Конструктор

В Найске зима окончательно вступила в свои права. В тайге было уже довольно много снега. Оттепели прекратились, и температура установилась на уровне минус 5 – 15 градусов.

Андрей вернулся домой около десяти вечера. Он вошёл слегка запыхавшийся, раскрасневшийся от мороза.

– Привет, – небрежно бросил он заглянувшей в прихожую Зое.

Следом за ней появилась и 5-ти летняя дочь Катя.

– Здравствуй, котёнок, – приветствовал её Андрей. – Как дела? Девочка смущённо заулыбалась и пожала плечами. – А мы сегодня в садике в конструктор играли. Я дом строила.

– И как же ты его строила?

– Из деталей. Только этот конструктор не настоящий, а виртуальный. Он в компьютере сидит. Там разные детальки, их много, много! Из них нужно выбирать такие, чтоб подходили и тогда на экране получается дом. Я его первая построила. Меня воспитательница похвалила. Он пятиэтажный, с арками и колонами.

– А другие ребята тоже дома строили?

– Нет. Мальчики разные машинки собирали, а потом ездили на них. Там такой джойстик есть, им можно управлять машинкой. А можно и кораблём и самолётом. Хоть трактором! – и Катя засмеялась своей шутке.

– Ты будешь, наверное, как мама – инженером-конструктором?

– Не знаю. Но вообще-то мне это нравится. Захочу – дом соберу, захочу – машину или самолёт. Они там прямо как настоящие!

– А вот твоя мама настоящие машины проектирует, – заметил Андрей.

Он уже разделся, надел домашние шлёпанцы и прошёл в гостиную.

– И вовсе не настоящие, – возразила Катя. – Она тоже на компьютере их собирает.

Андрей сел на диван и Катюша сразу забралась к нему на колени. Зоя устроилась в кресле напротив.

– Сперва на компьютере, а потом они становятся настоящими, – возразила она.

– Как это? – не поняла Катя.

– Это долго объяснять. Ты ещё маленькая. Вот вырастешь и узнаешь.

– Расскажи, – попросил Андрей. – Мне это интересно. Ты же знаешь, чем я занимаюсь в лаборатории, а на твоей работе я ещё не был.

– У меня на работе всё проще. Там нет таких хитрых приборов, как у вас. Одни компьютеры, да видео-шлемы.

– Ну и как же ты проектируешь машины?

– А очень просто. Существует каталог деталей машин и функциональных узлов: редукторов, клапанов, приводов, подвесок и т. д. В зависимости от задания я подбираю различные узлы и детали, соединяю их вместе и получаю нужный механизм.

– Но ведь эти детали и узлы должны точно подходить друг к другу, сопрягаться.

– Правильно. Сначала я указываю куда, в какое место надо поставить ту или иную деталь, потом меняю её размеры – масштабирую, и, наконец, вставляю куда нужно. А более точную подгонку делает сам компьютер. Я могу, как угодно вращать механизм, делать вырезы, разрезы, убирать детали.

– Понятно. Значит, в видео-шлеме ты видишь трёхмерное изображение проектируемой машины?

– Конечно. Изображение цветное, объёмное. Кроме того, я могу увидеть механизм в работе. Могу моделировать разные нагрузки. Если нагрузка превышает допустимую, то перегруженные узлы начинают краснеть, как бы раскаляются и возле них появляются мигающие стрелки.

– А откуда компьютер знает, какие узлы перегружены?

– Так в него же заложены все характеристики деталей: прочность, упругость, марка металла или пластмассы и даже стоимость. Пока я конструирую, соединяю детали, компьютер подсчитывает допустимые нагрузки, скорости вращения, трение, массу.

– Так тебе и делать нечего. Всё делает за тебя компьютер!

– Если бы! – усмехнулась Зоя. – Собрать механизм несложно. Но потом приходится долго возиться с его отладкой, доводкой. Бывает, не идёт какой-нибудь узел и всё! То он перегревается, то ломается, то не влезает в размер. Главная наша забота – это обеспечить нормальную работу механизма при минимальных его габаритах и стоимости. Если бы нас не зажимали заказчики по габаритам и стоимости, то конструировать было бы совсем просто. А так приходится ломать голову, переделывать всё раз, другой, третий, пока не получится то, что надо. Заказ на проектирование выдаётся двум, трём, а то и пяти КБ одновременно, а в металл воплощается только один – самый лучший проект.

– И тебе удаётся конкурировать с другими фирмами?

– Удаётся, как видишь. Иначе бы нас давно разогнали. У нас в группе пять инженеров-конструкторов. Талантливые ребята. Мы проектируем манипуляторы для роботов и разных технологических линий. Манипуляторы самые разные, от простейших, до очень сложных, копирующих руку человека. Её пальцы имеют чувствительность не хуже пальцев хирурга и могут выполнять очень точную, буквально ювелирную работу.

– Ну и как же потом воплотить ваш компьютерный виртуальный манипулятор в реальный, из металла и пластиков?

– Очень просто. Компьютер выдаёт полный каталог деталей и все их размеры. Чип-флэшку с цифровыми данными можно сразу закладывать в универсальный обрабатывающий центр. Он выточит любую деталь с точностью до микрона.

– Значит, так можно спроектировать любой станок, любую машину?

– Конечно. Но для компьютера нужны программы. А современные программы очень сложны и дороги. Есть программы, по которым проектируют автомобили, корабли, самолёты. Они моделируют нагрузки, вибрации, удары. Сначала компьютерную модель самолёта подвергают компьютерным испытаниям. Модель ломается, разрушается, но всё это не настоящий самолёт, а его виртуальный образ. Такие испытания не требуют затрат. И только потом виртуальный самолёт воплощается в реальный.

– Теперь мне ясно, почему авиация, кораблестроение и автомобилестроение так далеко шагнули вперёд. Да и роботы великолепные! Всё что хочешь сделают, и костюм сошьют, и телевизор соберут, – заметил Андрей. – Значит, манипуляторы универсальных строительных роботов это твоё детище?

– Не только моё. У нас коллектив, и все мы в той или иной степени участники разработки. А вообще-то, у нас Гена Фёдоров всему голова. Он обычно выдаёт новые идеи, а мы претворяем их в жизнь. У нас его зовут «Генератор-Гена» или «ГГ».

– А я его знаю, – вдруг заявила притихшая Катя. – Он заходил к нам два раза. Ты ему варенье давала.

– Верно. Он болел, и я давала ему малиновое и брусничное варенье.

– А нам в садике говорили про робота-хирурга. Он сам все операции делает.

– Это не совсем так, – пояснил Андрей. – Врач-хирург есть, но он находится далеко. В какой-нибудь клинике. Ему передают по телевизионным каналам изображение операционного поля, а он делает операцию как бы понарошку. Надевает на руку специальный экзоскелетон, берёт в руку хирургический инструмент, на голову надевает видео-шлем и выполняет операцию. При этом он видит объемное цветное изображение своего пациента. Больной лежит в какой-нибудь захудалой районной больнице, где есть робот-хирург, а настоящий хирург управляет этим роботом за сотни и тысячи километров. Благодаря роботам-хирургам теперь крупнейшие специалисты могут выполнять сложнейшие операции не выходя из дома. Они могут выполнять операции на космических станциях, на кораблях в океане, высоко в горах, в Арктике и Антарктике и даже в подводных камерах. Робот-хирург не укачивается в море, не боится невесомости, не устаёт и не болеет. Он может трудиться и день и ночь, лишь бы на другом конце им постоянно управляли специалисты. Настоящему хирургу теперь не куда спешить, не надо срочно куда-то ехать, лететь. Например, человек попал в аварию и ему оторвало руку или ногу. Тут важно не упустить время, важно сделать операцию быстро. Пострадавшего привозят в ближайшую больницу, устанавливают связь с крупным медицинским учреждением, где есть специалисты по сшиванию сосудов, нервов и робот-хирург приступает к работе.

– Разве можно пришить оторванную руку? – усомнилась Катя. – Человек же не кукла!

– Можно, – если не терять зря время. Есть специальные манипуляторы для микрохирургии. Они копируют кисть человека, уменьшенную в 15 раз. А изображение операционного поля увеличивают в 15 и более раз. Таким образом, микро-хирург видит в шлем всё очень хорошо. Каждый сосудик, каждый нерв и делает буквально ювелирную работу.

– Мама, а ты купишь мне видео-шлем? Я хочу смотреть стереокино и играть в компьютерные игры.

– Но у нас дома есть стереовизор.

– А я хочу смотреть одна, чтобы мне не мешали.

– Нет, Катюша. Шлем дорогой, а смотреть слишком много тебе вредно. Ты станешь телеманкой.

– А у нас девочки смотрят много.

– Значит, родители неправильно их воспитывают. Эти девочки будут жить в своём компьютерном виртуальном мире, не зная настоящей жизни, не умея играть и общаться со сверстниками. У них будет слабое здоровье, поскольку они мало двигаются, переутомляются, и им будет трудно в жизни.

– Я с тобой согласен, – кивнул Андрей. – Когда все вместе смотрят телевизор, то есть общие эмоции, общие впечатления. Можно комментировать, обсуждать увиденное. Так создаётся общее мнение, воспитываются дети. А если каждый уткнётся в свой видео-шлем и будет смотреть своё кино, то людям просто станет не о чем разговаривать. Каждый будет сам по себе. Кроме того, родители не знают, что смотрит их ребёнок. А он может смотреть совсем не детские фильмы. Это могут быть и порнофильмы, и фильмы ужасов, которые перевозбуждают, травмируют неокрепшую психику детей. Это могут быть и какие-нибудь сектантские фильмы, уводящие детей из реальной жизни в мир духов, призраков, ложных идеалов. Поэтому видео-шлем детям противопоказан.

– Ууу… – недовольно протянула Катя и пошла спать.

Искусственный разум

Александр бесцельно бродил по московской квартире космонавта Раковского, разглядывая макеты космических станций под потолком, скульптуры Родена в большом зале, зелёные растения между двойными стёклами окон лоджии, и, наконец, заглянул в кабинет Георгия Евгеньевича. Там подросток увидел, что Раковский сидит за компьютером, нажимает какие-то кнопки и задаёт машине вопросы. На экране появляются то текст, то чертежи, то формулы, то таблицы.

– Можно? – спросил Александр.

– Входи, входи, присаживайся.

– Я вам не помешаю?

– Нет. Я тут пытаюсь решить одну задачку по экологии…

– А что это за задача?

– Это задача по созданию единой водной системы Сибири. На космической станции «Голиаф», помимо своих прямых обязанностей космобиолога, я работаю по программе преобразования планеты. Так вот, хочу предложить одну идею. Но надо её сперва проверить, смоделировать на компьютере.

И Георгий опять начал нажимать кнопки и задавать вопросы. Казалось, что он беседует с живым разумным существом.

Но вот, после очередного вопроса экран надолго завис.

– Чего это она? – спросил Саша.

– Думает.

Александр недоверчиво посмотрел на Георгия Евгеньевича.

– Но как же машина может думать? Она же не человек!

– Но создал-то её человек, и научил думать.

Наконец, на экране появился ответ: «Возможны варианты. Прошу уточнить значения оператора „тау“. Диапазон его изменений слишком велик».

– Давай все варианты в заданном диапазоне, – сказал Георгий.

Машина тут же ответила: «На это потребуется около часа расчётов и подключение Мирового банка данных».

– Хорошо, всё будет оплачено, – заверил Раковский.

На экране пошли какие-то непонятные символы. Георгий Евгеньевич обернулся к Саше.

– Ты хочешь узнать, как машину научили думать?

Александр кивнул.

– Для этого надо было сперва понять, как думает человек, вернее, наш мозг, а потом уж учить машину.

– А как думает наш мозг?

– Это довольно сложно объяснить, но я попробую, если у тебя есть желание слушать.

– Да. Мне это интересно.

Георгий Евгеньевич начал издалека.

– Ребёнок рождается с сознанием чистым как белый лист бумаги. Никаких мыслей у него нет. Это видно по энцефалограммам его головного мозга, по отсутствующему блуждающему взгляду, по поведению. Но у него в голове уже есть прекрасный биологический компьютер – его мозг! Большинство нейронных сетей памяти мозга пусты, за исключением тех, которые содержат наследственные программы управления процессами в организме и органами чувств. Эти программы передаются генетически.

Как только ребёнок попадает в этот мир и открывает глаза, на него обрушивается поток информации. Он начинает видеть предметы, слышать звуки, чувствовать прикосновения, тепло, холод. Но это ему ещё ни о чём не говорит. Он ещё не умеет думать, он не умеет обрабатывать информацию. Однако в его память уже закладываются зрительные образы, звуковые сигналы и тактильные ощущения. Изо дня в день они повторяются и сочетаются с различными воздействиями, положительными или отрицательными. Так в мозгу ребёнка формируются устойчивые связи. Лицо матери, её голос, грудь, связаны с приятными ощущениями тепла, сытости, комфорта. Лицо отца, его руки, голос – и возникают приятные ощущения купания в тёплой воде, ласки.

Запоминаются и отрицательные эмоции: чувство голода, пощипывание в промежности от мокрого подгузника, усталость от лежания в одной позе. Позже ребёнок запоминает облик отца, матери, их манеры говорить, двигаться. Выделяет отдельные звуки и определяет, что за ними должно последовать. У него образуются прочные причинно-следственные связи: звук – действие, предмет – свойства. Он начинает двигать ручками, учиться брать и бросать игрушки. Так он познаёт силу тяжести, движение. И опять в мозгу возникают прочные связи, поступок – последствия. Но пока это ещё не думание. Это процесс накопления информации, познания предметов, их свойств и возможного их применения: ложкой можно есть, из чашки можно пить, на стуле можно сидеть. Пока работает только память, и опытным путём устанавливаются причинно-следственные связи. Но ребёнок уже способен предвидеть результаты своих действий, моделировать, т.е. проигрывать в уме ситуацию.

Например, если разжать пальцы, то яблоко упадёт на пол, если стукнуть по чашке, то она опрокинется, и т. д. У ребёнка в голове создаётся множество моделей последствий тех или иных его действий. Многие из них похожи. Бросить яблоко и бросить игрушку – результат примерно одинаковый. Так ребёнок начинает различать сходные модели действий и их результаты. Возникают мысленные аналогии, обобщения. Например, стол в гостиной и стол в кабинете отца отличаются, а называются одним словом. У бабушки же вовсе другая мебель, но тоже есть стол, стулья, кровать, шкаф. Сходство лишь в назначении предметов и в элементах их конструкции. Так у ребёнка формируются общие абстрактные понятия: образы стола, стула, шкафа, кровати. Он уже безошибочно в любой квартире определит, где стол, где стул, а где шкаф, хотя эти предметы могут значительно отличаться по форме, цвету, размерам. В его мозгу уже сформировались отличительные признаки предметов, по которым ребёнок относит их к той или иной категории. Но самое интересное, что слова «стол», «стул» вызывают те же ассоциации, что и зрительные образы. Слово заменило предмет! Ребёнок слышит слово и мысленно воспроизводит образ предмета, обобщённый, абстрактный. Так слова могут порождать зрительные образы, идентифицироваться с ними. Значит, оперируя словами, можно оперировать зрительными образами, хотя реальные предметы отсутствуют. Это уже мыслительный процесс!

Зрительные образы конкретны, ими думают животные, а человек мыслит словами. Вдумайся в эту разницу. Мы произносим всего лишь два слова: «бросил камень», а представляем себе, что человек нагнулся, взял в руку камень, размахнулся и пустил его в определённом направлении. Мы представляем себе полёт камня и его приземление. А дальше мы произносим другие слова, и идёт новая абстрактная модель: поступок (причина) – результат (следствие). Так возникает цепочка событий: предмет – действие – новое состояние предмета. Это уже абстрактное мышление. Моделирование процессов в общем виде, без деталей, а если надо, то и привязка к деталям, к частностям. Умение абстрагироваться, видеть в частном общее и переходить от общего к частному, конкретному – это уже мышление.

Мы объединили все предметы в группы, назвав их словом «существительные». Мы объединили все действия с предметами в группы, назвав их словом «глаголы». Мы объединили все свойства предметов в группы, назвав их «прилагательными» и т. д. Теперь, не имея самих предметов, мы можем мысленно проделывать с ними всё что угодно и, пользуясь различными аналогиями, ассоциациями, предвидеть, что будет с предметом в результате тех или иных действий. Мало того, вообще не имея образа предмета, скажем, атома или электромагнитной волны, мы можем иметь слова, обозначающие эти предметы и их свойства, и из этих умозрительных образов рождать какие-то умозаключения. Это уже познание неизведанного, скрытого от наших органов чувств. Это уже наука, творчество. Мы можем полностью отрешиться от реальности и оперировать только с вымышленными образами. Так создаются мифы, произведения искусства. На это способен только человек. Вот какая огромная роль принадлежит абстрактному, символьному мышлению.

А ещё человек мыслит понятиями: «много-мало», «тепло-холодно», «быстро-медленно» и т. д. Эти понятия выработаны им на основе ощущений и субъективных оценок. Человек очень плохо считает, и эти понятия заменяют ему массивы числовых данных.

Он оперирует с нечёткими множествами, как сказал бы математик, границы которых размыты и субъективны. В результате человек часто ошибается в своих оценках, а учёные предпочитают всё оценивать числами.

Машина-компьютер не имеет ощущений и ей непонятны субъективные оценки человека. Поэтому различные понятия приходится заменять массивами данных и описывать их статистическими характеристиками. Но машину научили оперировать с массивами как с единым целым. В результате скорость мышления машины значительно возросла.