Текст книги "В поисках чуда (с илл.)"
Автор книги: Лев Бобров
сообщить о нарушении
Текущая страница: 23 (всего у книги 25 страниц)
Без машины как без рук
Человек и машина… Практические выгоды такого союза очевидны.
«Одна из великих проблем, с которой мы неизбежно столкнемся в будущем, – проблема взаимоотношения человека и машины, проблема правильного распределения функций между ними, – писал Норберт Винер в своей последней книге „Творец и робот“. – Человеку – человеческое, машине – машинное. В этом и должна, по-видимому, заключаться разумная линия поведения при организации совместных действий людей и машин. В наше время мы остро нуждаемся в изучении систем, включающих и биологические и механические элементы… Одна из областей, где можно использовать такие смешанные системы, – это создание протезов, заменяющих собой конечности или поврежденные органы чувств.
Немалая работа над созданием искусственных конечностей ведется в России, в США и в других странах группой ученых, к которой принадлежу и я. Эта работа по своим принципам намного интересней, так как она действительно использует кибернетические идеи. Искусственные руки уже были изготовлены в России, и они даже позволили некоторым инвалидам вернуться к продуктивному труду».
Летом 1960 года в Москву на I Международный конгресс по автоматическому управлению съехались посланцы разных континентов. Во время одного из докладов к доске подошел 15-летний парнишка.
Он уверенно вывел на ней белым по черному: «Привет участникам конгресса!» Писал эти слова безрукий юноша. Брать мел, держать его, вырисовывать буквы, проделывать многие иные манипуляции молодому человеку позволял протез, побуждаемый к достижению цели лишь волей хозяина.
Когда мы хотим взять какой-то предмет, из мозга по нервным волокнам к мускулам-исполнителям тотчас поступает директива: «Сократиться!» Она представляет собой серию дискретных биоэлектрических сигналов. Чем сильнее наше желание, тем чаще импульсы.
Пусть теперь у пострадавшего ампутирована часть предплечья. У локтя еще сохранились остатки мышц, двигавших когда-то пальцами. Когда инвалид, используя свой давний навык, пытается согнуть отсутствующую кисть, в недрах усеченной живой ткани возникают скачки электрохимических потенциалов.
Их воспринимают электроды, наложенные на культю. По проводам биоточные сигналы передаются в полупроводниковый блок управления, который запросто умещается в кармане. Там они преобразуются в соответствующую команду. Приказ адресуется миниатюрному электромоторчику, который питается от батарейки. Микродвигатель через систему рычажков заставляет искусственные пальцы сжиматься.
«Способ биоэлектрического управления» – так называлось авторское свидетельство от 27 марта 1957 года, выданное советским ученым и инженерам А. Е. Кобринскому, М. Г. Брейдо, В. О. Гурфинкелю, А. Я. Сысину, Я. С. Якобсону. А в конце 1959 года в СССР появилось первое в мире искусственное предплечье, функционирующее по этому принципу.
Гуманное изобретение советских специалистов служит сотням калек у нас и за рубежом, избавляя их от гнетущей беспомощности, возвращая им вместе с трудоспособностью радостное жизнеощущение.
В последние годы автоматами успешно имитируются также и другие органы: сердце, легкие, почка, ухо, даже нос. Неплохое дополнение к электронному мозгу и фотоэлектрическому глазу, не правда ли?
Может статься, из таких вот, разве что более совершенных, узлов и смонтируют когда-нибудь искусственное разумное существо…
Биоэлектрическая рука подвела нас к целой коллекции моделей. Перед нами аппараты, которые по своим функциям, порой даже по форме и величине, напоминают тот или иной; натуральный объект, в данном случае физиологический. Что касается конструкционных материалов, внутреннего устройства, то здесь уже сходство весьма и весьма отдаленное, если вообще оно есть. Впрочем, модель всегда отражает лишь некоторые свойства оригинала – те, что наиболее существенны в условиях какой-то задачи. И в зависимости от этого она в одних случаях представляет собой мертвый муляж, в других – действующий макет, в третьих…
…Ровные строчки цифр. Их напечатала на перфокартах электронная вычислительная машина «Киев».
Так подытожила она результаты, полученные за несколько секунд. А работа ее заключалась вот в чем: моделировался биологический процесс, начавшийся миллионы лет назад и продолжающийся по сию пору, – эволюция живых существ.
Жизненная среда, ее обитатели, их рождение, размножение и смерть, сохранение и изменение у них наследственных черт от поколения к поколению; гибель особей, не приспособленных к окружающим условиям, и естественное искоренение их рода; выживание лишь тех экземпляров, чье поведение, чьи качества наилучшим образом отвечали суровой действительности; передача этих благоприятных признаков от родителей к детям и закрепление их за потомками – как воссоздать сложную динамичную картину миллионолетней драмы? Ее участники, ее движущие силы, будь они материализованы в виде статичной диарамы или даже кинофильма, оказались бы словно убитыми до появления на свет: ведь в любой серии самых превосходных кадров каждая следующая сцена уже заготовлена заранее, и при новом просмотре она неотвратимо повторится.
Не такую модель реализовали в своей программе, названной «эволютором», киевляне А. А. Летичевский и А. А. Дородницына по идее В. М. Глушкова. Они ввели в цепочку событий элемент случайности, присущий самой природе. Отклонения от первоначальной линии поведения, вызванные у организмов «мутациями», были всякий раз неожиданными. При повторных машинных проигрываниях всей биологической эпопеи отдельные ее фрагменты и результаты не совпадали. Зато еще доказательней выявились общие закономерности, которым подчинены любые случайности.
Так советские ученые создали не мертвую иллюстрацию к дарвиновскому учению, а некое живое подобие исторических событий в биосфере.
Член-корреспондент АН СССР А. А. Ляпунов (Новосибирск) и его московская сотрудница О. С. Кулагина – авторы другой аналогичной работы – считают, что на кибернетической модели эволюционного процесса удастся исследовать механизмы естественного отбора.
В «эволюторе» нет ни самих организмов, ни даже простых муляжей. Перед нами не что иное, как набор правил, который превращается в последовательность импульсов в радиоэлектронных схемах машины.
Но это самая настоящая модель. Теперь моделирование – неотъемлемая сторона всякого творческого поиска – все чаще осуществляется в «уме», в «воображении» машины.
Вот пример из химической технологии.
Проектирование промышленного аппарата обычно проходит долгий путь постепенного увеличения габаритов. Сначала, конечно, просто колба. Лабораторная установка. За ней укрупненная, опытная, дальше полупромышленная, наконец, заводская.
Но есть иной путь.
Еще в 30-е годы молодой ученый, ныне академик, директор Новосибирского института катализа Георгий Константинович Боресков сформулировал и решил первые задачи по математическому моделированию химических процессов. Его замыслы простирались далеко. Рассчитывать заводские реакторы, минуя канительные промежуточные этапы, не строя полупромышленных установок, а исходя из анализа уравнений, выведенных на основе лабораторных экспериментов… Интересные, бесспорно, в теоретическом плане идеи Борескова пугали тогда громоздкостью и трудоемкостью расчета, требовавшего высокой квалификации как в математике, так и в химии. Положение изменилось с появлением вычислительных машин.
Подводя итоги 1963 года, президент нашей академии М. В. Келдыш заявил: «Получены первые результаты методов физического и математического моделирования к расчету некоторых химико-технологических процессов, что сокращает сроки перехода от лабораторных опытов к промышленной реализации процессов. Эта проблема настолько важна, что на ней должны быть сосредоточены усилия и химиков, и физиков, и математиков».
Вместо 10–15 лет 2–3 года! В пять раз ускорилось внедрение новых процессов и аппаратов в современную технологию благодаря чудесному катализатору – математическому моделированию с помощью электронных машин.
Краеугольным камнем этого метода стала идея, высказанная Г. К. Боресковым и М. Г. Слинько в 1958 году. Не нужно создавать промышленный реактор в миниатюре! Цель лабораторных экспериментов вовсе не в том, чтобы максимально приблизиться к реальным заводским условиям. Конечно, теплофизические и гидродинамические факторы играют там огромную роль, здесь же они, накладываясь на чисто химические закономерности, только мешают изучить главное – кинетику взаимодействия.
Как же учесть тогда его физические стороны?
Например, как переносится тепло вместе с веществом, как оно передается стенкам сосуда и катализатору, как лучше подводить его или отводить. Наконец, существенны и гидродинамические характеристики процесса: ведь реакция идет не в спокойной, неподвижной среде, а в непрерывном потоке!
Все это уже выяснено учеными для подавляющего большинства практически важных процессов.
Зачастую можно воспользоваться готовыми результатами.
Остается установить химические закономерности и совместить их с физическими, чтобы затем перенести это сочетание в крупномасштабные условия. Как показал член-корреспондент АН СССР Михаил Гаврилович Слинько, такая «проекция» не по плечу теории подобия, хоть она верой и правдой служит авиаконструкторам и кораблестроителям, испытывающим миниатюрную модель и сразу же пересчитывающим полученные результаты для всамделишного лайнера. Выход из положения – машинный анализ математической модели, то есть всего набора кинетических, теплофизических, гидродинамических уравнений.
С октября 1962 года в Институте катализа установлена «своя» вычислительная машина МН-14.
В отличие от цифровых она называется аналоговой.
Грубо говоря, явления, протекающие в ее электрических цепях, схожи с теми, что наблюдаются в химическом аппарате, во всяком случае описываются одинаковыми уравнениями – как правило, дифференциальными.
Поневоле вспоминается высказывание Владимира Ильича Ленина: «Единство природы обнаруживается в „поразительной аналогичности“ дифференциальных уравнений, относящихся к различным областям явлений». В свое время великий русский кораблестроитель академик А. Н. Крылов также подметил эту особенность. Казалось бы, что общего между движением небесных светил и качкой корабля? «Если написать только формулы и уравнения без слов, – говорил Алексей Николаевич, – то нельзя отличить, какой из этих вопросов разрешается: уравнения одни и те же».
Вот и здесь: с одной стороны – концентрации, температуры, давления, с другой – напряжение электрического тока; законы же их изменения, допустим, сложения (интегрирования), одинаковы.
Машина «превращается» в реактор. Она «в уме» варьирует его характеристики и параметры технологического процесса, отбирая наилучшее сочетание.
Именно так на МН-14 Институтом катализа был опробован новый способ получения формальдегида – важного полупродукта в производстве полимеров.
Три-четыре дня моделирования – и перед химиками лежали готовые результаты. Вместе с лабораторными исследованиями все это заняло меньше четырех месяцев. Расчеты сразу же поступили в конструкторское бюро для проектирования заводского контактного аппарата.
Тем временем Новосибирский химзавод параллельно разрабатывал конструкцию обычным путем.
Монтаж, налаживание, пуск одной лишь опытной установки отняли почти год. Предстояла следующая стадия – изготовление и освоение полупромышленного варианта, и лишь после этого можно было приступить к созданию заводского агрегата.
Содружество химиков, математиков и машин высвободило колоссальные ресурсы времени и средств.
Нашествие автоматов, или новая Хиросима старого мира
На примере МН-14 мы впервые столкнулись с аналоговыми вычислительными машинами. Их электронные схемы имеют дело с величинами (напряжениями тока), изменяющимися непрерывно. Вычисления здесь ведутся приблизительно так же, как с помощью логарифмической линейки – там ведь движок с делениями тоже плавно, без скачков скользит вдоль шкалы.
Решения зачастую поступают на выход в виде графиков – скажем, на экране осциллографа появляется кривая, изображающая некую функциональную зависимость. Поворот ручки, напоминающей регулятор настройки у радиоприемника, – и яркий зеленоватый контур начинает деформироваться, опять же без резких, четко разграниченных переходов, свойственных кадрам кинофильма. Именно так – плавно, постепенно – варьируются параметры технологического процесса на аналоговой машине.
До знакомства с МН-14 речь шла главным образом о применении цифровых вычислительных устройств. Их называют еще дискретными автоматами, ибо они оперируют, напротив, отдельными числовыми «квантами» – одинаковыми по длительности электрическими импульсами. В этом смысле они отдаленно похожи на обыкновенные счеты с их костяшками. Или на арифмометр. Свои результаты выдают они, как правило, словно кассовый аппарат чеки, в виде числовых таблиц на перфокартах.
Цифровая машина в отличие от аналоговой способна решать то же самое уравнение с любой наперед заданной точностью, хотя и пользуется приближенными методами. Она не воспроизводит целиком то или иное сложное явление изменением потенциалов в своих схемах, не дублирует его как оно есть, исходя из физических аналогий, но педантично, шаг за шагом просчитывает его по особому, чрезвычайно упрощенному, а потому и намного удлиненному описанию, изложенному на языке арифметических (логических) операций с числами. Это делает ее универсальней. Она способна решать более широкий класс задач, в частности лингвистических, биологических, экономических; даже таких, которые не удается свести к аналитическому, формульному выражению (скажем, в виде дифференциальных или алгебраических уравнений).
Наконец, она может обучаться и сама себя программировать: выполнив какой-то раздел своей программы, вносить, если нужно, исправления и дополнения в следующий его фрагмент. Титулом «электронный мозг» в его современной интерпретации награждаются именно дискретные автоматы.
И все же аналоговая техника при исследовании некоторых сложных динамических процессов, не требующих особой точности, оказывается предпочтительнее цифровой – более громоздкой, требовательной и дорогой. Следует отметить, что устройство непрерывного действия не нуждается в генераторе случайных величин (таковой, если помните, требовался при моделировании эволюции на цифровой машине «Киев»).
Элемент случайности здесь уже присутствует – его вносят естественные «шумы», которыми сопровождается работа любых электрических цепей.
Сейчас во всем мире насчитывается около 100 тысяч аналоговых электронных машин. Наиболее многочисленную группу среди них составляют дифференциальные анализаторы (интеграторы). Первый проект такого устройства (механического) английский ученый У. Томсон предложил еще в 1876 году, однако не смог его осуществить: не позволяла тогдашняя техника.
Один из первых механических дифференциальных анализаторов современного типа был создан в 1936–1939 годах членом-корреспондентом АН СССР И. С. Бруком, а из электронных – в 1946 году советским ученым профессором Л. И. Гутенмахером.
С 1948–1949 годов электроника прочно воцарилась в аналоговой технике. За интегратором ИПТ-4, разработанным в Институте автоматики и телемеханики АН СССР коллективом конструкторов под руководством доктора технических наук В. Б. Ушакова, последовали ИПТ-5, МПТ-9, МПТ-11, МН-1, МН-7, МН-8, МН-10, МН-11 и уже известная нам МН-14.
Есть, конечно, у нас и другие электронные моделирующие установки.
Чем лучше, чем подробнее отражает дифференциальное уравнение какую-то сложную динамическую картину, тем выше его порядок. И тем труднее оно решается (интегрируется). Вот почему к главным показателям, характеризующим математические возможности, так сказать, «интеллектуальную мощь» автомата, принадлежит его способность справляться с уравнениями высшего порядка. Например, шестого – они были по плечу еще машинам ИПТ-4 и МН-3.
Шестнадцатого – МПТ-9. А «потолок» МН-14 поднят до тридцатого порядка!
За лаконичными и бесцветными аббревиатурами скрываются изумительные по своему совершенству произведения инженерного искусства. Так, наша знакомая МН-14 представляет собой внушительный электронный агрегат с 8 тысячами полупроводниковых диодов и триодов, с 3100 радиолампами, с 45 километрами проводов. Составленный из пяти секций – «шкафов», он занимает целый зал.
Огромна установка МН-8. В ней 2500 радиоламп, размещенных в полутора дюжинах шкафов. Зато МН-10, изготовленная без единой лампы, весит всего 45 килограммов и занимает лишь половину письменного стола. Это первое в мире малогабаритное аналоговое устройство, выполненное сплошь на полупроводниках. Оно потребляет такую же мощность, что и осветительная лампочка средней руки – 200 ватт.
История цифровой вычислительной техники также уходит в глубь веков – к зарубкам, узелкам, счетам и арифмометрам. Но эра «электронного мозга» началась лишь 20 лет назад.
В 1918 году советский физик М. А. Бонч-Бруевич придумал ламповую радиосхему, получившую наименование триггерной ячейки. В ней изменение одного фиксированного состояния на другое под действием электронного импульса протекает практически безинерционно. Триггеры («спусковые крючки») пришли на смену неповоротливым механическим счетчикам, в которых переход от одного числа к другому, связанный с вращением зубчатых колес или движением якоря реле, осуществляется в тысячи раз медленнее.
Первые цифровые вычислительные машины на вакуумных лампах появились в 1946–1950 годах в США. В 1953 году в СССР вступила в строй БЭСМ, созданная коллективом специалистов во главе с академиком С. А. Лебедевым. Выполняя 10 тысяч арифметических операций в секунду, она долгое время оставалась самой быстродействующей в Европе.
Вскоре к ней присоединились «Стрела» и «Урал» (первая сконструирована под руководством Ю. А. Базилевского, вторая – Б. И. Рамеева). А сегодня семья сложных думающих агрегатов так разрослась, что всех ее представителей трудно даже назвать поименно.
Вот, например, полупроводниковая БЭСМ-6.
Универсальная. С большой памятью. Быстродействие – миллион в секунду. Ввод и вывод информации (он осуществляется с помощью магнитных лент и барабанов, перфокарт и перфолент, телетайпов, печатающих буквы и цифры) – несравненно более медленная процедура. Чтобы не терять времени даром, машина, пока в нее поступают исходные данные и параллельно из нее же встречным потоком выводятся готовые результаты, не останавливается, не ждет. Она занята другой проблемой, ибо, может решать сразу несколько задач.
Все многочисленней, все разнообразней с каждым годом славная когорта отечественных счетно-решающих устройств – больших и малых, универсальных и специализированных, цифровых и аналоговых, а также гибридных – дискретно-непрерывных.
«Русские начали работать над вычислительными машинами позже нас, но уже определенно сократили разрыв, – заявил в 1961 году американский ученый Пол Армер. – Они придают большое значение развитию вычислительной техники. В математике русские давно уже заслужили отличную репутацию.
В вычислительной математике, я не сомневаюсь, они в общем перегнали Запад… Конечно, проблема высказываний относительно того, кто из нас впереди, является трудной, если не неразрешимой. Единственная статья из прочитанных мною, где заявляется, что США отстают от Советского Союза, – это публикация Грегори Разрана, помещенная в „Сайенс“…
С 1955 года в МГУ организованы семинары по кибернетике, которые… имеют целью сближение ученых разных специальностей, объединяемых кибернетикой.
Нам сказали, что около 500 физиков обратилось к биологическим наукам. Мы разговаривали и с И. М. Гельфандом, всемирно известным математиком, ныне работающим в области физиологии. Он начал изучать мозг, но переключился на сердце, которое, он считает, устроено много проще. Со знаниями, полученными при изучении сердца, он вернется к исследованию мозга. Нам также рассказывали, что и другие математики работают над психологическими и физиологическими проблемами».
Бурный расцвет кибернетической науки и вычислительной техники в Советском Союзе почему-то до сих пор изумляет зарубежных наблюдателей. Так когда-то дивились они нашим успехам в ядерной физике и энергетике. Так сюрпризом для них оказались наши ракеты и спутники. Видимо, нелегко свыкнуться с мыслью, что СССР – совсем не та Россия, какой она была полвека назад и какой все еще предстает перед Западом со страниц школьных учебников и пропагандистских статей…
(Кстати, 10 марта 1967 года зафиксирован первый результат в шахматном матче между вычислительными машинами СССР и США. На девятнадцатом ходу советская программа объявила мат американской.)
Пол Армер делает вывод: «В свете нашего соревнования с СССР существенно всякое мероприятие в этом направлении особенно с тех пор, как русские стали отводить проблеме искусственного мозга большую роль, чем мы. Даже если бы русские не были нашими соперниками на пути к этому „техническому Олимпу“, все равно нам стоило бы увеличить темпы».
Идея сверхавтомата, безусловно, весьма притягательна для такой технократической страны, как США. Талантливые американские ученые уже немало сделали в этой области и, по всей вероятности, еще большего успеха добьются в будущем. Но…
Что принесут с собой их изыскания?
– Нашествие роботов страшнее, чем кошмар Хиросимы, – все чаще звучит тревога в высказываниях буржуазных и не только американских социологов, хотя многие из них еще вчера слыли ярыми машинопоклонниками.
Откуда столь мрачные прогнозы? Разве автоматизация не благо цивилизации? Неужто она может стать злом? Оказывается, да. Но где же?!
«В таком обществе, как наше, открыто основанном на купле и продаже, в котором все природные и человеческие ресурсы рассматриваются как полная собственность первого встречного дельца, достаточно предприимчивого, чтобы их использовать» (Н. Винер).
«Совершенно очевидно, что внедрение автоматических машин вызовет безработицу, по сравнению с которой современный спад производства и даже кризис 30-х годов покажется приятной шуткой, – трезво оценивал ситуацию „отпаянный“ поборник идеи „искусственного разума“ Н. Винер. – Этот кризис нанесет ущерб многим отраслям промышленности».
По прогнозам британского департамента научно – промышленных исследований через 20 лет 60 процентов рабочих всего капиталистического мира будет вытеснено автоматами. В США, богатейшем государстве, это случится еще раньше – в середине 70-х годов. Уже сейчас там около 2 миллионов человек ежегодно становятся жертвами машинизации – выбрасываются за ворота предприятий.
В ноябре 1960 года автомобильная промышленность Франции вроде бы не переживала кризиса.
Тем не менее «Рено», вполне преуспевающая фирма, приняла решение о частичном локауте, ибо «электронный мозг», который ревизовал ее склады и проанализировал рыночную конъюнктуру, посоветовал свернуть производство. Автозаводцы, возмущенные увольнением, разбили вычислительную машину, установленную в Булонь-Бийянкуре. Увы, они обратили свой гнев не по адресу: автомат ведь сообразовывался с интересами своих хозяев…
А программировали машину ученые. Люди, вольно или невольно поставившие свой талант на службу бизнесу. Творцы, которых капитал кнутом и пряником заставил превратиться в беспрекословно подчиняющихся роботов…
Да, немало зависит от того, в чьих руках сосредоточены плоды науки – самые, казалось бы, многообещающие, взращенные самыми благонамеренными садовниками.
В погоне за максимальными прибылями фабриканты форсируют машинизацию своих предприятий, а она только усугубляет противоречия, присущие самой природе эксплуататорского строя. Возникает заколдованный круг. «Автоматизация несет капитализму социальную угрозу, отказ от автоматизации – экономическую угрозу, – приходят к неутешительному выводу прогрессивные французские публицисты К. Венсан и В. Гроссен в своей книге „Курс на автоматизацию“. – Развитие автоматизации, несомненно, окажется могучим средством, доказывающим преимущества социалистической, системы над капиталистической».
По свидетельству Дж. Морриса, «автоматизация и другие технологические нововведения, быстро захватывающие американскую экономику, являются для наших рабочих проклятием, а не благом, каким они стали в социалистических странах».
