Текст книги "Журнал "Компьютерра" N747"

Автор книги: Компьютерра Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 10 страниц)

АНАЛИЗЫ: Игривые предки мультитачей

Автор: Александр Поддьяков

Устройства, эксплуатирующие идею множественного прикосновения, нередко кажутся нам новыми, хотя ничего кардинально нового в них, конечно, нет – не удивишь мультитачностью ни пианистов, ни любителей спиритических сеансов, ни, как выяснил Александр Поддьяков, любителей головоломок.

Идея множественного прикосновения, расширяющего возможности прикосновений одиночных, была реализована в целом ряде приспособлений и механизмов, в том числе в игрушках-головоломках.

Сейчас уже не определишь, что в истории механизмов и машин появилось раньше – игрушки, использующие возможности одновременных манипуляций с несколькими деталями (например, для демонстрации неожиданного и забавного эффекта), или же устройства абсолютно практического назначения (например, сложные замки, требующие одновременного нажима-поворота-смещения тех элементов, которые выполняют роль ключей).

Ясно лишь, что оба направления – игровое и практическое – развивались и вглубь, и вширь. В результате трудно найти человека, который, например, никогда не видал кодового замка на двери, требующего одновременного нажима нескольких кнопок, а среди людей, интересующихся играми и головоломками, – того, кто не видел и не слышал о соответствующих игрушках, а в компьютерной игре не открывал бы виртуальных дверей, не добывал те или иные секреты путем хитрого комбинированного воздействия и т. п.

В этой статье мы обратимся к игровому направлению – к некоторым игрушкам, которые сейчас, задним числом, можно отнести к предшественникам мультитачей, реализующим идеологию множественного, комбинированного воздействия для получения нужного эффекта.

Из старинных (как минимум средневековых) забав, казалось бы, максимально далеко отстоящих от современных аккордных клавиатур и айфонов, следует упомянуть головоломные сосуды, предназначенные не столько для питья, сколько для обливания пьющего, – кружки "Пей, да не облейся". Это сосуды со множественными фигурными вырезами выше уровня наливаемой жидкости и невидимыми отверстиями и каналами внутри стенок. При попытке попить из такой кружки человек неизбежно и сильно обольется, если не зажмет определенную комбинацию отверстий, придав сосуду определенное положение. Поиск нужного "аккорда" на отверстиях такой кружки-"мультитача" – дело непростое. Много воды (пива, меда, вина) утечет, если решать эту задачу методом тыка – точнее, "перебора тыков".

Что касается современных игрушек, то в журнале "Наука и жизнь" в разделе, посвященном головоломкам, публиковались заметки об авторских механических игрушках, которые можно перевести в желаемое состояние только путем одновременного нажима-смещения сразу нескольких (или даже всех) фигурных деталей. Из головоломок, требующих невидимого извне комбинированного воздействия, упомянем "коробочку с секретом" под названием "Заколдованный круг" изобретателя Т. Матвеевой. Вращая дно головоломки определенным образом, надо вызвать одновременное срабатывание двух замков, открыть крышку и достать жемчужину.[Калинин А. Путешествие за головоломками // Наука и жизнь. 2002. N 12. www.nkj.ru/archive/articles/5148.]

Вместе весело нажать

Вместе весело не только шагать, но и делать многое другое. Для того чтобы узнать, насколько люди склонны делать нечто вместе и насколько им действительно при этом весело, достаточно давно используются устройства отчасти исследовательского, отчасти игрового назначения – интеграторы групповой деятельности. Они предполагают или даже требуют координации одновременных воздействий со стороны всех участников группы. Например, работая с групповым сенсомоторным интегратором (ГСИ-6) Л. И. Уманского, шесть человек должны, согласуя свои воздействия на органы управления, как можно быстрее провести щуп-писчик по S-образному лабиринту, стараясь как можно реже касаться щупом стенок лабиринта.[Уманский Л. И., Чернышев А. С., Тарасов Б. В. Групповой сенсомоторный интегратор // Вопросы психологии. 1969. N 1.С. 128-130.] Этот и другие аналогичные приборы использовались и используются для изучения групповой сплоченности, динамики распределения функций в группе и т. п. (Вероятно, если сделать симуляцию какой-либо версии такого интегратора на современном мультитаче, может получиться забавная игра.)

Это же касается и другого устройства дальнего родственника кружки «Пей, да не облейся». Оно использовалось для изучения и моделирования социальнопсихологической динамики в группе космонавтов. Участники заходят в душевые кабинки (каждый в свою) и пытаются принять душ. Пытаются – потому что вращение кранов горячей и холодной воды в кабинке каждого участника приводит к неожиданным изменениям температуры и напора воды в кранах других участников.[У одного из наших сотрудников эта увлекательная игра реализована в виде связки кранов на кухне и в ванной. Стоит начать мыть посуду, как из ванной раздается гневный рык. – Прим. ред.]

Такая вот социальная игра "лей, да не ошпарься/не отморозь".

Это объекты не совсем игровые, но у них есть игровые аналоги. Варианты различных групповых сенсомоторных интеграторов-"мультитачей" можно было видеть в некоторых заданиях игры "Форт Байяр" – включая, естественно, финал, когда участники должны встать на нужные ячейки пола-"мультитача", чтобы вызвать долгожданный поток монет. Здесь мультитачность скорее символическая, но в процессе игры были задействованы и вполне реальные сенсомоторные интеграторы.

Что касается игрушек не для взрослых, а для тех, кому они, вероятно, все-таки нужнее, – для детей, то в познавательном и социальном отношении очень хороши для ребенка (тут надо вдохнуть) матричные командно-сигнальные устройства с совмещенным расположением клавиатуры и информационной панели – сложные, впрочем, больше по названию, чем по принципу работы. Издавна с такими информационными устройствами работают взрослые[Конарева В. П., Тяпченко Ю. А., Седакова Л. Б. Исследование работы оператора с матричными командно-сигнальными устройствами // Техническая эстетика. 1975. N 12. С. 25-27.]. Но упрощенный вариант можно дать и ребенку – как головоломку.

В своих экспериментах я давал, например, такую[В течение ряда лет я занимался изучением самостоятельной познавательной деятельности детей, в том числе с игрушками-головоломками, и делал такие головоломки сам по мере надобности, о чем даже написал монографию "Исследовательское поведение: стратегии познания, помощь, противодействие, конфликт".].

На верхней панели матричной головоломки находятся два перпендикулярных ряда кнопок (по 5 кнопок в каждом ряду), а также 35 окон: 2 перпендикулярных ряда по 5 окон непосредственно напротив кнопок (эти окна закрыты белыми заслонками) и матрица из 25 окон с зелеными заслонками чуть дальше – внутри квадранта, заданного перпендикулярными рядами кнопок.

Нажим на какую-либо одну кнопку приводит к открыванию белого окна прямо напротив нажатой кнопки. Нажим на две кнопки (одну в одном ряду и одну в другом) приводит не только к открыванию двух соответствующих белых окон, но и к открыванию зеленого окна, находящегося на пересечении горизонтали и вертикали, проходящей через эти кнопки. В каждом окне находится изображение какого-либо сказочного персонажа, и его становится видно при открывании заслонки (рис. 1).

Я предлагал двум детям, объединившимся на добровольной основе, поиграть с этой новой игрушкой (например, в группе детского сада я говорил: "Кто хочет поиграть с новой игрушкой? Нужно двое ребят, чтобы могли играть вместе"). Участники: дети четырех-шести лет.

Показав игрушку, я не давал никаких объяснений относительно ее работы и способов действий, не ставил никаких задач и вводил единственное правило: кнопки одного ряда "принадлежат" одному ребенку, кнопки второго ряда – другому, и трогать "чужие" кнопки не разрешается.

Вначале дети нажимали кнопки независимо друг от друга, рассматривая изображения ближайшего к себе ряда (их, напомню, можно было открывать и одиночными нажимами). В какой-то момент оба случайно нажимали кнопки одновременно друг с другом и замечали новое открывшееся окно с картинкой. Обычно каждый из детей считал, что это он открыл окно (ведь оно открылось при его нажиме), о чем и сообщал вслух. Здесь между некоторыми детьми возникал спор ("Это я открыл Красную Шапочку!", "Нет, я!", "Это моя Красная Шапочка!", "Нет, моя!"). Далее ситуация развертывалась по одному из двух сценариев.

Кто-то из детей оказывался более напористым, а другой – более податливым: он начинал верить, что именно действия первого привели к открыванию окна, а его собственные действия – лишь дополнительные, вспомогательные, "доводящие".

Первый быстро осваивал роль командира, отдающего указания ("Нажми эту кнопку;

теперь эту"), а второй становился их исполнителем (хотя объективно вклад обоих был абсолютно одинаков и равно необходим)

Но в ряде случаев ситуация развивалась по-другому. Один из детей догадывался, как может доказать свою правоту, – он отпускал свою кнопку и злорадно или, наоборот, меланхолически констатировал закрывание окна ("А я закрыл твою Красную Шапочку"). Это был очень важный момент – взрослеющий человек экспериментально доказывал свое утверждение, используя отрицательную информацию – информацию о связи отпущенной кнопки и закрывшегося окна.

Обычно дети до семи лет не используют отрицательную информацию: например, чтобы определить, кто «автор» того или иного эффекта в совместной компьютерной игре, они предпочитают еще более интенсивно осуществлять действия (еще чаще долбить по клавише), а не демонстративно прекращать их. Матричная головоломка побуждала использовать новую, более сложную стратегию доказательства.

Сделав затем несколько одновременных нажимов и отпусканий, дети признавали, что открывание окон является результатом их совместных действий ("Мы открываем вместе") и что друг без друга здесь не обойтись. После этого они начинали координировать свои действия, общаясь в подчеркнуто вежливой манере ("Нажми, пожалуйста, ту кнопку", "А теперь ты нажми вон ту"). Этот переход от агрессивного спора к взаимной вежливости и даже слову "пожалуйста" выглядел весьма забавно.

Особый интерес представляли ситуации взаимной координации не просто отдельных действий, а целых стратегий.

Например, один ребенок удерживал в нажатом положении первую кнопку своего ряда, а другой по очереди перебирал все кнопки своего; затем первый переходил к удержанию второй кнопки, а другой опять нажимал все кнопки своего ряда и т. д., пока не были перебраны все изображения в окнах. Эта самостоятельно обнаруженная процедура перебора "цикл в цикле" очень помогала понять принцип работы устройства и структуру его внутренних связей.

И апогей мультитачности – оба ребенка, используя обе руки (а иногда еще и собственный нос, если рук не хватает), нажимают все кнопки сразу и охают, увидев все открывшееся поле изображений ("Ух ты, как много сразу!").

«Мультитачное» экспериментирование

Комбинаторные способности считаются одними из важнейших в мышлении человека. Опробование различных аккордов и наблюдение за возникающими эффектами может при определенных условиях стать для играющего (ребенка или взрослого) упрощенным аналогом многофакторного эксперимента, требующего интеллектуальных усилий той или иной напряженности.

Дело в том, что многофакторное экспериментирование позволяет изучать такое принципиальное свойство систем, как эмергентность – несводимость свойств системы к сумме свойств ее отдельных элементов (неаддитивность, несуммативность).

Простейшей физической метафорой несуммативности, проявляющейся в эксперименте, является взвешивание нескольких объектов. Пусть имеется три объекта: A, B, C. Когда мы взвешиваем их по отдельности, то обнаруживаем, например, что объект A весит 2 г, B – 5 г, а C – 10 г. Но когда мы взвешиваем два объекта A и B, то получаем не 7 (2+5), а, например, 25 г. Когда взвешиваем A и C, то получаем не 12 (2+10), а 1 г.

Когда взвешиваем B и C, то получаем не 15, а 3 г. Объяснение такого рода фактов состоит в том, что взвешиваемые объекты вступают друг с другом и с окружающим в различные взаимодействия (например, химические или какие-либо другие). Взвесив все три объекта вместе, мы можем получить и отрицательный вес: чашку весов начинает тянуть не вниз, а вверх. (Если А, В, С – это, предположим, три блока самособирающегося вертолета.)

Может ли ребенок, оставшись один на один с объектом, без помощи взрослого и обсуждения с партнером, понять хоть что-то в хитросплетениях многофакторных взаимодействий? Может – если девайс с аккордной клавиатурой специально "заточен" под игровое комбинаторное экспериментирование: дизайн клавиатуры облегчает поиск комбинаций, а наблюдаемые эффекты стимулируют комбинировать еще и еще.

Приведу пример устройства из собственного арсенала.

"Треугольная" головоломка имеет 4 органа управления (3 кнопки в вершинах очерченного треугольника и тумблерпереключатель сбоку) и 2 треугольных окна – ближнее и дальнее. В "форточках" ближнего окна находятся скрытые изображения животных и их различных гибридов[Я чрезвычайно признателен психологу и художнице Н. Щербе за изготовление эскизов этих животных.], в "форточках" дальнего – картинки разных искусственных предметов и их комбинаций. От положения переключателя (аналога переключателя регистра) зависит, в каком окне – ближнем или дальнем – будут зажигаться "форточки".

От того, сколько кнопок нажато и какие именно, зависит расположение осветившейся "форточки" и появление животного того или иного облика (появление той или иной композиции предметов). Общий вид устройства и принцип его работы показаны на рис. 2.

В целом, чтобы просмотреть все изображения во всех форточках, необходимы 15 различных одиночных и комбинированных воздействий, то есть полный комбинаторный перебор воздействий на 4 органа управления (за исключением "пустой" комбинации, когда ничто не нажато), или, другими словами, – полный факторный эксперимент с 4 факторами (хотя ребенок таких слов и не знает). В эксперименте участвовали дошкольники четырех-шести лет. Абсолютное большинство детей (около 80%), включая большинство четырехлеток, в процессе самостоятельного обследования-экспериментирования позажигали все форточки и просмотрели по несколько раз все картинки. Делали они это с большим интересом, а некоторые и с азартом.

В известных мне исследованиях, использующих игровые материалы другого рода, дети такого возраста были способны осуществить полный комбинаторный перебор только двух факторов, и это в лучшем случае. Игровой девайс с аккордной клавиатурой и понятными ребенку наблюдаемыми эффектами позволяет детям проявить свои способности более полно.

Множественность, одновременность воздействий – интригующая характеристика, привлекающая интерес и изобретателей игрушек, и игроков – разгадчиков головоломок. Вряд ли можно перечислить всех ближних и дальних родственников устройств-мультитачей, когда-либо использовавшихся в практических и игровых целях. Будем ждать новых интересных потомков – в том числе игривых.

ОРУЖИЕ XXI ВЕКА: Батарея – разряд!

Автор: Ваннах Михаил

Сегодня совершенно серьезно обсуждается вопрос об отставке пороха. Нет-нет, не потому, что человечество решило отказаться от такой извечной забавы, как война. Порох может быть отправлен на покой потому, что артиллерия начнет использовать иные физические эффекты – электромагнитные.

Подобные мысли бродили давно. Подтверждение тому мы найдем в художественной литературе, в строках безвременно ушедшего от нас Александра Исаевича Солженицына. Вот сцена из "Красного колеса", где в Военнопромышленный комитет (дело происходит во время Первой мировой) приходят два изобретателяшарлатана:

"Эта пара отлично знала, что сейчас решается вопрос дальнобойности, и, покинув свои прежние отвергнутые проекты, они предлагали теперь бросать снаряды вообще не порохом, а электромагнитными силами: построить магнитно-фугальное орудие длиною в 70 аршин – и осуществится выстрел на 300 верст! Немного продвинуться нашим войскам – и можно обстреливать Берлин! И какие преимущества: выстрел без звука, без дыма, без блеска! И не нужно толстой трубы, простота отливки! и – практически вечное орудие, никакого износа!

Все-таки втянули Ободовского в обсуждение. Но хотя и геолог, он все же достаточно тут видел.

И прокатывал требовательными бровями:

– Но позвольте, господа, а не понадобится вам ток в миллион ампер? А чем вы будете его накоплять? А какая у вас мощность электростанции?

Хотя почти наглядно это был фанатический или недобросовестный вздор, но они так переваливались через стол по обе стороны, – каково было горняку взять на себя отвержение величайшего, может быть, оружия XX века?"[А. И. Солженицын, "Октябрь шестнадцатого".]

Вот так беспощадно великий русский писатель, капитан артиллерии (человек, о котором эмигрант профессор Н. Ульянов некогда писал в "Новом русском слове", что Солженицын – это коллективный псевдоним, придуманный КГБ для дезинформации Запада, ибо не может один человек так дотошно знать и описывать и тюремные процедуры, и виды онкологического лечения, и исторические военные действия…)оценил проект электромагнитного орудия.

Да и в массовых технических кружках советского периода нашей истории почти каждый мальчонка, обнаружив, как якорь втягивается внутрь соленоида, высказывал (человек по своей природе добр!) идею применения этой силы для метания в недругов разных предметов. После чего руководитель кружка ставил мальчонку к грифельной доске и, попутно знакомя с законами сохранения, заставлял обнаружить, что для обеспечения выстрела из трехдюймовки потребуется мощность весьма крупной по тем временам электростанции. Артиллерийские системы были и остаются одними из самых мощных – и не превзойденных по соотношению мощность/масса! – тепловых машин. Но у всех тепловых машин есть свои пределы, устанавливаемые беспощадной наукой термодинамикой.

Итак, что мы хотим от артиллерии? Чтобы ее снаряды попадали в цель и производили наибольшие разрушения. Исторически выделилось два типа снарядов – ядро и бомба. Первые поражают своей кинетической энергией, внутри вторых размещен разрывной заряд. (Первоначально и для метания, и для взрыва использовался порох.) Потомки первых – подкалиберные бронебойные снаряды. Дети вторых – снаряды осколочные, фугасные, да и ядерные… И естественно, чтобы произвести разрушения, снаряд должен встретиться с целью. Достичь ее по дальности. Прийти в точку наводки тогда, когда цель в ней находится. Для этого (отбросим тонкости наводки и управления огнем) желательна высокая скорость снаряда, высокая баллистика. Растет мощность тепловой машины, коей является пушка.

Со всеми вытекающими последствиями, как-то: ростом отдачи, а следовательно, и весом лафета и откатных устройств; повышением давления в канале ствола; термической эрозией, приводящей к износу орудия.

Поскольку всякая техническая система – и система оружия в том числе – всегда является компромиссом между разнообразными требованиями, в истории встречались попытки пожертвовать баллистикой в пользу разрывного действия снаряда. В 80-х годах позапрошлого века, когда единственная доступная высокобризантная взрывчатка – динамит – не переносила условий орудийного выстрела, капитан армии США Эдмунд Залински (Zalinski) изобрел пневматические орудия. Это были 15-дюймовки, с дальностью "огня" всего лишь в милю. Зато они могли выбрасывать на эту дистанцию снаряды с зарядом до 100 кг динамита. Трехорудийные батареи пневмопушек были установлены на укреплениях Сэнди-Рок в Нью-Джерси и в калифорнийском Форте Уинфилд Скотт. Под них в 1888 году был сконструирован "динамитный крейсер" USS Vesuvius. Его боевое применение 13 июня 1898 года для бомбардировки укреплений Сантьяго-деКуба в ходе Испано-Американской войны произвело исключительный психологический эффект.

Вот свидетель, кавторанг Владимир Иванович Семенов, офицер, переживший и оборону ПортАртура, и Цусимский бой. В своих воспоминаниях Семенов писал[В. И. Семенов, "Расплата", СПб, 1994.], что когда увидел эффект действия японских снарядов по флагману адмирала Рожественского броненосцу "Суворов", на котором находился при Цусиме, то подумал, что японцы используют нечто вроде орудий Залинского. Но развитие военной техники пошло другим путем. Это были выпускаемые из обычных орудий фугасы и бронебойные снаряды, снаряженные шимозой – прессованной пикриновой кислотой, не склонной к детонации при выстреле. Превосходство японских боеприпасов над российскими – снаряженными пироксилином (считай, тем же порохом), – было одной из важнейших причин тягчайшего поражения в истории нашего флота.

Дальше шимоза и мелинит вытеснялись толом и тетрилом, те – гексогеном и октогеном. Появлялись более мощные и стабильные пороха. Но – химическая взрывчатка имеет свой предел мощности. А боеприпасы ядерные слишком уж близки к Оружию Судного Дня. А нанести противнику максимум поражений хочется.

Поэтому мысль оружейников вернулась к поражающему принципу пушечных ядер. При достаточно большой скорости снаряда выделяющаяся при попадании в цель энергия будет весьма велика. Три с небольшим километра в секунду – и она равняется действию заряда гексогена того же веса. В десять раз больше – и "гексогеновый эквивалент" болванки возрастает в сто раз! Да еще растет вероятность поражения движущихся целей. Превосходно!

Правда, есть маленькое но…

Даже если мы возьмем пороховой заряд того веса, энергия сгорания которого будет, казалось бы, достаточной (по закону сохранения энергии), чтобы достигнуть необходимых скоростей, мы столкнемся с другими ограничениями, накладываемыми на тепловую машину термодинамикой. В результате – экспоненциальный рост требуемого давления в стволе, падение КПД… Предел скорости калиберного снаряда – около 1500 м/с.[edusworld.org/ew/ficheros/2004/railguns.pdf.]Его пытались преодолеть в так называемых адиабатических пушках, в которых энергию давало сгорание пороха, а рабочим телом служил гелий, имеющий более высокую скорость истечения. Но схема оказалась слишком сложной. И тогда обратились к электромагнетизму.

Вспомните громоздкие компрессоры и пневматические отбойные молотки дорожных рабочих недавнего прошлого. Сейчас роль этих инструментов играют переносные электрогенераторы и электроперфораторы, куда более компактные. Электромагнитное поле – это идеальное "рабочее тело". Оно распространяется с максимально возможной скоростью – скоростью света. И технология XXI века предоставляет оружейникам сверхмощные униполярные генераторы[М. Ваннах, "Относительность и электрические машины", "КТ" #684, с.31.], конденсаторы гигантских емкостей, делающие вполне реальным создание электромагнитных орудий. Во всяком случае – их испытания, проведенные в январе-феврале нынешнего года Центром надводных вооружений ВМФ США (Naval Surface Warfare Center Dahlgren Division), выглядят весьма эффектно (см. фото на преды дущей странице). Максимальная достигнутая скорость – около 3500 м/с, энергия – 9 МДж. Используются орудия, сделанные по принципу рельсовой пушки. В них напряжение подается на два параллельных рельса, при замыкании которых перпендикулярным проводником возникает сила, направленная вдоль рельсов. Она-то и разгоняет снаряд. На фото мы видим за вольфрамовым снарядом, которому и предстоит пора зить цель, скобкузамыкатель, частично превращенную в плазму пробежавшим по ней сверхмощным током.

А на очереди уже 32-ме га джоу левая установка [3], разрабатываемая британской BAE Systems по контракту с ВМФ США. Работы, на которые выделено $36 млн., намечено завершить в 2011 году. Если заказчик останется доволен, следующий этап будет финансироваться гораздо щед рее – $276 млн. Предполагается, что к 2020 году он приведет к созданию электромагнитных орудий с дульной энергией в 64 МДж, что примерно в семь раз выше, чем у нынешних опытных образцов. Эти орудия должны поступить на во оружение строящихся в США эсминцев серии DDG1000 Zumvalt, чья модульная конструкция и электрическая трансмиссия рассчитывалась с прицелом на перспективные ЭМ-пушки. Будут ли они действительно эффективным оружием или останутся курьезом вроде орудий Залинского – покажет лишь время.