Claude Shannon – Biografia, Storia e Invenzioni

Claude Shannon è un famoso matematico, ingegnere elettronico e genetista americano, talvolta titolato come il padre della teoria dell’informazione.

Claude Elwood Shannon (1916-2001) era uno studente eccezionale, e dopo aver ricevuto nel 1936 due lauree (una in ingegneria elettrica e una in matematica) all’Università del Michigan, iniziò gli studi universitari al Massachusetts Institute of Technology (MIT), dove ottenne un master in ingegneria elettrica e il dottorato in matematica nel 1940. Mentre era al MIT, lavorò sull’analizzatore differenziale di Vannevar Bush (un computer meccanico analogico, progettato per risolvere le equazioni differenziali per integrazione).

Studiando i complicati circuiti dell’analizzatore differenziale, Shannon vide che i concetti di Boole potevano essere utilizzati con grande utilità. Nel numero del 1938 delle Transactions of the American Institute of Electrical Engineers pubblicò un articolo, tratto dalla sua tesi di master del 1937, A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits. Questo articolo valse a Shannon il premio Alfred Noble dell’American Institute of American Engineers nel 1940. Alcuni hanno chiamato la tesi di Shannon forse la più importante, e anche la più famosa, tesi di master del secolo

Nel suo documento, Shannon dimostrò che l’algebra booleana e l’aritmetica binaria potevano essere usate per semplificare la disposizione dei relè elettromeccanici allora usati negli interruttori telefonici, poi capovolse il concetto e dimostrò anche che dovrebbe essere possibile usare la disposizione dei relè per risolvere problemi di algebra booleana. Sfruttare questa proprietà degli interruttori elettrici per fare logica è il concetto di base che sta alla base di tutti i computer elettronici digitali. Il lavoro di Shannon è diventato il fondamento della progettazione pratica dei circuiti digitali quando è diventato ampiamente noto tra la comunità di ingegneria elettrica durante e dopo la seconda guerra mondiale. Il rigore teorico del lavoro di Shannon sostituì completamente i metodi ad hoc che avevano prevalso in precedenza.

Nel 1940, Shannon divenne National Research Fellow presso l’Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey. A Princeton, Shannon ebbe l’opportunità di discutere le sue idee con scienziati e matematici influenti come Hermann Weyl e John von Neumann. Shannon lavorò liberamente attraverso le discipline, e cominciò a plasmare le idee che sarebbero diventate la teoria dell’informazione.

Durante la seconda guerra mondiale Shannon lavorò sui sistemi di controllo del fuoco e sulla crittografia ai Bell Labs. Nel 1943, entrò in contatto con il famoso matematico e crittoanalista britannico Alan Turing, che si trovava a Washington per condividere con il servizio di crittoanalisi della Marina degli Stati Uniti i metodi usati dalla Scuola di codice e cifratura del governo britannico per decifrare i cifrari tedeschi. Turing mostrò a Shannon il suo documento seminale del 1936 On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem, che definiva quella che ora è conosciuta come la macchina universale di Turing, che lo impressionò, poiché molte delle sue idee erano complementari alle sue.

Nel 1948 Shannon pubblicò un altro documento seminale-A Mathematical Theory of Communication. In questo articolo definì il soggetto della teoria dell’informazione e propose un modello schematico lineare di un sistema di comunicazione, che era una nuova idea. Si pensava allora che la comunicazione richiedesse l’invio di onde elettromagnetiche lungo un filo. L’idea che si potessero trasmettere immagini, parole, suoni, ecc., inviando un flusso di 1 e 0 su un filo. Introducendo la parola bit per la prima volta, Shannon mostrò che l’aggiunta di bit extra a un segnale permetteva di correggere gli errori di trasmissione. Fu la persona che vide che la cifra binaria era l’elemento fondamentale in tutte le comunicazioni. Questa è stata davvero la sua scoperta, e da essa è scaturita l’intera rivoluzione delle comunicazioni.

Le idee del documento di Shannon furono presto raccolte da ingegneri e matematici delle comunicazioni in tutto il mondo. Furono elaborate, estese e completate con nuove idee correlate. L’argomento prosperò e crebbe fino a diventare un capitolo completo ed eccitante negli annali della scienza.

Il lavoro successivo di Shannon si concentrò sulle idee dell’intelligenza artificiale. Nel 1950 pubblicò un documento innovativo sugli scacchi al computer, intitolato Programming a Computer for Playing Chess, che portò alla prima partita completa giocata dal computer MANIAC di Los Alamos nel 1956. Lo stesso 1950 creò il mouse elettronico Theseus (vedi la foto qui accanto) che poteva risolvere problemi di labirinto. Era un mouse magnetico controllato da un circuito a relè che gli permetteva di muoversi in un labirinto di 25 caselle. La configurazione del labirinto era flessibile e poteva essere modificata a piacere. Il mouse era progettato per cercare attraverso i corridoi finché non trovava il bersaglio. Avendo viaggiato attraverso il labirinto, il topo sarebbe stato posizionato ovunque fosse stato prima e a causa della sua precedente esperienza poteva andare direttamente all’obiettivo. Se posizionato in un territorio non familiare, era programmato per cercare fino a raggiungere una posizione conosciuta e poi avrebbe proceduto verso l’obiettivo, aggiungendo la nuova conoscenza alla sua memoria e imparando così. Il mouse di Shannon sembra essere stato il primo dispositivo di apprendimento del suo genere.

Shannon applicò il suo genio di inventore anche ad altre aree, ad esempio inventando una versione a due posti del suo amato monociclo, ed è probabilmente vero che nessuno era ansioso di condividerlo con lui. Un’invenzione successiva, il monociclo con il mozzo decentrato, avrebbe portato la gente nei corridoi per guardarlo mentre lo cavalcava, dondolando su e giù come un’anatra.

Shannon ha applicato il suo genio in altri campi.