Цифровой журнал «Компьютерра» № 176

Свыше 500 км/ч по железной дороге: новый рекорд поезда на магнитной подушке и перспективы маглевов Андрей Васильков

Опубликовано 07 июня 2013

Новый поезд на магнитной подушке доставил первых пассажиров из центральной части Токио в один из крупнейших портов Японии – город Нагоя. Он будет курсировать по линии протяжённостью 338 километров между станциями Синагава и Нагоя. Средняя скорость первых поездов серии L0 составит 507 км/ч. В ходе недавних испытаний один из них уже разогнался до 500 км/ч без ущерба для комфорта и спокойствия пассажиров – смотрите видео.

http://www.youtube.com/watch?v=KCF3tw-HFdE

Сегодня пассажиры преодолевают этот маршрут по обычной железнодорожной магистрали на скоростных электропоездах серии Синкансэн за девяносто три минуты. Из-за характерных очертаний и средней скорости 218 км/ч такой состав получил название «поезд-пуля».

Японский маглев (сокращение от «магнитная левитация»), регулярное движение которого начнётся в 2027 году, сможет проделать тот же путь за сорок минут. Всего в каждом составе планируется от четырнадцати до шестнадцати вагонов. Для оптимального распределения массы в последнем вагоне будут предусмотрены места для двадцати четырёх пассажиров, а во всех остальных вагонах – для шестидесяти восьми.

Сама идея подвесить транспорт в магнитном поле далеко не нова. Экспериментальные маглевы появились в Берлине, Эмсланде и Бирмингеме ещё в середине восьмидесятых годов прошлого века. Однако в ходе эксплуатации даже на малых скоростях возникало множество непредвиденных проблем. Решить их тогда не удалось из-за общего уровня технического развития. Маглевы обладали низкой надёжностью и невысоким уровнем комфорта. Спустя разное время соответствующие проекты были закрыты. Большинство специалистов сосредоточилось на развитии скоростных линий для обычных поездов.

Скоростные магистрали Синкансэн и электропоезда одноимённой серии служат японцам вот уже почти полвека. В следующем году исполняется 50 лет со дня открытия линии Токайдо-синкансэн. Сегодня она считается самой загруженной в мире, и для дальнейшего развития железнодорожной сети уже требуется что-то принципиально новое.

Сегодня видится два основных варианта повышения пропускной способности железных дорог: улучшение характеристик электропоездов существующего типа или постепенный перевод железнодорожных составов на «магнитную левитацию». До недавнего времени первый вариант казался менее затратным.

Так, во Франции аналогичную проблему давно и отчасти успешно пытается решить компания Alstom Transport. Создаваемые в рамках проекта Vitesse 150 электропоезда обходится без магнитной подушки, но вполне могут составить им конкуренцию.

«Компьютерра» уже писала ранее о том, что весной этого года один из таких экспериментальных поездов разогнался до 574,8 км/ч. Справедливости ради надо отметить, что для установления рекорда поезд TGV POS был подвергнут глубокой модернизации. По сравнению с реально используемыми вариантами его мощность увеличили вдвое, оставили только три вагона (не считая моторных) и закрыли промежутки между ними для лучшей аэродинамики.

Сейчас подобные составы (правда, с гораздо меньшей скоростью) регулярно курсируют по линии LGV Est europeenne, соединяющей французские муниципалитеты Бодрекур и Вер-сюр-Марн.

Поезда серии TGV четвёртого поколения также ходят между Францией, Германией и Швейцарией. Их принципиальная конструкция близка к традиционной – вагоны установлены на колёсные тележки и катятся по рельсам. Однако раскрыть свой потенциал они могут только на специализированных линиях LGV, постройка и обслуживание которых сопоставимо по затратам с вводом в эксплуатацию магистралей на магнитных подушках. На обычных путях машинистам приходится двигаться со скоростью до двухсот километров в час.

В долгосрочной перспективе наиболее привлекательно выглядят именно поезда на магнитной подушке. Перемещаясь над магистралью в магнитном поле, они практически не испытывают трения. Потери энергии при движении у них обусловлены, главным образом, аэродинамическим сопротивлением.

Для его минимизации поезду придаётся сильно вытянутая форма. При общей длине головного вагона двадцать восемь метров около пятнадцати из них формирует обтекатель носового отсека.

Величина зазора между поездом на магнитной подушке и полотном магистрали колеблется в районе нескольких сантиметров. Набегающий поток воздуха создаёт дополнительную подъёмную силу.

По сравнению с обычным электропоездом, испытывающим трение колёс, маглев способен быстрее переместить груз той же массы на такое же расстояние, затратив примерно вдвое меньше энергии. Таким образом, несмотря на высокую стоимость ввода в эксплуатацию, поезда на магнитных подушках позволяют экономить государству и пассажирам.

Отсутствие у маглевов трения о полотно имеет и другой немаловажный плюс – низкий уровень шума и вибрации. На всех скоростных электропоездах сейчас установлены мощные пневматические подвески, компенсирующие биение колёсных пар при прохождении над стыками рельс.

По предварительным расчётам со временем маглевы смогут разгоняться как минимум до тысячи километров в час, что полностью сместит приоритеты при выборе способа путешествия. С учётом расположения железнодорожных станций и отсутствия существенных ограничений на перевозку багажа, доля пассажирских авиаперелётов в будущем резко сократится.

Интересно отметить, что одним из главных направлений развития транспорта на магнитной подушке были трассы между крупными городами и аэропортами. Вот видео, снятое из окна шанхайского маглева, следующего в аэропорт на скорости до 430 км/ч.

http://www.youtube.com/watch?v=dkxm6XRlwys

Согласно плану развития японской железнодорожной сети, аналогичная скоростная линия свяжет Токио с Осакой уже к 2045 году. Для японских поездов maglev L0 есть хорошие перспективы и на внешнем рынке.

В Китае скоростная железнодорожная сеть начала строиться в 2007 году и на сегодня уже достигла статуса самой крупной в мире. Сейчас курсирующие по ней поезда классического типа развивают скорость до 300 км/ч. Параллельное развитие магистралей для поездов с магнитными подушками позволит увеличить пропускную способность транспортной сети, обеспечит плавный перевод на более высокий уровень и создаст хороший запас для будущего роста.

К оглавлению

Создатель прообраза Google Glass делится мыслями о перспективах носимых компьютеров и даёт советы Андрей Васильков

Опубликовано 06 июня 2013

Сегодня трудно поверить, что прообразом Google Glass послужило невероятное для своего времени устройство, созданное двадцать лет назад студентом Технологического института штата Джорджия Тэдом Старнером. Тем интереснее узнать мнение об очках Google одного из пионеров в области носимых компьютеров, принимавшего в их разработке непосредственное участие.

Свой вариант носимого компьютера Тэд Старнер создал ещё в 1993 году. Он состоял из носимого блока и головного дисплея под названием Private Eye. Именно его можно со всеми основаниями считать предтечей Google Glass.

Гаджет работал под управлением шестнадцатиразрядного процессора Intel 80286 на частоте 12 МГц. Он оснащался двумя мегабайтами оперативной памяти и жёстким диском объёмом 85 мегабайт. Это было первое действительно работающее устройство из массы подобных.

Помимо закрепляемого на шлеме или очках дисплея к вычислительному блоку подключались автомобильный сотовый телефон и маленькая переносная клавиатура Twiddler. Все компоненты питались от свинцово-кислотного аккумулятора для мотоцикла. Тэд укладывал десяток килограмм аппаратуры в наплечную сумку на длинном ремне и ходил, опутанный проводами.

Вскоре Тэд получил известность в качестве одного из шести первых «киборгов», а также как человек, максимально долго не расстающийся со своим носимым компьютером. Поговаривают, что, если бы не сложности с влагозащищённым исполнением, Старнер бы и мылся в нём, как это сейчас делают некоторые владельцы Google Glass.

Уже став адъюнкт-профессором родного института, Тэд показал свою разработку Ларри Пейджу и Сергею Брину. Сооснователям Google идея показалась интересной, но к её реализации приступили далеко не сразу. Только в 2010 году Тэда пригласили в проект Google Glass в качестве технического руководителя.

Сейчас Тэд охотно делится мыслями о роли очков Google сегодня и в ближайшем будущем. На страничке своего профиля в кругах Google+ он также даёт советы тем, кто уже стал обладателем одной из первых модификаций Google Glass.

Например, он обращает внимание на то, что для длительного чтения или просмотра фотографий стоит подобрать однотонный непрозрачный фон в направлении взгляда. В зависимости от ситуации лучше использовать светлые или тёмные поверхности для повышения контраста. Также стоит учесть, что один глаз (как правило, правый) является ведущим, а второй – ведомым. При различных вариантах расположения дисплея стоит выбирать тот, в котором он будет расположен на стороне ведущего глаза.

Ведущий глаз определить довольно просто. Возьмите лист плотной бумаги, проделайте в нём небольшое отверстие посередине и посмотрите через него с расстояния около тридцати сантиметров на удалённый предмет. Смещая лист, добейтесь чёткого восприятия и замрите в таком положении. Теперь по очереди закройте свободной рукой левый и правый глаз. Ведущий тот, для которого изображение сквозь отверстие остаётся на месте.

По мнению Тэда, с появлением Google Glass люди смогут приблизиться к такому восприятию окружающего мира и способам взаимодействия с ним, которые давно стали естественными для ранних адептов носимых компьютеров, включая его самого и не менее легендарного профессора Стивена Мэнна.

Пока очки Google Glass далеки от совершенства и не впечатляют техническими характеристиками. Однако уже сейчас они позволяют одновременно взаимодействовать с реальным и виртуальным миром, что принципиально отличает их от других устройств со схожей функциональностью.

«Когда вы просто смотрите на экран смартфона, вы не замечаете происходящего вокруг, – пишет Старнер. – Даже чтобы прочитать сообщение, требуется отвлечься от окружающей действительности на несколько секунд. Надо остановиться, достать смартфон, разблокировать экран… Всё это время вы понятия не имеете о том, что происходит рядом с вами». Прелесть носимых компьютеров с головным дисплеем видится именно в возможности использовать их безотрывно от основного занятия.

Тэд убеждён, что большинство людей, критикующих сейчас Google Glass, никогда не пользовались ими и даже не видели воочию. Все их упрёки и опасения не изменились за последние двадцать лет. Разве что добавилось новое ругательство: glasshole.

Да, часто можно услышать мнение, что человек в Google Glass выглядит нелепо, но вспомните обычные Bluetooth-гарнитуры. Всего несколько лет назад странно выглядели люди, которые пользовались ими на улице. Создавалось впечатление, что они говорят сами с собой. Ещё раньше аналогичные странности приписывались первым владельцам сотовых телефонов. С новыми технологиями всегда так. Их применение считают чудачеством до тех пор, пока они не станут массовыми.

Старнер обращает внимание, что теперь многие естественные привычки людей будут восприниматься окружающими как акт взаимодействия с носимым компьютером. Например, человек отводит взгляд влево, когда задумывается. Если на нём Google Glass, то отныне все будут считать, что он смотрит на дисплей, даже если последний расположен справа. Смотрите в пустоту и улыбаетесь своим мечтаниям? Вас заподозрят как минимум в просмотре смешного ролика.

Идея компьютеров, носимых на запястье, Старнеру нравится гораздо меньше. У них примерно такие же недостатки, как и у смартфона: нет возможности среагировать быстро и не отрывать взгляд от происходящего вокруг. «Со смартфоном в кармане или микрокомпьютером на руке вы рискуете пропустить массу уникальных событий – таких, как первые шаги ребёнка», – пишет Тэд.

Рассуждая о возможных сферах применения Google Glass в будущем, Тэд возвращается к идеям 1993 года, так и не получившим полноценного развития до сегодняшнего дня. Например, функция Remembrance Agent, по замыслу, должна автоматически проводить контекстный поиск по накопленной базе данных, предлагая в нужный момент релевантные ссылки. Набирая новый текст, пользователь всегда сможет воспользоваться всеми своими прежними материалами, имеющими к нему отношение.

Ещё до появления в свободной продаже очков Google стала обсуждаться возможность их запрета на законодательном уровне. Не дожидаясь регулирования вопроса со стороны правительства, отдельные владельцы баров и магазинов запрещают их использование самостоятельно.

Говоря о негативном восприятии пользователей Google Glass другими людьми, Старнер приводит в пример своих студентов: «Если вы спросите их, был ли я сегодня с носимым компьютером, большинство затруднится с ответом. Они привыкли и перестали обращать на него внимание».

К оглавлению

Милого узнаю по геному: почему Америка так боится ДНК-отпечатков (и почему не боимся мы) Евгений Золотов

Опубликовано 06 июня 2013

Биометрическая идентификация — штука замечательная, но непростая. В теории, по физиологическим особенностям, присущим каждому человеку, можно уверенно распознать конкретного индивида. Практика значительно менее красивая, поскольку технологии всегда отстают от полёта мысли. На практике любой биометрический комплекс — это выбор между ценой и точностью. Ценой не только в смысле стоимости процедуры, но и в смысле времени, требуемого для считывания биоидентификатора и его обработки. Так вот, точность обычно подбирают таким образом, чтобы накладные расходы не оказались непрактично велики. Скажем, распознавание по отпечатку пальца хорошо работает для небольших коллективов: метод быстр, хоть и не особенно точен, но при малом числе проверяемых ошибки случаются не слишком часто. А вот сетчатка и радужка глаза гарантируют намного более высокую точность, однако и времени требуют больше.

Подробней эти нюансы разобраны в большой статье в Бизнес-журнале (см. «В человеческом измерении»), а здесь я вспомнил о них, чтобы подойти к технологии, которую многие считают своего рода предельным случаем, идеалом, абсолютным мерилом биометрии: идентификации личности по ДНК. Геном (совокупность генов), как известно, безусловно уникален для каждого живого существа и, в отличие от подавляющего большинства прочих биоидентификаторов, значительным изменениям со временем не подвержен. Это даёт возможность строить (почти) абсолютно надёжные системы установления личности. И по мере того как дешевеют и ускоряются аппараты для чтения генетической информации (см. «Ваш геном за тысячу долларов»), светлое будущее, в котором отпечатки пальцев, фотокарточка, радужка глаза и прочее в документах будут заменены на один-единственный «ДНК-отпечаток», так вот, светлое это будущее близится. Однако есть как минимум один аспект, который может помешать тотальному переходу к ДНК-идентификации населения.

Если все прочие биоидентификаторы представляют собой всего лишь набор случайных признаков, выданный нам природой, наш геном — результат смешения генетической информации предков. Поэтому, если, скажем, отпечатки пальцев годятся лишь на то, чтобы уверенно идентифицировать своего носителя, анализ ДНК позволяет выявить связи с другими людьми. Например, узнать, с кем вы состоите в родстве, и определить его степень, уверенно предположить национальную принадлежность, предрасположенность к болезням, возможно, к психическим отклонениям. Никто не знает наверняка, что именно ещё наука сможет вытащить завтра из чёрного ящика под названием «ДНК». Ясно только, что и того, что уже извлечено, слишком много, чтобы позволить кому бы то ни было хранить копию вашего генома и изучать её.

Теперь вы понимаете, почему в демократических странах национальные базы ДНК-отпечатков хранят только образцы генетической информации, взятые у людей, осуждённых за совершение преступлений. И почему законы ограничивают право государства брать ДНК-образчик у человека без судебного разрешения. Скажем, в США этот вопрос регулируется так называемой Четвёртой поправкой к конституции, принятой аж в конце XVIII века. Согласно этому документу, гражданина нельзя подвергнуть обыску на предмет выявления причастности его к какому-то преступлению без санкции суда и обоснованных подозрений в причастности именно к расследуемому делу. Если такой обыск всё-таки будет проведён, найденные улики не смогут быть использованы в суде. Однако в минувший понедельник Верховный суд США вынес решение по мелкому в общем-то делу с судьбоносными последствиями: взятие ДНК-отпечатка более не подпадает под Четвёртую поправку.

Дело это, известное как «Штат Мэриленд против Кинга», крутится вокруг некоего Алонзо Кинга, какое-то время назад арестованного по подозрению в убийстве. Факт убийства, совершённого в 2009 году, был доказан, но попутно, взяв у Алонзо образчик ДНК, полиции удалось привязать его к нераскрытому изнасилованию, случившемуся шестью годами ранее. У следствия не было других зацепок или улик, кроме совпадения ДНК Кинга с ДНК, найденной на теле женщины, подвергнувшейся насилию. Но и этого оказалось достаточно, чтобы отправить Алонзо за решётку до конца жизни. Поскольку взятие ДНК без причины противоречит Четвёртой поправке, Кинг подал апелляцию и выиграл её в суде штата. Однако дальше дело попало в высшую судебную инстанцию страны, которая в этот понедельник постановила, что для «лиц, задержанных по подозрению в совершении тяжких преступлений», таки стоит сделать исключение: вдруг да поможет это вскрыть старые грешки!

Правозащитники встретили решение Верховного суда даже не криками, а похоронным маршем: «запомните этот день — день, когда Свобода проиграла Государству». Формально законопослушным американцам волноваться по-прежнему не о чем, но эксперты по праву предупреждают, что решение Суда — первый шаг к поголовному снятию ДНК-отпечатков у населения. Из-за нестыковок в законодательствах штатов, из-за плохой проработки столь высокотехнологичной темы в законах правоохранительные органы теперь фактически получают право брать образец ДНК (и хранить его бессрочно в единой национальной базе) у каждого задержанного, сколь бы мелким его предполагаемый проступок перед государством ни был, вплоть до нарушения правил дорожного движения. А кое-кто предполагает, что, опираясь на дело Кинга, местные власти проявят инициативу и начнут сплошную ДНК-биометризацию граждан, обращающихся в государственные органы по любому поводу. ДНК-отпечаток теперь может заменить в США отпечатки пальцев. И простому человеку остаётся только надеяться на чистоплотность правоохранительных органов в обращении с этой информацией.

Раз уж государство явно намерено уравнять ДНК с отпечатками пальцев, американские правозащитники призывают хотя бы реализовать законодательные ограничения, препятствующие злоупотреблениям. И кивают на Европу, где с конца нулевых действует закон, называющий беспричинный съём и хранение образчиков ДНК неуважением к личной жизни граждан и демократическим ценностям. Обвинения с задержанного гражданина сняты? Так удалите его ДНК из базы!

В России своя специфика, но пока мы ближе к Соединённым Штатам, чем к Европе, увы. Сбор и использование ДНК-отпечатков у нас регулирует закон «О государственной геномной регистрации». В нём оговорены обязательный сбор и хранение биоматериала с трупов, лиц, осуждённых за ряд преступлений, и, наконец, с «неустановленных лиц … в ходе … следственных действий». Если я понимаю правильно, такая широкая трактовка ставит нас в один ряд с американцами: у россиянина, задержанного правоохранительными органами по произвольной причине, нет права воспрепятствовать взятию ДНК, отправке её в федеральную базу генетической информации, а равно и использованию для «установления родственных отношений» и «предупреждения, раскрытия и расследования преступлений».

Буду признателен, если кто-то из читателей прояснит отечественные ДНК-реалии в комментариях. Пока же позвольте просто удивиться разнице реакций американцев и россиян. Решение суда по делу Кинга немедленно стало новостью номер один на западных околоправовых интернет-ресурсах. А наш закон о геномной регистрации действует уже четвёртый год, и… тишина?!

В статье использованы иллюстрации Abode of Chaos, Duncan Hull, кадр из к/ф «Гаттака».

К оглавлению

Создана безлинзовая камера нового типа. Нет объектива — нет проблем Андрей Васильков

Опубликовано 05 июня 2013

Исследователи из легендарной Bell Laboratories недавно описали новый перспективный вид безлинзовых камер – с одним светочувствительным элементом и массивом диафрагм. Снимать им будут отнюдь не портреты и не только в видимом свете.

Долгое время под безлинзовой камерой понималась известная ещё до нашей эры камера-обскура или её современные наследники – стенопы (пинхолы). При невысокой детализации изображения они привлекают бесконечной глубиной резкости и находят свои специфические области применения.

В силу компактности пинхолы популярны в мобильных устройствах и системах видеонаблюдения (особенно скрытого). Самодельные обскуры и переделанные под стенопы фотоаппараты до сих пор имеют художественное и практическое значение. Посмотрите, к примеру, как энтузиасты используют дешёвую пятимегапиксельную «мыльницу» в безлинзовой микроскопии.

http://www.youtube.com/watch?v=SzNjJ8_zT-A

Недавно группа сотрудников Bell Laboratories под руководством Гана Хуана разработала принципиально иной метод получения изображений, отличающийся малым объёмом требуемых для их описания данных. В прототипе камеры не просто отсутствует объектив – изменён сам принцип съёмки.

В обычном цифровом фотоаппарате отражённый от объекта свет собирается системой линз объектива и через отверстие диафрагмы попадает на светочувствительную матрицу. Передаваемая ею информация избыточна, что приводит к необходимости использовать память большого объёма и алгоритмы сжатия. Последние делятся на компрессию без потерь (оптимизированная запись RAW снимков) и с огрублением изображения (JPEG разной степени сжатия). Вносимые линзами объектива геометрические искажения и хроматические аберрации частично устраняются программным способом.

Исследователи из Bell Laboratories пошли другим путём. Ключевая особенность их методики съёмки заключается в устранении избыточности уже на этапе получения изображения. Ранее другой исследователь – Вэньлинь Гон из Шанхайского института оптики и точной механики установил, что в этом случае потребуется примерно в сто раз меньше данных. Впрочем, это не единственная интересная особенность метода.

Описываемый в статье прототип безлинзовой камеры из Bell Labs состоит из двух элементов: однопиксельного светочувствительного элемента (их может быть несколько) и жидкокристаллической панели. Последняя играет роль массива диафрагм, регулирующего характер пропускания света.

Положение открытых и закрытых пикселей панели изменяется случайным образом через заданные интервалы времени. Получаемый сигнал каждый раз сравнивается со всеми предыдущим. В итоге получается набор измерений, описывающих одну ту же картину. Корреляция между ними обусловлена исключительно влиянием снимаемых объектов, так как набор открытых пикселей менялся случайным образом. По обнаруженным соответствиям восстанавливается изображение, а избыточные данные автоматически отфильтровываются.

Метод базируется на теореме отсчётов, сформулированной и доказанной в 1933 году Владимиром Александровичем Котельниковым. По идеологическим причинам за рубежом она получила название «теоремы Найквиста – Шеннона», хотя оба уважаемых автора имеют к ней довольно косвенное отношение.

Согласно её положениям аналоговый сигнал с ограниченным по ширине спектром (в данном случае – свет, используемый для получения изображение объекта) может быть восстановлен без потерь по значениям его амплитуды в определённый момент времени, измеренным с определённой частотой.

Опытные фотографы куда больше внимания уделяют характеристикам объектива, чем самого фотоаппарата, потому что если изображение будет изначально «замыленным», то никакая матрица и алгоритмы обработки его не спасут. Здесь же объектив не нужен вовсе.

Отсутствие объектива устраняет обычно вносимые им аберрации и потери света, снимает проблему точности и скорости фокусировки оптической системы, существенно упрощая её.

Итоговый снимок получается без геометрических искажений (ортоскопическим), а все объекты на нём всегда находятся в фокусе из-за бесконечной глубины резкости.

Степень детализации возможна практически любая. Она напрямую зависит от количества измерений, то есть длительности съёмки. Минус этого в том, что получить чёткий портрет таким образом явно не получится. Качество будет примерно как у первых фотоаппаратов, перед которыми сидеть надо было долго и неподвижно.

Однако есть и положительные стороны. При помощи одного и того же метода теперь можно делать как быстрые контурные зарисовки, так и максимально точные снимки статичных объектов.

Первое часто требуется в навигации и системах автопилотирования. Например, дрону достаточно определить границы ближайших препятствий. Он не оценит красоту цветущей сакуры, с каким бы разрешением её ни снял: от веток бы увернуться.

С несколькими светочувствительными элементами можно уже получить представление об объёме предметов и вычислить расстояние до них без использования лидара.

Безлинзовую камеру можно даже превратить в лидар, как это уже сделала группа под руководством Вэньлинь Гона. Они использовали импульсы зелёного лазера длительностью 10 нс и регистрировала только его отражённый свет. Информация о дистанции до объекта получалась путём измерения времени прохождения луча. Регистрация выполнялась через пиксели ЖК-панели, открываемые на известные временные интервалы.

Длительное изучение относительно статичных объектов востребовано в научных исследованиях и картографии. В прототипе светочувствительный элемент состоит из трёх субпикселей (RGB), но ничто не мешает использовать сенсор другого типа и получать снимки, например, в инфракрасном диапазоне.

Это открывает новые возможности для съёмки в условиях низкой освещённости, запылённости, тумана и явно найдёт применения в таких областях, как астрофотография, мониторинг окружающей среды, изучение климата и множество других.

Безлинзовая камера интересна и тем, что позволяет заметить движение, обычно ускользающее от взгляда и традиционных методов наблюдения.

К оглавлению

Загадка Гиперлуп: как именно Элон Маск надеется провернуть транспортную революцию? Евгений Золотов

Опубликовано 05 июня 2013

Мы живём в эпоху глобальных кризисов. Наряду с энергетическим, водным, межрелигиозным человечество переживает ещё и кризис транспортный. Оглянитесь! Личный автомобиль — штука удобная, но в высшей степени эгоистичная и неэффективная: львиную долю энергии он тратит на то, чтобы тащить себя самое. Общественный транспорт куда лучше расходует пространство и топливо, но ценою личных удобств. Кроме того, самолёты дороги, корабли медлительны, поезда ходят по расписанию. А сверх всего все они ещё и подвержены авариям. Золотой середины, объединившей бы преимущества и устранившей недостатки, пока не придумано. Но надежда, естественно, есть, и сейчас она особенно крепка: за транспортную проблему взялся человек, для которого, кажется, не существует слова «невозможно».

Я говорю об Элоне Маске, которого часто называют «Джобсом 2.0». И ещё неизвестно, кому больше льстит такое определение. С основателем Apple их роднит невероятный энтузиазм и работоспособность: как известно, за что бы ни брался Джобс, он если и не решал задачу, то, по крайней мере, заставлял о ней говорить и тем приближал решение. Но у Маска послужной список всё-таки красивей. Уроженец ЮАР, учившийся в Канаде и въехавший в США по чудаковатому пропуску (если верить легенде, он получил американское гражданство как мастер игры в подводный хоккей), Маск приложил руку или непосредственно основал и управляет целой серией замечательных — и, главное, успешных! — бизнесов. Своё состояние он сколотил как сооснователь PayPal, после чего взрастил SpaceX (единственное сегодня частное предприятие, планомерно доставляющее грузы на и с МКС), Tesla Motors (похоже, единственного прибыльного автопроизводителя, специализирующегося на электромобилях), Solar City (крупнейшего в Соединённых Штатах установщика домашних и офисных солнечных батарей с оригинальной бизнес-моделью).

В результате продолжительность его рабочей недели уже превышает сто часов. Но прошлым летом Маск обмолвился, что трудится ещё над одним проектом. На мелочи он не разменивается принципиально, уделяя внимание только проблемам, имеющим критическую важность для цивилизации. Вот почему ракеты, вот почему интернет, вот почему чистая энергия. И вот почему Hyperloop.

Проект загадочный, если не сказать секретный. Известно о нём крайне мало: Маск за прошедший с первого упоминания неполный год поделился буквально крупицами информации — вероятно, не желая раскрывать революционную придумку, пока не будут завершены теоретические изыскания и, возможно, достигнута договорённость с местными властями на постройку первой транспортной линии. Дело, впрочем, движется к развязке: 20 июня или вскоре после того обещаны официальные подробности. Можете представить, что творится в деловой прессе. Зная, чего стоят «сумасшедшие идеи» Маска, потенциальные инвесторы, партнёры, конкуренты не устают ломать голову: что же такое Hyperloop?

Из сказанного на пресс-конференциях можно составить следующую картину. Гиперлуп — пятый (вдобавок к перечисленным выше) способ массовой транспортировки людей и грузов на дальние расстояния. Объекты будут перемещаться с субзвуковой скоростью, то есть около 300 м/с или, что то же самое, что свыше тысячи километров в час. При этом не требуется постройки рельсовой дороги или возведения вакуумных тоннелей: по шуточному определению Элона, данному на днях, Гиперлуп будет чем-то вроде гибрида самолёта, электромагнитной пушки (так называемый рельсотрон) и воздушного хоккея (настольная игра, где шайба подвешена над полем на воздушной подушке).

На возведение гиперлуп-магистрали между Сан-Франциско и Лос-Анджелесом (двумя крупнейшими мегаполисами тихоокеанского побережья Штатов) придётся истратить шесть миллиардов долларов. И страна получит уникальную транспортную линию, перевозящую ежегодно свыше ста миллионов человек, независимую от погоды, отправляющую людей и грузы немедленно по приходу на вокзал, по ценам более низким, чем для перевозки любым другим видом транспорта, снабжающим себя энергией самостоятельно за счёт установленных вдоль линии солнечных батарей, да ещё и с нулевой аварийностью.

Шесть миллиардов долларов — по миллиарду на каждые сто километров магистрали — кажутся безумной суммой. Но всё познаётся в сравнении. Скоростная железная дорога, которую планируется построить здесь же, при себестоимости большей чем на порядок не обеспечит ни скорости, ни цен, ни удобств Гиперлупа. Так что очередная хайтек-фантазия Маска стоит на прочном фундаменте. Вот только ответа на вопрос, как же она работает, всё ещё нет.

Несмотря на оживлённую дискуссию в прессе и на форумах, версий выдвинуто немного. Одна из самых популярных сводится к тому, что Гиперлуп — это подземный тоннель, в котором грузовая платформа на магнитной подвеске разгоняется бегущим электромагнитным полем. Такую конструкцию ещё в 70-х годах предложили в США (Very High Speed Transit System), и уже тогда она была технически осуществимой, разве что весьма дорогой. Другая версия — даже прорабатываемая на предмет постройки (проект компании ET3) — предполагает возведение уже надземного тоннеля, что должно здорово удешевить конструкцию.

Главный недостаток и того, и другого, впрочем, в том, что из тоннелей предполагается откачать воздух, тогда как Hyperloop вакуума не требует. Кроме того, многокилометровые тоннели не выглядят и абсолютно безопасными.

Решение кажется невозможным, но Маск смеётся над этим словом. Ему не привыкать ломать сопротивление скептиков: каждый его проект встречался такой волной сомнений, что хватило бы на десять лет вперёд — в особенности электромобиль, мысль связаться с которым даже сам Маск называет сегодня «глупейшей, если не сумасшедшей». Но Tesla Motors уже прибыльна, планирует две бюджетных модели (компактный внедорожник и седан) и значительное расширение сети заправочных станций по США. Можно предположить, что и для Гиперлупа теоретическое решение уже готово, а скорее всего, есть и демонстрационный прототип. Просто Маск умеет держать язык за зубами.

Предприятия Маска, когда только это возможно, не патентуют и не рекламируют свои инновационные технические решения, предпочитая работать молча. И это не прихоть, а жизненная необходимость: нужно любой ценой удержать ключевые технологии от попадания в руки людей, которым плевать на авторские права (Маск кивает в сторону Китая). Вот почему мы так мало знаем о Hyperloop. Через пару недель покров тайны, наконец, поднимут, ну а пока примите это как головоломку. Есть идеи?

К оглавлению

Новинки Computex 2013: первые мониторы сверхвысокой чёткости Андрей Васильков

Опубликовано 04 июня 2013

В последнее время на многих компьютерных выставках анонсируются мониторы с разрешением 4K Ultra HD. Одним из них стал ASUS PQ321, показанный вчера на Computex 2013. Монитор оснащён IPS матрицей с диагональю 31,5″, соотношением сторон 16:9 и разрешением 3840×2160 пикселей.

Ранее на другой выставке (CES 2013) демонстрировались аналогичные телевизоры. Главное отличие обсуждаемых сегодня новинок заключается в том, что разрешение 4K UHD удалось разместить на экране серийных моделей мониторов с диагональю менее 32 дюймов. Теперь за экраном со сверхвысоким разрешением можно работать с привычного по компьютерными меркам расстояния – до метра. При этом не придётся сильно крутить головой, переводя взгляд с одного угла экрана на другой.

Нашумевший в январе телевизор Samsung UN85S9 обладал таким же разрешением на 85 дюймах. Затем появились телевизоры класса 4K UHD с диагональю 55 дюймов. Тогда это казалось прорывом, но использовать их в качестве мониторов было бы, мягко говоря, затруднительно. Как шутили по этому поводу в комментариях, чтобы посмотреть время, надо будет вставать с кресла и идти к трею пешком. Приемлемый угол обзора появлялся, если расположиться от экрана метрах в трёх. С такого расстояния комфортно смотреть фильмы, но не работать с текстом и графикой.

Модель ASUS PQ321 — совсем другое дело. Такой монитор можно уместить на столе — он не слишком широкий и очень компактный для данного разрешения. Толщина в 35 мм достигается за счёт использования светодиодной подсветки. На сегодня это один из самых тонких и лёгких мониторов класса 4K. Глубина цветопередачи составляет 10 бит на канал. Максимальная яркость заявлена на уровне 350 кд/м², а время отклика (GTG) понижено до 8 мс.

Как и другие мультимедийные мониторы, PQ321 имеет встроенную стереосистему. Дизайн спроектирован таким образом, что наличие динамиков мощностью 2 Вт едва угадывается. Подставка обладает тремя степенями свободы. Можно регулировать высоту, угол поворота и наклона дисплея. Среди интерфейсов присутствуют два порта HDMI и DisplayPort. Поддерживается функция «картинка в картинке». Сегодня была озвучена ориентировочная цена — 3800 долларов.

Если вам кажется, что это дорого, то взгляните на модель Sony PVM-X300. Это уже не мультимедийный, а профессиональный вещательный тридцатидюймовый монитор в алюминиевом корпусе с активной матрицей a-Si TFT, соотношением сторон 17:9 и разрешением 4096×2160. Он стоит в восемь раз дороже.

Восемь видеовходов (десять в версии 1.2), расширенные настройки цветопередачи и множество алгоритмов автоматической обработки изображения. Настоящий праздник для работников телевидения, проектировщиков, дизайнеров и просто обеспеченных людей. Ведь главным недостатком таких мониторов остаётся их цена.

В конце 2012 года анонс Sony PVM-X300 был сделан для Азиатско-Тихоокеанского региона. С весны 2013 модель стала доступна и в других странах, включая Россию, а в продаже появились обновлённые версии (v.1.1 и 1.2). Монитор можно подключить к медиаплееру формата 4K, воспроизводящему видео сверхвысокой чёткости со скоростных карт памяти Sony SxS PRO+. Скорость чтения достигает в пике 1,6 Гбит/с, а скорость записи – 1,5 Гбит/с.

Пока что доступны карты памяти объёмом 64 Гб и 128 Гб. Их ёмкости явно мало, поскольку 128 Гб хватает лишь на 20 минут видео в формате XAVC Intra 4:2:2 60p. Чтобы уместить больше, сейчас приходится использовать формат сжатия HD MPEG2 4:2:2 30p. Тогда на карту можно записать до 240 минут.

Впрочем, подключение медиаплеера к такому монитору сейчас выглядит баловством. Соответствующего контента крайне мало, а для максимального в своём классе разрешения и множества видеовходов можно найти более актуальные и серьёзные задачи.

Визуальная область рабочего пространства всегда была сдерживающим фактором в работе и развлечениях. Проектирование, вёрстка, ретуширование фотографий, монтаж видео и современные компьютерные игры – всё это требовало экрана побольше, но без потери детальности. Поэтому исходный и конечный кадр, панели инструментов и свойств, огромные схемы и окна приложений часто распределяли на несколько мониторов.

Казалось бы, такой вариант неизбежно канет в лету с появлением дисплеев стандарта 4K UHD. Ведь каждый из них обеспечивает бо́льшую рабочую область, чем четыре объединённых монитора с разрешением FullHD. Однако оба решения по-прежнему актуальны, так как имеют свои наборы сильных и слабых сторон.

Очевидным недостатком сборной ЖК-панели видится сегментированное изображение. Рамки мониторов портят вид и скрадывают ощущение целостности. Производители пытались бороться с этим, и самое оригинальное решение предложила в 2006 году компания с говорящим названием Seamless Display. Она представила составной монитор с диагональю 50 дюймов, объединив три обычных двадцатидюймовых с разрешением 1600×1200. Модель Radius 320 обладала разрешением 4800х1200 пикселей, что уже семь лет назад позволило наполовину приблизиться к возможностям стандарта 4K. Переходы между отдельными ЖК-панелями скрадывались покрытием с эффектом призмы – смотрите видео.

http://www.youtube.com/watch?v=3VUPtEjjgcs

Такие дисплеи не получили широкого распространения, но заняли своё место в узкоспециализированных областях применения. Ещё раньше по предложенной технологии Seamless Display выпускались модели с разрешением до 10000×3480 – почти 35 мегапикселей.

Сейчас гораздо чаще можно увидеть произвольные составные варианты. Отдельные мониторы трудно настроить так, чтобы они имели одинаковую яркость и цветопередачу. Сборную панель сложнее закрепить и подключить. Ниже представлены варианты крепления трёх мониторов DELL на подставке XFX Eyefinity Monitor Stand. Она удерживает три монитора с диагональю до 24 ″ практически под любым углом и сама стоит как монитор.

Как видно, в случае отдельных мониторов доступно больше вариантов геометрической конфигурации. Составной дисплей может быть прямоугольным, почти квадратным или вовсе напоминать фигуру из тетриса. Самое главное – он не обязан быть плоским. Боковые сегменты можно повернуть на произвольный угол, добиться перпендикулярного расположения экрана линии взгляда и оптимального расстояния от глаз до изображения на любом мониторе.

Производители дисплеев высокой чёткости тоже стремятся достичь подобного эффекта и делают их вогнутыми. Впрочем, пока это скорее эксперимент, чем направление развития.

Среди сильных сторон 4K мониторов выделяется даже не целостность и удобство подключения, а максимальная детальность изображения. Если у большинства мониторов с разрешением FullHD плотность расположения пикселей составляет 96 PPI, то у дисплеев стандарта 4K она в полтора раза больше и начинается от 140 PPI для тридцатидюймовых моделей. Разглядеть отдельные пиксели невооружённым глазом будет трудно даже с очень близкого расстояния.

В течение года производители представят и другие модели сверхвысокого разрешения, продолжая уменьшать площадь экрана. Осенью ожидается выход монитора Panasonic BT-4LH310 с диагональю 31 дюйм и разрешением 4096×2160. На очереди ещё более компактные модели. Однако больше – не всегда лучше. Отрицательные стороны увеличения пиксельной плотности мы уже наблюдаем на экранах планшетов и ноутбуков.

К оглавлению

Нейроэлектронный интерфейс как ступенька к бессмертию: кто этим занимается и чего добились? Евгений Золотов

Опубликовано 04 июня 2013

Согласитесь, при всей щедрости, с какой последние тридцать лет судьба преподносит технологические сюрпризы, нам редко доводится бывать в ситуациях, когда бы мы точно знали: нечто, о чём мечталось десятилетиями, если не веками, станет возможным уже в следующие несколько лет. Минувшая весна поставила нас перед таким приятным фактом в направлении нейроэлектронного интерфейса. И попутно обозначила практическую осуществимость (или, по крайней мере, возможность проверки) идеи совершенно фантастической: бессмертия человеческого существа. Ниже я набросаю цепочку из трёх звеньев — и хотя местами она выглядит нереально, призываю вас при чтении помнить одно: два из этих звеньев уже воплощены в лабораториях, а третье, получается, становится теперь делом ближайшего будущего.

Начать стоит с истории, которую вы наверняка слышали ещё в марте. 28 февраля журнал Nature опубликовал статью группы исследователей из США и Бразилии (есть там и одно русское имя), посвящённую вопросу передачи сенсомоторной информации через электронный «мостик», перекинутый между головами двух живых существ. Несколько упрощая, описываемую серию экспериментов можно свести к следующей схеме. В качестве подопытных были задействованы две белых крысы. В кору головного мозга каждой из них в одинаковых местах были вживлены матрицы электродов таким образом, что нервные импульсы, генерируемые первой крысой, после обработки цифровым устройством и передачи по цифровому каналу (фактически компьютером и Интернет), транслировались в мозг второй.

После этого первую крысу — назовём её генератором импульсов, или (по терминологии авторов) энкодером, — заставляли решать простую задачку: её ставили перед двумя идентичными кормушками, содержимое которых крысе было не видно, и учили тыкаться в ту, над которой загоралась лампочка. В это время её напарница — «декодер» — сидела в идентичной клетке с двумя кормушками и должна была сделать аналогичный выбор, с той лишь разницей, что лампочек над кормушками не было. Иначе говоря, крысе-декодеру не давалось никаких визуальных подсказок. И тем не менее в статистически достоверном проценте опытов она выбирала правильную кормушку.

Налицо факт трансляции информации из мозга в мозг. И не просто трансляции. Авторы утверждают, что эксперимент служит подтверждением практической возможности построения нейроэлектронной сети, участники которой напрямую обмениваются, обрабатывают и сохраняют информацию. То есть образуют биологическую вычислительную систему. Органический компьютер.

Но обождите фантазировать. Встречайте эксперимент номер два, поставленный сотрудниками DARPA. Его лучше всего видеть самому, поэтому вот ролик, в котором солдат с электромеханическим протезом вместо ампутированной руки проявляет чудеса ловкости: поднимает и манипулирует небольшими объектами, хватает их на лету. В это было бы невозможно поверить, если бы камера не зафиксировала этого на самом деле.

Естественно, добиться подобного каким-то там кнопками и рычажками невозможно. И не только потому, что нужна сравнимая с живой рукой скорость и гибкость управления, но и потому, что нужна хорошая обратная связь, достижимая только прямым контактом протеза и нервной системы оператора. И в DARPA её реализовали — причём вживив электроды не в головной мозг, а в нервы и мускулы культи.

Авторы назвали такой контакт Надёжной Нейроинтерфейсной Технологией (RE-NET). «Надёжная», потому что вживление электродов в руку — в отличие от дорогих, непрактичных, опасно непредсказуемых кортикальных имплантатов — сравнительно дёшево, просто, менее инвазивно, чревато меньшими неприятностями для здоровья в случае, если что-то пойдёт не так. Лучше того, соединение RE-NET двунаправленное, то есть позволяет электрическим импульсам течь не только в направлении от человека к протезу, но и от тактильных сенсоров, установленных на пальцах протеза, в нервную систему человека. Насколько можно понять из объяснений DARPA, RE-NET и совместимые протезы уже применяются для восстановления функциональности изувеченных солдат, а в ближайшем будущем всё это будет доступно и гражданским лицам.

Таким образом, возвращение близкой к нормальной функциональности людям с ограниченной подвижностью, прямой нейроэлектронный контакт «человек-человек», а может быть, и связь homo sapiens с другими живыми существами — вопросы, на которые теперь есть ответ. Но лично мне не даёт покоя ещё один сценарий, до недавних пор разрабатывавшийся исключительно фантастами (о нём писали, например, братья Стругацкие в «Свечах перед пультом»; Компьютерра прорабатывала его в 2003 году). Вообразите бессмертие — не физического тела, а только сознания. Первое всё ещё невозможно, а вот второе маячит на горизонте.

Представьте, что некоего подопытного, посредством нейроэлектронного контакта а-ля RE-NET, подключат к мощному компьютеру. Пусть компьютером будет набор FPGA-чипов или симуляция нейросети на обычной персоналке с петабайтными ресурсами, не суть важно. Важно, что, как и в опыте с крысами, как и в опыте с электромеханической рукой, человек на первом этапе должен будет научиться управлять подключённым к нему устройством. Так же, как мы управляем частями тела, так же, как солдат без руки управляет протезом, ориентируясь на видимый результат или ощущения, наш подключённый к компьютеру экспериментатор научится формировать запросы и получать ответы. А со временем, вероятно, настолько сживётся с «периферией», что сделает компьютер частью тела и сознания. Например, научится использовать его, чтобы хранить новые воспоминания, выполнять математические операции, строить логические цепочки и т.п.

А что случится теперь, если живое — отключится? Можем ли мы наверняка утверждать, что и электронная половинка потеряет работоспособность? А что, если нет? Что если сознание, переехав в электронно-вычислительную машину, переживёт смерть тела — так же, как переживает сиамский близнец своего брата или сестру?

Вы, конечно, скажете: фантазии! — и махнёте рукой, мол, никто из людей серьёзных заниматься такой ерундой не станет. И будете неправы. Добро пожаловать в реальный мир!

Откройте вчерашнюю New York Times, где увлекательно пишут про российского предпринимателя Дмитрия Ицкова и основанный им проект Россия 2045 (на Западе он известен под более политически нейтральным названием «Инициатива 2045″). Идея: в следующие тридцать лет сконструировать, в частности, электронное «тело», в которое — как раз посредством нейроэлектронного интерфейса — человек сможет переместиться, сохранив сознание и все оттенки личности. Ицков, очевидно, мешает науку с политическими амбициями, но в конце концов это его право. Американцы считают Дмитрия чудаком, но относятся к его прожектам с привычным уважением: он мультимиллионер, сделал состояние на интернет-медиа. А вам он, может быть, понравится тем, что сумел собрать впечатляющую команду, состоящую в том числе и из членов РАН.

Получится? Да никто не знает. Но от фантазий мы перешли к опытам — и это самое важное.

К оглавлению