia son más valiosas y difíciles de conseguir. Es la inteligencia humana la que diseña, produce y maneja el timón.

El sistema de control de un barco

El sistema de control del barco se hace ciertas preguntas e intenta contestarlas: ¿dónde estoy?; ¿cómo estoy, cuál es mi propio estado?; ¿qué hay alrededor?; ¿cómo está el entorno, cuáles son las condiciones ambientales?; ¿percibo alguna oportunidad o amenaza?; ¿cómo aprovecho las oportunidades y evito los peligros?; ¿qué conviene hacer en cada circunstancia?; ¿qué sucede si hago esto u esto otro?; ¿qué es lo que quiero, debo y/o puedo conseguir y cómo lo hago?; ¿adónde quiero llegar y cómo llego hasta allí?

Una nave sin capacidad de control está a la deriva, a merced de los elementos, o se mueve al azar, por lo que es inútil, ineficiente o peligrosa. Un barco necesita un sistema de control para conocer su posición, velocidad y orientación, para percibir el entorno, y para realizar ajustes de rumbo y velocidad en tiempo real: el piloto, en solitario o con una tripulación, navega, vigila, maneja el timón para mantenerse recto o virar, y ajusta la propulsión (los remos, las velas, los motores) para mantener la velocidad, acelerar o frenar. De este modo es posible seguir una ruta, corregir o compensar los efectos variables de los vientos, las olas y las corrientes marinas, aprovechar circunstancias favorables como vientos de cola o mareas adecuadas, evitar colisiones no deseadas con obstáculos (otro barco, un arrecife, una mina), apartarse de entornos peligrosos (una tormenta, un remolino), perseguir objetivos (un banco de peces, una ballena, un barco enemigo al cual disparar, embestir o abordar), escapar de perseguidores (un barco enemigo, un torpedo), y llegar al destino deseado (un puerto seguro, la isla del tesoro).

En un barco el sistema de propulsión genera fuerzas o impulsos y el sistema de control distribuye y orienta esas fuerzas en intensidad, en el tiempo y en el espacio: cuánta fuerza se aplica, cuándo se aplica, dónde y hacia dónde se aplica; si existen varios motores o propulsores estos deben estar coordinados para funcionar con eficiencia de modo que no trabajen unos contra otros. En una pequeña barca de remos o canoa con un solo ocupante, este debe encargarse de todas las tareas: orientarse, impulsar y dirigir la barca con los remos o las palas; el remero percibe el entorno con sus sentidos, piensa, decide qué hacer, y utiliza sus músculos y los remos para mover la embarcación. En una barca o canoa más grande con varios remeros estos deben además coordinarse para decidir hacia dónde ir y para remar de forma sincronizada: todos en el mismo sentido, a la vez y sin estorbarse unos a otros. Algunas embarcaciones disponen de un timonel para marcar el rumbo con el timón y el ritmo de los remeros con alguna voz o gesto: los remos o palas sirven para propulsar a mayor o menor velocidad, y también para dirigir la embarcación cuando se aplica más fuerza a un lado que a otro, mientras que el timón solo sirve para dirigir el barco; los remeros deben ser potentes, resistentes y capaces de coordinarse, mientras que el timonel no requiere mucha fuerza sino que debe ser hábil con la caña del timón y preferiblemente ligero. En un barco de vela con un solo tripulante este se encarga del timón y de izar, orientar y arriar las velas. Si son varios tripulantes a bordo estos pueden repartirse las tareas. En una pequeña barca con motor una sola persona puede encargarse de la propulsión y la dirección, que pueden estar separadas (hélices fijas y timón) o juntas (motor con hélices orientables). Un barco grande normalmente tiene una tripulación con múltiples especialistas (vigilancia, navegación, comunicaciones, velas, remos, motores), organizados en departamentos (cubierta, máquinas), y con una jerarquía de mando con un capitán en lo más alto para coordinarlos. Las relaciones de control son múltiples: cada humano es un agente autónomo que controla su propio cuerpo y su conducta, es capaz de controlar alguna máquina y a otros humanos, y puede recibir instrucciones de control de otros humanos; los tripulantes se coordinan entre sí, y entre todos controlan el barco.

Una embarcación puede usar diversas tecnologías, sensores y automatismos para asistir a la tripulación en las tareas de control: brújula, catalejo, dispositivos de medición de velocidad, estaciones meteorológicas, sistemas de navegación (sextante, sistemas de posicionamiento global por satélite), mapas, relojes, sistemas de comunicaciones (banderas, altavoces, emisores y receptores de ondas radioeléctricas), herramientas de vigilancia (radar, sonar), pilotos automáticos.

Parte del sistema de control puede estar físicamente fuera del sistema controlado. Una nave teledirigida puede pilotarse a distancia, por control remoto, desde fuera de la propia embarcación, por un operario competente: para ello es necesario poder comunicar instrucciones de control y quizás también información sobre el estado de la nave y su entorno. Un usuario que puede ver directamente el objeto móvil controlado (un barco, avión u otro vehículo) solo necesita poder transmitir instrucciones; si el objeto no está directamente a la vista, como en el caso de un dron o vehículo aéreo no tripulado que se encuentre a una gran distancia, entonces es necesario recibir algún tipo de información acerca de la posición del objeto y su entorno, obtenida con algún sistema de navegación y cámaras u otros sensores a bordo.

Un barco autónomo es capaz de controlarse solo sin intervención humana: tal vez sea necesario que alguien le indique un destino final específico, por ejemplo para transportar una carga de un punto a otro; o quizás el barco explora y se mueve por sí mismo indefinidamente según un programa predeterminado que decide qué hacer según las circunstancias, por ejemplo buscando bancos de peces y avisando a otros barcos pesqueros, o buscando residuos contaminantes y avisando a otros barcos recolectores.

Cuando un humano controla plenamente una máquina sin automatismos ni autonomía, es él mismo quien debe planificar, pensar, observar, decidir qué hacer y actuar para conseguir el fin deseado. Con un sistema de control autónomo inteligente el usuario marca un destino u objetivo, el sistema calcula cómo alcanzarlo, y la máquina ejecuta por sí misma las acciones necesarias para conseguirlo. Muchas máquinas combinan automatismos y cierto nivel de autonomía con la necesidad de ser dirigidas o supervisadas por algún operario.

Cibernética

La cibernética es la ciencia e ingeniería del control: estudia el control y la comunicación en máquinas y seres vivos. Los seres vivos son un tipo especial de máquina o sistema dinámico capaz de realizar trabajo: son agentes autónomos autopoyéticos; máquinas orgánicas, naturales, que se construyen a sí mismas, muy complejas y autorreguladas.

En los animales, y especialmente en los humanos, el control se realiza mediante la percepción, las sensaciones, la cognición, las emociones, los sentimientos, el pensamiento, la razón, la inteligencia, la memoria, la imaginación, la voluntad, el inconsciente, la consciencia, la autoconsciencia, el lenguaje, las reacciones, los automatismos, los hábitos y la intencionalidad.

Controlar un sistema es regular su estado, los valores de sus atributos; dirigir su evolución o su conducta; determinar de forma parcial o total su situación, sus cambios, su movimiento; interactuar e influir sobre él o manipularlo de algún modo para decidir qué hace y cómo lo hace. Controlo el encendido y apagado de la caldera, la intensidad de su funcionamiento, y la temperatura de la habitación; conduzco un vehículo y controlo la potencia del motor, la velocidad y la dirección.

El control puede ser de un sistema sobre otro o de un sistema sobre sí mismo (autocontrol, autonomía, automatismos, autorregulación, autooorganización): un sistema de control puede regular el funcionamiento de otro sistema diferente (un sistema controlador y un sistema controlado, como en el caso de un operario que maneja una máquina), o puede regular la conducta de un sistema del cual forma parte (como un sistema de control integrado en una máquina autónoma, o el sistema nervioso de un animal).

El control se realiza mediante el uso de información: es necesario obtener y procesar información (percibir y pensar), tomar decisiones y ejecutarlas; suele ser necesario también almacenar y comunicar información.

La información representa al mundo, al sistema y su entorno: cómo es, qué cosas hay, qué atributos tienen, qué valores tienen esos atributos, qué relaciones o interacciones hay entre las diferentes entidades, qué cosas son permanentes y cuáles cambian, cómo se producen los cambios, qué acciones pueden realizar los diferentes agentes, qué se puede hacer para pasar de un estado del mundo a otro, qué consecuencias tiene una determinada acción.

Los sistemas cibernéticos pueden ser más o menos complejos, sofisticados y potentes según qué y cuánta información reciban, cómo sean capaces de procesarla, y qué acciones puedan ordenar o realizar. Hay automatismos muy simples, como el sistema de control de la carga de la cisterna de un inodoro; y otros sistemas de control muy complejos, como el sistema nervioso de un ser humano. Las estructuras de control suelen ser los elementos más complejos del sistema del cual forman parte.

Los dispositivos de control constituyen la sensibilidad y la inteligencia de un sistema, frente a otros elementos más relacionados con la potencia o la fuerza bruta. La capacidad de control utiliza la sensibilidad y la inteligencia para dirigir de forma eficaz y eficiente la capacidad de trabajo, las fuerzas y los movimientos. La potencia sin control no sirve de nada, o no se aprovecha, o incluso resulta peligrosa: un automóvil requiere un conductor competente y unos sistemas mecánicos y electrónicos en buen estado; hay problemas si los neumáticos no agarran al suelo, o si la dirección o los frenos no funcionan bien; un conductor torpe al volante de un vehículo muy potente no le saca el máximo partido e incluso corre el riesgo de tener un accidente.

Controlar es regular, dirigir, gobernar, pilotar, conducir, guiar, manejar, manipular, maniobrar, vigilar, mandar, liderar, coordinar, supervisar, administrar, gestionar. La cibernética investiga los mecanismos, dispositivos, técnicas, procesos, funciones y estructuras para el control de la conducta de máquinas y agentes: su naturaleza, sus capacidades, sus necesidades, sus límites, sus problemas, sus costes, sus riesgos.

Algunos humanos son especialistas en las tareas de control y coordinación de máquinas, de animales y de otros humanos: son las funciones del operario, el timonel, el piloto, el conductor, el guía, el líder, el capitán, el supervisor, el vigilante, el jefe, el gobernante, el director.

La cibernética se aplica tanto a individuos como a grupos: estudia la dirección inteligente, flexible y adaptativa de la conducta individual, y la coordinación de múltiples agentes en grupos o equipos de colaboradores, como puede ser una sociedad animal (una colonia de hormigas o de abejas), una organización humana (una empresa con su estructura de gestión, un ejército con su jerarquía de mando), un grupo de robots, o un colectivo que combine diversos tipos de agentes (máquinas, animales y humanos).

Los fenómenos de control se dan no solo en ciertas máquinas artificiales sino en todos los seres vivos, ya que estos son agentes autónomos, es decir que disponen de algún sistema de control propio para dirigir su acción o conducta. Los diferentes seres vivos requieren distintos sistemas de control más o menos sofisticados según el repertorio de acciones que sean capaces de realizar: los organismos más complejos y versátiles son los animales con sentidos y sistema nervioso para dirigir los diversos movimientos de sus músculos y la actividad de sus glándulas y vísceras; los animales sociales deben además coordinarse para cooperar con otros individuos de su grupo.

Normalmente se estudian de forma separada e independiente el control tecnológico en máquinas artificiales (para ingenieros), la dirección de la conducta en organismos (para biólogos), y la gestión de equipos y organizaciones humanas (para psicólogos, empresarios, directivos, mandos políticos y militares). Sin embargo es útil estudiar el control como un fenómeno común a máquinas, seres vivos, humanos, grupos sociales y sus posibles combinaciones.

La cibernética es conocimiento multidisciplinar: está relacionada con las matemáticas, la lógica, la estadística, la informática, los computadores, la programación, la robótica, los autómatas, la inteligencia artificial, los sensores, los procesadores, la comunicación, el procesamiento de señales, la teoría de sistemas complejos, la ingeniería (electrónica, comunicaciones, máquinas, industria, procesos, operaciones), las ciencias cognitivas, la psicología, la economía, la organización, la gestión, la moral, el derecho, la religión, la política.

Los sistemas cibernéticos pueden ser de muchos tipos según las tecnologías o tipos de elementos e interacciones involucrados: físicos (mecánicos, hidráulicos, neumáticos, electrónicos), químicos, biológicos, industriales, psicológicos, sociales, empresariales, políticos, militares.

Un sistema cibernético puede ser una entidad natural que emerge espontáneamente como resultado de un proceso evolutivo, como es el caso de los organismos y las sociedades, o puede ser una entidad artificial diseñada y planificada, como una máquina construida o una organización con un proyecto de trabajo. La capacidad de control evoluciona de forma espontánea y natural en los organismos vivos; en los sistemas artificiales, como las máquinas herramientas y las organizaciones humanas, debe ser introducida o proporcionada por sus ingenieros, diseñadores, constructores y gerentes.

La capacidad de control es útil para realizar diversas funciones esenciales: para estabilizar un sistema contrarrestando o compensando perturbaciones (corregir errores o desviaciones de un ideal o referencia), para intentar alcanzar objetivos (conducta intencional, reflexiva, consciente), para elegir qué hacer y cómo hacerlo según las circunstancias (fines y medios de acción), para producir y ejecutar un plan o estrategia, para coordinar la acción de múltiples agentes que conviven o cooperan (coordinación social, gestión efectiva y eficiente del trabajo en equipo).

Ejemplos de control

Todos los seres vivos son sistemas autónomos, que se autocontrolan: tienen sensores o sentidos para obtener información, un sistema nervioso o equivalente para procesarla, un sistema genético para construirse y alterar su funcionamiento mediante la producción de proteínas a partir de la información contenida en su genoma, y actuadores o efectores que realizan alguna función según las instrucciones de control recibidas (activación y desactivación de máquinas moleculares y procesos celulares, movimiento por los músculos, producción y liberación de hormonas por las glándulas). Los mecanismos de control son más simples en organismos más elementales (bacterias, plantas), y más sofisticados y versátiles en organismos más complejos (animales con sistema nervioso capaces de múltiples movimientos).

La homeostasis es la capacidad de los organismos de autorregularse y mantener un equilibrio dinámico con condiciones internas estables que permiten su supervivencia, compensando o contrarrestando cambios o perturbaciones del entorno mediante alguna acción controlada como un cambio en el metabolismo o un intercambio de materia y energía con el exterior. Ejemplos son la regulación de la temperatura (sudar cuando sube, temblar o activar mecanismos de liberación de energía cuando baja), de la acidez o alcalinidad (pH), de las concentraciones de diversas sustancias (glucosa).

La conducta de los seres vivos no es por lo general aleatoria sino que es dirigida por mecanismos de control. Si un organismo percibe una oportunidad (alimento, mejores condiciones ambientales, una pareja sexual) se mueve hacia ella, la atrae o la atrapa: un paramecio se mueve hacia donde hay más nutrientes; un león está hambriento, ve una cebra y la persigue; una hoja en forma de pinza de una planta carnívora detecta a un insecto que toca sus cilios, se cierra y lo atrapa. Si un organismo percibe un peligro (un depredador, malas condiciones ambientales) se aleja de él: la cebra escapa del león, o huye para evitar el fuego. Si un animal está fatigado se para a descansar o dormir; si está hambriento busca comida, si está sediento busca agua.

Algunos seres vivos, además de autorregularse, son capaces de controlar parcialmente a otros organismos: algunas especies de hormigas cultivan hongos o cuidan de rebaños de pulgones; el ser humano ha domesticado algunos animales (ganadería) y plantas (agricultura), no solo como alimento sino como fuente de materiales o de fuerza de trabajo.

Algunos seres vivos son capaces de usar e incluso producir herramientas que les ayudan a conseguir sus objetivos: un chimpancé utiliza una piedra para romper la cáscara de una nuez, una rama pelada para capturar termitas, o una esponja hecha de hojas y musgo para recoger agua o acicalarse; una persona utiliza un cuchillo, unas tijeras, un martillo y clavos, un destornillador y tornillos. Tanto la producción como el uso de herramientas requieren capacidades de control.

Los humanos controlan y usan de forma combinada animales y herramientas: un agricultor maneja un arado tirado por un buey; un conductor dirige un carro tirado por caballos, o un trineo tirado por perros.

Los humanos tienen capacidades para controlar a otros humanos, para ser controlados por otros humanos, y para coordinarse unos con otros. El lenguaje, en sus diversos tipos y manifestaciones (natural, formal, gestual, verbal, oral, escrito), es la potente herramienta de comunicación que emplean los humanos para el control y la coordinación: no sirve solamente para describir y representar la realidad, sino especialmente para manipular el estado y la conducta de los receptores influyendo sobre ellos; mediante el lenguaje se expresan deseos, necesidades, valores, avisos, amenazas, órdenes, reglas (prohibiciones y obligaciones que restringen las posibilidades de acción legal).

El lenguaje puede utilizarse también para controlar animales y máquinas capaces de entenderlo: un humano da instrucciones a un perro o a un caballo domesticados y entrenados, o programa un ordenador mediante algún lenguaje de programación, o habla con un asistente o agente dotado de inteligencia artificial.

Un individuo puede ser un especialista en controlar la conducta de otros: un policía regula el tráfico de automóviles; un controlador aéreo controla el tráfico de aeronaves tripuladas mediante herramientas de comunicación, navegación y vigilancia; un entrenador de un equipo de fútbol americano indica a los jugadores qué jugada de ataque realizar; un director de orquesta supervisa el trabajo de los músicos; un director de cine controla el trabajo de actores y técnicos.

Los humanos construyen herramientas o máquinas y las controlan de algún modo, quizás con dispositivos de ayuda al control. También pueden incorporar en ellas automatismos para que tengan algún grado de autonomía y se controlen parcialmente solas. Un piano es una máquina controlada por un pianista; una pianola reproduce automáticamente música codificada mediante perforaciones en un rollo de papel.

Una máquina simple puede carecer de mecanismos de control autónomo, de modo que el control es proporcionado por su usuario (como un cuchillo y el cocinero, o una bicicleta y su ciclista). El autocontrol de un sistema automático puede ser más o menos parcial o total: una lavadora automática es activada por un usuario que decide qué programa de lavado utilizar, y la máquina ejecuta sola las acciones del programa elegido; una lavadora más inteligente y autónoma puede activarse sola al detectar que está llena y decidir el programa de lavado según la suciedad de la ropa.

Un automóvil es controlado por un conductor; el motor de combustión interna de un automóvil se controla externamente a través del acelerador, pero internamente dispone de múltiples mecanismos de autorregulación para su ciclo de funcionamiento (mecanismos de inyección de combustible o de carburación, de distribución para la producción de la chispa de la bujía y la apertura y el cierre de válvulas, de refrigeración); algunos vehículos tienen sistemas de ayuda a la conducción como sistemas anti bloqueo de frenos para evitar derrapar, o sistemas de control de la velocidad de crucero para mantener automáticamente la velocidad escogida; un vehículo autónomo con un sistema de piloto automático no necesita un conductor, sino que es capaz de controlarse a sí mismo ajustando su rumbo y su velocidad, y solo necesita que le indiquen a dónde debe dirigirse. La autonomía puede darse en grados o niveles según las capacidades del sistema de control, qué cosas puede hacer solo y en qué circunstancias necesita ayuda o intervención externa.

Un proyectil es lanzado por un individuo que debe determinar una velocidad inicial, tanto en dirección como en módulo: una piedra, una lanza, un hacha impulsadas manualmente, una flecha con un arco o una ballesta, una piedra con una catapulta, una bala con una pistola, un obús con un cañón. Un cañón de artillería es manejado por una unidad que regula la dirección o ángulo de tiro (en horizontal y vertical) y puede disponer de un radar de vigilancia y un sistema de predicción de la posición del blanco para objetivos en movimiento. Un misil es un proyectil autopropulsado, con capacidad de maniobra (moviendo las aletas de guía o variando el ángulo del chorro de escape) y que puede ser guiado en su trayectoria hacia su objetivo por control remoto o mediante un sistema de autoguiado (búsqueda de la señal infrarroja de calor de la tobera de un reactor, o de una señal radar o láser).

La cisterna de un inodoro es un depósito de agua que tiene un mecanismo de control de la descarga y otro mecanismo de control del llenado: la descarga se produce al abrir el conducto de salida apretando un botón o tirando de una cadena, con un mecanismo automático que vuelve a cerrar el conducto de salida cuando el depósito ha terminado de vaciarse; el llenado es controlado automáticamente por una válvula de nivel, abierta por debajo de un determinado nivel de agua y cerrada al alcanzar dicho nivel para evitar que la cisterna siga llenándose de forma indefinida y el líquido se derrame fuera de su contenedor.

El regulador centrífugo de una máquina de vapor se utiliza para mantener una velocidad aproximadamente constante. Se trata de un sensor de velocidad de rotación conectado a la entrada de combustible a la caldera: cuando la velocidad baja la entrada de combustible se abre, con lo que el motor se acelera y la velocidad tiende a subir; cuando la velocidad sube la entrada de combustible se cierra, con lo que el motor se decelera y la velocidad tiende a bajar.

La válvula de seguridad de una olla a presión permite la salida de parte del gas cuando la presión en el recipiente es excesiva, y además la salida del gas puede utilizarse para generar un sonido de alerta. En un sistema autocontrolado la válvula estaría conectada con la cocina para reducir la intensidad del calor o apagarla.

Un termostato es un dispositivo con un sensor de temperatura ambiente conectado a un procesador, y este activa un interruptor que enciende o apaga un sistema de calefacción en función de la temperatura, comparándola con una temperatura objetivo deseada, controlando así la actividad de la calefacción y la temperatura del sistema calentado (un horno, una habitación). Puede disponer además de un reloj para funcionar solamente durante un tiempo o en unas horas determinadas. Cuando la habitación se enfría, el descenso de la temperatura por debajo de la deseada es detectado por el termostato, el cual activa la calefacción (una caldera de carbón, una estufa de gas, una resistencia eléctrica); la energía liberada en forma de calor incrementa la temperatura hasta que esta alcanza el valor deseado; al detectar que se ha alcanzado la temperatura deseada el termostato apaga la calefacción. El termostato controla la calefacción y esta influye sobre la temperatura de la habitación; los cambios de temperatura de la habitación son detectados por el termostato y alteran su comportamiento (bucle de realimentación termostato → calefacción → habitación → termostato). Un termostato también puede utilizarse para controlar el funcionamiento de un sistema de aire acondicionado que enfríe un habitáculo, o un sistema mixto de calefacción y refrigeración capaz de controlar la temperatura en ambos sentidos (hacia arriba y hacia abajo).

Un regulador automático puede encender un sistema de iluminación cuando la luz ambiental es baja, apagarla cuando vuelve a ser suficiente, o incluso ajustar su intensidad según las necesidades.

Los autómatas son máquinas, instrumentos o aparatos que operan por sí mismos: contienen alguna fuente de energía recargable o están conectados a una (un muelle, el movimiento del agua o el viento, una batería o una conexión eléctrica), y un mecanismo más o menos complejo y sofisticado para generar y controlar una secuencia de movimientos. Algunos autómatas se construyen como juguetes, para el entretenimiento, o como formas de imitar movimientos y conducta de seres vivos: una caja de música, una marioneta o muñeca mecánica, figuras en relojes de cuco, figuras animadas en una atracción de feria. Otros autómatas son máquinas diseñadas para realizar alguna tarea útil: una lavadora automática, un robot en una fábrica.

Un ordenador es una máquina programable controlada por un usuario mediante unos dispositivos de entrada (teclado, ratón, micrófono, cámara) y con la ayuda de unos dispositivos de salida (monitor, altavoces). El ordenador puede utilizarse para controlar otras máquinas o procesos (una impresora, una herramienta industrial, una fábrica, una central nuclear).

Funciones y elementos de control

La actividad de control puede ser analizada o descompuesta en varias funciones especializadas complementarias, y a cada función le corresponde una estructura o elemento del sistema de control.

Las funciones principales del control son la obtención de información, el procesamiento de información (incluyendo la toma de decisiones), y la ejecución de las decisiones. A nivel físico las estructuras o elementos esenciales que realizan estas funciones son los sensores, los procesadores y los actuadores o efectores. Otras funciones esenciales relacionadas con el control son el almacenamiento de la información en memorias y la comunicación de información entre emisores y receptores mediante mensajes, señales, canales, codificadores, decodificadores, intérpretes o traductores, y protocolos de transmisión.

Un sistema obtiene información mediante sensores, la trata, transforma o procesa mediante algún dispositivo más o menos inteligente capaz de tomar decisiones (un procesador o computador, un cerebro o sistema nervioso), y ejecuta las decisiones mediante efectores o actuadores. Los sensores detectan algún fenómeno observable y generan una señal (o múltiples señales) que es enviada al procesador para que la trate; el procesador manipula, transforma o combina las señales de algún modo más o menos complejo y genera una señal de salida o decisión; los actuadores reciben la señal de salida y ejecutan la acción correspondiente.

Los sensores constituyen la sensibilidad o capacidad de percibir la realidad; los procesadores constituyen la inteligencia o capacidad de utilizar la información para interpretar la realidad, valorarla y decidir qué hacer; los actuadores o efectores constituyen la capacidad de influir sobre la realidad, de generar algún efecto que la modifique.

Todas las funciones y elementos son importantes porque su ausencia impide o anula la posibilidad de control: sin sensores no hay contacto con el mundo y se actúa a ciegas; sin procesadores no hay tratamiento o interpretación de la información ni toma de decisiones adecuadas y se actúa al azar; sin actuadores o efectores no se puede tener ningún efecto o consecuencia sobre el mundo.

La comunicación siempre existe de algún modo en un sistema cibernético, por lo menos internamente, porque los sistemas de control tienen partes diferenciadas y la información debe transmitirse entre ellas: el sensor envía información al procesador, el procesador puede ser complejo y necesitar mover información entre sus diversos componentes o subsistemas, y la decisión tomada por el procesador debe comunicarse a los actuadores. La comunicación también puede darse con memorias (se envía información a la memoria o se recibe de la memoria) o con agentes externos.

Considerando, además de los sensores y los actuadores, las funciones de almacenamiento y comunicación, y centrándose en la actividad del procesador, este recibe información de sensores, memorias u otros procesadores, trata la información, y envía los resultados de su tratamiento a actuadores, memorias u otros procesadores. Un procesador es un operador que transforma unas señales de entrada (con diversos orígenes posibles) en otras señales de salida (con diversos destinos posibles).

Es posible un sistema de control muy sencillo con un solo sensor, un solo procesador simple y un solo actuador. Los sistemas cibernéticos complejos están formados por múltiples y diversos elementos, componentes o subsistemas: pueden disponer de diferentes tipos de sensores, procesadores y actuadores, y además es posible que tengan múltiples copias de cada uno por razones de eficacia, eficiencia y seguridad (corrección de errores, resistencia a fallos, redundancia). Elementos de distinto tipo permiten realizar tareas diferentes o la misma tarea con diversas tecnologías.

Los seres humanos disponen de sensores, procesadores y actuadores, además de memorias y órganos para la comunicación: son capaces de sentir, percibir, pensar, valorar, actuar, recordar, comunicar, y muchas conductas hacen uso de todas estas capacidades. En su trabajo dentro de una organización cooperativa los diferentes especialistas pueden resaltar más algunas funciones que otras: el espía recibe y transmite información del enemigo; el general la recibe, la procesa y da órdenes de ataque; los soldados ejecutan una carga contra las posiciones rivales. El albañil coloca ladrillos según el plan del arquitecto, y también le informa del progreso de la obra y sus problemas.

Sensores, procesadores, efectores, memorias, transmisores y receptores pueden ser muy diversos según sus diferentes capacidades, eficacia y eficiencia (errores, fallos, costes): tipo, cantidad y calidad de la información obtenida por los sensores; tipo, cantidad y velocidad de las operaciones de tratamiento de la información por los procesadores; tipos de efectos, potencia (trabajo realizado por unidad de tiempo) y precisión de las acciones de los efectores; cantidad de información almacenada, velocidad de escritura y lectura de las memorias; cantidad y velocidad de información comunicada por emisores y receptores.

En algunos sistemas modulares los dispositivos de control son físicamente separables y sustituibles por otros que tengan las características adecuadas, lo cual es útil para resolver averías o para aprovechar avances tecnológicos: mejores sensores; más memoria, velocidad de procesamiento, capacidad de comunicación, fiabilidad; más capacidad de acción; menor consumo energético.