Удивительная история информатики и автоматики

Автоматы: от андроида до роботов

«И создал бог Яхве человека из праха земного и вдунул в лице его дыхание жизни, и стал человек душою живою…» — так в библейском сказании описано сотворение человека. По одной из версий, изложенных в Коране, первый человек Адам также был создан из «праха земного», а по другой — из глины. Аналогично решался вопрос и во многих других религиях: у шумеров человек был создан из глиняной фигурки, в древнегреческой мифологии Прометей вылепил людей из земли и воды.

Но человек не желал смириться со своим подчиненным положением и издревле стремился бросить вызов всемогущим богам. Ведь если бы ему удалось создать другое живое существо, то это с очевидностью означало бы, что он сравнялся с богами в своем могуществе. Так было положено начало механическому искусству.

Древнегреческий физик и инженер Ктесибий Александрийский (III век до н. э.) был первым из посвятивших себя этому делу, чье имя сохранилось в истории, хотя о его жизни почти ничего не известно, а сочинения не дошли до наших дней. Витрувий, древнеримский архитектор и инженер второй половины I века до н. э., рассказывает, что Ктесибий был сыном цирюльника и не имел математического образования. Однако им владела страсть к изобретательству. Ему, например, хотелось поместить в парикмахерской отца зеркало так, чтобы груз, подвешенный на скрытом шнуре, уравновешивал зеркало. Тогда посетители без труда могли бы приближать его к себе, а затем вновь поднимать.

Кроме того, именно Ктесибию принадлежит идея о том, что воздух «является телом» и, следовательно, его можно заставить выполнять полезную работу. Так появился новый раздел механики, посвященный изучению полезных свойств сжатого воздуха, — пневматика. Сжатый гидравлическим насосом воздух заставлял, например, звучать орган. Витрувий сообщает также, что Ктесибий изготовил фигуры животных, приводившиеся в движение водой. Благодаря различным техническим приспособлениям журчание воды внутри фигур напоминало голоса этих животных.

Инженерные достижения античных ученых не столь известны, как античная математика или античная философия. Однако мы знаем, что величайший механик Древнего мира Герои Александрийский (даты его жизни точно не установлены, но предполагают, что он жил в середине 1 века н. э.) создавал сложнейшие механизмы, управляемые течением воды, нагнетаемым воздухом или силой пара. Особенно интересен один механизм, использовавшийся Героном. Это был цилиндр, на который наматывалась веревка, причем ее витки не следовали один за другим, как в катушке с нитками, а распределялись по нему с помощью воткнутых в определенных позициях штифтов. Когда веревка разматывалась (например, под силой тяжести падающего груза), цилиндр начинал вращаться, и его движение не было равномерным, — в соответствии с порядком расположения витков цилиндр мог через разные промежутки времени останавливаться, затем вращаться в обратную сторону и т. д. Эти нерегулярные движения цилиндра передавались различным механизмам. Описание таких механизмов содержат книги Герона «Механика» и «Пневматика».

В 1902 году возле острова Андикитира в Эгейском море обнаружили затонувший античный корабль. На нем были найдены бронзовые зубчатые колеса, которые некогда являлись фрагментом механизма аналогового вычислительного устройства, предназначенного для показа взаимного движения Солнца, Луны и пяти планет (так называемый Андикитирский механизм). Некоторые историки считают, что этот механизм был изготовлен самим Героном. В октябре 2005 года на научной конференции в Афинах, посвященной древнегреческой науке, была впервые продемонстрирована реконструкция Андикитирского механизма, выполненная учеными лондонского Королевского колледжа.

После того, как Римская империя пала под ударами варваров, великие научные достижения античности в Европе были практически забыты. Но их не только сохранили, но и приумножили арабские ученые, — свидетельством этого является написанное в 1206 году сочинение величайшего инженера раннего Средневековья аль-Джазири «Книга знаний об искусных механизмах». Эта книга — уникальный свод знаний и технологий древности. В отличие от большинства других ученых, аль-Джазири не делал тайны из своих изобретений и самым подробным образом описывал их устройство и функционирование. Из его пятидесяти механических устройств особый интерес представляет модель корабля, на которой расположены фигурки людей, производящих различные сложные движения с помощью цилиндра с веревкой, аналогичного героновскому.

Огромное количество средневековых легенд говорит о создании удивительных автоматов. И почти всегда их создание объяснялось помощью темных сил. К примеру, одно из преданий гласит, что величайший ученый XIII столетия Альберт Великий с помощью «ангелов преисподней» изготовил из «неведомых в подлунном мире» материалов механическое существо по имени Андроид (в переводе с греческого — «подобный человеку»). Андроид умел ходить и разговаривать. Более того, он обладал не только разумом, но — даже душой. Те же легенды утверждают, что ученик Альберта святой Фома Аквинский, узнав о таком кощунстве, уничтожил это создание.

И подобных рассказов великое множество — создание автоматов приписывают едва ли не каждому известному средневековому ученому. Если верить им, то Леонардо да Винчи изготовил механического льва, а выдающийся математик и астроном Йоганн Мюллер, более известный как Региомонтан, — летающую железную муху и летающего железного орла, который сопровождал императора Максимилиана в его походах. Вряд ли имеет смысл повторять, что это всего лишь легенды. Тем не менее они свидетельствуют о том, какие большие ожидания связывались с достижениями механики.

Однако первые достоверные сообщения о таких достижениях относятся лишь к XVI столетию, когда мастер Ганс Бюльман из Нюрнберга изготовил множество движущихся и играющих на музыкальных инструментах человеческих фигурок. Об этом упоминается в хрониках того времени, однако сами автоматы не сохранились, и трудно судить, как именно они были устроены. Создание же нескольких сохранившихся автоматов традиция приписывает самому прославленному механику и часовому мастеру этого столетия, итальянцу Джианелло Торриано.

О раннем периоде его жизни известно очень мало, даже год рождения невозможно указать с достаточной точностью. Он родился в Кремоне, на севере Италии, и был уже достаточно известен в родных местах, когда в 1530 году их посетил император Карл V. Он пожелал осмотреть прославленный «Астрариум» (от латинского astra «звезда») падуанского мастера Джованни де Донди. Этот созданный в XIV веке механический планетарий даже спустя двести лет считался непревзойденным образцом техники. Однако время все-таки привело механизм в негодность, и император велел найти мастера, способного восстановить его. Торриано принял вызов своему таланту, и это полностью изменило его судьбу.

Он быстро убедился, что восстановить проржавевший механизм невозможно, и предложил изготовить новый планетарий. Император принял Торриано на службу, и вместе с его двором мастер уехал в Испанию, навсегда покинув родину. Изготовление нового планетария заняло у Торриано (в Испании его называли на местный лад Хуаном де ла Торре) три с половиной года. Однако на подготовительные работы ушло, по свидетельству его современников, целых двадцать лет. Но результат стоил того. «Астрариум» де Донди был забыт, а творение Торриано было признано величайшим созданием человеческого гения.

Конструкция состояла из 1800 зубчатых колес, не считая неисчислимого множества других деталей. Точность их изготовления была такова, что, по свидетельству знаменитого английского алхимика Джона Ди, одно из этих колес должно было совершать полный оборот за 7 000 лет. Для такой работы требовался не только технический гений, но и глубокие познания в астрономии. Поэтому не случайно Торриано позднее стал одним из участников подготовки знаменитой реформы календаря, проведенной в 1582 году папой римским Григорием XIII.

Инженерная деятельность Торриано в Испании была многообразной (в частности, ему принадлежит уникальное гидротехническое сооружение — система подачи воды из реки Тахо в Толедо на высоту около 100 метров). Но в историю автоматов Торриано вписал свое имя во многом благодаря стечению обстоятельств. В 1555 году император Карл V отрекся от престола и удалился в монастырь. За ним последовали около 50 человек свиты, и Торриано среди них. Теперь его время было отдано одному занятию — конструированию и изготовлению механических диковин, которые могли бы немного развлечь хозяина. Обычно это были солдатики, которые маршировали, гарцевали на лошадях, били в барабаны, трубили в трубы и т. д.

Однако спустя три года Карл скончался, и Торриано вернулся в Толедо ко двору Филиппа II. Этот великий монарх не разделял интереса своего отца к планетариям и часам, и дальнейшая жизнь Торриано была не слишком простой. Впрочем, не исключено, что именно некоторая отдаленность от суеты двора способствовала его работам. Сегодня в музеях разных стран хранятся несколько автоматов, которые связывают с именем Торриано. Три из них представляют собой фигурки монахов, а еще четыре — фигурки девушек, играющих на лютне.

Фигурка монаха высотой около 40 сантиметров передвигается на трех колесиках, расположенных под подставкой. Однако при этом монах делает размашистые шаги, и его ноги высоко поднимают полы рясы. Пройдя полметра, он поворачивается и шагает в другом направлении. Одновременно движется его голова — монах смотрит налево, потом направо, затем вперед.

Иногда монах прикладывает правую руку к груди.

В левой руке он держит распятие и четки. Время от времени он поднимает ее, как бы благословляя зрителей, а также подносит крест к губам. Это движение более сложное, так как одновременно с движением руки голова наклоняется навстречу распятию. Взгляд монаха при этом устремлен прямо на распятие. В движении находятся даже губы, словно постоянно шепчущие молитву. Когда же монах подносит распятие к губам, они делают быстрое резкое движение, как бы целуя крест.

Два других монаха в руке держат колокольчик, которым периодически помахивают (но звук исходит изнутри, где расположены специальные металлические пластинки). Эти фигурки не передвигаются, однако внутренне механизмы у всех трех автоматов весьма похожи.

И самое главное, они аналогичны механизму девушки-лютнистки. Это крайне важное обстоятельство, поскольку только про последнюю имеется свидетельство, что ее создал именно Торриано. Его современник оставил такую запись:

«Хуанело решил для собственного развлечения создать подобие движущихся статуй античности, которые греки называли автоматами. Он изготовил даму высотой более терции, которая, когда ее ставили на стол, двигалась по нему в танце под звук барабана, в который сама же время от времени ударяла, и возвращалась, совершив круг, в то же место».

Конечно, здесь говорится о барабане, а не о лютне. Но все эти автоматы — и монахи, и танцовщицы — были созданы приблизительно в шестидесятые годы XVI века, и нам не известен ни один другой мастер того времени, кроме Торриано, который был способен создавать такие сложные устройства.

К сожалению, авторы некоторых современных книг абсолютно легендарные сведения подчас не только излагают как достоверные исторические факты, но даже снабжают «техническим описанием» якобы существовавших автоматов-андроидов. Например, в одной из таких книг написано, что в 1559 году Торриано построил «механического слугу для закупки товаров на рынке»:

«Корпус и конечности андроида были сделаны из дерева и поворачивались только в продольном направлении с помощью рычагов, приводимых в движение от кулачков барабана. Вращение барабана осуществлялось от часового механизма, имеющего мощный пружинный завод… Для получения устойчивого вертикального положения шагающего слуги Торриано ввел в корпус уравновешивающую массу, которая могла совершать поперечное движение <…> Когда андроид становился на левую ногу, его масса перемещалась справа налево, а если на правую, то слева направо. Таким образом, удалось осуществить устойчивость вертикального положения механического слуги <. > Многолетний упорный труд был окончен, и созданного великим изобретателем механического человека вынесли на улицу Толедо.»

Одна из улиц Толедо и в самом деле по сей день носит имя «улицы деревянного человека». Однако это название всего лишь сохранило народную память об изобретателе, некогда проживавшем на ней. Никаких упоминаний о «деревянном слуге» в старинных хрониках нет. Более того, появись он на улицах Толедо, его создатель несомненно окончил бы свою жизнь на костре инквизиции. Ведь даже невинные летающие птички, которыми Торриано развлекал императора Карла, воспринимались ревнителями чистоты веры как искушение дьявола.

В качестве управляющего устройства Торриано использовал в своих автоматах известный с античных времен вращающийся цилиндр. Однако теперь на его поверхности располагались уже не предназначенные для того, чтобы наматывать на них веревку, штифты. Их место заняли кулачки разной формы и размера, которые при вращении цилиндра передавали движение на рычаги или клавиши непосредственно. Такие цилиндры нашли применение в различных автоматах и механизмах: например, выдающийся французский инженер Соломон де Ко на их основе сконструировал клавишный музыкальный инструмент — орган, причем вращался цилиндр благодаря силе падающей воды.

Автоматы Торриано значительно опередили свое время, и прошло целых полтора столетия, прежде чем его достижения удалось превзойти. Но для этого потребовалась настоящая революция в часовом деле, результаты которой позволили создавать еще более сложные автоматы. В частности, в 1641 году сын Галилео Галилея создал часовой механизм с маятником. В 1674 году великий голландский физик и математик Христиан Гюйгенс внес важные усовершенствования в конструкцию пружинных часов. Изобретение Гюйгенса придало особенно сильный импульс развитию часового дела, и следующий XVIII век стал настоящим золотым веком механических автоматов, периодом их наивысшего расцвета.

На Руси первый автомат появился в 1606 году, когда Лжедмитрий установил перед своими кремлевскими палатами огромного трехголового медного Цербера, который щелкал зубами и испускал из всех трех пастей и ушей пламя. В летописи можно прочитать: «Егда же разверзает челюсти своя, извну его яко пламя предстоящим ту является и велие бряцание исходит из гортани его.» Когда Лжедмитрий был убит, толпа разгромила его дворец и уничтожила автомат.

В 1672–1673 годах в Коломенском дворце под Москвой по обе стороны от трона царя Алексея Михайловича были установлены механические львы. Когда заморские послы приближались к трону, львы разевали пасти, вращали глазами и громко рычали. Об этих львах, изготовленных часовым мастером Петром Высоцким, писал Симеон Полоцкий:

Сохранился указ о том, «где стоять мехам для Львова рыкания», который Алексей Михайлович подписал собственноручно.

Немаловажную роль в развитии автоматов сыграл великий французский изобретатель Жак де Вокансон. Он родился в Гренобле и еще в раннем детстве проявил замечательные способности к механике. Как младшему из десяти детей в семье, ему была предуготована духовная карьера. Возможно, Жак и стал бы священником, если бы вместо штудирования священных текстов в монастырской школе не удовлетворял свою страсть к механике, изготавливая… летающих ангелов! Разумеется, настоятель не потерпел такого кощунства, и импровизированная мастерская была разрушена.

Впрочем, нет худа без добра, поскольку Вокансон решил, что этот случай вполне освобождает его от данных обетов, и вернулся к мирской жизни. Наверстывая упущенное, он отправился в Париж, где приступил к изучению механики, музыки и анатомии. После нескольких не слишком удачных попыток создать нечто вроде наглядного объемного анатомического театра, Вокансон обратился к созданию своих знаменитых автоматов. Причем немалым стимулом к началу работы стало полное безденежье и накопившиеся за время веселой парижской жизни долги.

Работа заняла около двух лет. И вот в октябре 1737 года первый автомат Вокансона был завершен и впервые показан на ярмарке в парижском пригороде Сен-Жермен. Несмотря на достаточно высокую стоимость билетов, посмотреть на этот шедевр механики стекалась вся столица, пресса запестрела самыми лестными отзывами. Комиссия Академии наук, внимательно изучившая автомат, также высоко оценила и мастерство изобретателя, и его новаторские технические решения.

Автомат представлял собой одетую в крестьянский наряд фигуру пастуха в человеческий рост (1,78 метра). Пастух сидел на большом камне, помещенном на пьедестал. В руках он держал флейту, которую затем подносил к губам и, ловко перебирая пальцами, играл на ней разные мелодии — всего он мог исполнить двенадцать разных мелодий. «Последний звук растаял в воздухе, но все сидели, словно зачарованные, не решаясь шелохнуться. Наконец, в зале стали раздаваться восторженные возгласы, но их тут же заглушила буря оваций» — так описывает современник один из концертов флейтиста.

Механизм управления размещался внутри пьедестала, и основной его частью был вращающийся вокруг своей оси деревянный цилиндр диаметром 56 сантиметров и длиной 83 сантиметра. На цилиндре имелось множество выступов, при вращении цилиндра приводивших движение 15 рычагов, которые, в свою очередь, посредством цепочек и струн управляли потоком воздуха, движением губ, языка и пальцев флейтиста.

Вскоре Вокансон построил второй автомат, также имевший облик деревенского пастуха. Но второй пастух не только играл 20 мелодий, держа флейту левой руке, но одновременно бил в барабан палочкой, зажатой в правой. В историю техники он вошел как «провансальский барабанщик».

Вокансон, самый знаменитый из создателей автоматов, в то же время не был единственным. Еще за 10 лет до него лондонский часовщик Кристофер Пинчбек-старший потрясал воображение соотечественников своим «храмом искусств». На афише, изданной в 1727 году, изложено содержание представления: «Картина первая. Концерт, где несколько фигур играют с величайшей согласованностью и гармонией. Картина вторая. Перспектива города и гавани Гибралтара с движущимися кораблями и испанскими войсками, марширующими через старый город. А также игра графа в реке и собака, ныряющая за ним, представлены как живые. Около ста фигур, представляющих движение как в жизни. Ничего подобного в мире никогда не было видано».

Множество аналогичных автоматов построил в 1748–1752 годах в одном из замков под Зальцбургом австриец Лоренц Розенеггер. Его «театр» насчитывал 256 фигур, из которых 113 двигались. Однако все эти автоматы были скорее продолжением старинной традиции, идущей от Торриано, чем новаторскими произведениями.

Однако самым сложным был третий автомат Вокансона — знаменитая механическая утка. Утка хлопала крыльями (каждое крыло состояло из четырехсот движущихся деталей, а весь механизм более чем из тысячи), вытягивала шею, чтобы клевать зерна, глотала их, пила воду и даже «переваривала» пишу (последнее было отголоском давней идеи изобретателя о механическом анатомическом театре). Часть механизма размещалась внутри тела утки, а часть — в постаменте, на котором утка стояла. Механизм приводился в движение тросом, разматывавшимся при падении тяжелого груза.

Современники были единодушны во мнении, что автоматы Вокансона — это самые совершенные устройства, когда-либо созданные разумом человека. А великий философ Вольтер так выразил свое восхищение ими:

Имя изобретателя гремело по всей Европе. В течение нескольких лет Вокансон стал вполне обеспеченным человеком. Открытую им золотую жилу можно было с успехом эксплуатировать всю жизнь, но Вокансон, в отличие от некоторых своих последователей, был не предпринимателем, а ученым. Понимая, что практически исчерпал это направление работ, в 1743 году он продал свои автоматы группе предпринимателей из Лиона.

К великому сожалению, ни один из автоматов Вокансона не сохранился. Более того, неизвестно, когда же они были утрачены. Судя по всему, флейтист и провансальский барабанщик были утрачены в конце XVIII или в начале XIX столетия. Известна запись в дневнике великого немецкого поэта И. В. Гете, который в 1805 году осмотрел утку Вокансона: «Утка находилась в самом плачевном состоянии. Она походила на скелет и словно страдала несварением желудка.»

В литературе часто говорится о том, что автоматы Вокансона приобрел немецкий коллекционер Готфрид Кристоф Байрейс, который организовал «кабинет чудес и искусств» и объехал с ним многие страны. Более того, утверждается, что знаменитая утка вместе со всем «кабинетом» погибла в 1896 или в 1879 году в России во время пожара на Нижегородской ярмарке. Но, скорее всего, это были не оригиналы, а лишь копии автоматов Вокансона. Точно так же сохранившиеся фотографии утки, которые относятся к середине XIX века, судя по всему, были сделаны не с оригинала, а с копии. Выполненную в 1998 году реконструкцию утки сегодня можно увидеть в музее Гренобля, родного города Вокансона.

Жак де Вокансон прославил свое имя не только тремя описанными автоматами (кстати, за их создание он был избран членом Парижской академии наук) — автоматы стали только началом его длительной работы ученого. В 1741 году Вокансон был назначен королевским инспектором ткацких мануфактур. Ему удалось полностью реорганизовать работу этой важнейшей отрасли промышленности, но самым важным его достижением стало создание первого в истории полностью автоматического ткацкого станка.

Вокансон также изобрел или усовершенствовал множество других станков и машин: токарный станок, бур для горных работ и др. Одно его изобретение дошло до наших дней, практически не изменившись, — это изготовленная им из южноамериканского каучука гибкая трубка (он использовал ее в желудке утки). Все технические устройства, в которых сегодня применяются резиновые трубки или шланги, перечислить просто невозможно.

Еще более амбициозную и сложную задачу, нежели Вокансон, поставил перед собой придворный механик из Вены Фридрих фон Кнаусс. В его время грамотный человек был все еще большой редкостью, лишь малая часть населения умела читать, а уж письмо знали совсем немногие. Так что построить автомат, который умел бы писать, — означало в чем-то даже превзойти человека.

Между 1753 ^и 1760 годами фон Кнаусс сконструировал и построил четыре таких автомата. Правда, самый ранний из них только имитировал процесс письма, — рука двигалась, но перо не касалось листа бумаги, на которой уже был написан какой-либо текст. Четвертый же автомат стал первым в истории андроидом, способным писать. Механизм автомата был настолько сложен, что не мог поместиться в корпусе писца, и поэтому фон Кнаусс разместил его в металлическом глобусе, который поддерживали два бронзовых орла.

Над глобусом на облаке парила фигурка богини, — доброго гения писца.

В центре находилась вертикально установленная металлическая пластинка, на которой закрепляли лист бумаги. Фигура писца располагалась справа от листа бумаги. Написав несколько букв, писец останавливался и аккуратно обмакивал свое гусиное перо в чернильницу. При письме перо занимало одно и то же положение, поэтому после каждой буквы пластинка с бумагой сдвигалась влево. Когда же писец доходил до конца строки, богиня поднимала вверх руку, и лист бумаги сдвигался на одну строку вверх. Чтобы исписать лист бумаги, автомату требовалось 15 минут.

Показанный впервые в Вене 4 октября 1760 года пишущий автомат фон Кнаусса вызвал бурю восторга, когда император вслух прочитал написанный только что на его глазах текст:

«Любезный Государь, окажите мне честь выслушать меня и то, что я напишу Вам. Весь свет полагал, что мой создатель никогда не сможет усовершенствовать меня и подвергал его гонениям, но теперь я, вопреки всем завистникам, умею писать на любом языке и являюсь Вашим, Государь, самым преданным секретарем».

Автомат мог писать на французском языке фразы длиной до 107 слов, предварительно записанные на специальный цилиндр. При этом интересно, что если первые три автомата могли воспроизводить только тот текст, на который были «запрограммированы», то последний после перенастройки был способен написать любую предложенную фразу. Более того, этот автомат мог писать диктуемый оператору текст, который тот вводил с помощью специальной клавиатуры. Возможно, что похожим образом была устроена созданная впоследствии фон Кнауссом первая в истории пишущая машинка (к сожалению, она не сохранилась).

В середине XVIII века гастролировавшие со своими автоматами изобретатели добирались и до России. 25 октября 1755 года в бумагах Московской Полицмейстерской канцелярии отмечается: «Приезжей сюда француз, господин Дюфран, показывает всем охотникам весьма хитросоставленную машину, которую-де, в бытность ево в Санкт Петербурге, Ея Императорское Величество высочайше смотреть и оной удивлятца изволила. И та фигура представляет пастуха с пастушкою в натуральной величине, которыя вместе 13 арий на флейтаверсе играют, причем пастух и такт ударяет. И сии обе фигуры стоят под тению дуба, на котором разные птицы свое пение с тоном флейты соединяют. А с смотрителей-де получает он с человека по одному рублю, а кто пожелает видеть и механическое движение по два рубля с человека».

Спустя несколько лет, в начале 1759 года, в Немецкой слободе французский «механист» Пьер Дюмолен (Петр Дюмолин) ежедневно с 4 до 9 часов вечера показывал «куриозные самодействующие машины», среди которых были: «маленькая бернская крестьянка, которая 6 лент вдруг тчет, так что оных от 18 до 20 дюймов в минуту поспевает, а между тем играют куранты» и «машинка сделанная кинарейкою, которая так натурально поет, как живая».

В марте-мае в репертуаре Дюмолена появились еще и «русский мужик, который голову и глаза движет так совершенно, что можно его почесть живым» и «движущийся китаец, который так хорошо сделан, что не можно вообразить, чтоб то была машина» — обе фигуры в натуральную величину. Дюмолен также сообщал, что «окончил лягушку движущуюся, над которой он долгое время трудился». «Сия лягушка знает время на часах и показывает оное плавая в судне. Сия машина есть самая совершеннейшая, какую только может искусство произвесть».

Уникальный автомат фон Кнаусса на полтора десятка лет опередил следующую работу такого рода. Но затем его превзошли выдающиеся механики, часовых дел мастера из Швейцарии Пьер Жаке-Дро и его сын Анри-Луи, которые в 1774 ГОДУ в Париже впервые показали три своих автомата-андроида.

Мальчик-писец размером около 70 сантиметров, сидя за столом на стульчике, выводил на бумаге гусиным пером различные тексты. Он протягивал руку к чернильнице, обмакивал гусиное перо в чернила, аккуратно стряхивал их и начинал писать.

Буквы он выводил тщательно, с нажимом, оставляя между ними промежутки.

Управляющий механизм содержал 40 зубчатых дисков (в совокупности они фактически образовывали кулачковый цилиндр, как в автоматах Торриано и Вокансона). Каждый диск отвечал за движения, позволяющие написать одну букву, так что максимальная длина текста составляла 40 букв. После перенастройки механизма автомат мог писать другой текст, однако эта операция была крайне трудоемкой и требовала особой тщательности. Стоит отметить, что хотя писец фон Кнаусса мог писать более длинный текст, конструкция писца Жаке-Дро была гораздо сложнее. Его механизм был более компактным и помещался внутри автомата, в то время как фон Кнаусс разместил механизм в глобусе, на котором стояла фигура писца.

Мальчик-рисовальщик, похожий на писца, рисовал несколько изящных картинок — купидона, собаку, профили Людовика XIV, а также Людовика XVI с Марией-Антуанеттой. Время от времени рисовальщик останавливался, и, откинувшись назад, смотрел на свой рисунок, как бы пытаясь понять, что же в нем нуждается в улучшении, после чего продолжал рисовать.

Самым же сложным из автоматов Жаке-Дро была механическая девушка, игравшая на клавесине пять различных менуэтов. Движения рук девушки были очень естественными, во время исполнения она плавно поворачивала голову, словно следя за нотами. Сыграв очередную пьесу, девушка вставала и кланялась зрителям.

Ткацкий станок Вокансона полвека спустя взял за образец другой выдающийся французский изобретатель, Жозер-Мари Жаккар. Как известно, управляемый с помощью перфокарт станок Жаккара, в свою очередь навел Чарльза Бэббиджа на мысль использовать перфокарты для управления аналитической машиной — прообраза современного компьютера. (Здесь надо заметить, что станок Вокансона управлялся не перфокартами, а, как и другие его автоматы, кулачковым цилиндром.)

Бэббидж с детства интересовался устройством автоматов. Возможно, что именно анализ их работы позволил Бэббиджу создать концепцию программного управления работой вычислительной машины. Ведь что такое программа?

Это четко прописанная последовательность элементарных шагов, которые должна выполнить вычислительная машина для решения задачи. Точно так же и задача, стоящая перед автоматом (написать фразу, сделать то или иное движение), разбивается на последовательность более мелких действий (написать букву м, передвинуть руку с пером, написать букву а и т. д.). И как в компьютере каждый элементарный шаг — это команда из системы команд, так и в автомате есть свой узел для выполнения каждого элементарного действия.

В течение нескольких лет отец и сын Жаке-Дро с грандиозным успехом демонстрировали свои творения в различных городах Европы. Их автоматы по праву считаются апогеем многовековых усилий человека воспроизвести свое поведение с помощью механизмов. Но в их тени остались многие другие мастера, создававшие не менее талантливые и оригинальные произведения. Одним из таких мастеров был швейцарец Анри Майарде, долгое время работавший помощником у Жаке-Дро и несомненно многое перенявший у своих учителей. Анри Майарде и его братья Жак-Рудольф и Жан-Давид в начале XIX века построили несколько автоматов, нисколько не уступавших лучшим творениям Жаке-Дро.

Самыми известными из них являются Большой и Малый чародеи, находящиеся сегодня в Музее часового дела швейцарского города Шо-де-Фон. Большой чародей, одетый в роскошные одежды, сидит в кресле. Его голова увенчана остроконечным колпаком, усыпанным звездами, а длинная борода придает облику чародея еще больше таинственности. В левой руке он держит книгу с заклинаниями, а в правой — волшебную палочку. Справа от чародея стоит стол с разложенными на нем магическими предметами. Вся эта композиция помещена на верхней площадке больших красивых маятниковых часов с музыкой (сам маятник не виден, поскольку помещен в основании часов высотой около 40 сантиметров).

В основании имеется выдвигающийся ящичек, в который можно положить одну из 12 табличек с напечатанными на них вопросами. Если задвинуть ящичек, не положив в него табличку, чародей укоризненно качает головой. Если же карточка с вопросом была положена, то чародей величественно встает на ноги, вращает глазами и затем указывает своей волшебной палочкой на овальное окошко в часах. Окошко распахивается, и в нем появляется табличка с ответом на вопрос.

Например, на вопрос: «Что питает наши души?» следует ответ: «Правда и справедливость», а на вопрос: «Что надо беречь более всего?» — «Время». Посмотрев на окошко и словно убедившись в правильности ответа, чародей делает в воздухе несколько магических пассов и садится обратно в кресло.

Малый чародей устроен очень похоже, самым интересным различием этих автоматов является реакция на отсутствие вопроса. В этом случае чародей остается неподвижным, но из-под земли выскакивает бесенок, который своими укоризненными жестами как бы дает понять зрителю, что тот был не прав, обидев чародея.

Еще один автомат Майарде, известный как «Рисовальщик-писец», размером с ребенка, не только рисовал пером четыре различных наброска, но и писал на листе бумаги четыре небольших стихотворения. Если рисунки автомата Жаке-Дро были просто изящными набросками, то рисовальщик-писец Майарде создавал очень сложные изображения. Скажем, рисунок парусного корабля просто поражает тщательной прорисовкой всех деталей.

Описание рисовальщика появилось на страницах прессы еще в 1812 году, но затем он более чем на столетие исчез из поля зрения и был обнаружен лишь в начале XX века в США. Автомат находился в самом плачевном состоянии, и потребовалось немалое искусство реставраторов, чтобы вернуть его в рабочее состояние. Интересно, что поначалу его автором считали И. Мальзеля, и только после реставрации механизм сам поведал о своем происхождении, выведя на листе бумаги фразу: «написано автоматом, изготовленным Майарде». С 1928 года рисовальщик-писец Майарде находится в музее Института Франклина в Филадельфии.

В знаменитом парижском Музее искусств и ремесел сегодня можно увидеть очень красивый автомат. Он представляет собой фигуру молодой элегантно одетой девушки, сидящей на табурете перед необычным музыкальным инструментом. Это цимбалы — струнный ударный музыкальный инструмент, звук из которого извлекают ударами специальных молоточков по 46 туго натянутым металлическим струнам.

Цимбалы и табурет с девушкой стоят на деревянном столе с очень высокой столешницей. Высота сидящей фигуры около полуметра, длина цимбал — свыше метра. Часть механизма располагалась под табуретом, а большая его часть — в столешнице. В репертуар музыкантши входили восемь различных мелодий. Этот автомат, изготовленный немецким часовым мастером Петером Кинтцингом, приобрела в 1785 году французская королева Мария-Антуанетта. Согласно преданию, одежда девушки была сшита из шелкового платья королевы, а парик изготовлен из ее волос.

В середине XIX века автоматы, подобные описанным, ажиотажа среди публики больше не вызывали, их уже не показывали при королевских дворах. Автоматы стали привычными экспонатами передвижных выставок, переместились в цирковые балаганы и салоны фокусников. Теперь уже речь не шла о соперничестве их авторов с Творцом. Автоматы создавали с вполне приземленной целью — привлечь внимание публики и заработать на жизнь.

Тем не менее в это время также появлялись интересные работы.

Лучше всего дух изменившегося времени передает деятельность Жана-Эжена Робер-Удена.

Он вошел в историю в первую очередь как великий цирковой артист, один из основателей современного иллюзионного искусства. «Его личность излучала обаяние, Робер-Уден покорял зрителей своим актерским даром», — пишет один из историков цирка. Вот уже полтора столетия после него большую часть репертуара самых прославленных иллюзионистов во всем мире составляют номера, придуманные и впервые исполненные Робер-Уденом.

Но он был также не менее выдающимся изобретателем. К числу его изобретений относятся электрические часы, медицинские приборы, автоматически закрывающиеся двери и многое другое; задолго до Эдисона он испытал лампу накаливания (с нитью растительного происхождения). Он родился в городке Блуа в семье часового мастера. Часовые механизмы были частью его жизни с раннего детства, так что когда много лет спустя молодой владелец часовой мастерской Робер (Робер-Уденом он стал зваться позднее, присоединив фамилию жены к своей) случайно взял в руки книгу с описанием различных фокусов — его дальнейшая судьба навсегда определилась.

В 1845 году Робер-Уден открыл собственный театр, первый в мире стационарный театр иллюзионного мастерства, «Фантастические вечера» которого в течение 15 лет собирали полный зал. Немалую часть репертуара театра составляла демонстрация различных сложных автоматов, построенных Робер-Уденом.

На промышленной выставке 1844 года Робер-Уден представил один из своих автоматов — механического писца и художника. Он сидел за столом с пером в руке, и когда к нему обращались с вопросом, кто является символом верности, — рисовал собаку, в ответ на вопрос, кто является символом любви, — рисовал Амура, и т. д. В мемуарах изобретатель говорит, что возлагал на него особенно большие надежды. Эти надежды оправдались, — автомат привлек внимание короля Франции Луи-Филиппа, который остановился перед ним и с интересом разглядывал ответы на свои вопросы. Автомат был награжден серебряной медалью выставки.

Между прочим, Робер-Уден, весьма уважительно упоминая в мемуарах своего великого предшественника Жака де Вокансона и многих других создателей автоматов, ни разу не вспомнил ни отца и сына Жаке-Дро, ни их помощников Лешо и Майарде. При этом рисунки, которые делал его автомат (Амур, голова монарха, увенчанная короной, собака) очень напоминали рисунки, выполненные рисовальщиком Жаке-Дро. Вызывает удивление и то, что, по словам самого Робер-Удена, он изготовил свой автомат всего за полтора года, в то время как отцу и сыну Жаке-Дро понадобилось на это целых шесть лет напряженного труда. Узнать правду сегодня уже невозможно, так как впоследствии Робер-Уден продал рисовальщика знаменитому американскому антрепренеру Финеасу Барнуму, и этот автомат погиб в 1865 году вместе со всей коллекцией Барнума во время пожара.

Например, автомат «Антонио-Дьяволо» изображал мальчика-акробата. «Я держал своего деревянного артиста на руках, как ребенка, — пишет Робер-Уден в своих мемуарах, — затем ставил его на трапецию и задавал несколько вопросов: Ты не боишься? Ты готов? — на которые он отвечал, кивая головой». При первых звуках оркестра мальчик раскланивался перед зрителями, и, раскачавшись, проделывал несколько сложных упражнений. Затем акробат останавливался, чтобы передохнуть и выкурить трубку. После этого он выполнял самые сложные трюки — делал стойку на руках, одновременно совершая различные движения ногами, и, наконец, отпускал руки и висел вниз головой, зацепившись за перекладину ногами.

Еще несколько созданных Робер-Уденом автоматов были основаны на одной и той же идее — урока пения. Это был крайне сложный механический прибор. Большая конструкция представляла балкон, на котором возле столика сидела дама. На столике стояли музыкальный ящик и клетка с сидящей на жердочке птичкой. Дама вращала ручку музыкального ящика, играла музыка и птичка, прыгая на жердочке, начинала вторить мелодии. Однако ее пение не нравилось даме, она качала головой и заставляла птичку начать пение сначала. После нескольких попыток пение птички наконец-то устраивало даму, и она одобрительно кивала головой. Птичка под музыкальный аккомпанемент исполняла свою песню до конца. Все эти автоматы управлялись сложными часовыми механизмами, приводившими в действие кулачковые цилиндры.

Однако наряду с этими автоматами, Робер-Уден в своих представлениях широко использовал и «псевдоавтоматы», которыми с помощью сложной системы нитей и педалей управляли из-за кулис его ассистенты. К их числу относились такие номера, как «кондитер из Пале-Рояля», «французский гвардеец» и др. Например, гвардеец, державший на плече мушкет, приветствовал зрителей воздушными поцелуями (предварительно опустив оружие), затем прицеливался и стрелял. Кондитер приносил на подносе заказанные зрителями пирожные и т. д. Без сомнения, созданная Робер-Уденом система управления этими аттракционами представляла собой шедевр изобретательности, однако все же эти номера были просто ловкими трюками.

Последние годы жизни Робер-Уден провел в своем домике в окрестностях Блуа. Этот дом был настоящим чудом техники — посетитель нажимал кнопку электрического звонка (кстати, еще одно изобретение маэстро), ворота раскрывались, а над ними загоралась приветственная надпись. В саду гость мог наблюдать различные автоматы, а когда, устав, присаживался на стул, тот переносил его на другой берег наполненного водой рва. Здесь Робер-Уден написал знаменитые (хотя не всегда достоверные) мемуары и несколько трудов по истории иллюзионного мастерства. Здесь же он работал над своими изобретениями.

Робер-Уден умер в 1871 году, а созданный им театр просуществовал еще полвека. Его имя носят улицы в Париже и в Блуа, а могила Робер-Удена давно стала местом паломничества иллюзионистов всего мира.

Феерический успех театра Робер-Удена на некоторое время сделал автоматы (и псевдоавтоматы) модным цирковым жанром. У мэтра появились многочисленные подражатели. Мало кто из них мог соперничать с Робер-Уденом в инженерном таланте, хотя были и исключения — например, иллюзионист и инженер Стевенар. Но и его автоматы — урок пения, флейтист и др., хотя и отличались миниатюрностью и изяществом, все-таки не содержали новых идей (более оригинальным был только автомат, изображавший фокусника). Это было пусть и виртуозное, но все-таки повторение давно известного.

Интерес публики к ним оказался не слишком продолжительным. Еще меньшим он стал в начале XX века, однако и тогда автоматы изредка все-таки появлялись.

Например, в 1916 году французский инженер Дюран построил машину, которая могла ставить на бумагах автограф вместо человека. Затем он поставил перед собой чисто техническую задачу — встроить этот механизм в автомат. Вскоре в сотрудничестве с известным фабрикантом Гастоном Декампом он создал автомат, получивший имя «Профессор Аркадиус». Профессор представал перед зрителями в роли предсказателя, и в зависимости от характера и внешности обращавшегося к нему человека писал авторучкой одну из двадцати заложенных в него фраз.

В то время вряд ли кто мог предположить, что совсем скоро будет изобретено слово робот, и автоматам еще предстоит пережить второе рождение и бурный расцвет.

Робот — раб или работник?

В 1920 году замечательный чешский писатель Карел Чапек опубликовал драму под названием «R. U. R», в которой впервые в мировой литературе появилась тема создания искусственных людей. Их использовали как неутомимых рабочих и не ведающих страха солдат. Внешне они совершенно не отличались от людей, но при этом были полностью лишены чувств, не имели духовной жизни. Однако спустя некоторое время была выпущена партия искусственных людей, которые могли испытывать некоторые эмоции. И именно они стали инициаторами бунта машин против людей, который привел к гибели человечества.

Название пьесы — это сокращение слов «Rossum’s Universal Robots» (Россумовские Универсальные Роботы), названия компании, которая изготовляла искусственных людей. Их Чапек назвал придуманным им словом робот. Часто пишут, будто оно было произведено от чешского rob — «раб», однако сам Чапек вспоминал о его происхождении так. Подойдя однажды к брату Йозефу (который тоже был известным художником и писателем), он сказал:

Пьеса Чапека мгновенно обрела всемирную славу и обошла сцены многих стран, однако новое слово приживалось медленно. Вполне возможно, что его постигла бы судьба многих других неологизмов — постепенное забвение, однако в 1950 году в США увидел свет сборник рассказов молодого ученого-химика и начинающего писателя-фантаста Айзека Азимова «Я, робот» (между прочим, Азимов родился в России, в деревне Петровичи Смоленской области). Вероятно, появление рассказов Азимова удачно пришлось на время огромного интереса к первым компьютерам, время дискуссий о том, смогут ли машины мыслить. Сформулированные Азимовым «три закона роботехники» принесли ему славу и вызвали лавину новых фантастических произведений на тему взаимоотношения роботов и людей.

1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред.

2. Робот должен повиноваться командам, которые ему дает человек, кроме тех случаев, когда эти команды противоречат Первому Закону.

3. Робот должен заботиться о своей безопасности, поскольку это не противоречит Первому и Второму Законам.

Хотя слово и до Азимова использовалось фантастами (более того, даже название «Я, робот», принадлежит не Азимову, а редактору его книги, который воспользовался названием рассказа другого писателя, опубликованного в 1939 году), именно невероятный успех книги Азимова способствовал окончательной прописке слова robot в английском и других языках. Рассказы Азимова до сих пор пользуются огромной популярностью. В 2004 году по мотивам книги в Голливуде был снят супербоевик «Я — робот» со знаменитым актером Уиллом Смитом.

Когда же новое слово утвердилось в русском языке, сегодня трудно сказать с точностью. Например, известный поэт Семен Кирсанов еще в 1935 году опубликовал Айзек Азимов философскую «Поэму о Роботе». Однако в «Словаре русского языка» Д. Н. Ушакова, изданном в 1939 году, слово еще отсутствовало. А вот в «Энциклопедическом словаре» (1955 год) оно уже появилось и объясняется так: «Автомат в виде искусственного человека-куклы, управляемый телемеханически и выполняющий несколько сложных операций». С этим определением отчасти можно согласиться, но следующая фраза звучала так: «В капиталистических странах роботы создаются главным образом ради рекламы». Напомним, что в это время в СССР кибернетика еще не была официально реабилитирована.

Интересно предвидение Кирсанова о том, что автоматы будут писать стихи:

Говорящие автоматы

Во второй части бессмертного романа Мигеля Сервантеса «Хитроумный идальго Дон Кихот Ламанчский» имеется редко вспоминаемый эпизод, в котором главному герою, гостящему в Барселоне у некоего богатого кабальеро, демонстрируют диковинку — говорящую голову, сработанную «одним из величайших волшебников и чародеев на свете».

«Доска столика сама по себе была деревянная, но расписанная и раскрашенная под яшму, равно как и его ножка, от которой для большей устойчивости расходились четыре орлиные лапы. Голова, выкрашенная под бронзу и напоминавшая бюст римского императора, была внутри полая, так же точно как и доска столика, в которую голова была до того плотно вделана, что можно было подумать, будто она составляет с доской одно целое. Ножка столика, так же точно полая, представляла собой продолжение горла и груди волшебной головы, и все это сообщалось с другой комнатой, находившейся под той, где была голова. Через все это полое пространство в ножке и доске стола, в груди и горле самого бюста была чрезвычайно ловко проведена жестяная трубка, так что никто не мог бы ее заметить. В нижнем помещении, находившемся непосредственно под этим, сидел человек и, приставив трубку ко рту, отвечал на вопросы, причем голос его, словно по рупору, шел и вниз и вверх, и каждое слово было отчетливо слышно.».

Интересно, что, по словам Сервантеса, голова эта была сделана по образцу увиденной хозяином в Мадриде, — т. е. это устройство отнюдь не являлось уникальным.

Великий писатель зорко подметил одну из многочисленных деталей средневековой жизни, причем деталей, имевших длительную историю. Уже в древнегреческих мифах мы встречаем рассказ о голове Орфея. Певец и музыкант Орфей, перед искусством которого склонялись люди, боги и сама природа, навлек на себя гнев Диониса. Орфей был растерзан менадами, а его голова приплыла на остров Лесбос, где творила чудеса и изрекала пророчества.

Начиная с X века молва традиционно приписывала создание «говорящих голов» многим людям. Первым из них был крупнейший ученый и политик Герберт Аврилакский, в 999 году ставший Римским папой под именем Сильвестра II.

Многочисленные легенды (правда, более позднего происхождения) обвиняли Герберта в связи с дьяволом, следствием которой стало создание бронзовой головы, отвечавшей на задаваемые ей вопросы.

Альберт фон Больштедт, уже при жизни получивший прозвание Великий, а за энциклопедичность познаний прозванный «доктором всеобъемлющим» (doctor universalis), был выдающимся ученым-естествоиспытателем и философом. Сегодня точно установлено, что ряд алхимических и оккультных трактатов, которые веками приписывались Альберту, ему не принадлежат, однако он, как и Герберт, приобрел славу великого мага (magnus in magia). Согласно некоторым легендам, он также создал медную говорящую голову. Другие легенды утверждают, что с помощью темных сил Альберт даже создал говорящий человекоподобный автомат (андроид). По преданию, этот автомат был уничтожен учеником Альберта, святым Фомой Аквинским.

Третьим ученым, имя которого связывают с созданием «говорящих голов», был Роджер Бэкон, английский философ и ученый, один из величайших умов своей эпохи. За занятия алхимией и астрологией Бэкон был заточен в монастырь, а последние 14 лет жизни провел в заключении. Вскоре после смерти Бэкона появились легенды о его чудесных деяниях: построенном посредством сгущения воздуха мосте между Англией и Францией, зеркале, показывавшем «другой конец света», и др. Ему также приписывали создание говорящей медной головы.

Таким образом, говорящие головы были популярным мотивом легенд раннего Средневековья. Однако понятно, что техника того времени вряд ли могла решить столь амбициозную задачу на практике. Да и понимание природы языка еще не встало на научную почву. В отсутствие объективной возможности решить эту задачу место ученых заняли шарлатаны — что и показал Сервантес.

Создание говорящей головы символизировало попытку человека бросить вызов Вседержителю, и поэтому изначально представлялось занятием кощунственным. Конечно, вера в магию во времена Сервантеса (роман был написан в начале XVII века) уже не была слепой, — и писатель, несомненно, ее высмеивает. Тем не менее, по мнению святой инквизиции, говорящая голова являла «соблазн для невежественной черни» и потому была уничтожена.

Но задача создания «говорящих голов» еще долго привлекала внимание искусных механиков. Здесь можно вспомнить выдающегося русского создателя автоматов Антона Марковича Гамулецкого. Он родился в Польше, отец его был полковником прусской армии. В молодые годы Гамулецкий близко общался с известным авантюристом графом Калиостро, от которого, вероятно, и перенял интерес к изобретательству. С 1794 года Гамулецкий поселился в России. В 1826 году он открыл в Санкт-Петербурге «механический кабинет», в котором экспонировались созданные им многочисленные и крайне оригинальные автоматы. В их числе была огромная бронзовая голова волшебника, помещенная на зеркальном столике и отвечавшая на вопросы посетителей, заданные на любом языке. В отличие от головы, с которой общался Дон Кихот, секрет ее не разгадан до сих пор — поскольку голову эту можно было брать в руки и переставлять куда угодно. Тем не менее и говорящая голова Гамулецкого также была лишь фокусом.

Первые же научные работы в области генерации звука появились только в XVHI веке. Они, без сомнения, были вдохновлены как огромным прогрессом механики (уже появились первые автоматы, изготовленные Жаком де Вокансоном, отцом и сыном Жаке-Дро и другими великими механиками), так и общими философскими построениями того времени.

Многие мыслители всерьез ставили вопрос о механической реализации функций человека. В частности, выдающийся французский философ-просветитель, врач по профессии, Жюльен де Ламетри издал в 1749 году в Лейдене философский трактат «Человек-машина» («L’Homme machine»), в котором впервые высказал и обосновал идею о возможности механической имитации некоторых интеллектуальных функций человека.

Ламетри считал, что человеческий организм подобен сложной машине и что большую часть его функций можно реализовать посредством механизмов. В частности, ссылаясь на автоматы Вокансона, он говорил, что для «какого-нибудь нового Прометея» нельзя считать невыполнимой идею создания «говорящей машины».

Единственной функцией, недоступной автоматам, Ламетри полагал только самовоспроизведение. Сочинение Ламетри впервые в истории открыто пропагандировало атеизм и стало едва ли не самой знаменитой европейской книгой первой половины XVIII века. Оно вызвало взрыв негодования и, как и некоторые другие труды философа, было конфисковано и публично сожжено.

Одним из первых к созданию говорящих механизмов обратился известный австрийский механик Фридрих фон Кнаусс. Согласно имеющимся сведениям, около 1770 года он изготовил и показал при императорском дворе в Вене несколько говорящих машин, выполненных в форме человеческих голов. Эти сведения вполне могут быть признаны достоверными, поскольку Кнаусс прославился созданием многих других автоматов, в том числе первого в мире автомата, который мог писать достаточно длинный текст; возможно, что он также изготовил один из самых ранних прототипов пишущей машинки. К сожалению, никаких подробностей о говорящих машинах фон Кнаусса не сохранилось.

Чуть больше известно сегодня о говорящей машине выдающегося английского ученого Эразма Дарвина, деда Чарльза Дарвина. Дарвин был весьма своеобразным и крайне эксцентричным человеком, однако его роль в истории британской науки трудно переоценить. Например, он основал Общество Луны, членами которого были крупнейшие деятели британской науки и промышленности — изобретатель парового двигателя Джеймс Ватт и его компаньон — предприниматель Мэттью Боултон, создатель знаменитого фарфора Джозайя Веджвуд, химик Джозеф Пристли и другие. Общество сыграло выдающуюся роль в подготовке промышленной революции в Англии. Дарвин пользовался славой лучшего целителя своего времени, — король Георг III хотел даже назначить его своим придворным врачом, однако Дарвин отказался от этой чести.

Свои научные теории Дарвин зачастую излагал в стихотворной форме — ему принадлежат огромные поэмы «Ботанический сад» и «Храм природы». Во второй из них Дарвин выдвинул теорию эволюции, оказавшую большое влияние на формирование научных взглядов его внука.

Был Дарвин и плодовитым изобретателем. В его дневниках имеются наброски и подробные описания многих десятков разнообразных устройств. Некоторые из них были даже построены, как, например, первый в мире копировальный аппарат, работавший на фабрике Ватта и Боултона. В круг интересов Дарвина входила и фонетика; в частности, он одним из первых попытался ввести классификацию звуков, разделив их на несколько классов, в том числе гласные, согласные, свистящие. Свое понимание природы речи Дарвин воплотил в машине, построенной в 1771 году. Она представляла собой выполненное из дерева ротовое отверстие с губами из мягкой кожи. Сам он так описал ее:

«В тыльной части машины располагались две «ноздри», которые при необходимости можно было быстро зажать пальцами. Между двумя гладкими дощечками была натянута шелковая лента в дюйм длиной и четверть дюйма шириной; когда струя воздуха из кузнечных мехов достигала ленты, та начинала вибрировать между дощечками, издавая приятные звуки, напоминающие человеческий голос. Голова произносила звуки р, b, ш, а также а, которые складывались в простые слова. Когда губы медленно сжимались, тон становился очень жалобным, что производило на слушателей сильное впечатление».

По воспоминаниям очевидцев, слова мама и папа, произносимые машиной, вполне можно было принять за звуки детского голоса.

Проведенный Дарвином анализ показал, что для воспроизведения человеческой речи машине достаточно иметь возможность осуществлять движения 13 различных видов, причем каждый из них может сообщаться с клавиатуры, подобной клавиатуре клавесина или фортепьяно. В этом случае машина сможет одновременно «и петь, и аккомпанировать». Однако, как писал Дарвин, «занятость другими делами не позволила мне продолжить работу над этой машиной». Так что премия в 1000 фунтов стерлингов, которую Мэттью Боултон обещал выплатить создателю «органа, декламирующего «Credo и десять заповедей», так и осталась невостребованной.

Таким образом, к концу столетия проблема генерации речи явно стояла в повестке дня, и не случайно в 1779 году Академия наук в Санкт-Петербурге в качестве темы своего ежегодного конкурса предложила исследование и объяснение физиологических механизмов речи.

На конкурс была представлена работа известного датского физика Христиана Кратценштейна, который разработал акустическую модель звуков человеческой речи и воплотил ее в механическом устройстве, имитирующем работу речевого тракта. Основу устройства составляли резонаторы различной формы, в которых вибрировавшие при прохождении потока воздуха язычки производили пять гласных звуков — а, е, i, о, и. Управляя вручную частотой формант, можно было даже произносить некоторые слова.

Кратценштейн и сам был членом Петербургской академии, с 1748 по 1753 год он работал в России. В историю российской науки он вошел также благодаря своему участию в одном из самых ее трагических эпизодов: когда 6 августа 1753 года при проведении электрических опытов от удара молнии погиб академик Рихман, именно Кратценштейн пытался оказать ему медицинскую помощь и составил заключение о смерти коллеги.

Работа Кратценштейна получила широкую известность. Гораздо меньше известна работа, которую спустя несколько лет выполнил французский механик аббат Микаль. Он изготовил две бронзовые головы; помещенные на богато декорированном пьедестале лицом друг к другу, они вели такой диалог:

— Король несет Европе мир.

— Мир венчает короля славой.

— И мир делает людей счастливыми.

— О возлюбленный король, отец народа, счастье которого показывает Европе величие твоего трона.

Фразы произносились медленно, причем головы усиленно артикулировали. Некоторые слова звучали не слишком отчетливо, иногда речь скорее напоминала хриплое бормотание, отдельные слушатели даже находили их голоса нечеловеческими. Автомат, явившийся результатом тридцатилетних трудов автора, подвергся детальному изучению комиссией Французской академии (среди ее членов были, в частности, Лавуазье и Лаплас). Но хотя качество речи было не слишком высоким, заключение комиссии оказалось достаточно благоприятным: «Мы полагаем, что Академия должна одобрить результаты усилий аббата Микаля: его машина устроена весьма изобретательно.»

Внутри головы имелась полость, в которой размещались несколько голосовых щелей и эластичных мембран. Воздух, проходя через голосовые щели, вызывал колебание мембран, производящих звуки в диапазоне от низких до высоких. Насколько можно судить по сохранившимся описаниям, имелись две возможности генерации звуков. Приведенный выше диалог был «записан» на кулачковом цилиндре, вращение которого передавалось на рычаги и вызывало соответствующие колебания мембран — фактически это была своего рода «жесткая программа». В то же время извлекать звуки можно было с помощью клавиатуры, например, клавесина или фортепиано. Ее клавиши соответствовали различным звукам французского языка, и при некоторой практике было вполне возможно, нажимая на соответствующие клавиши, произносить длинные речи.

Говорящие головы Микаля были выставлены для публичного обозрения, и посмотреть на них стекались толпы народа. Современники даже высказывали мнение, что если говорящие автоматы аббата Микаля распространятся по Европе, то смогут стать эталоном произношения и лишат заработка учителей французского языка из числа швейцарцев, гасконцев и других, которые не выдержат конкуренции.

В эти же годы над проблемой механической генерации звука работал выдающийся венгерский изобретатель барон Вольфганг фон Кемпелен. Имеются свидетельства, что свою работу он начал даже раньше Кратценштейна, около 1769 года. Однако известной она стала только в 1791 году, когда фон Кемпелен опубликовал в Вене книгу «Механизм человеческой речи с описанием говорящей машины».

Построенная Кемпеленом машина была гораздо более совершенной, чем устройство Кратценштейна, — она произносила не только отдельные звуки, но слова и даже фразы.

Но самое главное, его работа в целом и сегодня поражает абсолютно современным пониманием природы языка.

Идеи Кемпелена оказали серьезное влияние на многие последующие попытки создания устройств для генерации речи.

Исследования убедили фон Кемпелена, что важнейшими органами человека, отвечающими за речь, являются речевой тракт и ротовая полость, находящаяся между голосовыми связками и губами — до его работы господствовало мнение, что самым важным речевым органом является гортань. Снаружи машина выглядела как деревянный ящик с двумя воронками из плотной материи. Основными ее частями являлись напорная камера, выполнявшая роль легких, вибрирующий язычок, действовавший как голосовые связки, и кожаная трубка, заменявшая речевой тракт человека. Изменяя руками форму кожаной трубки, можно было производить гласные звуки. Согласные же звучали при прохождении струи воздуха через четыре сужающихся прохода, которые надо было зажимать пальцами. Для имитации взрывных звуков фон Кемпелен ввел в свою модель еще язык и губы.

Кемпелен заявлял, что научиться управлять машиной можно очень быстро, в течение двух-трех недель. При этом гораздо проще было научить машину разговаривать на французском, итальянском или на латыни (немецкий язык давался ей гораздо хуже — это было связано с особенностями его фонетики). Но в любом случае 19 согласных можно было воспроизвести со вполне удовлетворительным качеством. Этого качества хватало, чтобы машина «ясно и отчетливо» произносила несколько сот слов, причем не только мама, папа или опера, но и такие длинные, как Константинополь, Анастасий… Однако голос звучал монотонно, поскольку, хотя длина вибрирующего язычка могла изменяться, во время работы сделать это было нельзя.

Говорящую машину фон Кемпелена наблюдали в действии многие знаменитые люди. И. В. Гете считал, что несколько услышанных им слов машина произносила с большой естественностью. Сказочник и филолог Якоб Гримм находил голос машины приятным и даже мелодичным.

Работа фон Кемпелена была самой значимой с научной точки зрения, однако при жизни изобретателя она не получила той известности, которой заслуживала. Возможно, она оказалась в тени другого его изобретения, знаменитого шахматного автомата (об этом — в следующей главе).

Тем не менее идеи фон Кемпелена, не востребованные в его время, все-таки оказали огромное влияние на дальнейшие работы. Приблизительно в 1835 году выдающийся английский физик и изобретатель Чарльз Уитстон в соответствии с имеющимся в книге фон Кемпелена описанием выполнил реконструкцию его машины.

Уитстон был одним из крупнейших британских ученых и изобретателей XIX века. Ему принадлежит множество важных работ в области акустики, электричества и телеграфной связи. Уитстон первым построил в Англии электрический телеграф. Уитстон занимался криптографией, он разработал один из самых знаменитых шифров (так называемый шифр Плэйфер) и создал несколько шифровальных устройств. Уитстон был другом Чарльза Бэббиджа, и это он посоветовал леди Лавлейс перевести на английский язык статью Л. Менабреа с описанием аналитической машины Бэббиджа. Как известно, именно с этого перевода, появившегося в 1843 году и снабженного комментариями переводчицы, началась история программирования.

Машина Уитстона работала так. Локоть правой руки оператора лежал на главных мехах и, надавливая на них, нагнетал воздух в машину.

Пальцы правой руки управляли воздушными каналами, отвечающими за фрикативные звуки — [sh] (шипящие) и [s] (свистящие), а также открывали и закрывали ноздри и управляли включением-выключением язычка.

Если требовалось произвести гласный звук, все каналы перекрывались, а язычок включался. Поток воздуха вызывал вибрацию язычка, производя вокализованные звуки. Управление гласными звуками производилось левой рукой — нужным образом сжимался кожаный мешок (резонатор), расположенный в передней части машины. Невокализованные звуки производились при отключенном язычке потоком воздуха через определенный канал.

Машина Уитстона могла произносить гласные и большую часть согласных звуков, а также некоторые их комбинации и даже слова. Ротовая полость машины Уитстона была эластичной, что давало ей некоторое преимущество по сравнению с прототипом. В то же время, как и в машине фон Кемпелена, отсутствовала возможность управлять высотой звука, и речь из-за этого звучала монотонно.

Машина Уитстона вновь привлекла внимание ученых к проблеме генерации речи. Следующим шагом в развитии говорящих машин стал автомат, построенный в середине 1830-х годов уроженцем Германии Йозефом Фабером.

О жизни этого человека известно крайне мало. Родился он в самом начале века в университетском городе Фрайбурге, в молодости занимался астрономией, а позднее, прочитав книгу фон Кемпелена, обратился к анатомии и механике. Фабер несомненно имел незаурядный талант изобретателя, но большая часть сил этого слабого здоровьем человека уходила на борьбу за существование. Он обладал сильной волей и исключительным упорством в достижении цели — так, ему потребовалось около 9 лет непрерывной работы, чтобы добиться удовлетворительного звучание звука е. К 1835 году Фабер уже достаточно далеко продвинулся в своей работе, однако в Европе его автомат так и не вызвал интереса.

В надежде на лучшее в начале 1844 году Фабер уехал в Новый Свет. Однако реакция жителей Нью-Йорка на европейскую диковинку была столь же скептической, и в минуту отчаяния Фабер уничтожил свою говорящую машину. Один из современников даже иронизировал, что Фабер пошел по стопам Альберта Великого. Однако очередная неудача не сломила изобретателя, и, отклонив предложения о помощи со стороны Американского философского общества, он восстановил свою машину.

В декабре 1845 году Йозеф Фабер привез «Удивительную говорящую машину» — теперь он дал ей такое название — в Филадельфию, где снова попытался привлечь внимание к изобретению. Один из местных ученых всерьез заинтересовался увиденным и пригласил в мастерскую Фабера своего друга, выдающегося американского физика и изобретателя Джозефа Генри. Генри, нередко выступавший в роли технического эксперта, согласился сопровождать приятеля и взглянуть на машину. Было сильное подозрение, что они могли столкнуться с чревовещательством или другим жульничеством. Однако вместо мистификации Генри увидел то, что он назвал «чудесным изобретением».

«Конструкция машины воспроизводит органы речи человека, приводимые в движение вместо сухожилий и мускулов струнами и рычагами», в том числе язык и ротовую полость. Мехи приводились в движение педалями, все остальное управление осуществлялось с клавиатуры. Шестнадцать клавиш производили шестнадцать элементарных звуков, с помощью сочетания которых «можно отчетливо произнести любое слово на любом из европейских языков». Семнадцатая клавиша изменяла форму голосовой щели. Частью машины Фабера была причудливо выглядящая голова с движущимися челюстями и языком, говорившая «странно и несколько монотонно», причем как в полный голос, так и шепотом. Она могла даже петь.

В письме одному из своих бывших студентов Генри писал: «Я видел говорящую машину мистера Уитстона из Лондона, но она не идет ни в какое сравнение с этой, которая не бормочет несколько слов, а способна произносить целые предложения, составленные из любых слов». В другом письме он дал самое благоприятное описание машины (но не преминул заметить, что машина говорит по-английски даже лучше своего создателя.).

Кроме того, Генри предположил, что машина Фабера может найти разнообразные применения на практике. Например, если установить ее на пожарной каланче, то громким криком она может сообщать о пожаре. Или почему бы не протянуть телеграфные провода между двумя одинаковыми машинами и, преобразуя управляющие действия, производимые над первой машиной, в электрические сигналы, не заставить вторую машину на другом конце линии повторять слова, сказанные первой? Фактически Генри здесь за 30 лет предвосхитил идею телефонной связи. Причем тут же, как благочестивый христианин, предположил возможность трансляции церковной службы одновременно в несколько храмов.

Одобрение столь авторитетного ученого, как Генри, окрылило Фабера. Однако отсутствие средств вынудило его вскоре стать участником грандиозного циркового предприятия знаменитого импресарио Финеаса Барнума. Благодаря его содействию в 1846 году Фабер привез свою машину, получившую громкое название «Эуфония» (Euphonia — что можно перевести как «благозвучная»), в Лондон. Экспозиция диковинок Барнума была развернута в одном из самых фешенебельных выставочных залов английской столицы. Особое восхищение посетителей, включая герцога Веллингтона, вызывало исполнение машиной гимна «Боже, храни Королеву». Барнум имел невероятное чутье на успех и прекрасно разбирался в психологии публики. Его дело процветало, однако самому изобретателю из немалых доходов перепадали жалкие крохи. Фабер продолжал влачить полунищенское существование и умер в полной безвестности в 186о-е годы. А его говорящая машина, служившая предметом восхищения стольких выдающихся ученых, закончила свой путь на полке одного из парижских балаганов.

Работы Фабера и Уитстона имели одно важнейшее следствие. Молодой английский студент Мелвилл Белл, изучавший акустику и весьма интересовавшийся проблемой синтеза речи, посетил в 1846 году демонстрацию машины Фабера в Лондоне. Автомат произвел на него сильнейшее впечатление. Даже много лет спустя Мелвилл Белл все еще помнил об этом событии, и в 1863 году вместе с шестнадцатилетним сыном Александром он ознакомился с машиной Уитстона. После этого Мелвилл Белл предложил сыну построить такую же машину самому. Александр с братом взялись за работу и скоро добились первого успеха — их машина произнесла слово мама. (Между прочим, первую куклу, произносящую слово мама, за полвека до этого изготовил знаменитый механик и импресарио И. Мальзель, известный своим участием в судьбе шахматного автомата фон Кемпелена.)

Александр Грехэм Белл родился в 1847 году в Эдинбурге. Его дед и тезка, Александр Белл, разработал оригинальную систему для исправления заикания и других дефектов речи. Отец, Мелвилл Белл, был признанным главой британской школы ораторского искусства, — его учебник «Образцовый оратор» выдержал 200 изданий. Александр Грэхем Белл должен был в третьем поколении продолжить семейную традицию — этой цели было подчинено все его образование.

Части голосового аппарата человека — губы, язык, нёбо, глотку и мягкое нёбо Белл с братом сделали из гуттаперчи. Резиновые щеки ограничивали полость рта. Губы представляли собой проволочный каркас, покрытый резиной и набитый ватой. Вопреки поговорке «язык без костей», язык был сделан из деревянных деталей, покрытых резиновым чехлом, и также набит ватой. Все эти части посредством рычагов соединялись с управляющей клавиатурой. От жестяной гортани отходила гибкая трубка — аналог дыхательного горла. Роль отверстия голосовых связок играла натянутая на жестяной каркас резиновая пленка с прорезанной щелью. Устройство можно было заставить произносить гласные и носовые звуки, а также связные звукосочетания.

Именно в процессе этой работы Александр Белл впервые начал серьезно изучать фонетику, способы анализа речи. Опыты с механическим синтезом звука Белл продолжал и в последующие годы, когда работал учителем в школе для глухих. Сегодня мы знаем, что его работа привела к изобретению в 1876 году первого телефона (нельзя не вспомнить, что огромную помощь в реализации его идей Беллу оказал Дж. Генри).

Рассказывают, что Белл приучил свою собаку — терьера по кличке Скай — сидеть на задних лапах и при этом постоянно рычать. Зажав пса коленями, сам он руками изменял форму его голосового тракта. В результате издаваемые собакой звуки очень напоминали гласные [а] и [и], а также слоги [та] и [ga]. Они даже складывались в целую фразу «How are you, Grandmamma?» («Как поживаешь, бабушка?»)

Некоторые считают, что эти опыты Белла крайне сомнительны с точки зрения этики — разумеется, с современной точки зрения. Однако сам Скай, судя по всему, ничего против них не имел — ведь его работа щедро вознаграждалась вкусными лакомствами. Более того, если собаку долго не беспокоили, она сама пыталась заговорить. Впрочем, безуспешно, — без посторонней помощи Скай только издавал обычное собачье рычание…

Последней известной механической реализацией речевого тракта стало говорящее устройство американца Ричарда Риша, построенное в 1937 году. Оно было изготовлено из металла и резины и воспроизводило все артикуляторные органы человека: губы, зубы, твердое нёбо, мягкое нёбо, язык и глотку. Управление, как и в машине Фабера, осуществлялось с помощью клавиш (всего их было 10). Этого было достаточно для управления формой всех изменяющихся частей речевого тракта. Опытный оператор с их помощью мог извлекать вполне разборчивую речь — в литературе зафиксировано, что особенно четко звучало слово сигарета.

Первой электрической и одновременно последней аналоговой моделью речевого тракта был прибор водер (voder), разработанный сотрудником Bell Labs Гомером Дадли. Незадолго до Второй мировой войны прибор с успехом демонстрировался на Всемирных выставках в Нью-Йорке и Сан-Франциско — как и за сто лет до этого, сконструированная для изучения природы речи модель выступала и в роли аттракциона для публики.

Водер управлялся от ручной клавиатуры и синтезировал сигналы с заданным спектром. Десять параллельно соединенных полосовых фильтров составляли блок управления резонансами. Переключение источника возбуждения (шумового или импульсного генератора) осуществлялось браслетом на запястье оператора, а управление частотой импульсов — ножной педалью. На выходе фильтров стояли потенциометры, управлявшиеся десятью пальцами рук и изменявшие напряжение сигнала.

Для имитации взрывных согласных использовались еще три дополнительные клавиши. Обучение операторов «игре» на водере требовало значительного времени, но зато в итоге получалась вполне разборчивая и связная речь. А обретенный оператором навык оставался у него надолго — когда спустя четверть века фирма Bell разыскала одну из женщин, прошедших обучение, та уже через несколько часов работала на приборе так, словно этого перерыва и не было.

Несомненный успех водера вновь поставил задачу синтеза речи на повестку дня, причем стало ясно, что для ее решения совсем не обязательно копировать голосовой аппарат человека. Сегодня эта задача успешно решается с помощью компьютеров.

Речевой ввод и речевой вывод данных приобретают все большее значение как удобное средство общения человека и компьютера.

«Вам мат, товарищ гроссмейстер…»

На протяжении веков разные изобретатели пытались создать антропоморфные автоматы, способные выполнять отдельные функции человека (или хотя бы имитировать их выполнение), — в частности, историкам известно множество попыток создания автоматов для игры шахматы.

Первым и самым знаменитым из них оказался автомат Вольфганга фон Кемпелена («Турок-шахматист», конец XVIII века), несколько десятилетий поражавший воображение современников.

В 1755 г0ду отставной таможенный чиновник Энгельберт фон Кемпелен представил императрице Марии-Терезии своего сына Вольфганга. Тому недавно исполнился 21 год, но он успел уже пройти курс права и философии в Вене, а также совершить путешествие по Италии для знакомства с ее художественными сокровищами. Молодой человек, обладавший приятной внешностью и свободно говоривший на нескольких языках, очаровал императрицу. Вскоре он получил крайне ответственное поручение — подготовить перевод Свода законов с латыни на немецкий язык, совсем недавно ставший государственным языком Австро-Венгерской империи. Ко всеобщему изумлению, эта колоссальная по объему и сложности работа была выполнена им всего за несколько дней — и выполнена блестяще. После этого юный фон Кемпелен был назначен советником императрицы.

За последующие 15 лет фон Кемпелен обрел репутацию крупного администратора и неоднократно выполнял самые сложные поручения в разных частях империи. Но не менее высока была его слава выдающегося механика. Он сконструировал и построил систему откачки воды из шахт, систему фонтанов в парке одного из замков в Братиславе и многое другое.

Осенью 1769 года императрица вызвала фон Кемпелена в Вену, чтобы тот высказал свое мнение о представлении, данном неким заезжим французом по фамилии Пеллетье — то ли ученым, то ли фокусником. Императрица надеялась, что советник сумеет дать объяснение увиденному. Достоверных сведений о показанных французом «магнетических» и химических опытах, а также продемонстрированных им автоматах не сохранилось, однако известно, что на фон Кемпелена, сидевшего рядом с императрицей, они впечатления не произвели. Но больше всего его задели комментарии Пеллетье, который постоянно подчеркивал превосходство французских ученых.

Поэтому когда после представления императрица спросила фон Кемпелена о его впечатлениях, тот неожиданно ответил, что может построить машину гораздо более удивительную, чем любая из виденных кем-либо ранее. Он удалился в свой замок в Братиславе и на полгода полностью отдался работе, с разрешения императрицы на время оставив свои многочисленные служебные обязанности.

Фон Кемпелен сдержал слово — спустя шесть месяцев результат его трудов был привезен в Вену и показан императрице. Это был механический человек, одетый в яркое восточное платье, сидящий позади большого деревянного ящика с шахматной доской на нем. При этом автомат (тут же получивший прозвание «Турок») не только совершал некоторые движения — брал и передвигал фигуры, подносил ко рту курительную трубку и т. д. Такими автоматами даже в то время удивить искушенных зрителей было уже трудно. Но автомат фон Кемпелена играл в шахматы. И не просто играл, а побеждал самых сильных соперников.

Внутри ящика с шахматной доской, за которой сидел Турок, был спрятан игрок, управлявший механизмом аппарата. Игрок не был виден, даже при открытых дверцах, расположенных в передней части ящика. Иллюзию пустоты создавали зеркала, расположенные под соответствующими углами, а также специальные перегородки. Игрок не имел возможности видеть положение фигур на доске, поэтому Кемпелен разработал специальную систему сигнализации. В основание каждой шахматной фигуры был вмонтирован сильный магнит. Внутри ящика, под каждым полем шахматной доски, помещался надетый на тонкий стержень металлический шарик. Когда игрок поднимал фигуру, шарик опускался по стержню вниз. Если на это поле ставилась другая фигура, шарик притягивался ее магнитом и поднимался вверх. Таким образом спрятанный игрок узнавал о сделанном противником ходе. Кроме того, он управлял сложнейшей системой рычагов, приводивших в движение руки и голову Турка.

Эта система управления была тщательно замаскирована. Но кроме нее в ящике размещалась еще одна сложная конструкция из зубчатых колес, шестеренок и рычагов, которая предназначалась для показа публике. Перед началом партии фон Кемпелен большим ключом заводил механизм и приводил его в действие. Во время партии он повторял эту процедуру после каждых двенадцати движений аппарата — с одной стороны, это поддерживало у публики иллюзию самостоятельной работы автомата, а с другой — давало спрятанному игроку время отдохнуть и обдумать позицию. Можно также отметить, что механизм работал довольно-таки шумно. Это также было сделано намеренно, с тем, чтобы по возможности заглушить звуки, которые мог произвести спрятанный оператор.

Для пущего эффекта фон Кемпелен разработал также специальные ритуалы — например, при объявлении шаха Турок трижды кивал головой, а если противник делал неправильный ход, застывал в неподвижности до тех пор, пока тот не исправлял свою ошибку.

Конечно, изобретатель надеялся на успех и заслуженную награду императрицы, но вряд ли он мог предвидеть, сколь грандиозным будет этот успех. Турок поразил воображение современников, и естественно, что вокруг него возникло множество легенд. Например, часто пересказывают историю о том, что оператором Турка был польский повстанец по фамилии Боровский, потерявший ноги в одном из сражений с русскими войсками. В случае пленения ему грозила каторга или даже смертная казнь. Боровский был сильным шахматистом, и фон Кемпелен какое-то время скрывал его в своем автомате, а затем сумел вывезти из России. Впервые эта версия появилась в мемуарах знаменитого французского иллюзиониста Жана Робер-Удена, изданных в 1859 году (кстати, сам он никогда Турка-шахматиста в действии не видел).

Несмотря на то, что эта история не имеет под собой никакой исторической почвы, она послужила основой множества беллетристических произведений и кинофильмов. Например, в одном из фильмов, снятых во Франции в середине 1930-х годов, российская императрица Екатерина II, играя с Турком, поняла, что в нем скрывается беглый Боровский. Сделав вид, что обижена негалантным поведением автомата, осмелившегося выиграть у государыни, она приказывает, расстрелять автомат. Фон Кемпелен, желая спасти друга, тайком занимает его место. Приговор приведен в исполнение, ночью из автомата выбирается смертельно раненый фон Кемпелен и умирает на руках Воровского. К сожалению, даже в серьезной литературе (включая некоторые энциклопедии), эта и аналогичные истории подчас излагаются как исторический факт.

Грандиозный успех Турка вызывал жгучее желание проникнуть в его тайну. В 1789 году барон Йозеф Фридрих фон Ракниц построил макет автомата фон Кемпелена. Главной целью фон Ракница было показать, что внутри ящика действительно можно спрятать человека. Свой автомат он описал в изданной в Дрездене книге «О шахматном игроке г-на фон Кемпелена и его копии». Однако оптимального решения фон Ракниц все-таки найти не сумел: в его автомате мог поместиться только ребенок ростом не более 1,2 метра.

В 1797 году свой шахматный автомат построил итальянский инженер Джузеппе Морози, впоследствии известный ученый. Спустя год этот автомат, подаренный Великому герцогу Тосканскому Фердинанду III, был показан в Париже. О конструкции автомата ничего не известно.

Но действительная история Турка-шахматиста была не менее яркой и увлекательной. Со своим изобретателем он побывал во всех ведущих европейских столицах. Париж, Лондон, Вена — везде механический шахматист производил настоящую сенсацию. Всех венценосных особ и выдающихся ученых, удостоивших автомат своим вниманием — от Фридриха Великого до Бенджамина Франклина, перечислить просто невозможно.

В 1805 году, вскоре после смерти фон Кемпелена, его сын продал автомат выдающемуся изобретателю и одновременно известному предпринимателю Иоганну Мальзелю. В памяти потомков имя фон Кемпелена осталось неразрывно связанным с Турком-шахматистом. Успех этого автомата отодвинул в тень все предыдущие и последующие научные достижения фон Кемпелена. Изобретатель и сам чувствовал это, поэтому в 1780 году даже разобрал свой автомат (правда, спустя три года по просьбе императора Иосифа II он его восстановил).

Ажиотаж вокруг Турка-шахматиста не лучшим образом отразился на репутации фон Кемпелена. В памяти потомков осталось в первую очередь воспоминание о мистификации, а другие, гораздо более важные работы фон Кемпелена были надолго забыты. Разумеется, шахматный автомат был мистификацией. Однако он без преувеличения был подлинным шедевром, создать который мог только величайший механик.

В 1813 году Мальзель создал механический орган «Пангармоникон» (Panharmonicon). Он приводился в действие кузнечными мехами и фактически являлся программируемым устройством — сменяемые вращающиеся валики с записанными на ней музыкальными произведениями позволяли имитировать звучание целого оркестра.

Друг Мальзеля, гениальный композитор Людвиг ван Бетховен, написал по его просьбе для «Пангармоникона» симфонию, посвященную победе герцога Веллингтона над французскими войсками. Позднее Мальзель посоветовал композитору переложить это произведение для большого оркестра, и симфония стала известна как «Битва при Виттории» (opus 91). Кроме того, Мальзелю приписывают изобретение метронома. Интерес к музыке у Мальзеля не случаен — его отец был органным мастером.

Турок интересовал Мальзеля в первую очередь как средство извлечения прибыли. Он старался поддерживать интерес к автомату у сильных мира сего, однако постепенно этот интерес снижался. В 1811 году Мальзель продал Турка приемному сыну Наполеона принцу Евгению Богарне за 30 000 франков, но спустя 6 лет выкупил его обратно за ту же сумму (точнее, поскольку таких денег у Мальзеля не было, выплаты должны были следовать из выручки от демонстрации автомата).

В 1809 году против Турка сыграл император Наполеон и получил мат на 24 ходу. Интересно, что в разных источниках это событие описывается абсолютно по-разному. Одни говорят, что когда император проиграл, то в сердцах сбросил фигуры с доски и в гневе выбежал из помещения. Другие, напротив, сообщают, что Наполеон был абсолютно спокоен, и даже намеренно провоцировал Турка. Он несколько раз делал неправильные ходы, которые автомат поправлял. Но когда Наполеон в очередной раз поставил фигуру не на свое место, Турок одним движением руки смахнул фигуры на пол.

Согласно этой версии рассказа, император был крайне доволен тем, что ему удалось вывести машину из себя, и последовавший вскоре проигрыш воспринял совершенно спокойно. Запись этой партии сохранилась; известно также, что в этот день оператором автомата был известный австрийский мастер Иоганн Альгайер, автор первого учебника шахматной игры на немецком языке.

Запись партии Наполеона (белые) против Турка:

1. е4 е5 2. Of3 Кеб 3. Сс4 Kf6 4. Ке2 Ссз

5. аз d6 6. 0–0 Cg4 7. <Мз Ю15 8.113 С:е2

9. Ф:е2 Kf4 10. Фе1 Kd4 11. СЬз K:h3+ 12. Kph2 ФЙ4

13. g3 Kf3+ 14. Kpg2 K: ei+ 15. JI: ei Фg4 16. d3 C:f2

17. Khi Ф^3+ 18. Kpfi Cd4 19. Kpe2 Фg2+ 20. Kpdi Ф:Й1+

21. Kpd2 Фg2+ 22. Kpei Kgi 23. Ксз С: сз+ 24. Ь: сз Фе2х

Однако дела шли все хуже и хуже, да и сам Мальзель не слишком горел желанием расставаться с заработанными деньгами, так что когда в 1825 году наследники принца Евгения обвинили его в утайке средств, Мальзель счел за благо перебраться в Новый Свет. Начиная с весны 1826 года он в течение десяти лет с переменным успехом гастролировал по различным американским городам (правда, однажды на год возвращался в Европу). 1838 год стал последним в карьере знаменитого автомата. В начале года, по пути на Кубу, от желтой лихорадки умер его оператор, один из сильнейших шахматистов того времени Вильгельм Шлюмберже. Гастроли пришлось отменить, но уже на борту корабля, на обратном пути в Нью-Йорк, та же болезнь унесла и Мальзеля. Его дела находились в крайне расстроенном состоянии, и Турок вскоре был продан с аукциона всего за 400 долларов. В дальнейшем он еще несколько раз менял хозяев, в конце концов оказался в музее и погиб в Филадельфии 5 июля 1854 года во время пожара.

Между прочим, именно Турку Америка обязана всплеском интереса к шахматной игре. Сразу после начала его гастролей в США возникли первые шахматные клубы, куда записывались сотни людей.

Разумеется, в течение тех десятилетий, когда на Турка было обращено самое пристальное внимание публики, многие пытались либо объяснить принцип его работы с научной точки зрения, либо «разоблачить» шарлатанов. Однако первым мистификацию фон Кемпелена сумел разгадал только великий американский писатель Эдгар По, опубликовавший в 1836 году эссе «Шахматист Мальзеля» с реконструкцией принципов работы автомата. Интересно, что в своем анализе По весьма проницательно сопоставил принципы работы шахматного автомата и разностной машины Чарльза Бэббиджа. По, основоположник детективного жанра в литературе, убедительно показал, что механическое устройство конечного размера и конечной сложности не может реагировать на практически бесконечное количество ситуаций, возникающих перед ним при игре. А это неопровержимо свидетельствует, что внутри должен находиться человек.

Турок поначалу пользовался в Америке колоссальным успехом, и это навело предприимчивых янки на мысль последовать по его стопам. В 1827 году некий Дэниэл Уокер изготовил похожий автомат и организовал гастроли на восточном побережье США. Однако Уокеру, судя по всему, не удалось найти в своей стране достаточно сильного шахматиста (даже Мальзелю пришлось выписать оператора для Турка из Франции). А желающих смотреть на автомат, проигрывавший всем подряд, находилось не слишком много. Расстаться со своими кровными долларами обывателя не могло заставить даже патриотическое название автомата — «Американский шахматист».

После гибели Турка, когда его тайна уже перестала быть таковой, создание подобных машин стало для талантливых механиков просто средством демонстрации своего мастерства. И во второй половине XIX столетия были построены еще два знаменитых автомата.

В 1876 году английский изобретатель Чарльз Гампель изготовил шахматный автомат «Мефистофель». Внешний облик шахматиста соответствовал названию: он был одет в красные и черные одежды, а комната, в которой он был установлен, декорировалась многочисленными зеркалами, многократно отражавшими его фигуру. Интересным был не только образ автомата, но и стиль его поведения — он обыгрывал соперников-мужчин, а играя с женщинами, получал выигрышную позицию, но затем галантно уступал партию. После партии автомат протягивал сопернику руку для рукопожатия. В отличие от Турка, управлявший Мефистофелем оператор находился не внутри автомата, а в соседнем помещении. Все движения производились посредством сложного электромеханического привода.

Вероятно, Гампель построил автомат в рекламных целях, для привлечения внимания публики к своей продукции — ведь он был владельцем фабрики по производству механических протезов. Если так, то своей цели он достиг — интерес к автомату был велик. В 1878 году автомат был даже заявлен для участия в сильном шахматном турнире в Лондоне. Мысль играть против машины понравилась не всем, один из шахматистов даже отказался участвовать в турнире — он заявил, что не будет играть с соперником, который скрывается от него в соседней комнате. Мефистофель стал победителем соревнования, что и неудивительно, поскольку им управлял один из сильнейших мастеров того времени Исидор Гунсберг (в 1890 году он играл матч за звание чемпиона мира с Вильгельмом Стейницем).

В 1879 году Мефистофель отправился в большое турне. Он играл в разных английских городах и практически всегда выигрывал. Среди его побед особо выделяется успех в партии с гениальным русским шахматистом Михаилом Чигориным, сыгранной в Лондоне в 1883 году. В 1889 году Мефистофель был привезен в Париж, там его путь и закончился — вскоре автомат был разобран.

Более долгой оказалась жизнь другого шахматного автомата. В 1865 году столяр-краснодеревщик из Бристоля Чарльз Хупер изготовил автомат, получивший название «Аджиб» (Ajeeb). Это была фигура индуса в человеческий рост, в национальной одежде и чалме, восседавшая на ящике со сложным механизмом. Пронизывающий взгляд Аджиба всегда был устремлен прямо в глаза соперника — стоило тому поднять голову от шахматной доски. Многих игроков это нервировало и заставляло допускать ошибки.

После длительных испытаний Хупер выставил свой автомат на публике. Около десяти лет Аджиб был доступен для обозрения в различных выставочных залах Лондона. Постепенно его слава проникла на континент. В 1877 году Аджиб в течение трех месяцев экспонировался в различных германских городах. Успех был грандиозен — за это время взглянуть на чудо техники только в Берлине пришли около юо 000 человек. Столь же триумфальными стали гастроли в Брюсселе и Париже, где против Аджиба сыграли гениальный шахматист Иоганн Цукерторт и известный мастер Розенталь. Своим вниманием удостоила автомат великая трагедийная актриса Сара Бернар.

В 1885 году Хупер решил расширить поле деятельности и привез автомат в США. Шахматы не были здесь столь же популярны, как в Старом Свете, поэтому очень часто автомату приходилось играть в шашки. Впрочем, успех Аджиба у публики был не меньшим. В 1895 году Хупер продал свое детище и вернулся на родину, а новые хозяева продолжили успешно эксплуатировать машину.

Им удавалось привлекать к сотрудничеству сильнейших американских спортсменов: в частности, с 1898 по 1904 год оператором Аджиба был один из лучших шахматистов мира Гарри Пильсбери. Очень грамотно была организована реклама, интерес широкой публики поддерживали регулярные визиты известных людей. Среди соперников автомата были президент США Теодор Рузвельт, великий иллюзионист Гарри Гудини, писатель О’Генри и многие другие.

Однако постепенно новинка публике приелась. Машина, находившаяся в экспозиции одного из музеев Нью-Йорка, играла с редкими посетителями — 10 центов за партию в шашки и четверть доллара за шахматную партию. Однажды раздосадованный проигрышем игрок выпустил в Аджиба шесть пуль из револьвера, ранив оператора и повредив механизм. После 1915 года Аджиб играл только в шашки — шахматы постепенно становились профессиональным спортом, и у серьезных шахматистов к этому времени уже имелись более привлекательные возможности заработать на жизнь. Судьба Аджиба оказалась столь же трагичной, как и судьба Турка-шахматиста. Из музея автомат был отправлен на ярмарку в Кони-Айленд, близ Нью-Йорка, и погиб там во время пожара 15 марта 1929 года.

Однако, несмотря на подчас виртуозную изобретательность их создателей, все автоматы такого рода были все-таки не более чем имитацией разумного поведения. Возможно, первым, кто пытался сконструировать настоящий автомат, способный не только играть против человека, но и выигрывать у него, был великий Чарльз Бэббидж. Правда, он думал об автомате для игры в крестики-нолики. Впрочем, даже эта задача для техники середины XIX века была слишком сложной.

Первого успеха в этой области удалось добиться только в начале XX столетия великому испанскому ученому Леонардо Торресу-и-Кеведо. Это был настоящий гений изобретательства, оставивший заметный след во многих областях техники. Среди его изобретений и безопасные канатные дороги (спроектированная им канатная дорога через Ниагару эксплуатируется уже почти сто лет), и дирижабли, и многочисленные аналоговые и цифровые вычислительные машины. Торрес был пионером автоматики и телемеханики, в 1906 году он построил одну из первых в мире радиоуправляемых моделей судна. Ему принадлежит первый в истории проект релейной универсальной вычислительной машины с программным управлением (1914 год). Интерес Торреса к возможностям новейшей по тем временам релейной элементной базы своим результатом имел также создание нескольких шахматных автоматов.

Уже первый автомат, построенный им в 1911 году и показанный в Париже спустя три года, вызвал небывалый ажиотаж у публики. Автомат был предназначен для разыгрывания эндшпилей шахматных партий. Он матовал черного короля белыми фигурами — королем и ладьей. Известно, что результат игры (победа белых) в таком окончании при правильной игре предопределен алгоритмически, — отметим, правда, что для упрощения устройства мат ставился не самым коротким путем. Автомат самостоятельно с помощью механического манипулятора расставлял фигуры на доске (в зависимости от исходного состояния электрических датчиков) и передвигал их во время партии. Ходы черными фигурами делал игравший против автомата человек. Фактически автомат Торреса оказался первым в мире автоматическим устройством, способным собирать информацию, обрабатывать ее и действовать в соответствии с результатами анализа.

Второй автомат был построен изобретателем в сотрудничестве с сыном Гонзало в 1920 году, и в нем фигуры передвигались посредством магнитов, размещенных под доской. Автомат был снабжен механизмом контроля правильности ходов — при неправильном ходе черных загоралась лампочка. После трех неправильных ходов автомат прекращал партию. При атаке черного короля звучали слова шах или мат.

Шахматные автоматы стали, вероятно, самым знаменитым из изобретений Торреса в области автоматики. Даже спустя двадцать лет после первой демонстрации, в 1930 году, один из французских журналов писал о них с тем же восхищением. Почти сорок лет они оставались непревзойденным примером выполнения машиной интеллектуальных действий. Вершиной же признания стал показ шахматного автомата Торреса-и-Кеведо на конгрессе по кибернетике в Париже в январе 1951 года, — т. е. уже после начала компьютерной эпохи.

С началом компьютерной эры создание специализированных шахматных автоматов потеряло смысл — теперь в шахматы стали играть программы.

Еще раз об игре «ним»

Напомним, что нимом называется игра, суть которой заключается в следующем. Пусть имеется определенное количество фишек (монет, камешков и т. д.), разложенных в несколько рядов (или кучек), и два игрока по очереди забирают по одной или нескольку фишек из любого ряда. Выигрывает (или, наоборот, проигрывает) тот, кто взял последнюю фишку.

В литературе нередко пишут о выигрышной стратегии и о программировании соответствующих алгоритмов. Однако с игрой «ним» связаны и другие интересные сюжеты. Так, до сих пор нет полной ясности ни с корнями игры, ни даже с происхождением ее названия. Сегодня, в эпоху повального увлечения компьютерными играми, небезынтересно узнать, что «ним» был первой игрой, в которую человек сыграл против машины.

В 1902 году американский математик, профессор Гарвардского университета Чарльз Бутон, опубликовал описание правил игры, которую назвал «ним». По его словам, поначалу эта игра заинтересовала его своей кажущейся сложностью, которая обернулась затем в высшей степени простым и полным математическим описанием. Для варианта игры, в котором произвольное количество фишек раскладывалось в три ряда, Бутон предложил беспроигрышную стратегию, основанную на анализе двоичных представлений числа фишек в рядах. Кроме того, он обобщил решение для случая произвольного количества рядов.

Чарльз Леонард Бутон родился 25 апреля 1869 года в Сент-Луисе (штат Миссури) в семье инженера. Инженером был и его дед, инженерами стали трое братьев — однако Чарльз посвятил себя чистой науке. Степень бакалавра он получил в Вашингтонском университете, затем продолжил учебу в Гарварде. Здесь, как лучший студент, Бутон был удостоен стипендии для обучения за границей, и два года провел в Лейпциге у выдающегося норвежского математика, автора работ по дифференциальной геометрии Софуса Ли. Бутон стал одним из последних его учеников, а общение с Ли определило его научные интересы. Вплоть до своей кончины 20 февраля 1920 года Бутон оставался одним из ведущих профессоров Гарвардского университета и активным членом математического сообщества. Так, в течение многих лет он являлся редактором Бюллетеня и Трудов Американского Математического общества.

Относительно происхождения и истории игры Бутон в своей статье дал только самую скудную информацию. По его словам, похожая игра в свое время пользовалась популярностью у учащихся некоторых американских колледжей, и в нее также охотно играли участники ярмарок в провинциальных американских городках. Бутон говорит, что ее называли «фан-тан» (Fan-Tan). Это название наводит на мысль о Китае, но Бутон справедливо пишет, что хотя в Китае действительно имеется игра с таким названием, с «нимом» она не имеет ничего общего. Эта игра заключается в следующем — крупье предлагает делать ставки на то, каким будет остаток от деления на 4 количества жетонов, которое он возьмет двумя горстями из большой кучи жетонов. «Фантан» пользуется дурной репутацией, поскольку опытный крупье, оценив соотношение сделанных ставок, может вынуть из кучи именно столько жетонов, сколько необходимо для того, чтобы остаться в выигрыше.

На работу Бутона сразу же обратили внимание.

Так, много писал о ней известный немецкий математик и автор нескольких книг по занимательной математике Вильгельм Аренс, который, между прочим, как и Бутон, учился в Лейпциге у Софуса Ли.

Сегодня известно, что похожие (хотя и не в точности такие же) игры были знакомы многим народам Азии и Африки. Однако и через сто лет после статьи Бутона происхождение игры «ним» не стало более ясным. Встречающиеся в литературе ссылки на ее китайские корни (например, в первых изданиях классической книги Г. Харди и Э. Райта по теории чисел авторы прямо называли ее «китайской игрой «ним»») ничем не подкреплены и кажутся просто отзвуком приведенных нами выше, но плохо понятых слов Бутона. Кстати, не обнаружилось и никаких свидетельств того, что такая игра когда-либо действительно была распространена в Америке. Так что не исключено, что правила игры Чарльз Бутон определил сам, — хотя, быть может, и опирался при этом на какой-то образец.

Итак, название «ним» игре дал сам Бутон, однако никак его не объяснил. За прошедшие сто лет появилось немало версий его происхождения, в той или иной степени убедительных. Самая остроумная из них утверждает, что nim — это перевернутое слово win (победа). Конечно, такое объяснение представляется явной натяжкой. Несомненно ошибочным является утверждение, будто ним — это китайское название игры (в действительности, в основных диалектах китайского языка слова вообще не могут заканчиваться на — м).

Гораздо более убедительной кажется другая версия, настаивающая на английском происхождении слова. В самом деле, в староанглийском языке глагол to nim некогда означал брать, а позднее он стал частью уголовного жаргона со смыслом, близким к русскому стянуть, свистнуть.

Но версия английского происхождения названия игры не является единственной. В появившейся в 1953 ^Г°ДУ статье ее автор, профессор Алан Росс, предположил, что, поскольку Бутон долго жил в Германии, то мог заимствовать название игры из немецкого языка; он указал также, что в немецком языке есть глагол nehmen («брать, хватать»), который в единственном числе в настоящем времени имеет форму nimmt. Действительно, в немецком языке даже имеется идиома Er ist vom Stamme «Nimm» (у него руки загребущие).

Не исключено, что Бутон, хорошо знавший немецкий язык, мог вдохновиться именно этим значением.

Росс выразил надежду, что кто-либо из людей, близко знавших профессора Бутона, может внести ясность в этот вопрос. И действительно, в одном из ближайших номеров журнала был опубликован отклик на это обращение известного гарвардского математика Джозефа Уолша. Уолш сообщил, что он в молодости был учеником Бутона, часто бывал у него дома и отлично помнит, как тот говорил, что произвел название игры от немецкого nimm, — отбросив последнюю букву.

Казалось бы, свидетельство уважаемого ученого, не доверять которому нет никаких оснований, должно было подвести черту под дискуссией, однако этого так и не произошло, и ссылки на различные версии по-прежнему встречаются в литературе.

Несмотря на то, что Бутон дал исчерпывающее математическое описание игры (а может быть, именно по этой причине), «ним» надолго попал в поле зрения специалистов по теории игр. Были предложены и досконально изучены многочисленные варианты и разновидности игры. С приходом компьютерной эры программирование «нима» стало одним из популярных упражнений для начинающих программистов (в Интернете можно найти множество ее реализаций). Входила игра, например, в популярный в середине 1990-х годов набор «24 Games for Windows».

Однако почетное место в истории вычислительной техники «ним» занимает отнюдь не по этой причине. Дело в том, что именно «ним» стал едва ли не первой игрой, которую попытались автоматизировать. Конечно, машины для игры в шахматы известны с конца XVIII века, однако, как мы уже знаем, на самом деле это были лишь псевдоавтоматы.

Автор первого в истории проекта вычислительной машины с программным управлением Чарльз Бэббидж еще в середине XIX века задумывался над созданием автомата для игры в «крестики-нолики», однако уровень техники того времени не позволил довести идею до технической реализации. Первым настоящим автоматом для игры стал построенный великим испанским инженером Леонардо Торресом-и-Кеведо в 1912 году релейный автомат, который давал мат черному королю белыми королем и ладьей. Так что не приходится удивляться, что именно Торрес, согласно имеющимся в литературе сообщениям, построил и первый релейный автомат для игры в «ним». К сожалению, ни время создания автомата, ни его технические параметры неизвестны.

24 сентября 1940 года три сотрудника известной американской компании Westinghouse во главе с Эдвардом Кондоном получили патент № 2215544 на релейную машину для игры «ним» в варианте четыре ряда не более чем с семью фишками в каждом. Машина, названная Нилштпрон и весившая около тонны, экспонировалась на Всемирной выставке в Нью-Йорке, где сыграла около 100 000 партий. 90 % из них Ниматрон выиграл, причем проигрыши подстраивались намеренно, чтобы публика не теряла интерес к игре.

В истории науки Эдвард Кондон остался не только и не столько благодаря своей машине для игры в «ним». Он был одним из крупнейших американских физиков-ядерщиков и пионером квантовой механики. Во время Второй мировой войны Кондон занимал ответственные посты в системе управления оборонными научно-техническими разработками, внес важный вклад в создание атомной бомбы и первых радиолокаторов. После войны Кондон руководил Национальным Бюро стандартов США, которое сыграло важную роль в создании электронных компьютеров первого поколения. В 1960-е годы Кондон возглавлял один из проектов по изучению неопознанных летающих объектов. Знаменитый отчет его комиссии констатировал, что появление так называемых «летающих тарелок» имеет естественное физическое объяснение.

Нью-йоркская выставка стала смотром новейших достижений технического прогресса. Ведущие американские компании соревновались, пытаясь привлечь к своей продукции внимание потребителей. Например, экспозиция компании Westinghouse, выпускающей в основном бытовую технику, была построена как изображение «дома будущего», в котором вскоре станет жить средняя американская семья — дома, в котором есть холодильник, посудомоечная машина, телевизор и т. д. Ниматрон же мыслился как прообраз домашнего бухгалтера, ведущего различные расчеты. Каждый посетитель, сыгравший партию против Ниматрона, получал значок с гордой надписью «Я видел будущее».

Еще одна машина для игры в «ним» появилась после Второй мировой войны. Летом 1948 года молодой математик Рэймонд Редхеффер опубликовал статью с описанием сконструированной им машины для игры в «ним». Заметим, что ее первую модель Редхеффер построил еще в 1941 году, а спустя два года защитил в Массачусетском технологическом институте бакалаврскую работу, в которой эта машина была описана и исследована.

Рэймонд Редхеффер был профессором в ведущих университетах США, много лет преподавал в Германии. Он написал свыше 200 научных работ, в основном по дифференциальным уравнениям, и несколько популярных учебников.

Хотя машина Редхеффера обладала теми же возможностями, что и ее предшественница (четыре ряда не более чем по семь фишек), она стала значительным шагом вперед по сравнению с Ниматроном. Ее автор решил не использовать реле, и оказалось, что для изготовления машины достаточно четырех шаговых переключателей, каждый из которых имеет 8 контактов. Благодаря этому машина весила не тонну, а всего лишь несколько килограммов.

Маленькая заметка, напечатанная 12 мая 1950 года в газете Массачусетского технологического института «The Tech», сообщала: «Машина д-ра Рэймонда Редхеффера для игры в «ним» является одним из высших достижений департамента математики. Машина в автоматическом режиме играет в эту сложную игру против любого и выигрывает, если только не столкнется с безошибочной защитой». Но, в отличие от Ниматрона, машина Редхеффера внимания широкой публики — которого она, несомненно, заслуживала — к себе не привлекла. Сведения о ее дальнейшей судьбе отсутствуют.

Возможно, дело здесь в том, что мир уже вступил в новую эпоху — эпоху электронных вычислительных машин. По интересному совпадению, ровно через год после появления процитированной выше газетной заметки, а именно 5 мая 1951 года, на выставке научных достижений в Англии впервые был показан публике игравший в «ним» специализированный ламповый компьютер Нимрод.

Он был изготовлен базировавшейся в Манчестере британской компанией Ferranti Ltd, известной тем, что она первой в мире начала серийное производство и продажу электронных компьютеров, получивших название Маrк-1. Установив первый из них в феврале 1951 года в Манчестерском университете, компания была крайне заинтересована в расширении круга покупателей своей продукции. Поэтому Нимрод, разработка которого велась параллельно с созданием Магк-1 и заняла всего лишь несколько месяцев (с 1 декабря 1950 года по 12 апреля следующего года), был фактически важной составной частью маркетинговой кампании. Он был изготовлен исключительно в рекламных целях, для того чтобы популяризировать саму идею электронных вычислительных машин.

Нимрод был очень большим и громоздким (270Х360Х150 см), содержал 480 ламп (из них 130 находились в резерве и не принимали участия в вычислениях), 120 реле и несколько германиевых диодов. Электронные лампы размещались в четырех стойках по 120 ламп, каждая стойка разделялась на шесть блоков по двадцать ламп. Электронная часть занимала всего лишь около 2 % всего объема — большие размеры компьютера были выбраны для наиболее удобной его демонстрации.

Оператор обычно сидел спиной к компьютеру, а игрок — с противоположной стороны стола, лицом к нему. Управление игрой осуществлялось с помощью панели управления. На ней располагались несколько переключателей режимов игры (обычная или обратная игра, право первого хода, автоматическая игра компьютера против самого себя) и настроек (скорость работы — причем максимальная составляла всего 10 килогерц, и др.), а также четыре ряда по 8 ламп и кнопок под ними. Горящая лампа обозначала камешек. Нажав на кнопку под лампой, игрок «убирал» все камешки, находящиеся справа от нее (соответствующие лампы гасли). Кроме этого, слева от каждого ряда игровых ламп находилось по одной лампе, которая показывала, из какого ряда были удалены камешки на предыдущем шаге. Сделав свой ход, игрок нажимал специальную кнопку и тем самым передавал управление компьютеру.

Лампы на обращенной к зрителям главной панели дублировали лампы, размещенные на панели управления. Рядом с ними можно было прочитать правила игры, а под ними располагался индикатор текущего состояния — всего их было пять (победа игрока, победа компьютера, ход за игроком, компьютер обдумывает свой ход, ход за компьютером).

До сентября 1951 года Нимрод находился на выставке, а начиная с 6 октября в течение трех недель экспонировался на Торговой ярмарке в Берлине, где вызвал необыкновенный интерес.

К удивлению организаторов выставки, посетители совершенно игнорировали находившийся в противоположном конце помещения бар с бесплатным пивом; а чтобы утихомиривать и сдерживать толпу, иногда приходилось даже вызывать полицию. Машина стала особенно популярной после того, как выиграла подряд три партии у министра экономики (и будущего канцлера ФРГ) Людвига Эрхарда. Заметим, что тогдашний федеральный канцлер Конрад Аденауэр, также посетивший выставку, играть против машины отказался, дабы не подорвать проигрышем свой авторитет.

Название компьютера отсылает нас к мифологии народов Ближнего Востока, в которой с именем Нимрода (иначе Нимврод или Немрод) связано множество легенд. Так, согласно еврейским легендам, царь Нимрод был первым охотником и первым, кто начал воевать с другими народами. Он же возглавил постройку Вавилонской башни. В мусульманской мифологии Нимрод служит олицетворением насильника и богоборца. Огромное войско, которое Нимрод вывел на битву против Авраама, было поражено тучами комаров. Один из них через нос проник в мозг Нимрода, и тот в течение сорока лет испытывал страшные мучения. В Ветхом Завете Нимврод — богатырь и охотник. Именно в последнем значении его имя стало нарицательным и вошло во все словари.

Таким образом, остается широкий простор для интерпретации названия компьютера. Был ли это намек на то, что машина станет охотиться за головами соперников, как легендарный Нимрод? Или, может быть, ее создатели понимали, что их детище — это первый камень в основании будущей Вавилонской башни, строительством которой человек снова бросил вызов богам?

Вообще в начале 1950-х годов игровые машины пользовались повышенным вниманием не только широкой публики, но и крупнейших ученых. Так, о машинах, играющих в шахматы, не раз писали Алан Тьюринг и Клод Шеннон. Шеннон не обошел своим вниманием и «ним». В 1955 году в одной из статей он писал: «Большинство машин для игры в «ним» играют наилучшим образом, в том смысле, что они выигрывают, когда выигрыш вообще возможен, но они обычно предоставляют сделать первый ход человеку, так что последний может выиграть, если он играет безошибочно. Если противник сделает хотя бы одну ошибку, машина перехватывает инициативу и выигрывает».

Но по мере роста возможностей компьютеров — как в части производительности, так и в части интерфейса — специализированные автоматы быстро сдавали свои позиции. Конечно, различные игровые автоматы до сих пор можно встретить в местах проведения досуга. Однако все-таки сегодня основной платформой для игр является персональный компьютер.

«Крестики-нолики»

В английском языке название этой игры пишут по-разному: и tic-tac-toe, и tick-tack-toe, и даже tit-tat-toe. Оно ведет свое происхождение от старинной английской детской считалки, начинающейся словами «Tit-tat-toe, Му first go» и входящей в классический сборник «Стихи Матушки-гусыни».

По-английски ее также называют noughts and crosses, — собственно, и каждому из нас она с детства известна именно как крестики-нолики. Играют в нее два игрока, которые по очереди ставят крестики и кружки в клеточках игрового поля размером 3x3. Побеждает тот, кто сумеет расположить три крестика (или кружка) в ряд по любой из горизонталей, вертикалей или больших «Крестики-нолики», пожалуй, едва ли не самая древняя из известных сегодня игр. В той или иной форме она была известна уже в Древнем мире — в Китае, Греции, Риме, а в Средние века пользовалась немалой популярностью в Англии и Франции. И пусть в варианте 3x3 игра действительно очень проста, она в то же время далеко не столь тривиальна, как кажется, и дает немало пищи для размышлений.

Большой интерес вызывали «крестики-нолики» у людей науки. Например, в XIX веке их исследовали Чарльз Бэббидж и американский логик и философ Чарльз Сандерс Пирс, а в XX веке — основоположник теории информации Клод Шеннон и другие выдающиеся ученые.

Заметный след оставили «крестики-нолики» в истории вычислительной техники. Например, первый механический игровой автомат был спроектирован (хотя и не построен) еще в середине позапрошлого столетия именно для игры в «крестики-нолики». В середине XX века для игры в «крестики-нолики» строились первые релейные автоматы (практически одновременно с автоматами для игры в «ним»), и они же стали первой «интеллектуальной» игрой, для которой была написана игровая программа для электронного компьютера. С помощью крестиков-ноликов проверяли новые идеи в области искусственного интеллекта, и именно в крестики-нолики играют сегодня первые биологические компьютеры — прототипы вычислительных машин будущего.

Механический автомат для игры в «крестики-нолики» был разработан Чарльзом Бэббиджем. Этот гениальный английский ученый и изобретатель больше всего известен проектом аналитической машины — фактически механического прототипа современного компьютера. Ее замысел возник у него около 1834 года, и работа над ней продолжалась вплоть до самой смерти ученого.

В мемуарах, озаглавленных «Страницы жизни философа», Бэббидж подробно описал свою работу над аналитической машиной. Но есть в этой книге несколько страниц, которые редко привлекают внимание биографов ученого. В них Бэббидж пишет, что однажды стал задумываться над тем, что же представляет собой будущая аналитическая машина — может ли она лишь выполнять предписанные ей действия, или же способна на нечто большее, т. е. действовать в некотором роде «самостоятельно», без непосредственных указаний человека.

И он решил, используя те же принципы, построить машину (автомат), играющую в какую-нибудь «интеллектуальную игру» — шашки, шахматы или «крестики-нолики».

Бэббидж приводит крайне интересный анализ принципов построения такого автомата. По его мнению, эта задача сводится к тому, чтобы автомат умел делать наилучший ход в любой возможной позиции. Перечисляя вопросы, на которые автомат должен ответить в процессе игры, Бэббидж фактически описывает алгоритм его действий (который легко можно записать в виде блок-схемы):

1. Допустима ли анализируемая позиция правилами игры?

2. Если да, то проиграл ли автомат?

3. Если нет, то выиграл ли автомат?

4. Если нет, то может ли он выиграть следующим ходом? Если да, то сделать этот ход.

5. Если нет, может ли его соперник выиграть, сделав следующий ход?

6. Если да, то автомат должен, если возможно, предотвратить этот ход.

7. Если его соперник не может выиграть игру следующим ходом, автомат должен проверить, может ли он сделать такой ход, что если ему будет позволено сделать подряд два хода, он может выиграть на втором ходе двумя разными способами. Если же ни одно из приведенных условий не выполняется, то автомат должен провести такой же анализ на три или более последующих ходов.

Разумеется, здесь «за кадром» остается главный вопрос — а каким образом автомат будет проводить анализ текущей позиции? Ответа на него Бэббидж не дает. Зато он нашел оригинальный ответ на другой принципиальный вопрос. Во всех известных во времена Бэббиджа автоматах последовательность их действий (движений) была жестко предопределена, т. е. «алгоритм» их работы был реализован аппаратно. В игре же постоянно требуется выбирать следующее действие (следующий ход) в зависимости от хода соперника. Конечно, в общем случае этот выбор зависит от анализа текущей позиции. Но в частном случае, когда надо выбрать один ход из нескольких равносильных (ситуация, часто встречающаяся в игре «крестики-нолики», обладающей свойством симметричности), Бэббидж механизм выбора предложил.

Он ввел в конструкцию счетчик выигранных автоматом партий, и если его значение в данный момент было четным, то из двух возможных ходов автомат выбирал первый, а если нечетным — то второй. Если равных по силе ходов было три, то текущее значение счетчика делилось на три, и в зависимости от значения остатка (о, 1 или 2) автомат выбирал один из ходов. Бэббидж писал: «Очевидно, что таким образом можно производить выбор при любом числе условий. Пытливому зрителю пришлось бы длительное время наблюдать за игрой автомата, прежде чем он открыл бы принцип его действия». Таким образом, Бэббидж впервые предложил механизм, в некотором роде имитирующий в поведении автомата волю человека, принимающего свое решение с учетом тех или иных факторов.

По словам Бэббиджа, своей работой он был полностью удовлетворен и не сомневался в том, что сумеет изготовить такой автомат. Однако здесь стали возникать сугубо практические соображения. Важнейшим делом своей жизни Бэббидж считал построение аналитической машины. Многолетняя борьба ученого с британским правительством, не желавшим финансировать эту разработку, составляет, пожалуй, одну из самых драматичных страниц в истории вычислительной техники.

Бэббидж, потративший огромные суммы на свою работу, испытывал крайний недостаток в средствах и в течение многих лет напряженно изобретал различные схемы для зарабатывания денег. Одно время он даже пытался создать беспроигрышную систему ставок на скачках. Работа над автоматом для игры в «крестики-нолики» навела Бэббиджа на новую мысль. Он решил проверить, «имеется ли вероятность того, что если такой автомат будет выставлен на публике, то принесет за приемлемое время достаточно денег для изготовления аналитической машины».

К проверке Бэббидж подошел со всей основательностью истинного ученого. Так, по его замыслу, автомат должен был иметь «привлекательный вид». Он решил, что внешне он может представлять несколько фигур — «двух детей, играющих друг против друга, и сопровождающих их ягненка и петуха. Что ребенок, выигравший игру, может хлопать в ладоши, в то время как петух будет кукарекать, а ребенок проигравший может плакать и ломать руки, а ягненок блеять».

Далее Бэббидж проанализировал причины, по которым люди захотят сыграть с такой машиной и даже заплатят за это деньги: «Когда станет известно, что автомат побеждает в эту детскую игру не только детей, но даже пап и мам, не кажется неразумным ожидать, что каждый услышавший об этом ребенок упросит маму показать автомат ему.

С другой стороны, каждая мама и некоторые папы, услыхав о нем, несомненно, возьмут с собой детей, чтобы показать им такое невиданное и интересное зрелище». Кроме того, он решил, что надо изготовить не один, а несколько игровых автоматов, чтобы выставить их одновременно в трех разных местах. При этом каждый хозяин «один автомат будет держать в резерве, на случай неожиданной поломки».

В своем предприятии Бэббидж, кажется, предусмотрел все до мелочей. К сожалению, хотя анализ психологических, эстетических и даже организационных аспектов дела, казалось, сулил успех, его экономическая сторона, как это часто бывает, оказалась далеко не столь привлекательной. Изучив состояние дел на самых популярных выставках Лондона, Бэббидж к своему глубокому разочарованию убедился, что механические чудеса публику не слишком интересуют. Так, даже два наиболее интересных изобретения того времени — «говорящая машина» немца Йозефа Фабера и «сочиняющая» стихи на латыни машина английского изобретателя-самоучки Джона Кларка, как выяснил Бэббидж, «были с точки зрения прибыльности абсолютным провалом». О вкусах публики лучше всего говорит тот факт, что наибольший доход устроителям выставок различных диковин приносил карлик по прозвищу Генерал Мальчик-с-пальчик.

Бэббидж был человеком крайне увлекающимся. Захваченный новой идеей, он зачастую оставлял предыдущую работу незавершенной. Но в данном случае ситуация сложилась иная — прекратить работу над автоматом для игры в «крестики-нолики» Бэббиджа заставил строгий анализ.

Инженеры и историки до сих пор спорят, мог ли Бэббидж построить свою аналитическую машину. Ответы на него даются разные, но, по крайней мере, эти ответы основываются на изучении огромного материала — чертежей самого Бэббиджа и изготовленных им фрагментов машины. К сожалению, какие-либо чертежи или хотя бы наброски, которые позволили бы оценить возможность изготовления автомата, отсутствуют. И хотя сам Бэббидж написал, что «с легкостью начертил механизм, управляющий таким автоматом», мы о его конструкции можем только строить догадки.

Следующим «устройством» для игры в «крестики-нолики» стал релейный автомат Уильяма Кейстера.

Американский ученый Уильям Кейстер являл собой редкий образец верности однажды избранному делу. После окончания университета его приняли на работу в один из самых знаменитых научно-исследовательских центров — Bell Laboratories, и он проработал там 38 лет.

Начав карьеру простым инженером, Кейстер спустя недолгое время стал одним из ведущих специалистов и много лет возглавлял ключевые департаменты компании. Он занимался релейными, а после Второй мировой войны — электронными переключательными схемами для систем телефонной связи, был автором нескольких статей и монографий, а также пяти патентов. Но если научные публикации Кейстера посвящены вопросам, связанным со специальностью, то три из его патентов относятся к совершенно другой области — играм и головоломкам. Два из этих патентов — на головоломки «Locking disc puzzle» (№ 3637216) и «Pattern-Matching Puzzle» (№ 3637216), в которых требуется разобрать на части или, наоборот, собрать из деталей сложной конфигурации одну из нескольких конструкций, были выданы ему в январе 1972 года, незадолго перед уходом на пенсию. А вот патент № 2877019, полученный Кейстером за 13 лет до этого, заслуживает более пристального внимания.

В этом патенте был описан релейный автомат, предназначенный для игры в крестики-нолики. На лицевой панели машины расположены девять индикаторных панелей игрового поля A-J. Рядом с каждой из панелей помещена кнопка. Нажимая на нее, игрок сообщает автомату свой ход, при этом на индикаторной панели загорается соответствующий символ. Также имеются две индикаторных кнопки: WIN (загорается, когда автомат выигрывает партию) и AL1 (загорается, если игрок случайно нажимает две кнопки одновременно) и две управляющие кнопки RL и AL, предназначенные для «очистки» состояния автомата перед началом новой партии.

Отдельно стоит отметить интересное решение, которое применил Кейстер для того, чтобы иметь возможность отображать на каждой индикаторной панели как крестики, так и нолики. Оно основано на применении поляризационных фильтров. На рисунке представлен разрез индикаторной панели (1 — кнопка ввода очередного хода).

Сверху панель прикрыта слоем прозрачного материала з, а пространство за ним разделено светонепроницаемой перегородкой 8 на две половины, в каждой из которых имеется по электрической лампочке (4 и 5). Обе половины закрыты поляризационными фильтрами, причем фильтр 6 пропускает только вертикально, а фильтр 7 — горизонтально поляризованную составляющую света лампочки. Под слоем прозрачного материала 3 имеются еще два поляризующих фильтра — 9 (с той же поляризацией, что и 6) и 10 (с той же поляризацией, что и 7). При этом в фильтре 9 имеется вырез в виде креста, а в фильтре 10 — в виде ноля. Таким образом, когда загорается лампа 5, лучи горизонтально поляризованной составляющей пройдут сквозь фильтры 7 и 10 и будут задержаны фильтром 9, в вырезе которого будет светиться символ «X». Аналогично, когда загорается лампа 4, в вырезе фильтра 10 виден светящийся символ «о».

Заявку на патент Кейстер подал еще в ноябре 1950 года, а получил его лишь спустя 9 лет, однако в это десятилетие получили широкое распространение другие игровые машины. И немаловажную роль в этом сыграли релейные автоматы Эдмунда Беркли.

Имя Эдмунда Каллиса Беркли хорошо известно в компьютерном мире и пользуется в нем огромным уважением. Окончив Гарвардский университет с дипломом математика, он работал в одной из крупнейших американских страховых компаний, и эта работа привела его к мысли о необходимости использования в страховом деле вычислительных машин. Он живо интересовался ходом работ Дж. Стибица и Г. Айкена над релейными компьютерами и сам принимал в них участие, выдвигал собственные предложения по созданию электронного компьютера и убеждал свою компанию заказать ЭВМ у создателей ENIAC Д. Моучли и П. Эккерта. Беркли был одним из организаторов первых профессиональных обществ в области вычислительной техники и автором первых популярных книг о компьютерах. Однако компьютер в понимании Беркли вовсе не был большим арифмометром для решения вычислительных задач. Он считал, что компьютер должен решать задачи интеллектуальные — отсюда возник его многолетний интерес к роботам.

В 1950–1951 годах он построил свои первые релейные автоматы — вычислитель Саймон и робота-белку Скви. За ними последовали другие роботы и автоматы. В марте 1956 года на одной из выставок он показал релейную машину для игры в «крестики-нолики», которую назвал Релейным Моу (Relay Мое — это название рифмуется с названием игры «tit-tat-toe»).

Внешне машина Беркли походила на машину Кейстера. Автомат состоял из 90 реле и мог играть на поле 3x3 против человека, причем можно было выбрать один из нескольких режимов (безошибочная игра, при которой робот не проигрывал, менее сильная игра, когда противник мог одержать победу и др.).

Еще один свой автомат для игры в крестики-нолики Беркли назвал Переключательной машиной (Switch Tit Tat Toe Machine) — поскольку каждая клетка игрового поля в нем была представлена многопозиционным переключателем. Точнее, это был полуавтомат — когда человек делал свой ход (изменял положение соответствующего переключателя), машина посредством загорающейся лампочки немедленно сообщала ему свой ответ, и тот должен был сделать этот ход за нее.

В 1954 году Беркли основал компанию Berkeley Enterprises, которая продавала и сдавала в аренду (по цене от 15 до 150 долларов в день) самые разные роботы собственного изготовления.

К сожалению, данных об объемах производства игровых машин нет, но, скорее всего, они были небольшими — ведь стоимость Релейного Моу была достаточно велика — она составляла около 3000 долларов, а стоимость Переключательной машины — около 200 долларов.

Однако самым интересным продуктом компании Беркли были уникальные конструкторы для сборки разнообразных автоматов и роботов — Беркли назвал их Geniac (Genius Almost-Automatic Computer), Tyniac (Tiny Almost-Automatic Computer) и Brainiac (Brainy Almost-Automatic Computer, что можно приблизительно перевести как «умный почти автоматический компьютер», от английского brain — «мозг»).

Набор Geniac № 1 (1954 год) ценой 20 долларов состоял из 6 многопозиционных переключателей и 400 деталей, из которых можно было собрать 33 различные машины, работавшие от обычной батареи для карманного фонарика. В 1958 году в продажу поступил самый популярный — и недорогой — всего 9 долларов 95 центов — набор Brainiac К2. Из его четырех переключателей и 300 деталей можно было собрать 31 машину, в числе которых были головоломки, машины для игры в «крестики-нолики» и «ним», арифметические и логические машины, машины для шифрования и дешифрирования, тестирования и т. д.

Конструкторы Беркли пользовались огромным спросом. Но здесь надо сказать, что своей главной целью он полагал отнюдь не извлечение прибыли. Эдмунд Беркли был страстным борцом против ядерного оружия, видным активистом движения за мир и разоружение. Он был убежден, что необходимо всемерно пропагандировать знания и интеллект, учить людей мыслить — ведь разумно мыслящий человек не может не понимать, чем грозит человечеству гонка ядерных вооружений.

Судя по длительной задержке с выдачей патента, автомат Кейстера так и не был построен. Автоматы Беркли тоже постепенно теряли популярность. И это вполне объяснимо. Век релейных машин заканчивался, и они уже воспринимались как анахронизм — ведь к концу 1950-х годов широкое распространение получили полупроводниковые электронные компьютеры. И в это же время появились первые программы для игры в шашки и шахматы, т. е. более сложные игры. Понятно, что гораздо более простые «крестики-нолики» также попали в поле зрения программистов.

Создание первой игровой программы для электронного компьютера связано с именем англичанина Александра Дугласа.

Компьютер EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator — Электронный автоматический вычислитель с памятью на линиях задержки) был построен в 1946–1949 годах в Кембриджском университете под руководством выдающегося британского ученого Мориса Уилкса. Он занимает особое место в истории вычислительной техники благодаря событию, произошедшему 6 мая 1949 года. В этот день оператор нажал кнопку «Старт», замигали лампочки на панели и начала вращаться бобина с перфолентой, на которой была записана последовательность целых чисел. Спустя несколько секунд застучал телетайп, печатая посчитанные компьютером значения квадратов этих чисел: 1, 4, 9,16, 25, 36. Для того, чтобы вычислить квадраты чисел от 1 до 99, потребовалось 2 минуты и 35 секунд. Таким образом, EDSAC стал первым в мире компьютером с хранимой в памяти программой, на котором была решена реальная задача.

Система команд EDSAC состояла из 18 одноадресных команд; выполнение операций сложения, умножения и деления занимало в среднем 1,4; 5,4 и 200 миллисекунд соответственно (операции выполнялись над числами с фиксированной запятой). Данные и программы вводились с 5-канальной бумажной перфоленты, а результаты вычислений печатал принтер телетайпа. Машина содержала около 3 000 ламп, потребляла примерно 12 киловатт электроэнергии и занимала комнату площадью 20 квадратных метров. В целом можно сказать, что в архитектуре и схемотехнике EDSAC никаких серьезных новаций, по сравнению с другими компьютерами того времени, не было. Зато в области программирования кембриджские компьютерщики совершили настоящий прорыв. За полтора года они создали библиотеку из 87 подпрограмм, позволявших работать с числами с плавающей запятой, вычислять логарифмы и тригонометрические функции, решать дифференциальные уравнения и т. д. Результаты этой работы Уилкс и его коллеги Дэвид Уилер и Стенли Гилл обобщили в первом в мире учебнике по программированию «Подготовка программ для электронных цифровых вычислительных машин» (1951 год), переведенном на многие языки, в том числе русский.

Так что нет ничего удивительного в том, что именно один из членов этого коллектива программистов написал и первую в мире игровую программу. Это был Александр Дуглас, работавший в то время над диссертацией, посвященной анализу возможностей взаимодействия человека и компьютера.

Поскольку это взаимодействие должно быть оперативным, как можно более наглядным и, главное, двусторонним, Дуглас пришел к мысли о необходимости использовать для этого визуальное представление хранящейся в памяти компьютера информации. Однако в то время современных мониторов еще не было, и визуальную информацию можно было вывести только на экран электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Одна из трех работавших в составе EDSAC трубок могла отображать состояние памяти, на ее экране можно было показать 560 (35x16) светящихся точек, соответствующих значениям 560 бит. Этим и решил воспользоваться Дуглас. Управляя с помощью программы положением светящихся точек, можно было получить на экране то или иное изображение. В качестве устройства ввода Дуглас использовал дисковый телефонный номеронабиратель.

В начале партии на экран трубки выводилось игровое поле, после чего игрок выбирал право первого хода. Набранная на телефонном диске цифра «о» сообщала компьютеру, что первый ход принадлежит ему; набрав цифру «1», игрок оставлял первый ход за собой (за ходящим первым закреплен символ «X»). Для того чтобы сообщить компьютеру свой ход, игрок набирал посредством телефонного диска одну из цифр от «1» до «9», которые соответствовали одной из девяти клеток игрового поля. Программа рисовала в выбранной клеточке выбранный игроком символ, и тут же компьютер делал ответный ход, который тоже отображался на экране.

Свою программу Дуглас назвал ОХО — эти буквы вовсе не являются аббревиатурой, а символизируют нолики и крестики. Как мы видим, Дуглас написал ее не для забавы, а с весьма серьезной целью проверки возможности и выработки основных принципов взаимодействия человека с компьютером в ходе работы программы. К сожалению, информация о том, играли в эту игру коллеги Дугласа по кембриджскому университету или нет и если играли, то сколь успешно, отсутствует. А за пределы лаборатории игра так и не вышла — по той простой причине, что компьютер EDSAC существовал в одном-единственном экземпляре. Но в любом случае написанная Александром Дугласом программа стала первой в истории компьютерной игрой, в которую человек сыграл против вычислительной машины.

Если Кейстеру и Беркли при создании их машин требовалось воплотить в релейных схемах оптимальный алгоритм игры, то английский ученый Дональд Мичи поставил перед собой совсем иную задачу.

Мичи родился в Бирме и получил классическое образование в одной из привилегированных английских школ. В годы Второй мировой войны он работал в Блетчли-парке, где английские ученые и инженеры создали первый в мире специализированный электронный компьютер Colossus, предназначенный для расшифровки немецких кодов (предложенный Мичи метод дешифрирования считают одним из ключевых факторов, способствовавших успешной работе компьютера). Здесь он познакомился и подружился с гениальным математиком Аланом Тьюрингом.

После войны Мичи изучал в Оксфорде медицину и биологию, занимался генетикой и продолжал сотрудничество с Тьюрингом, который в то время как раз намечал обширную программу исследований в области искусственного интеллекта. Так, они с Мичи собирались написать компьютерные программы для игры в шахматы и надеялись, что эти программы сыграют друг против друга. Смерть Тьюринга не позволила осуществиться многим их планам.

Тьюринг и Мичи сходились в том, что компьютер, обладающий огромной вычислительной мощью, может неимоверно увеличить силу Дональд Мичи человеческого интеллекта. Однако человек, в отличие от машины, способен обучаться. А можно ли применительно к компьютеру говорить об обучении? Они не раз обсуждали этот вопрос. Работа Мичи, выполненная около i960 года, стала одной из первых, в которых была предложена модель обучения компьютера методом проб и ошибок.

Дональд Мичи решил обучать компьютер — и обучать игре в «крестики-нолики». Возможно, имей Мичи в своем распоряжении настоящий компьютер, он предпочел бы написать программу, моделирующую процесс обучения. Но компьютера у него не было, и Мичи создал удивительное устройство — модель компьютера, состоящую из 304 спичечных коробков. Он назвал его MENACE (Match box Educable Noughts And Crosses Engine — «Обучающаяся машина из спичечных коробков для игры в «крестики-нолики»»).

Каждый коробок представлял собой одну из позиций, которые могут возникнуть в ходе партии; позиция изображалась на его крышке. Первый ход всегда был за «машиной», поэтому на коробках показывались только позиции с четным количеством символов. Коробки были наполнены бусинками девяти разных цветов, причем каждый цвет был соотнесен с одной из девяти клеток игрового поля.

Коробок, соответствующий начальной позиции (т. е. пустому игровому полю перед первым ходом), содержал по 4 бусинки каждого цвета; позиции перед третьим ходом — по 3, перед пятым ходом — по 2 и перед седьмым ходом — по одной бусинке каждого цвета. При этом число различающихся цветов в каждом коробке совпадает с числом возможных в данной позиции ходов машины.

Очередной ход машины производился так. Игрок выбирал коробок с изображением текущей позиции, брал его, тряс, чтобы хорошо перемешать бусинки, и затем открывал. Бусинка, оказавшаяся в вершине имевшейся внутри каждого коробка перегородки в виде утла, определяла следующий ход машины. Игрок вынимал эту бусинку и, оставив использованный коробок открытым, откладывал его в сторону. Затем он решал, какой сделает ход, выбирал коробок, соответствующий возникающей после этого хода позиции, и повторял описанные действия вплоть до окончания партии. Если машина проигрывала, то взятые бусинки на место не возвращались (благодаря этому вероятность сделать тот же — т. е. приведший к поражению — ход в следующих партиях уменьшалась); если партия заканчивалась вничью, все бусинки возвращались на место, т. е. состояние машины не изменялось; если машина выигрывала, то взятые бусинки возвращались на место, и, кроме того, в каждый открытый коробок добавлялись еще по одной бусинке того же цвета (это увеличивало вероятность сделать тот же ход в последующих партиях).

Такая методика обучения оказалась весьма эффективной. Первое состязание между Мичи и его компьютером состояло из 220 партий. Сначала он все время выигрывал, но после 17-й партии машина стала делать первый ход в центральную клетку, а после 20-й — играть вничью. Под конец Мичи уже проигрывал 8 партий из ю.

Сегодня концепция обучения является одной из ключевых в искусственном интеллекте и нейроинформатике, так что когда в 2007 году Дональд Мичи погиб в автокатастрофе, во всех некрологах его заслуженно называли патриархом искусственного интеллекта в Великобритании.

Еще один «игрушечный» компьютер был разработан Дэнни Хиллисом. Этот американский ученый и изобретатель — фигура в компьютерном мире не просто легендарная, но даже культовая.

Он прославился как создатель и главный идеолог основанной в 1984 году знаменитой компании Thinking Machines, которая разработала самые производительные суперкомпьютеры своего времени Connection Machine. К сожалению, они оказались невостребованными тогдашним рынком, и спустя и лет компания прекратила работы в области суперкомпьютеров.

Однако мало кто помнит о его самой первой, и тоже весьма оригинальной, компьютерной разработке, начало которой относится к 1975 году, когда Хиллис еще учился в Массачусетском технологическом институте. Одним из заданий, полученных студентами его группы, было придумать и собрать из детского конструктора Tin-kertoy какое-либо цифровое устройство. После того, как один из студентов соорудил из деталей конструктора инвертор, который превращает «1» на входе в «о» и наоборот, а второй — логический элемент ИЛИ, стало понятно, что из них можно построить любую другую логическую функцию и, следовательно, любую логическую схему.

Правда, поначалу Хиллис склонялся к мысли построить робота, но затея эта показалась слишком сложной да и требовала немалых затрат, превышавших финансовые возможности студентов. Однако спустя какое-то время директор одного из выставочных центров предложил финансирование, и вскоре Хиллис и его друзья изготовили первый вариант компьютера для игры в «крестики-нолики». Он имел форму куба со стороной 1 метр и был собран из соединенных в логические схемы деталей конструктора. О сделанном ходе компьютер сигнализировал поднимающимся флажком (их было 9, по числу клеток игрового поля). Машина была крайне сложна и требовала тщательной наладки — так что, когда ее в разобранном виде доставили на выставку и вновь собрали, она так и не заработала. Сегодня это уникальное изделие находится в одном из компьютерных музеев США.

В 1979 году из того же выставочного центра поступило предложение — изготовить новый компьютер. Хотя к этому времени Хиллис и его коллеги уже окончили университет и работали не только на разных фирмах, но даже в разных странах, предложение их заинтересовало.

Началась совместная работа — хотя общение в основном шло по телефону.

На этот раз было решено уделить особое внимание надежности — отсюда вытекало требование простоты конструкции. Требовалось решить три основные задачи: как задавать позицию на игровом поле, как ее распознавать и как выбирать следующий ход компьютера. Однако общее число возможных позиций в игре весьма велико, и было необходимо каким-то образом его уменьшить. Понятно, что симметричные позиции можно рассматривать как одну, но ведь надо было научить компьютер такие позиции распознавать. Дерево игры было досконально изучено с помощью специально написанной программы, и было замечено, что многие ходы являются вынужденными: например, если в одном ряду уже стоят два крестика, то, чтобы не проиграть, соперник должен поставить свой нолик именно в этом ряду. Тщательный анализ позволил сократить количество подлежащих рассмотрению значащих позиций до 48.

После этого началась конструкторская работа. Каждую позицию на игровом поле решили представлять осью с набором насаженных на нее колес (назовем ее осью игровых позиций или просто осью позиций). Ось разделена на 9 равных смежных частей, хранящих информацию о состоянии одной из 9 клеток игрового поля. Каждая часть, в свою очередь, содержит три равных отрезка. Отрезок может быть занят колесиком или оставаться незанятым. Если колесики находятся в отрезках 2 и з, это означает, что в соответствующей клетке записан «крестик», если они находятся в отрезках 1 и 2 — «нолик», а в отрезках 1 и з — что клетка пуста (кроме того, отсутствие всех трех колесиков означает, что содержимое клетки не имеет значения). Всего таких осей в машине 48, по количеству значащих позиций. Они закреплены в жесткой установленной вертикально раме.

Задача распознавания позиции была решена следующим образом. В конструкцию была введена еще одна ось — ось управления, состоящая из 9 секций равной длины, каждая из которых содержит одно колесико и соответствует одной клетке игрового поля. В зависимости от содержимого клетки колесико может находиться в одном из трех положений. Оператор приводит ось управления в движение, и она начинает перемещаться в вертикальной плоскости вдоль набора осей позиций. Ось управления при этом стремится повернуться так, чтобы выступающие из ее колесиков стержни заняли положение, перпендикулярное плоскости движения. Однако при несовпадении состояний оси позиций и оси управления этого не происходит — хотя бы один из стержней удерживается колесиком на оси позиций, что не позволяет оси управления повернуться.

Если же их состояния совпадают, то ось управления поворачивается, и при этом посредством весьма хитроумного механизма освобождает сигнальный флажок, находящийся напротив соответствующей оси позиций. Флажок поворачивается и закрывает написанную на вертикальной бумажной ленте цифру. Эта цифра и означает, в какую клетку компьютер сделает свой следующий ход.

К сожалению, позднее «игрушечный компьютер» был разобран (кстати, для его изготовления потребовалось 30 комплектов конструктора по 250 деталей в каждом). Сегодня о нем стоит вспомнить не только потому, что это был первый оригинальный проект будущего выдающегося конструктора). «Игрушечный компьютер» заставляет задуматься о том, что же такое компьютер вообще. Сегодня мы привыкли ассоциировать компьютер с электроникой. Но ведь компьютер может быть построен из самых разных элементов — не только механических (как в данном случае), электрических или оптических, но даже гидравлических или пневматических. И даже — из пока непривычных нам биологических.

По прогнозам ученых, в ближайшие 15–20 лет появятся вычислительные машины совершенно нового типа — молекулярные компьютеры, которые будут в миллиарды раз производительнее, чем нынешние электронные компьютеры. Вместо кремниевых транзисторов в них будут использоваться органические и другие молекулы. Правда, не любые, а имеющие несколько (не менее двух) устойчивых состояний. Изменение их состояния под влиянием различных внешних воздействий (например, химических реакций) в некотором смысле эквивалентно переключению из «о» в «1» и обратно. А это значит, что из таких молекул можно создать устройства, моделирующие работу любой логической схемы. Считается, что впервые идея молекулярного компьютера была реализована в 1994 году американским исследователем Леонардом Аделманом. В своих опытах он показал, как можно успешно решать сложные переборные задачи из области теории графов, и в частности, известную «задачу коммивояжера», в которой требуется найти кратчайший маршрут обхода всех вершин графа. Оказалось, что все варианты решения (каждый из которых закодирован одной из нитей ДНК) могут быть получены в лабораторной пробирке посредством ряда биохимических реакций, после чего остается лишь отделить нить ДНК, соответствующую решению.

С тех пор появилось множество аналогичных работ и были предложены методы решения многих других задач. Мы не будем их описывать и говорить о многочисленных все еще нерешенных проблемах. Отметим лишь, что, пожалуй, одним из наиболее интересных результатов, достигнутых к настоящему времени, является создание ДНК-компьютера, играющего в «крестики-нолики» против человека.

В ноябре 2006 года журнал «Nano Letters» опубликовал статью группы американских ученых, в которой был описан предназначенный для этой цели ДНК-компьютер MAYA-II. Аббревиатура MAYA (Molecular Array of YES and AND gates) переводится как «матрица молекулярных логических элементов ДА и И», а цифра «II» означает, что это вторая версия устройства (первый, гораздо более простой компьютер MAYA I был построен за несколько лет до этого).

Компьютер состоит из набора микроколбочек, внутри которых находится раствор с цепочками ДНК, подобранными так, чтобы выполнять функции логических элементов, но для игры используются только 9 колбочек, образующих игровое поле 3x3. Всего компьютер содержит 128 логических элементов и, таким образом, представляет собой устройство со средней степенью интеграции.

Игра всегда начинается ходом компьютера в центральную колбочку игрового поля (разумеется, это ограничение значительно упрощает устройство компьютера). Каждому ответному ходу игрока соответствует определенная цепочка ДНК, которую он добавляет во все восемь лунок (это необходимо, чтобы каждая из них обладала всей информацией о ходе игры). В колбочке, соответствующей полю, выбранному игроком для своего хода, происходит цепочка биохимических реакций, и ее содержимое окрашивается в зеленый цвет. Кроме того, это вызывает ответный ход компьютера, проявляющийся в красной флуоресценции раствора в одной из оставшихся колбочек. Игра продолжается до победы компьютера, а на каждый ход затрачивается около получаса.