Искатель. 1962. Выпуск №6

Электронный помощник человека

Прародители современных роботов здравствуют и поныне. Их фактически можно обнаружить почти в каждой семье. Они висят на стенах, стоят на столах, прячутся в карманах или под манжетами наших рукавов. Это часы.

Карл Маркс отмечал, что часы — это первый автомат, созданный для практических целей. Развитие часового производства тесно связано с именами великих ученых — Галилея и Гюйгенса.

Часы — простейший автомат. В нем энергия, запасенная в закрученной пружине, расходуется на то, чтобы вращать стрелки. Механизм устроен таким образом, чтобы энергия тратилась не сразу, а постепенно. Принцип действия часов использовался в разные времена для создания любопытных игрушек. Например, хранящиеся в ленинградском Эрмитаже часы, сконструированные Коксом, представляют целое семейство роботов в виде птиц. Когда наступает момент подачи сигналов времени, павлин распускает хвост, сова хлопает глазами, петух поет и т. д.

В 1770 году швейцарский часовщик Пьер Дро вмонтировал часовой механизм внутрь механических кукол, и они, к восхищению посетителей Парижской выставки, самостоятельно писали по-немецки и играли на флейте.

Механические роботы XX столетия также были построены по принципу часов, только теперь энергия для их действий была запасена не в закрученной пружине, а подводилась от источников электричества. Конечностями роботов управляли электродвигатели. Радио позволило управлять роботами на расстоянии, и у неискушенного зрителя создавалось впечатление, что перед ним — разумные живые существа.

В 1932 году английский инженер сконструировал человекообразного робота по имени «Альфа», весом в две тонны. Это чудовище по команде, подаваемой голосом, могло вставать, садиться, двигать руками, стрелять из револьвера, свистеть и петь песни!

В 1957 году на слете юных техников Московской области был показан робот, который управлялся действием светового пучка на фотоэлементы. Робот обходил препятствия, просел уступить ему дорогу и произносил фразы, записанные на магнитофоне.

У всех этих и у многих других подобных роботов «разумное поведение» создавалось благодаря командам, подаваемым со стороны. Приемные устройства, вмонтированные в механизм робота, преобразовывали сигналы управления в движения, которые со стороны казались самостоятельными и целеустремленными. На этом этапе роботы были еще не в состоянии сами вырабатывать сигналы управления, которые бы делали их в некотором смысле независимыми от прямого управления человеком.

Стремление конструкторов передать в ведение машины как можно больше производственных операций, Сохраняя за человеком неограниченную возможность изобретательства и творчества, вызвало к жизни целую науку — теорию автоматического управления и регулирования.

На первых порах эта наука ставила перед собой довольно узкую задачу — исследовать возможность создания автоматов, предназначавшихся для выполнения только определенных операций. Говоря современным языком, автоматы были строго запрограммированы, причем программа их работы была воплощена в их конструкции. Вне «круга своих обязанностей» такие автоматы ни на что больше не годились. Мы не можем потребовать от автомата, выдающего за три копейки стакан воды с сиропом, чтобы он подметал улицы! Впоследствии были созданы многооперационные автоматы, которые могли выполнять не одно, а несколько определенных действий. Но и они, будучи, по существу, роботами (конечно, более совершенными, чем часовой механизм!), не обладали самостоятельными устройствами саморегулирования. С другой стороны, наблюдая поведение живых организмов, нельзя не удивляться, как много разнообразных действий они могут совершать. Обыкновенный дождевой червяк, ползая и извиваясь, зарываясь под землю и выползая наружу, представляется несравненно более совершенным «роботом», чем все искусственно созданные автоматы» действия которых можно пересчитать по пальцам. Поразительная гибкость поведения «живых автоматов» очень скоро стала предметом пристального изучения «механизма» их действий инженерами.

В отличие от простого робота живой организм не только управляет своим поведением по однажды заданной «программе», но и изменяет его в соответствии с изменениями внешней среды. Болеэ того, на каждом этапе своей работы живой организм корректирует (свои действия и, обладая памятью, запоминает свои удачи и промахи, с тем чтобы при случае воспользоваться полученным опытом.

Изменчивость поведения в зависимости от обстановки, способность приобретать опыт, возможность самостоятельно составлять программу действий придают «живым автоматам» ту изумительную гибкость, которая всегда удивляла инженеров и к которой они стремились, размышляя над конструкциями роботов, как к заветной цели.

Понадобилось немало времени, прежде чем секрет «живого автоматизма» из тайны постепенно превратился в объект строгого научного исследования. Для этого воедино должны были быть синтезированы знания из области математики, теории автоматического управления, биологии, физиологии, психологии и других самых разнородных наук. Так появилась кибернетика.

Мы уже говорили, что «разумные» движения старых роботов создавались благодаря командам, поступавшим извне. В современных автоматах с программным управлением эти команды-сигналы записываются на специальные перфоленты и затем вводятся в блоки управления машины. В связи с этим возникает много вопросов. Какова должна быть структура сигналов-команд! В какой последовательности они должны вводиться в автомат! Как выполняться! Как контролировать их выполнение! Комплекс этих вопросов находится в компетенции кибернетики.

О кибернетике было написано достаточно много специальных и популярных статей, а ее выводы питали и продолжают питать воображение писателей-фантастов. Не вдаваясь в слишком тонкие рассуждения, к которым прибегают кибернетики, укажем лишь на некоторые выводы. Кибернетику впервые сделала сильный акцент на огромном значении для действия автоматов управляющей информации как из внешнего мира, так и из внутренних источников. Любое поведение, сходное с целесообразным, осуществляется благодаря постоянной циркуляции по нервам животного или по системам связи машины определенной, отобранной информации. У животных сигналы информации, в зависимости от своего происхождения и физической природы, по нервам отправляются в центральные разделы мозга, где они обрабатываются. Там происходит генерирование новой информации, которая отправляется к исполнительным органам — к мускулам. В машинах обработка научной информации производится специально созданным для этого устройством — его нередко называют по аналогии машинным «мозгом», — а новая информация-приказ для тех или иных действий поступает к исполнительным органам машины — к двигателям.

Логика в ее математическом варианте и теория информации являются одними из главных разделов современной кибернетики.

Любопытно, что в развитии представлений о возможностях современных роботов немаловажную роль сыграли вычислительные Машины. Первоначально предназначенные для решения только математических задач, электронные счетно-решающие машины вдруг были «переоткрыты», так как оказалось, что они могут делать значительно больше, чем думали их создатели. Они Способны решать логические задачи, то есть именно такого типа, которые постоянно решает человеческий мозг. В ряде случаев они даже обладают преимуществами, например большим быстродействием.

Последнее обстоятельство и дало повод некоторым фантастам развивать идею о машинах более умных, чем человек.

Хотя, — заметим в скобках, давно известное свойство любого арифмометра считать быстрее и точнее, чем это сделал бы человек, вооружившись карандашом и бумагой и мобилизуя все свои умственные способности, не вызывает почему-то ни у кого почтительного изумления перед «умом» машины.

Ясно, что человек будет создавать все более совершенные устройства для автоматизации производства и управления производственными процессами. Будут созданы машины, выполняющие определенные функции лучше, чем это сделал бы человек. Технический прогресс идет по этому пути с давних пор.

В настоящее время выяснено, что природа нервного возбуждения живого организма — электрохимическая, а основным элементом центральной нервной системы, то есть мозга, является элементарная нервная клетка, называемая нейроном. В сложных сплетениях нейронов мозга происходит прием сигналов из внешнего и внутреннего мира животного, и там рождаются новые сигналы, которые отправляются по нервам в исполнительные органы — мускулы. Современная биофизика исследовала многие черты поведения как отдельных нейронов, так и целых групп нервных клеток. Электрохимические импульсы, блуждающие по нервным цепям живого организма, были измерены и зарегистрированы.

Однако в работе живого мозга все еще остается много тайн. Наука пока не располагает средствами исследования живого мозга и живых нервов, не нарушая их целостности, а следовательно, и их нормальной работы. Но многое из того, что уже раскрыто учеными, ложится в основу конструкторской мысли создателей современных автоматов. Некоторые из возможностей машин представляются на первый взгляд удивительными.

Может ли машина «понимать» человеческую речь! Ведь одним из неудобств управления современной электронной машиной является необходимость постоянно прибегать к языку- посреднику, понятному человеку и машине.

Группа инженеров Тбилисского института автоматики и телемеханики недавно построила электронную машину, которая в состоянии отличить несколько слов человеческой речи. Модель тбилисских инженеров управляет автоматической тележкой. Она с голоса «понимает» все цифры от нуля до девяти, а также выполняет такие устные команды, как «направо», «налево», «медленно», «быстро», «стоп», и некоторые другие.

Человеку будет удобно, если, скажем, робот, обладающий электронной памятью, «робот-энциклопедия», выдающий различные справки, сможет «читать» обычные книжки, рукописи, микрофильмы. Он будет таким способом «заряжаться» справочными сведениями.

Как человек обучается читать! Каким образом ему удается разбираться в различных шрифтах, в различных почерках! Как вообще в мозгу человека создается образ чего-то! Мы редко задумываемся над такой особенностью нашего мозга, как способность узнать человека независимо от того, находится ли он от нас близко или далеко, стоит ли к нам лицом или в профиль, в купальном костюме или в рабочем комбинезоне. Человеческий мозг способен совершать обобщения и хранить в своей памяти некие абстракции реальных образов, которые позволяют нам независимо от изменения реального образа безошибочно его узнавать. Вот почему проблема «обучения» машин различать почерки различных людей связана с более глубокой проблемой — проблемой образования понятий и представлений.

Московский математик Браверман разработал один из вариантов «чувствующей машины» — персептрона, которая «умеет» «узнавать» различные почерки. Перед электронным глазом машины ставятся изображения одной и той же цифры, написанные разными людьми, со специально внесенными искажениями. После некоторого периода «обучения» машина безошибочно отличает эту цифру от других, независимо от того, как бы она ни была написана. В ее электронном «мозгу» создается обобщенный образ цифры, который затем служит критерием для правильного ответа.

У кибернетики большое будущее. Создаются и будут создаваться машины, совершающие работу, которую еще совсем недавно мы относили лишь к умственной деятельности человека, считая, что ее могут выполнить только люди.

Эти машины будут освобождать их создателей от утомительной монотонной или механической умственной деятельности, предоставляя им все больше возможностей для деятельности творческой.

Сфера применения этих машин чрезвычайно широка. В нашей стране, как указывается в Программе КПСС, получат широкое применение кибернетика, электронные счетно-решающие и управляющие устройства в производственных процессах промышленности, строительной индустрии и транспорта, в научных исследованиях, в плановых и проектно-конструкторских расчетах, в сфере учета и управления.

Ученые и инженеры конструируют новые и новые автоматы, которые будут помощниками человека в самых разных областях его деятельности.

Кандидат физико-математических наук А. Мицкевич