Не думайте, что ЭВМ ведет космонавта за руку по космическим пространствам. У него уйма своих забот, но это заботы человеческие, с которыми он может справиться благодаря своим физическим и умственным возможностям (у космонавта эти возможности должны быть развиты в высшей степени!). А функции, требующие сверхчеловеческих возможностей, берет на себя ЭВМ.
Управлять космическим кораблем в одиночку человек не может. Без ЭВМ не было бы космических полетов, высадки на Луну, мы не знали бы, как она выглядит вблизи. И это только один пример того, чего мы были бы лишены без ЭВМ.
Управление - вот еще одно гигантское применение ЭВМ буквально во всех областях человеческой деятельности. Вывеску с надписью "ВЦ" вы можете увидеть в Госплане Союза ССР, там ЭВМ помогают управлять экономикой страны; в министерствах и ведомствах они обеспечивают управление деятельностью отрасли, на заводах - управление производством и используемым там оборудованием.
Человек вдвоем с ЭВМ может справиться с невероятно сложными процессами управления. Ну а с какими процессами управления может справиться ЭВМ без непосредственного участия человека в этом процессе?
Прокатный стан на сталелитейном предприятии катает из раскаленной заготовки (ее называют слябом) стальную ленту толщиной в бумажный лист и длиной 400 метров. Этой сложной работой управляет ЭВМ.
Но прокатный стан - машина узкоспециализированная. Его продукция всегда одна и та же - лента, даже если одна партия ленты должна быть немного толще, другая тоньше. Главная задача ЭВМ - обеспечить высокую производительность и высокое качество работы стана. А есть множество машин, продукция которых очень часто меняется. К их числу в первую очередь относятся металлорежущие станки. Они предназначены для обработки любых изделий, любой формы, самых различных размеров; их так и называют универсальными станками. 30 лет назад для управления этими станками были нужны люди - токарь, фрезеровщик, сверловщик.
Мы уже упоминали, что экономисты отнесли к "чудесам XX века" наряду с ЭВМ и ядерной энергией станки с цифровым управлением, на которых можно обработать любое изделие без участия человека. 20 лет назад уже тысячи таких станков обрабатывали металл в цехах машиностроительных заводов. Сегодня таких станков десятки, сотни тысяч, будут их миллионы.
Но прогресс в этой области не исчерпывается одной только количественной стороной.
ЭВМ рассчитывает программу, по которой должен работать станок. Эта программа наносится в определенном коде на тот или иной так называемый носитель информации, например, в виде "отметок" на магнитную ленту, изменяется обрабатываемое изделие - меняется лента.
При всей гибкости и универсальности такой системы ей свойствен существенный недостаток. Между станком и ЭВМ вклинивается нежелательный посредник - маг нитная лента, - требующий дополнительного оборудования и времени для записи и считывания программ, снижающий оперативность взаимодействия двух ма шин - технологической (станок) и управляющей (ЭВМ).
20 лет назад ЭВМ были громоздки и более дороги, чем сегодня. Тогда казалось недопустимо расточительным и технически невозможным соединять "напрямую" каждый станок или группу станков со своей "персональной" ЭВМ.
Сегодня все начинает выглядеть по-другому, причем не только в умах ученых и инженеров, но и в конкретных разработках, макетах, станках, целых участках станков, непосредственно управляемых ЭВМ.
Две машины работают в тесном контакте, непрерывно обмениваясь информацией, работают в таком темпе, в каком не можег работать ни один токарь или фрезе ровщик, ни один человек Можно не сомневаться, что многие из тех миллионов станков, что войдут в строй через 15-20 лет, будут иметь свои собственные ЭВМ - малогабаритные, быстродействующие, надежные, при дающие станкам многие из тех свойств и качеств, какими они обладали, когда ими управлял человек - то карь и фрезеровщик, и предающие им, кроме того, ряд других полезных качеств, какими не обладает ни один человек
Металлорежущие станки - машины с более высоким уровнем универсальности, чем прокатный стан. И для того чтобы в полном объеме использовать эти их свойства, управляющие ЭВМ должны осуществлять функции значительно более сложные, чем при управлении прокатным станом.
Несколько приведенных примеров, как кажется, до статочно наглядно иллюстрируют возможность ЭВМ находиться "за рулем" самых различных машин, управлять движениями всех их механизмов и устройств.
Не правда ли, какие разнообразные функции выполня ют ЭВМ? Они производят сложнейшие вычисления, запоминают гигантское количество информации и с колоссальной скоростью ее обрабатывают, они быстро и точно управляют машинами, осуществляя все более сложные функции управления без вмешательства человека.
Исполнительные механизмы различных машин, механические руки и управляющие ими системы, электронный "мозг" сращиваются все теснее и теснее. Они превращаются в единое целое - в автоматические машинные комплексы с цифровым управлением. Это уже предки тех машин, что сегодня называют роботами, это их ближайшие родственники, вместе с которыми они уже начали работать бок о бок.
Промышленные роботы - машины с цифровым управлением, не появились сами по себе, внезапно и неожиданно, их предшественники - самые различные системы цифрового управления Они наравне с другими системами техники неизбежное порождение научнотехнического прогресса, им предстоит занять важные позиции на фронте автоматизации самых разнообразных технологических процессов. Именно поэтому со словом "роботы" мы встретились только в конце этой гла вы, г которой попытались коротко рассказать о том, что служило и служит научной и технической "питательной средой" для их появления и совершенствования, об "ЭВМ-революции" и ее последствиях. И еще одно за мечание нужно сделать, прежде чем двигаться дальше Если бы вопрос: "Кто умнее - ЭВМ или чело век?" - сводился к тому, кто быстрее считает, больше помнит, точнее управляет, то человек из этого соревно вания выбыл бы уже сегодня Только вот он никак не соглашается, что живой человеческий ум, интеллект можно вместить даже в такие, казалось бы, очень широкие рамки и считать, и запоминать, и управлять!
Специально для ЭВМ, специально для того, чтобы отделить машину от человека, были придуманы новые по нятия - "искусственный мозг", "искусственный интел лект" В этих понятиях нам волей-неволей придется разобраться, тем более что искусственный интеллект дтя роботов - это как раз то, что придает им качества, ко торые все-таки напоминают человеческие.
Наука и техника начали новый, уже четвертый тур попыток создать нечто "по образу и подобию". Теперь мы знаем, что они располагают такими средствами и возможностями, накопили такой опыт, вооружены таки ми идеями, что попытки эти делаются с самыми серьезными намерениями. Учитывая это, нам теперь просто необходимо поговорить о том, что же представляет со бой тот живой оригинал, по которому собираются строить технические копчч.
Как он устроен, как устроены мы с вами, как мы движемся и действуем? Не зная этого, как можно судить о том, хороша ли копия, какими из свойств и качеств оригинала она обладает?
ТЕЛО, В КОТОРОМ МЫ ЖИВЕМ
ГЛАВНЫЙ ВОПРОС
Нам с вами, выписывающим журнал "Здоровье", регулярно слушающим радиопередачи на медицинские темы, знающим пользу витаминов и вред гриппозных заболеваний, трудно себе представить, что ученые и врачи, образно говоря, "открыли человеческое тело" позже, чем Колумб открыл Америку.
Нельзя, конечно, сказать, что человека не интересовала эта "часть самого себя", ее устройство, заболевания и лечение Наоборот, мы знаем, что очень интересовала, причем очень давно. История донесла до нас наряду с другими именами великих людей древности имя выдающегося врача Древней Греции Гиппократа, жившего в V веке до нашей эры.
Учение Гиппократа и его последователей составляет Удивительную смесь наивных представлений, здравых утверждений, полезных рекомендаций. Именно гиппократики выдвигали в качестве основного принципа медицины требование лечить не болезнь, а больного.
Но единственным источником анатомических и физиологических знаний у них служили вскрытия животных, поскольку вскрытия человеческого тела тогда и многие столетия спустя строго запрещались. Поэтому их конкретные знания были скудны, часто неверны и вели к ошибочным представлениям об устройстве человеческого тела и функциях его отдельных частей.
Школа Гиппократа учила, что жизненно важные задачи выполняют четыре разнородные "жидкости тела" (?!): кровь, слизь, желтая желчь и черная желчь.
Когда эти жидкости находятся в теле в гармоническом сочетании, тело здорово. Если же пропорция нарушается, наступает болезнь. "Оживотворяющим началом" тела, они думали, является природная теплота, причину которой составляет пневма, особый род тонкого эфирного вещества, циркулирующего в сосудах тела.
Старики отличаются от молодых тем, что имеют меньше природной теплоты и т. д. и т. п. На основании такой, мягко говоря, неточной картины устройства человеческого тела гиппократики делали неожиданный и удивительный вывод о зависимости количества жидкостей тела от внешних условий, климата, состояния атмосферы и др. А далее следовали совершенно здравые утверждения о том, что в лечении и предупреждении болезней большое значение имеют гигиена быта, режим жизни, диета; что исход болезни, ее прогноз зависят от природных сил организма; что все назначения врача, касающиеся лечения и режима больных, должны быть строго индивидуализированы. Суждение буквально сегодняшнего дня - прямо по журналу "Здоровье".
Наивный материализм древних греков во всех областях знаний господствовал и в области медицины и оказывал большое влияние на ее развитие в дальнейшем. Однако в последующие века земной шар стал обволакивать густой туман всяческих религий и мистики. Почти две тысячи лет прогресс человечества шел буквально черепашьим шагом. Опытное познание мира, эксперименты подменялись схоластическими умствованиями. Помощь болящим оказывалась молитвами и заклинаниями, снадобьями, мазями, зельями и порошками, полученными методами черной и белой магий, и подкреплялась оптимистическим: "Бог дал - бог взял".
Время, когда этот туман стал рассеиваться, назвали эпохой Возрождения. Это была эпоха Леонардо да Винчи, Христофора Колумба, Галилео Галилея. Она донесла до нас также и имя Андрея Везалия, уроженца города Брюсселя, реформатора анатомии, развившего новый метод ее изучения, основанный на неоспоримых фактах, добытых путем вскрытий человеческого тела.
Его книга "О строении человеческого тела" явилась началом современной анатомии. Опубликованная в 1543 году, на 50 лет позже того, как X. Колумб на своих каравеллах подошел к берегам Америки, она впервые открыла человеку человеческое тело.
Художники под руководством А. Везалия рисовали то, что он увидел, понял, изучил. Эти рисунки производили на современников неизгладимое впечатление, ты* сячи людей учились на них, освобождались от пут средневековой схоластики и теологии.
Как и многим другим выдающимся личностям эпохи Возрождения, А. Везалию тяжело достались его неуемное любопытство и жажда правды. Непрерывная борьба с тяжелым гнетом церкви создала ему много врагов, а инквизиция нашла поводы для обвинения его в ереси, судила и приговорила к паломничеству в Палестину. Тогда это было трудное и опасное путешествие. А. Везалий попал в кораблекрушение, больной был выброшен на один из островов Средиземноморья, где и умер.
Кажется, трудно поверить, что большинство фактов анатомии человека, известных сегодня студентам и школьникам, 400 лет назад не были известны никому.
Но это может показаться только тому, кто мяло представляет, как трудно шла и идет наука к глубокому познанию живого, и, в частности, к познанию тела, в котором мы живем, и как еще мало мы его знаем.
Все, что составляет окружающий нас мир, можно классифицировать по самым различным признакам: вещества - по их состояниям, металлы и материалы - по химическому составу, растения и животных - по семействам и родам, сотрудников учреждений - по занимаемой должности, книги - по формату, объему, лошадей - по породам, колбасу - по сортам.
Но есть признак, который самым существенным образом разграничивает все, что было, есть и будет в нашем мире. Этот признак - живое и неживое.
Вместе с животными и расгенилми человек стоит по одну сторону грани, а по другую - ссгоания рук человеческих вместе с неживой природой. Две главнейшие особенности образуют эту грань.
Любой живой организм должен питаться и иметь пищу, чтобы жить. Пища и питание обеспечивают ему тот постоянный процесс обмена веществ с окружающей средой, с прекращением которого прекращается сама жизнь. Растения питаются через корни, животное питаются растениями либо другими животными, которьг используют растительную пищу. Этот порядок остается неизменным для полумиллиона видев растении и полутора миллионов видов животных, насоляюишх наш мир Любой живой организм обладает свойством воспроизведения по своему образу и подобию, обеспечивающим непрерывность и преемственность жизни. Береза, сосна и яблоня, пшеница, морковь и крапива размножаются семенами. Курица несет яйца, из которых вылупляются цыплята. Лошади и собаки приносят благородный приплод, который до появления на свет снабжают родословными, насчитывающими десятки поколений.
Родильные дома, ясли, детсады и школы полны наших ближайших потомков, которые едят и пьют, плачут и смеются, учатся ходить и падать, читать и писать, разговаривать к работать, чтобы затем заменить нас в том процессе, который называется "смена поколений".
Растения с давних времен отличали от животных по признакам неподвижного образа жизни и по отсутствию у них "чувствительности". Выдающийся шведский натуралист Карл Линней 200 лет назад писал: "Растения растут и живут, животные растут, живут и чувствуют". Эти признаки сейчас носят лишь приблизительный характер. Со времен К. Линнея обнаружено много животных, прикрепленных к месту своего обитания; существуют растения, ведущие подвижный образ жизни.
И раздражимость оказалась в большей или меньшей степени свойственной не только животным, но и растениям.
Однако, попав в мир живого, не следует забывать о том, зачем мы сюда пришли. Нас интересует человек - живое существо, способное не только жить, расти и чувствовать, но еще и наблюдать и мыслить, вслух и членораздельно излагать свои мысли, производить орудия труда и использовать их, воздействуя на окружаюший мир.
Не будем отвлекаться рассуждениями о том, что здесь перечислено далеко не все, на что способно и к чему призвано это существо, представляющее высшую ступень развития живых организмов. Что, например, по уровню подвижности оно иногда мало отличается от растений, что иногда оно ест и пьет больше, чем надо, наблюдает и мыслит меньше, чем следует, излагает вслух совсем не то, что мыслит, производит орудия труда и ширпотреб низкого качества, а воздействуя на окружающий мир, ухудшает его, вместо того чтобы улучшать.
Это все бывает только иногда, это нетипично, и, главное, совсем не эти особенности имеются в виду, когда речь идет об искусственном воспроизведении способностей человека, о работе технической колии живого оригинала. Копия ведь не может и не должна в точности повторять все свойства и особенности оригинала.
Скульптурный портрет не может передать естественной окраски и тепла живого тела и всей гаммы чувств, которые может выражать человеческое лицо. Жлвотмсный портрет не копирует реальную перспективу и пространство, а лишь "обманным" путем создает у нас впечатление пространства, объема. Скульптурный и живописный портреты могут вызывать у нас ощущение движения, но воспроизвести само движение оригинала они бессильны.
"Животноподобные" и "человекоподобные" создания В. Дро, И. Кулибина не только внешне копировали живой оригинал. Андроиды - писцы, флейтисты, музыканты - не только по внешнему виду, по размерам и окраске были похожи на настоящих людей. Они, кроме того, еще умели двигаться, двигать руками и ногами, играть на флейте и писать гусиным пером. И все эти движения они умели совершать в реальном пространстве. Так почему же они так и остались игрушками?
В чем копия должна повторять оригинал, чтобы стать его полезным помощником, а не просто игрушкой? Каковы все-таки особенности и свойства живого прототипа, которые стремятся воспроизвести ученые и инженеры, работающие в области робототехники? Вот павный вопрос, ответив на который мы поймем, какую цель они ставят перед собой, на что они, так сказать, замахиваются.
У БУФЕТНОЙ СТОЙКИ
Очередь медленно, но верно продвигается вперед, и вы приближаетесь к буфетной стойке. Совсем немного времени прошло с тех пор, как оторвались от своего дела, в которое были погружены с головой, но этого времени хватило, чтобы рассредоточиться, расслабиться и оглядеться.
Впереди еще несколько человек, и еще несколько минут пройдет прежде, чем можно будет заняться меню.
Рассеянный взгляд скользит по длинному прилавку, часть которого занята застекленной витриной. В витрине большой противень с жареной рыбой, бутерброды с сыром и колбасой, несколько сортов сдобы, конфет и шоколада. Витрина справа от буфетчицы, а слева от нее за прилавком два ящика: с яблоками и апельсинами. Позади буфетчицы еще один прилавок. На его ближнем к вам конце - прямоугольный бак с электроподогревом, полный сосисок, дальше стоят весы, большой поднос со стаканами, горки тарелок и тарелочек, два титана - с чаем и кофе. И единственное действующее лицо - буфетчица, женщина средних лет в белом халате с закатанными по локоть рукавами.
Вы замечаете, что по мере того, как очередь приближается к прилавку, разговоры вокруг вас стихают. Все смотрят, как работает буфетчица. И вы смотрите. Вы не слышите очередного заказа, но вам и не надо его слышать. Вы все видите.
Вот она поворачивается к прилавку позади себя и делает пару шагов к бачку с сосисками. В это же время начинают двигаться ее руки. Левая рука берет очередную тарелочку из горки, а правая - плоские щипцы, лежащие на тарелке около бака. Скупыми и быстрыми движениями, по одному на сосиску, она выуживает их из бака, укладывая на тарелочку, затем щипцами прижимает сосиски, сливая воду, набравшуюся в тарелочку, ставит тарелочку на платформу весов, бросает взгляд на циферблат. Поворачивается, ставит тарелочку на прилавок и вновь поворачивается, теперь уже в другую сторону - к блюдцам, стаканам и титану с кофе. Она еще только кончает поворачиваться, а в ее левой руке оказывается блюдце, в правой - стакан. К моменту, когда поворот тела окончен, стакан стоит на блюдце, а правая рука тянется к крану титана. В стакан льется кофе, правая рука точными движениями отмеряет две ложечки сахарного песка, ложечка снова в тарелке с сахаром, кран закрыт, стакан кофе вместе с полагающимся к нему облачком пара уже стоит на прилавке рядом с сосисками, а в руках у буфетчицы очередная тарелочка, в которую ложится сдобная булочка. Эта тарелочка еще не коснулась стойки, а буфетчица совершает полуповорот налево и полунаклон к ящику с апельсинами, ее пальцы откатывают несколько плодов (пожалуйста, помельче!), захватывают один, другой, тело выпрямляется и заканчивает поворот к весам. Апельсины на платформе весов. Легким прикосновением руки буфетчица останавливает их движение, бросает взгляд на циферблат. Весь заказ на стойке, щелкают счеты, она называет сумму, получает деньги, дает сдачи, вытирает руки полотенцем, с улыбкой обращается к следующему покупателю, затем к следующему...
Какое множество самых разнообразных движений она совершила за одну-две минуты! Чайную ложечку, блюдце, стакан, апельсин, щипцы нужно взять по-разному, по-разному сложить пальцы, развить разные усилия. Как точно нужно рассчитать движения рук, чтобы тарелочки не ударялись о платформу весов, а мягко на нее ставились, чтобы сосиски не соскальзывали с тарелки, чтобы щипцы их не раздавливали, чтобы кофе не выплескивался из стакана за время его движения от титана к сточке! Как удается так складывать движения и ног, и корпуса, и рук, и пальцев, чтобы налитый почти до края стакан все время занимал горизонтальное положзнчс?
- Ну да, обычно говорят - привычка, тренировка.
Но когда буфетчица наливала кофе очному покупателю, она стояла на одном расстоянии от бака и от прилавка, а наливая другой стакан, она стояла в другом месте, наливая чан, она снова изменила положение, каждый стакан она несла по-разному. Одним и тем же был всегда только результат - очередной стакан, не пролив из него ни капли, она быстро и точно ставила на прилавок так, чтобы покупателю было удобно его взять. Каждый раз, казалось бы, одно и то же движение ей приходилось выполнять по-разному, разные сочленения живого механизма двигались по-разному, с разными амплитудами и скоростями.
- Да, да, понятно! Значит, когда говорят о привычке, тренировке, то включают в это понятие умение мгновенно и нужным образом варьировать привычные, натренированные движения, управлять ими так, чтобы каждый раз достигать нужного результата. Да, но как и где производится оценка этих вариаций и как решается вопрос, за счет каких движений нужно их выполнять - шагнуть ли, наклониться или вытянуть руку?..
Ваши размышления внезапно прерваны. Очередь подошла!
- Что, что? Ах, извините, пожалуйста, я немного задумался! Мне, пожалуйста, кусочек жареной рыбы, сто граммов колбаски, вон той, полукопченой..
И начинается следующая часть "немого фильма".
Левая рука удобно ухватывает батон колбасы, а правая уже держит острый нож. Два этих предмета - колбаса и нож - встречаются на рабочем месте специальной доске Опять все новые и новые движения, мелкие и размашистые, быстрые и плавные, легкие и сильные, движения, в которых участвуют то одни только пальцы, то вся рука, а то и ноли, и все тело.
И все эти разнообразные движения и действия умеет совершать и совершает один и тот же человек, один и тот же! Вот, оказывается, в чем состоит одна из главнейших особенностей того живого прототипа, механическую копию которого уже давно окрестили роботом.
Легко представить себе автомат, который только отпускает кофе, или только взвешивает апельсины, или только режет колбасу. Человека дома и на работе, на земле и в воздухе, на фабриках и заводах окружают такие автоматы. Они выполняют сравнительно узкий круг обязанностей, совершают наперед определенный, обычно очень скромный набор движений. За "железный порядок" и организованность работы в популярных книгах эти , машины часто называют роботами. Но они все-таки не то, что отвечает нашему интуитивному представлению о роботе как о машине, чем-то напоминающей человека, и постепенно их перестали так называть.
Этим автоматам, как игрушечным андроидам, не хватало того главного, что свойственно человеку: двигательного богатства, способности к воспроизведению бесконечного множества самых разнообразных движений, способности по своему желанию бесконечно их изменять.
30 лет назад мы не могли и мечтать о гом, чтобы создать машину, по свободе движений хотя бы в первом приближении напоминающую живое существо. В "начинку" машины можно было поместить целый комплекс самых разнообразных механизмов и получить таким образом богатый набор ее движений. Но это был бы один и тот же, наперед заданный набор, изменить коюрый можно, только изменив "начинку" машины.
А затем появились ЭВМ - особый класс машин, для которых и "сырьем" и "готовой продукцией" является информация, одни только числа и сигналы.
В "начинке" этих машин нет механизмов, раз навсегда связывающих их "входы" и "выходы" неизменным образом. Они действуют на цифровых механизмах - универсальных и гибких, и эти механизмы и их свойства оказалось возможным использовать не только для автоматизации сложных вычислений и решения сложных математических задач, но также и для автоматизации процессов управления машинами. Мы теперь уже знаем, что это за машины. Это в первую очередь самые разнообразные станки и машины с программным управлением.
"Рука" станка, держащая инструмент, теперь может относительно заготовки совершать множество различных движений. В смысле богатства движений станок с программным управлением ушел далеко вперед от станков традиционного типа. Однако вся его конструкция в целом и функции, которые он выполняет, остались прежними. Если это фрезерный станок, то он только фрезерует, если токарный - только точит, если сверлильный - только сверлит.
Образно говоря, дело было сделано только наполовину: новый способ управления был применен к машинам традиционного типа. Это дало гигантский технический и экономический эффект, но к станкам с цифровым управлением так и не привилось название "роботы в синих воротничках", несколько лет тому назад мелькавшее на страницах зарубежных журналов.
Лишь когда гибкую и универсальную систему управления "спарили" с гибким и универсальным рабочим органом, когда цифровые механизмы использовали для управления "механическими руками", тогда возникла возможность попытаться техническими средствами воспроизвести систему, обладающую высокими двигательпыми возможностями. Вот тогда повсюду, где бы ни работали над созданием таких машин - машин нового типа, - хором прозвучало слово "робот"...
Управлять космическим кораблем в одиночку человек не может. Без ЭВМ не было бы космических полетов, высадки на Луну, мы не знали бы, как она выглядит вблизи. И это только один пример того, чего мы были бы лишены без ЭВМ.
Управление - вот еще одно гигантское применение ЭВМ буквально во всех областях человеческой деятельности. Вывеску с надписью "ВЦ" вы можете увидеть в Госплане Союза ССР, там ЭВМ помогают управлять экономикой страны; в министерствах и ведомствах они обеспечивают управление деятельностью отрасли, на заводах - управление производством и используемым там оборудованием.
Человек вдвоем с ЭВМ может справиться с невероятно сложными процессами управления. Ну а с какими процессами управления может справиться ЭВМ без непосредственного участия человека в этом процессе?
Прокатный стан на сталелитейном предприятии катает из раскаленной заготовки (ее называют слябом) стальную ленту толщиной в бумажный лист и длиной 400 метров. Этой сложной работой управляет ЭВМ.
Но прокатный стан - машина узкоспециализированная. Его продукция всегда одна и та же - лента, даже если одна партия ленты должна быть немного толще, другая тоньше. Главная задача ЭВМ - обеспечить высокую производительность и высокое качество работы стана. А есть множество машин, продукция которых очень часто меняется. К их числу в первую очередь относятся металлорежущие станки. Они предназначены для обработки любых изделий, любой формы, самых различных размеров; их так и называют универсальными станками. 30 лет назад для управления этими станками были нужны люди - токарь, фрезеровщик, сверловщик.
Мы уже упоминали, что экономисты отнесли к "чудесам XX века" наряду с ЭВМ и ядерной энергией станки с цифровым управлением, на которых можно обработать любое изделие без участия человека. 20 лет назад уже тысячи таких станков обрабатывали металл в цехах машиностроительных заводов. Сегодня таких станков десятки, сотни тысяч, будут их миллионы.
Но прогресс в этой области не исчерпывается одной только количественной стороной.
ЭВМ рассчитывает программу, по которой должен работать станок. Эта программа наносится в определенном коде на тот или иной так называемый носитель информации, например, в виде "отметок" на магнитную ленту, изменяется обрабатываемое изделие - меняется лента.
При всей гибкости и универсальности такой системы ей свойствен существенный недостаток. Между станком и ЭВМ вклинивается нежелательный посредник - маг нитная лента, - требующий дополнительного оборудования и времени для записи и считывания программ, снижающий оперативность взаимодействия двух ма шин - технологической (станок) и управляющей (ЭВМ).
20 лет назад ЭВМ были громоздки и более дороги, чем сегодня. Тогда казалось недопустимо расточительным и технически невозможным соединять "напрямую" каждый станок или группу станков со своей "персональной" ЭВМ.
Сегодня все начинает выглядеть по-другому, причем не только в умах ученых и инженеров, но и в конкретных разработках, макетах, станках, целых участках станков, непосредственно управляемых ЭВМ.
Две машины работают в тесном контакте, непрерывно обмениваясь информацией, работают в таком темпе, в каком не можег работать ни один токарь или фрезе ровщик, ни один человек Можно не сомневаться, что многие из тех миллионов станков, что войдут в строй через 15-20 лет, будут иметь свои собственные ЭВМ - малогабаритные, быстродействующие, надежные, при дающие станкам многие из тех свойств и качеств, какими они обладали, когда ими управлял человек - то карь и фрезеровщик, и предающие им, кроме того, ряд других полезных качеств, какими не обладает ни один человек
Металлорежущие станки - машины с более высоким уровнем универсальности, чем прокатный стан. И для того чтобы в полном объеме использовать эти их свойства, управляющие ЭВМ должны осуществлять функции значительно более сложные, чем при управлении прокатным станом.
Несколько приведенных примеров, как кажется, до статочно наглядно иллюстрируют возможность ЭВМ находиться "за рулем" самых различных машин, управлять движениями всех их механизмов и устройств.
Не правда ли, какие разнообразные функции выполня ют ЭВМ? Они производят сложнейшие вычисления, запоминают гигантское количество информации и с колоссальной скоростью ее обрабатывают, они быстро и точно управляют машинами, осуществляя все более сложные функции управления без вмешательства человека.
Исполнительные механизмы различных машин, механические руки и управляющие ими системы, электронный "мозг" сращиваются все теснее и теснее. Они превращаются в единое целое - в автоматические машинные комплексы с цифровым управлением. Это уже предки тех машин, что сегодня называют роботами, это их ближайшие родственники, вместе с которыми они уже начали работать бок о бок.
Промышленные роботы - машины с цифровым управлением, не появились сами по себе, внезапно и неожиданно, их предшественники - самые различные системы цифрового управления Они наравне с другими системами техники неизбежное порождение научнотехнического прогресса, им предстоит занять важные позиции на фронте автоматизации самых разнообразных технологических процессов. Именно поэтому со словом "роботы" мы встретились только в конце этой гла вы, г которой попытались коротко рассказать о том, что служило и служит научной и технической "питательной средой" для их появления и совершенствования, об "ЭВМ-революции" и ее последствиях. И еще одно за мечание нужно сделать, прежде чем двигаться дальше Если бы вопрос: "Кто умнее - ЭВМ или чело век?" - сводился к тому, кто быстрее считает, больше помнит, точнее управляет, то человек из этого соревно вания выбыл бы уже сегодня Только вот он никак не соглашается, что живой человеческий ум, интеллект можно вместить даже в такие, казалось бы, очень широкие рамки и считать, и запоминать, и управлять!
Специально для ЭВМ, специально для того, чтобы отделить машину от человека, были придуманы новые по нятия - "искусственный мозг", "искусственный интел лект" В этих понятиях нам волей-неволей придется разобраться, тем более что искусственный интеллект дтя роботов - это как раз то, что придает им качества, ко торые все-таки напоминают человеческие.
Наука и техника начали новый, уже четвертый тур попыток создать нечто "по образу и подобию". Теперь мы знаем, что они располагают такими средствами и возможностями, накопили такой опыт, вооружены таки ми идеями, что попытки эти делаются с самыми серьезными намерениями. Учитывая это, нам теперь просто необходимо поговорить о том, что же представляет со бой тот живой оригинал, по которому собираются строить технические копчч.
Как он устроен, как устроены мы с вами, как мы движемся и действуем? Не зная этого, как можно судить о том, хороша ли копия, какими из свойств и качеств оригинала она обладает?
ТЕЛО, В КОТОРОМ МЫ ЖИВЕМ
ГЛАВНЫЙ ВОПРОС
Нам с вами, выписывающим журнал "Здоровье", регулярно слушающим радиопередачи на медицинские темы, знающим пользу витаминов и вред гриппозных заболеваний, трудно себе представить, что ученые и врачи, образно говоря, "открыли человеческое тело" позже, чем Колумб открыл Америку.
Нельзя, конечно, сказать, что человека не интересовала эта "часть самого себя", ее устройство, заболевания и лечение Наоборот, мы знаем, что очень интересовала, причем очень давно. История донесла до нас наряду с другими именами великих людей древности имя выдающегося врача Древней Греции Гиппократа, жившего в V веке до нашей эры.
Учение Гиппократа и его последователей составляет Удивительную смесь наивных представлений, здравых утверждений, полезных рекомендаций. Именно гиппократики выдвигали в качестве основного принципа медицины требование лечить не болезнь, а больного.
Но единственным источником анатомических и физиологических знаний у них служили вскрытия животных, поскольку вскрытия человеческого тела тогда и многие столетия спустя строго запрещались. Поэтому их конкретные знания были скудны, часто неверны и вели к ошибочным представлениям об устройстве человеческого тела и функциях его отдельных частей.
Школа Гиппократа учила, что жизненно важные задачи выполняют четыре разнородные "жидкости тела" (?!): кровь, слизь, желтая желчь и черная желчь.
Когда эти жидкости находятся в теле в гармоническом сочетании, тело здорово. Если же пропорция нарушается, наступает болезнь. "Оживотворяющим началом" тела, они думали, является природная теплота, причину которой составляет пневма, особый род тонкого эфирного вещества, циркулирующего в сосудах тела.
Старики отличаются от молодых тем, что имеют меньше природной теплоты и т. д. и т. п. На основании такой, мягко говоря, неточной картины устройства человеческого тела гиппократики делали неожиданный и удивительный вывод о зависимости количества жидкостей тела от внешних условий, климата, состояния атмосферы и др. А далее следовали совершенно здравые утверждения о том, что в лечении и предупреждении болезней большое значение имеют гигиена быта, режим жизни, диета; что исход болезни, ее прогноз зависят от природных сил организма; что все назначения врача, касающиеся лечения и режима больных, должны быть строго индивидуализированы. Суждение буквально сегодняшнего дня - прямо по журналу "Здоровье".
Наивный материализм древних греков во всех областях знаний господствовал и в области медицины и оказывал большое влияние на ее развитие в дальнейшем. Однако в последующие века земной шар стал обволакивать густой туман всяческих религий и мистики. Почти две тысячи лет прогресс человечества шел буквально черепашьим шагом. Опытное познание мира, эксперименты подменялись схоластическими умствованиями. Помощь болящим оказывалась молитвами и заклинаниями, снадобьями, мазями, зельями и порошками, полученными методами черной и белой магий, и подкреплялась оптимистическим: "Бог дал - бог взял".
Время, когда этот туман стал рассеиваться, назвали эпохой Возрождения. Это была эпоха Леонардо да Винчи, Христофора Колумба, Галилео Галилея. Она донесла до нас также и имя Андрея Везалия, уроженца города Брюсселя, реформатора анатомии, развившего новый метод ее изучения, основанный на неоспоримых фактах, добытых путем вскрытий человеческого тела.
Его книга "О строении человеческого тела" явилась началом современной анатомии. Опубликованная в 1543 году, на 50 лет позже того, как X. Колумб на своих каравеллах подошел к берегам Америки, она впервые открыла человеку человеческое тело.
Художники под руководством А. Везалия рисовали то, что он увидел, понял, изучил. Эти рисунки производили на современников неизгладимое впечатление, ты* сячи людей учились на них, освобождались от пут средневековой схоластики и теологии.
Как и многим другим выдающимся личностям эпохи Возрождения, А. Везалию тяжело достались его неуемное любопытство и жажда правды. Непрерывная борьба с тяжелым гнетом церкви создала ему много врагов, а инквизиция нашла поводы для обвинения его в ереси, судила и приговорила к паломничеству в Палестину. Тогда это было трудное и опасное путешествие. А. Везалий попал в кораблекрушение, больной был выброшен на один из островов Средиземноморья, где и умер.
Кажется, трудно поверить, что большинство фактов анатомии человека, известных сегодня студентам и школьникам, 400 лет назад не были известны никому.
Но это может показаться только тому, кто мяло представляет, как трудно шла и идет наука к глубокому познанию живого, и, в частности, к познанию тела, в котором мы живем, и как еще мало мы его знаем.
Все, что составляет окружающий нас мир, можно классифицировать по самым различным признакам: вещества - по их состояниям, металлы и материалы - по химическому составу, растения и животных - по семействам и родам, сотрудников учреждений - по занимаемой должности, книги - по формату, объему, лошадей - по породам, колбасу - по сортам.
Но есть признак, который самым существенным образом разграничивает все, что было, есть и будет в нашем мире. Этот признак - живое и неживое.
Вместе с животными и расгенилми человек стоит по одну сторону грани, а по другую - ссгоания рук человеческих вместе с неживой природой. Две главнейшие особенности образуют эту грань.
Любой живой организм должен питаться и иметь пищу, чтобы жить. Пища и питание обеспечивают ему тот постоянный процесс обмена веществ с окружающей средой, с прекращением которого прекращается сама жизнь. Растения питаются через корни, животное питаются растениями либо другими животными, которьг используют растительную пищу. Этот порядок остается неизменным для полумиллиона видев растении и полутора миллионов видов животных, насоляюишх наш мир Любой живой организм обладает свойством воспроизведения по своему образу и подобию, обеспечивающим непрерывность и преемственность жизни. Береза, сосна и яблоня, пшеница, морковь и крапива размножаются семенами. Курица несет яйца, из которых вылупляются цыплята. Лошади и собаки приносят благородный приплод, который до появления на свет снабжают родословными, насчитывающими десятки поколений.
Родильные дома, ясли, детсады и школы полны наших ближайших потомков, которые едят и пьют, плачут и смеются, учатся ходить и падать, читать и писать, разговаривать к работать, чтобы затем заменить нас в том процессе, который называется "смена поколений".
Растения с давних времен отличали от животных по признакам неподвижного образа жизни и по отсутствию у них "чувствительности". Выдающийся шведский натуралист Карл Линней 200 лет назад писал: "Растения растут и живут, животные растут, живут и чувствуют". Эти признаки сейчас носят лишь приблизительный характер. Со времен К. Линнея обнаружено много животных, прикрепленных к месту своего обитания; существуют растения, ведущие подвижный образ жизни.
И раздражимость оказалась в большей или меньшей степени свойственной не только животным, но и растениям.
Однако, попав в мир живого, не следует забывать о том, зачем мы сюда пришли. Нас интересует человек - живое существо, способное не только жить, расти и чувствовать, но еще и наблюдать и мыслить, вслух и членораздельно излагать свои мысли, производить орудия труда и использовать их, воздействуя на окружаюший мир.
Не будем отвлекаться рассуждениями о том, что здесь перечислено далеко не все, на что способно и к чему призвано это существо, представляющее высшую ступень развития живых организмов. Что, например, по уровню подвижности оно иногда мало отличается от растений, что иногда оно ест и пьет больше, чем надо, наблюдает и мыслит меньше, чем следует, излагает вслух совсем не то, что мыслит, производит орудия труда и ширпотреб низкого качества, а воздействуя на окружающий мир, ухудшает его, вместо того чтобы улучшать.
Это все бывает только иногда, это нетипично, и, главное, совсем не эти особенности имеются в виду, когда речь идет об искусственном воспроизведении способностей человека, о работе технической колии живого оригинала. Копия ведь не может и не должна в точности повторять все свойства и особенности оригинала.
Скульптурный портрет не может передать естественной окраски и тепла живого тела и всей гаммы чувств, которые может выражать человеческое лицо. Жлвотмсный портрет не копирует реальную перспективу и пространство, а лишь "обманным" путем создает у нас впечатление пространства, объема. Скульптурный и живописный портреты могут вызывать у нас ощущение движения, но воспроизвести само движение оригинала они бессильны.
"Животноподобные" и "человекоподобные" создания В. Дро, И. Кулибина не только внешне копировали живой оригинал. Андроиды - писцы, флейтисты, музыканты - не только по внешнему виду, по размерам и окраске были похожи на настоящих людей. Они, кроме того, еще умели двигаться, двигать руками и ногами, играть на флейте и писать гусиным пером. И все эти движения они умели совершать в реальном пространстве. Так почему же они так и остались игрушками?
В чем копия должна повторять оригинал, чтобы стать его полезным помощником, а не просто игрушкой? Каковы все-таки особенности и свойства живого прототипа, которые стремятся воспроизвести ученые и инженеры, работающие в области робототехники? Вот павный вопрос, ответив на который мы поймем, какую цель они ставят перед собой, на что они, так сказать, замахиваются.
У БУФЕТНОЙ СТОЙКИ
Очередь медленно, но верно продвигается вперед, и вы приближаетесь к буфетной стойке. Совсем немного времени прошло с тех пор, как оторвались от своего дела, в которое были погружены с головой, но этого времени хватило, чтобы рассредоточиться, расслабиться и оглядеться.
Впереди еще несколько человек, и еще несколько минут пройдет прежде, чем можно будет заняться меню.
Рассеянный взгляд скользит по длинному прилавку, часть которого занята застекленной витриной. В витрине большой противень с жареной рыбой, бутерброды с сыром и колбасой, несколько сортов сдобы, конфет и шоколада. Витрина справа от буфетчицы, а слева от нее за прилавком два ящика: с яблоками и апельсинами. Позади буфетчицы еще один прилавок. На его ближнем к вам конце - прямоугольный бак с электроподогревом, полный сосисок, дальше стоят весы, большой поднос со стаканами, горки тарелок и тарелочек, два титана - с чаем и кофе. И единственное действующее лицо - буфетчица, женщина средних лет в белом халате с закатанными по локоть рукавами.
Вы замечаете, что по мере того, как очередь приближается к прилавку, разговоры вокруг вас стихают. Все смотрят, как работает буфетчица. И вы смотрите. Вы не слышите очередного заказа, но вам и не надо его слышать. Вы все видите.
Вот она поворачивается к прилавку позади себя и делает пару шагов к бачку с сосисками. В это же время начинают двигаться ее руки. Левая рука берет очередную тарелочку из горки, а правая - плоские щипцы, лежащие на тарелке около бака. Скупыми и быстрыми движениями, по одному на сосиску, она выуживает их из бака, укладывая на тарелочку, затем щипцами прижимает сосиски, сливая воду, набравшуюся в тарелочку, ставит тарелочку на платформу весов, бросает взгляд на циферблат. Поворачивается, ставит тарелочку на прилавок и вновь поворачивается, теперь уже в другую сторону - к блюдцам, стаканам и титану с кофе. Она еще только кончает поворачиваться, а в ее левой руке оказывается блюдце, в правой - стакан. К моменту, когда поворот тела окончен, стакан стоит на блюдце, а правая рука тянется к крану титана. В стакан льется кофе, правая рука точными движениями отмеряет две ложечки сахарного песка, ложечка снова в тарелке с сахаром, кран закрыт, стакан кофе вместе с полагающимся к нему облачком пара уже стоит на прилавке рядом с сосисками, а в руках у буфетчицы очередная тарелочка, в которую ложится сдобная булочка. Эта тарелочка еще не коснулась стойки, а буфетчица совершает полуповорот налево и полунаклон к ящику с апельсинами, ее пальцы откатывают несколько плодов (пожалуйста, помельче!), захватывают один, другой, тело выпрямляется и заканчивает поворот к весам. Апельсины на платформе весов. Легким прикосновением руки буфетчица останавливает их движение, бросает взгляд на циферблат. Весь заказ на стойке, щелкают счеты, она называет сумму, получает деньги, дает сдачи, вытирает руки полотенцем, с улыбкой обращается к следующему покупателю, затем к следующему...
Какое множество самых разнообразных движений она совершила за одну-две минуты! Чайную ложечку, блюдце, стакан, апельсин, щипцы нужно взять по-разному, по-разному сложить пальцы, развить разные усилия. Как точно нужно рассчитать движения рук, чтобы тарелочки не ударялись о платформу весов, а мягко на нее ставились, чтобы сосиски не соскальзывали с тарелки, чтобы щипцы их не раздавливали, чтобы кофе не выплескивался из стакана за время его движения от титана к сточке! Как удается так складывать движения и ног, и корпуса, и рук, и пальцев, чтобы налитый почти до края стакан все время занимал горизонтальное положзнчс?
- Ну да, обычно говорят - привычка, тренировка.
Но когда буфетчица наливала кофе очному покупателю, она стояла на одном расстоянии от бака и от прилавка, а наливая другой стакан, она стояла в другом месте, наливая чан, она снова изменила положение, каждый стакан она несла по-разному. Одним и тем же был всегда только результат - очередной стакан, не пролив из него ни капли, она быстро и точно ставила на прилавок так, чтобы покупателю было удобно его взять. Каждый раз, казалось бы, одно и то же движение ей приходилось выполнять по-разному, разные сочленения живого механизма двигались по-разному, с разными амплитудами и скоростями.
- Да, да, понятно! Значит, когда говорят о привычке, тренировке, то включают в это понятие умение мгновенно и нужным образом варьировать привычные, натренированные движения, управлять ими так, чтобы каждый раз достигать нужного результата. Да, но как и где производится оценка этих вариаций и как решается вопрос, за счет каких движений нужно их выполнять - шагнуть ли, наклониться или вытянуть руку?..
Ваши размышления внезапно прерваны. Очередь подошла!
- Что, что? Ах, извините, пожалуйста, я немного задумался! Мне, пожалуйста, кусочек жареной рыбы, сто граммов колбаски, вон той, полукопченой..
И начинается следующая часть "немого фильма".
Левая рука удобно ухватывает батон колбасы, а правая уже держит острый нож. Два этих предмета - колбаса и нож - встречаются на рабочем месте специальной доске Опять все новые и новые движения, мелкие и размашистые, быстрые и плавные, легкие и сильные, движения, в которых участвуют то одни только пальцы, то вся рука, а то и ноли, и все тело.
И все эти разнообразные движения и действия умеет совершать и совершает один и тот же человек, один и тот же! Вот, оказывается, в чем состоит одна из главнейших особенностей того живого прототипа, механическую копию которого уже давно окрестили роботом.
Легко представить себе автомат, который только отпускает кофе, или только взвешивает апельсины, или только режет колбасу. Человека дома и на работе, на земле и в воздухе, на фабриках и заводах окружают такие автоматы. Они выполняют сравнительно узкий круг обязанностей, совершают наперед определенный, обычно очень скромный набор движений. За "железный порядок" и организованность работы в популярных книгах эти , машины часто называют роботами. Но они все-таки не то, что отвечает нашему интуитивному представлению о роботе как о машине, чем-то напоминающей человека, и постепенно их перестали так называть.
Этим автоматам, как игрушечным андроидам, не хватало того главного, что свойственно человеку: двигательного богатства, способности к воспроизведению бесконечного множества самых разнообразных движений, способности по своему желанию бесконечно их изменять.
30 лет назад мы не могли и мечтать о гом, чтобы создать машину, по свободе движений хотя бы в первом приближении напоминающую живое существо. В "начинку" машины можно было поместить целый комплекс самых разнообразных механизмов и получить таким образом богатый набор ее движений. Но это был бы один и тот же, наперед заданный набор, изменить коюрый можно, только изменив "начинку" машины.
А затем появились ЭВМ - особый класс машин, для которых и "сырьем" и "готовой продукцией" является информация, одни только числа и сигналы.
В "начинке" этих машин нет механизмов, раз навсегда связывающих их "входы" и "выходы" неизменным образом. Они действуют на цифровых механизмах - универсальных и гибких, и эти механизмы и их свойства оказалось возможным использовать не только для автоматизации сложных вычислений и решения сложных математических задач, но также и для автоматизации процессов управления машинами. Мы теперь уже знаем, что это за машины. Это в первую очередь самые разнообразные станки и машины с программным управлением.
"Рука" станка, держащая инструмент, теперь может относительно заготовки совершать множество различных движений. В смысле богатства движений станок с программным управлением ушел далеко вперед от станков традиционного типа. Однако вся его конструкция в целом и функции, которые он выполняет, остались прежними. Если это фрезерный станок, то он только фрезерует, если токарный - только точит, если сверлильный - только сверлит.
Образно говоря, дело было сделано только наполовину: новый способ управления был применен к машинам традиционного типа. Это дало гигантский технический и экономический эффект, но к станкам с цифровым управлением так и не привилось название "роботы в синих воротничках", несколько лет тому назад мелькавшее на страницах зарубежных журналов.
Лишь когда гибкую и универсальную систему управления "спарили" с гибким и универсальным рабочим органом, когда цифровые механизмы использовали для управления "механическими руками", тогда возникла возможность попытаться техническими средствами воспроизвести систему, обладающую высокими двигательпыми возможностями. Вот тогда повсюду, где бы ни работали над созданием таких машин - машин нового типа, - хором прозвучало слово "робот"...