ЭВМ и живой организм - Драбкин Александр Семенович (читать полную версию книги TXT) 📗
«Малейший сустав моих пальцев посрамляет всякую машину...» Автор с сомнением посмотрел на свою руку, на зажатую между пальцами шариковую ручку и перевернул страницу журнала, на которой начиналась статья об управлении движением в масштабе живого организма. Эта проблема – предмет исследования Лаборатории биофизики сложных процессов АН СССР. Там сделан фундаментальный вывод: в реальных условиях организм использует лишь небольшое число доступных ему степеней свободы. Он словно закрепощает различные суставы, ограничивая независимость движения в них.
Тут, очевидно, требуется пояснение. Вспомните, как цирковой жонглер удерживает на лбу вертикальный шест – номер сравнительно несложный. Потом на шест забрасывается вращающаяся тарелка – цирк весь погружен в напряженное ожидание: уронит – не уронит. А ведь число подвижных сочленений здесь ничтожно – всего два. Между тем, позвоночник человека – это десятки шарнирно соединенных и поставленных друг на друга элементов. В теле каждого из зрителей, следящих за жонглером на арене, происходят сложнейшие процессы балансировки, по сравнению с которыми цирковой номер – просто забава. Какой именно тип движения необходим в данный момент? Каким шарнирным соединениям организма нужно «дать свободу» и какие – жестко закрепостить? Как мгновенно, в доли секунды изменить это соотношение? Соответствующие команды определяют высшие отделы нервной системы – головной мозг. Нижний же уровень – спинной мозг, – получив от головного соответствующую задачу, командует работой мышц.
Этими вопросами более тридцати лет назад занимался выдающийся советский физиолог Николай Александрович Бернштейн. Ныне его последователи формулируют суть программы так: спинной мозг подобен граммофону, проигрывающему пластинки, выбранные головным мозгом; если в комплекте не оказывается нужной пластинки (двигательного навыка), центральная нервная система может ее изготовить – выработать.
Был исследован и механизм связи систем, которые условно обозначены словами «граммофон–пластинка». Оказалось, что при ходьбе головной мозг не управляет особенностями движения – походкой, например. Он определяет лишь мощность движения. Все же сложности координации связаны с деятельностью спинного мозга.
Отметим, что выбор главного, ведущего параметра для системы управления – актуальнейшая задача. Организм решает ее поразительно экономично – регулировка мощности определяет, догонит ли хищник добычу или упустит ее, сумеет ли животное резко остановиться или, двигаясь по инерции, наткнется на препятствие. В прогнозировании мощностных характеристик участвуют слух, зрение, обоняние, осязание, а также память о прошлом опыте, способность ориентироваться. Ювелирная регулировка системы по одному параметру здесь оказывается значительно более совершенной, нежели в техническом устройстве.
Тщательное изучение энергетических и управленческих проблем организма дает представление если не об уровне научных знаний сегодня (хотя оно с этим уровнем и связано), то по крайней мере – о характере постановки проблемы «ЭВМ – живой организм». Одна из газет недавно вышла с таким заголовком: «О роботах всерьез». Следовательно, всерьез, на уровне технических решений, сегодня можно говорить об устройствах, которые грезились человечеству не одно столетие, об устройствах, в которых синтезируются возможности исполнительных механизмов и «машинного мозга». В Академии наук СССР создана специальная комиссия по теории и принципам устройства роботов и манипуляторов, которая координирует работы в этой области. Возглавляет комиссию академик И. И. Артоболевский.
Сколь эта проблема актуальна сегодня, становится очевидным, если познакомиться с работами Ленинградского института авиационного приборостроения – одного из многих коллективов, занятых проблемой роботов. Ректор института А. А. Капустин считает, что нынешний период роботостроения можно назвать периодом синтеза умных машин из готовых (или почти готовых) частей.
А профессор М. Б. Игнатьев подчеркивает: «Сейчас мы переживаем переломный период производства – наступает этап роботизации предприятий. Надо добиваться, чтобы уже через десять – пятнадцать лет трудились тысячи роботов».
Эта задача будущего ставит тысячи проблем сегодня. Как программировать движение робота? Нужно создать «грамоту движения». Кое-что в этом направлении уже сделано. Английский хореограф Р. Лабан разработал специальный язык стенографического типа, который позволяет записывать статическое положение человека, динамику его движений и даже мимику.
Мурманский врач А. П. Валышев разработал мотографию – систему точной записи движений человека во время работы.
Специалисты считают, что если создать устройства для перевода таких языков на язык ЭВМ, можно будет ввести в «мозг» робота программу любых действий, аналогичных действиям человека.
Робот возник в фантастике в недавнем прошлом. Позже, уже в наши дни публицисты доказывали реальность его существования и даже обыденность – мол, конструкция, состоящая из решающего устройства и системы манипуляторов. И все-таки робот остался сказкой, такой же сказкой, как ковер-самолет, который вроде бы просто-напросто самолет. Самолет – да. Но сказочный самолет.
Сейчас с роботами происходит нечто поразительное. Вместо того, чтобы из легенды шагнуть в обычную повседневную жизнь, заняться обычным повседневным делом, они вдруг повернулись и пошли обратно в глубь сказки. Да еще повели за собой своих создателей – серьезных инженеров.
Впрочем, многие из инженеров считают, что путь к реальности через сказочные глубины – самый короткий и эффективный. Еще в 1928 году, как сообщил недавно журнал «Наука и жизнь», профессор Ленинградского университета В. Л. Пропп написал книгу «Морфология сказки». Он изучил огромное количество сказок и обнаружил, что существует 31 типичный элемент поведения персонажей. Сколько бы ни скакал Иван-Царевич на Сером Волке, сколько бы колдун ни тащил богатыря через леса, через моря – именно 31 типовой элемент, при соответствующих перестановках и группировках создают сказочную ситуацию.
Конкретность сказки заинтересовала роботостроителей. Раз дело обстоит так, значит можно упростить многогранную задачу построения характера и поведения роботов завтрашнего дня. Вот уж воистину: «Сказка ложь, да в ней намек! Добрым молодцам урок».
Член-корреспондент Академии наук СССР Е. Попов отметил, что конструирование роботов будет «идти по пути их очувствления и придания им искусственного интеллекта».
Сопоставим этот тезис с анализом сказок и с вполне реальными возможностями мира животных. Перистые усики бабочки позволяют ей различать запах даже в том случае, когда счет количеств пахучего вещества идет на отдельные молекулы.
Усик мотылька (того самого, о котором мы писали в одной из предыдущих глав) воспринимает тепловые лучи инфракрасной части электромагнитного спектра. А глаз пчелы способен улавливать электромагнитные волны. Оса может различить движущееся тело при времени экспозиции в пять раз меньшем, нежели необходимо человеку.
Сетчатка глаза орла имеет три желтых пятна (у человека всего одно). А это места наиболее ясного видения.
Но даже дальнозоркий орел не может сравниваться с гремучей змеей, способной видеть в инфракрасном свете. Глаз лягушки обнаружил поразительную способность реагировать только на движение насекомых. Насыпьте в клетку любое количество мертвых насекомых – лягушка к ним не притронется: может и от голоду умереть.
Вернемся еще раз к описанному раньше поединку летучей мыши и мотылька. Оказывается, мышь-охотник обладает способностью «отстраиваться» от любой какофонии сигналов, не представляющих интереса с точки зрения ее охотничьих целей...
Можно было бы и дальше перечислять возможности органов чувств различных представителей животного мира – с каждым днем здесь открываются явления все более поразительные. Но остановимся еще лишь на одном факте, имеющем принципиальное значение – на надежности живых систем.
Профессор Московского государственного университета Н. Наумов считает, что способность биологических систем приспосабливаться к меняющейся ситуации часто обусловлена не высокой надежностью их элементов, а иными причинами: существованием целого ряда параллельных систем, их свойством взаимодействовать, заменять друг друга. «Такая организация, – отмечает Н. Наумов, – обычно имеет иерархическое устройство: клетки объединяются в ткани, ткани в органы, а их системы составляют организм. Подобное объединение элементов обеспечивает многоступенчатую регуляцию, способность организма сочетать высокую устойчивость и самоорганизацию».
