книги из ГПНТБ / Теплов Л. Очерки о кибернетике

нельзя усовершенствовать так, чтобы он не потреблял энергии. Даже «ели пылесос не автомат, то хозяйка вместе с пылесосом представляют собой полностью автоматическую систему, конечно при условии, что ос­ тальное семейство уклоняется от советов или возражений по поводу ее операций (обычно семейство так и поступает).

Всякая автоматическая система открыта для энергии и замкнута для управления. Правда, эта формула заставляет нас включать в си­ стему пол, пыль и мебель, которую двигают и раздраженно пинают. Это

39

стью, капкан становится «полным» автоматом. Он безразличен к инте­ ресам человека. По отношению же к потоку активной энергии позиция капкана очень похожа на позицию всего живого мира, и мы вправе рас­ сматривать самоуправление камня, как случай полного автоматизма.

Элементарным критерием целесообразности, таким образом, является само существование автомата. Перед капканом стоит поистине гамле­ товский вопрос «быть — или не быть?», и осуществимость ответа «быть!» зависит от распределения вероятностей. В сущности, изобретенная нами система имеет очень мало шансов сохраниться. Зверь повернулся не так, и палка не поддержала камня; прошел дождь, и она выскользнула; свер­

вероятность состояния капкана «быть». Очевидно, какая-нибудь другая система, устроенная более сложно, могла бы сохраниться и при этих обстоятельствах, удержаться, спрятаться, перехитрить, как это делает, например, охотник.

Это позволяет выразить критерий целесообразности через дробное число — вероятность существования, величина которого зависит от сложности конструкции самого автомата и от разнообразия тех условий среды, в которых он находится.

Столь далеко идущие выводы не вытекают, конечно, только из не­ обходимости разобраться полностью в работе системы из палки и кам­ ня. Но в понятии «автомат» капкан объединяется с машинами куда бо­ лее сложными связями, для оценки которых наши общие подходы ока­ зываются небесполезными.

...Представим себе огороженную асфальтированную площадку гденибудь в негустом тропическом лесу. Тускло поблескивая чешуйчатыми серыми панцирями, напоминающими черепашьи, по ней медленно пол­ зают какие-то создания... Понаблюдав за ними со стороны несколько минут, мы придем к убеждению, что действия их целесообразны, что они что-то ищут. Сначала может показаться, что это живые существа или радиоуправляемые механизмы, руководимые волей и чувствами не­ видимого оператора — человека.

На самом деле перед нами автоматы, собранные из таких абсолют­ но неживых материалов, как металл, резина, стекло, кристаллы-полу­ проводники. Люди, создавшие их, могут уйти как угодно далеко, вообще забыть об их существовании, а если поблизости и находится при­ частный к опыту человек, это просто сторож, которому поручено следить за тем, чтобы не нарушалась та условная среда, которая для автоматов создана и к которой они полностью приспособлены.

Ползающие создания — это электрические аккумуляторы на коле­ сах, соединенные с кремниевыми солнечными батареями, расположен­

ными по поверхности панциря—-такими же, как у искусственных спутни­ ков Земли.

Когда конструкция лежит на солнцепеке, батареи вырабатывают ток, идущий на зарядку аккумуляторов. Но вот наступает момент, когда

40

Кибернетические черепахи могут сами заботиться о себе, если им создать упрощенные условия внешней среды.

емкость аккумуляторов исчерпана и дальнейшая зарядка грозит ава­ рией. Нетрудно сделать выключатель, отсоединяющий в этот момент аккумуляторы от питания. Но инженеры умышленно пошли на более сложное решение. Устройство поведения, следящее за напряжением на контактах аккумулятора, переключается на поиск: в действие вводится сигнальная система, которая сравнивает токи, идущие от разных бата­ рей, и выбирает направление тени. Включается двигатель. Наше созда­ ние уползает с солнцепека и двигается до тех пор, пока не попадет в тень деревьев. Тут оно останавливается, так как тень — это именно то, на что направлен поиск, то, что нужно системе, чтобы защититься от ава­ рийной перезарядки.

Медленно движется солнце по небосклону, тени на площадке пере­ мещаются, и за ними ползут в холодок фотоэлектрические черепахи. Приходит ночь, и на это время черепахи цепенеют. Но вот наступает утро. Накопленная в аккумуляторе энергия израсходована на передви­ жение, напряжение на контактах упало. Устройство поведения переклю­ чается так, что, совершая такой же поиск, черепаха остановится там, где найдет свет: ей пора заряжаться.

Хотя среда обитания черепах-автоматов сильно упрощена — у них нет врагов, площадка гладкая и имеет хороший водосток, но все-таки на ней есть деревья, а кругом ограда. Не исключено, что какая-нибудь

41

черепаха в погоне за светом или тенью упрется в препятствие или наско­ чит на другую. В этом случае устройство поведения переключится на

•обратный ход и включится счетчик времени, который ограничивает дей­ ствие этого сигнала, скажем, несколькими секундами. Если столкнулись две черепахи, то они разойдутся, а если впереди широкая преграда, то черепаха отойдет немного, но потом снова поползет к препятствию. Конструкция рассчитана так, что новая точка встречи окажется несколь­ ко в стороне от прежней; еще два-три захода, и, нащупав край препят­ ствия, черепаха обойдет его и устремится туда, куда ей нужно.

Скептик скажет, что черепахе-автомату ничего не может быть «нуж­ но», что она неживая, что все ее действия нужны только людям, поста­ вившим этот странный опыт. Такое мнение неправильно. Конструктор черепахи, конечно, предусмотрел, что она должна сделать, чтобы не попасть в аварию. Но своей логикой он замещал только силу естествен­ ного отбора; он никогда не смог бы высчитать все варианты столкнове­ ний ее с препятствиями или расположения света и тени на площадке.

нужд самой черепахи, преследуют одну цель: сохранить конструкцию в изменяющихся условиях среды. Он создал полный автомат, хотя полно­ та автоматизма относится только к данному экземпляру, черепаха-авто­ мат размножаться не может и по мере естественного износа становится все более беззащитной перед случайной аварией.

Описанный здесь опыт пока еще не ставился. Электродвижущая си­ ла современных солнечных батарей пока недостаточна для питания аккумуляторов, которые смогут возить эти батареи. Но вот уже в тече­ ние нескольких лет по почину английского инженера и психиатра У. Грея Уолтера строятся черепахи, для которых свет является символом пита­

ния. Для своих чере­ пах Эльси и Коры Грей Уолтер зажи­ гал свет у штепселя, куда подавался по­ стоянный ток. Идя на свет, черепаха в конце концов прихо­ дит в станочек и вставляет контакты питания своего ак­ кумулятора прямо в штепсель.

Электронная черепаха Грея Уолтера ищет свет при помощи фотоэле­ мента.

42

Простые игрушки — китайская утка и заводной жук способны к усвоению активной энергии или к движениям, полезным для их сохранения.

Этот яркий демонстрационный опыт вызвал большой интерес и был повторен во многих странах. У нас в СССР аналогичные конструкции “были построены в московском институте автоматики и телемеханики, а также в Киеве и Тбилиси. Правда, кое-где из-за отсутствия подходящих аккумуляторов черепахам было дано питание от сети электрического тока — и чистота опыта оказалась смазанной.

Действительно, если мы непосредственно вмешиваемся в такое важ­ нейшее условие существования энергетически открытой системы, как питание, то спрашивается: какой цели, какому критерию подчинены все ее формы поведения? Они тогда становятся бессмысленными.

За границей строительство «электронных животных» в последнее время стало модой. Французский инженер А. Дюкрок построил «лисиц»— Джоба и Барбару, немец Э. Эйхлер и чех Г. Земанек — своих «черепах». Э. Беркли создал модель белки, которая собирает подкиды­ ваемые ей шарики—«орехи» и прячет их, но—увы!— она не питается эти­ ми орехами.

Гораздо интереснее по принципу эксперимента модели «утка» и «жук». Древняя китайская игрушка — стеклянная уточка, пьющая воду, состоит из двух шаровых баллонов, которые соединены трубочкой, сво­ бодно подвешенной на опорах немного выше центра тяжести. В нижнем баллоне налит эфир. Он легко испаряется при комнатной температуре,

43

МАШИНЫ-АВТОМАТЫ

первой ступени— полностью программированные

Усилители везде. А существуют ли они «на самом деле»! $ Нелиней­ ность— мучение для математиков и ключ к совершенству. $ Усилители в истории техники. * Спусковой и периодический автомат. * Выделяется программный узел. $ Были куклы, стали работники. $ Универсальная ма­ шина. * Программированный мир Лейбница. & Программа — это далеко

не все!

Обычно мы, называя разные вещи, говорим: капкан, электрическая лампа, живая клетка, мышцы, автомобиль, подъемный кран. С каждым из этих названий мы связываем какие-то индивидуальные свойства и качества, присущие только этим вещам. В теории, особенно такой об­ щей, как кибернетика, для нас неважны многие различия вещей. Здесь нас интересует только одна их особенность: в каждую из них подаются только сигналы, только некоторый порядок действий, а энергия нахо­ дится в них самих. Поэтому их можно объединить в общем понятии —

усилители.

Свойство системы усиливать эмерджентно. Действительно, закон сохранения энергии запрещает получать от системы энергии больше, чем ее было вложено, и никакая постоянно действующая машина не может быть «истинным усилителем». С другой стороны, простая цепь усилителей не увеличит упорядоченности, поскольку усилители не пре­ образуют порядок сигналов: они только вливают в заданный порядок новые порции физической силы и «проявляют» его. Так фотографиче-

45

выводы о невозможности «истинного усиления»: человек хотел манове­ нием руки сдвигать горы, летать быстрее и выше птиц, плыть стреми­ тельнее акулы, светить ярче солнца и досягать дальше звезд.

Поэты поддерживали в человеке этот святой огонь неудовлетворен­ ности и стремления к недосягаемому... пока. Напротив, ученые, раскла­ дывая мир по полочкам наук, выискивали многочисленные досадные препятствия, от которых нельзя было отмахнуться. Придавая ценность только объективным знаниям, они старались избегать всякой фанта­ стики и романтики. Но они тоже были люди, и главным направлением их труда были все те же гордые мечты о волшебной власти над веще­ ством и силой.

Наследственность снабжает человека такой мощной логикой и таким объемом памяти, какими до него не обладало ни одно живое

ряда дальнейших превращений вещей: он стал создавать орудия. Подметив, что из всех животных только птицы и человек передви­

гаются на двух ногах, некогда Платон определил человека, как «двуно­ гое без перьев». Но великий революционер и мыслитель Франклин восстал против этого парадокса и дал дру­ гое определение: «человек — это животное, создающее орудия».

Познав потребительские свойства огня, человек

46

47

вых, к довольно сложной операции прицеливания, а во-вторых, к простой команде — разжатию пальцев руки, натягивающей тетиву.

Разумеется, человеческая практика не ограничивалась этими тремя направлениями. Человек заботился об устройстве своего жили­ ща, о сооружении таких важных транспортных средств, как лодка и плот. Он находил и совершенствовал способы влияния на жизнь рас­ тений и животных, — влияния, несомненно, управляющего, очень важ­ ного в хозяйственно-экономическом отношении, приведшего к созданию отраслей земледелия и животноводства.

Но основная линия развития техники заключалась в механизации и автоматизации, создании искусственных сигнальных систем, вклю­ чаемых как органы управления в рабочие машины.

правляющими для стрелы, жестко закрепить его на звериной тропе и дополнить сигнальной системой — сторожевой ниткой или палочкой, соединенной связью со спусковым устройством. Это устройство обла­ дает порогом восприятия сигнала и оно же преобразует сообщение о добыче, передаваемое натяжением связи, в команду «спустить тетиву». Ничтожное по силе внешнее воздействие, оказанное лапой крадущего­ ся зверя, вызывает мощное действие автомата, причем непосредствен­ ное управляющее вмешательство человека не нужно. Можно забыть поставленный самострел где-нибудь в чаще, вдали от проторенных охотничьих троп, и до тех пор, пока не сгниет и не лопнет какая-нибудь из его важных частей, он будет нести угрозу не только зверю, но и самому создателю его, если тот неосторожно заденет сторожевую нитку.

Так в автомате на неопределенно долгий срок закрепляется спо­ собность к активному, целеустремленному действию.

Примитивные спусковые автоматы типа самострела и капкана со

48