Воздушные замки электроники

Разговор с электрическим мозгом

Это метод не новый. Перед тем как построить самолет, конструкторы создавали его модель, продували ее в аэродинамической трубе, испытывая в различных условиях и на разных скоростях. Прежде чем построить корабль, его модель заставляли плавать в испытательном бассейне. Строили модели плотин электростанций, пускали настоящую воду, которая заполняла крохотные водохранилища, изучали, как ведет себя грунт плотины, как просачивается вода. Обычный путь строительства: прежде чем выпускать в мир новорожденного гиганта, создавали карлика, который во всем должен был походить на гиганта.

Но ведь они не могли быть похожими во всем. Вернемся к плотине. Пусть состав грунта модели плотины полностью соответствовал составу грунта будущей плотины-гиганта. Но, моделируя плотину в масштабе 1:1000, мы не могли моделировать в том же масштабе и грунт. Песчинки в этом случае были бы превращены в пыль и потеряли бы все свои свойства. А ведь именно сквозь них под огромным давлением и проходит, фильтруясь, вода гидростанции.

Инженеров интересовало и другое: что будет с плотиной не завтра, не послезавтра, а, предположим, через десять, может быть, даже через сто лет? Как же поступать с моделью?

На помощь пришли кибернетические машины. Они создали сказочные возможности - они позволяют строить воздушные замки моделей буквально из ничего. Вы хотите испытать конструкцию моста? Пожалуйста! Вам не нужно строить модель этого моста. Вы создаете модель не из стальных конструкций и бетонных оснований - вы делаете ее с помощью электрического тока, пропущенного через сопротивления, катушки самоиндукции и конденсаторы. Проходя через соответствующую электрическую схему, ток моделирует те же самые процессы, какие происходят и в реальной модели моста. Распределение нагрузок, напряжение в отдельных деталях - все это соответствует механическим нагрузкам, хотя в нашей схеме это электрические нагрузки.

Кстати, если вы хотите построить электрическую модель, это не представит никакого труда. На машине-интеграторе, состоящей из электрических элементов, вы легко можете подобрать соответствующую длину пролета моста, размещение опор, соответствующую растяжку ферм. Почти мгновенно набором сопротивлений так же легко меняются и нагрузки будущего моста.

Воздушные замки электроники! С их помощью мы можем контролировать не только застывшие процессы, происходящие в мире конструкций, - мы можем наблюдать картину динамических процессов, быстротекущих явлений.

Мы говорили относительно проектирования плотин. На электроинтеграторе ничего не стоит не только запроектировать фильтрацию воды под основанием плотины, но мы здесь не связаны временем. Хотите узнать, как сквозь плотину будет просачиваться вода через тысячу лет, при таком-то количестве ила, приносимого водою, при таком-то подпоре, выражающемся не в десятках, а иногда в сотнях метров? Пожалуйста. На электромодели плотины вы ставите соответствующим образом ручку времени, вводите необходимый коэффициент заиливания, изменение уровня воды в водохранилище. В любой точке электрической сети, которая воспроизводит "воздушный замок" несуществующей модели, вы можете получить картину просачивания воды, напряжения, которое испытывает грунт и части плотины. Это уже не неподвижная схема, а схема динамическая.

Недавно я знакомился с работой института в Северо-Кавказском научном центре в Ростове-на-Дону. Здесь создается сложнейшая электрическая модель не чего-нибудь, а целого Азовского моря с целью изучить его эволюцию на многие годы вперед. Огромное количество факторов влияет сегодня на судьбы этого замечательного моря, являющегося бассейном для развития рыб самых ценных пород. Здесь и ограничение стока впадающих в море рек, воды которых идут на мелиорацию и на нужды производства. Здесь и загрязнение воды нерадивыми предприятиями и развивающимися населенными пунктами. Здесь и засолонение Азовского моря со стороны Черного моря через Керченский пролив. Здесь, наконец, изменение районов питания рыбы и миграции нереста вследствие строительства плотин и гидроэлектростанций.

Электронная модель моря, включающая в себя огромное количество динамической информации, способна разыгрывать значительное количество вариантов в зависимости от изменения влияющих на море многочисленных факторов. Вряд ли можно учесть все это каким-либо другим способом. Лишь модель приходит на помощь человеку.

Возьмем пример. Представьте себе, что вам необходимо выяснить, что произойдет с винтом турбореактивного самолета, который летит со скоростью 800 километров в час на высоте 4 тысячи метров, если о лопасть винта самолета вдруг неожиданно ударится птица. "Невыполнимая задача!" - скажете вы.

Винт вращается, самолет движется вперед. Навстречу летит воробей, у которого тоже есть своя скорость. Гигантская масса самолета, определенная твердость материала, из которого изготовлен винт, а рядом крохотный вес воробья. Ну, как вы хотите решить задачу, где столько неизвестных?! Но сегодня эта задача решается относительно просто. Создается динамическая модель происходящего события. Электрическим путем моделируется все, что связано с движением самолета, инерцией и материалом вращающегося винта, все, что связано со столкновением его лопасти с крошечным телом воробья, заброшенного на высоту 4 тысячи метров. Мы сидим перед электроинтегратором и следим за процессом, который обладает поразительным качеством свободного выбора всех данных. Вы хотите увеличить количество оборотов двигателя? Можно. Мгновенным включением новых данных на электроинтеграторе вы заставляете мотор вращаться быстрее. Не воробей, а журавль печально закончил в высоком небе свою жизнь - у него другой вес, другая скорость. Машина мгновенно моделирует и эти данные.

Не будем гадать, сломается ли лопасть винта или погибнет только птица. Но мы решали не абстрактную проблему. За последние годы неоднократно на сверхскоростных самолетах бывали трагические случаи, когда крошечная птица, словно артиллерийский снаряд, пробивала пластмассовую броню козырька летчика или выводила из строя двигатель. Представьте себе на мгновение, что вы слышите отдельные звуки из "Лунной сонаты" Бетховена. Звуки не следуют плавным и непрерывным потоком, а раздаются звучанием отдельных нот через каждые 5 секунд. Разве вы получите какое-то представление о "Лунной сонате"? Конечно, никакого. Музыка производит впечатление только тогда, когда звучащие ноты предельно сближаются, когда вы улавливаете не отдельные звуки, а как бы поток поступающих звуков.

Вот она, бессмертная симфония - потрясающая и неповторимая по своему звучанию! Разнимите ее на составные части - и она перестанет существовать. Но математическая симфония - ведь она всегда существовала как бы разъятая на отдельные части.

Подбирая параметры любой задачи, мы могли в каждом случае иметь только одно решение, словно музыкальное звучание лишь одной ноты симфонии. Электроинтегратор дает нам удивительную возможность увидеть непрерывное течение решений, при любых меняющихся данных. Вы присутствуете при исполнении математической симфонии. Вы по своей воле меняете нагрузки, скорости, размеры деталей - на осциллограммах перед вашими глазами проходят все возможные варианты решений.

Вскоре после Великой Отечественной войны в нашей стране была создана самая крупная в мире электромеханическая машина для решения дифференциальных уравнений. Это очень дорогостоящий организм. Создание его потребовало многих лет упорного, настойчивого труда, который завершился блестящим успехом. Эту машину назвали "Интеграл". Она занимает площадь в 250 квадратных метров. Сотни электродвигателей, сотни приборов управляют работой машины. Машина автоматически настраивается на моделирование того или иного процесса. Как необходима она нашей стране, строящей и проектирующей тысячи уникальных сооружений! Такие машины строятся не только в столице.

Вот одна из задач по моделированию сложного процесса, которая решается в Тбилисском вычислительном центре.

При строительстве гидроэлектростанций ставится вопрос, какого объема должно быть водохранилище, чтобы обеспечивать нормальную работу электростанции при различных климатических условиях. Турбина гидроэлектростанции должна вращаться равномерно. Под определенным давлением должна поступать к ней вода. А погода меняется. Может наступить засушливое лето, пройдут нерегулярные дожди, а водохранилище должно хранить достаточное количество воды, чтобы обеспечить нормальную работу электростанции. Поэтому делать резервуар слишком маленького объема нельзя - вода может иссякнуть в засушливое лето.

Но если сделать резервуар слишком большим, вода начнет отвоевывать территорию у плодородных пашен. Нужно выбрать самый выгодный объем будущего резервуара. Но как это сделать?

В Тбилисском вычислительном центре используют для этой цели машину "МПТ-11". С помощью теории вероятности можно предусмотреть случайности, связанные с выпадением ливневых дождей, собрав достаточное количество данных за несколько лет. Эти данные называют довольно смешно: математическое ожидание. "Ожидание" закладывается в машину, закладывается также мощность турбины, все известные и предполагаемые величины, связанные с использованием водного бассейна, - сколько воды направляется на орошение, сколько фильтруется сквозь плотину и так далее. Учитывая все эти данные, машина автоматически подсчитывает главное - как уравновесить напряженный, меняющийся поток поступления и расходования воды.

Но, пожалуй, наиболее интересным является моделирование биологических процессов. Киевляне осуществили моделирование одного из таких сложных явлений. Машина должна была моделировать закон Дарвина - закон эволюции и борьбы за существование. В Институте кибернетики Академии наук Украины выработали у автомата все основы поведения, необходимые для "выживания". Была создана "внешняя среда" и "обитатели" этой среды, реагирующие на любые изменения условий существования. Внешняя среда создавалась лампочками, установленными по кругу. Если лампочка горела, значит, в этом месте была "пища".

Лампочки зажигались и гасли, как бы моделируя течение жизни. Условные обитатели этой модели способны двигаться по кругу в двух направлениях. Кроме того, они получают информацию о состоянии среды, для того чтобы двигаться в поисках пищи. Внутренние состояния организмов также моделировались, имитируя возраст и чувство голода.

Попадая в точку, где горит лампочка, организм насыщался - чувство голода уменьшалось на 1 единицу. Если организм попал в точку с погашенной лампочкой, где пищи нет, чувство голода увеличивалось на 1 единицу. Возраст тоже изменялся - через определенный промежуток времени возрастал на 1 единицу. В определенных условиях организмы должны были умирать: если голод достигал 14 единиц, а возраст - 40 единиц. В этом случае деятельность организмов навсегда прекращалась. Была моделирована также способность организмов к размножению. При возрасте в 16 единиц и чувстве голода 8 единиц автомат делится на 2 новых автомата.

И вот машину запустили. Модель проделала огромное количество операций с головокружительной скоростью. Началась условная борьба за существование электронных организмов. В первую очередь погибли существа, которые двигались вслед за пищей, - они не могли догнать ее, так как движение пищи было запланировано более быстрым. Выжили те, кто двигался навстречу еде. Они размножались, потомки их приспосабливались к образу жизни родителей. Дети становились все более хитрыми в выборе пищи. Они замедляли свое движение около пищи, они оттесняли более слабых, и те постепенно вымирали.

И вот поразительный результат: шестидесятитысячное поколение электронных обитателей модели полностью вытесняли все другие формы, став единственными обитателями этой интересной машины.

Это рассказ о наиболее сложной модели из электронных машин - о модели живой жизни. Можно было бы продолжить примеры подобного моделирования, тем более что во многих институтах нашей страны и за рубежом моделирование стало одним из нормальных событий в проектировании машин, механизмов, сооружений, в воссоздании картины тех или иных быстротекущих процессов.

Но кибернетика смотрит еще дальше... Работает в Киеве в Институте кибернетики удивительно интересный ученый Николай Михайлович Амосов. Он занят сейчас исключительно увлекательным и трудным делом: он пытается создать модель человеческого общества. Никак не меньше... Вот что говорит он по этому вопросу: "Уверен, что в изучении сложных систем типа живых, начиная от клетки и кончая обществом, построение модели является совершенно необходимым этапом. Эти модели должны служить главным инструментом в управлении сложными системами... Несколько слов о модели личности, над которой мы работаем. Формально мы представляем человека как многопрограммный автомат со сложным многокритериальным управлением, способным к обучению и самоорганизации".

Далее ученый продолжает: "Я уже предвижу, как какой-нибудь дотошный читатель воспримет мое определение человека как многопрограммного автомата: "Ну и Амосов, человек для него уже не человек, а машина... Дальше и ехать некуда!"

Поймите, я отнюдь не собираюсь отрицать в человеке ни самой малой доли человеческого. Просто пользуюсь принятой в кибернетике терминологией и поэтому прошу здесь и в дальнейшем по отношению к этой терминологии проявлять терпимость...

Мы выделяем несколько категорий регуляторов, стремясь их ограничить по возможностям ЭВМ. Ведь психологи называют несколько сотен чувств. Все-таки и у нас их более двадцати. Это производные инстинктов, сложных рефлексов и социальные чувства. Если проинтегрировать все чувства, можно получить обобщенный уровень комфорта: к максимализации его у всех и должно стремиться общество.

Модель общества будет представлять структуру из социальных групп, вещей, знаний и природы, взаимодействующих друг с другом. Программы управления обществом также можно создать. В них будут заложены необходимые для управления критерии. Основные из них: максимум душевного комфорта, устойчивость, прогресс...

Я не думаю, что то, о чем мы сейчас говорим, дело очень отдаленного будущего. По-моему, это будущее измеряется уже десятилетиями".

Эти слова выдающегося ученого говорят о реальности той модели, над которой уже работает институт.

В основе многих моделирующих установок заложена так называемая "теория игр". Она заключается в том, что одна из соревнующихся сторон обязательно должна победить. В 1928 году Джон фон Нейман - один из крупнейших математиков нашего времени - доказал основную теорему теории игр. Лишь через два десятилетия началось бурное развитие этой теории в ее многочисленных практических приложениях. Под "игрой" стали понимать не шахматы, не карты, не кости, не экономическую борьбу, а столкновение любых технических интересов, когда требовалось то или иное решение. Эта борьба могла быть и антагонистической и не антагонистической. Антагонистические игры чрезвычайно интересовали господ милитаристов. При генеральных штабах стали создаваться машины, которые могли бы моделировать военное столкновение, могли бы решать стратегические задачи.

Хочется напомнить в связи с этим очень интересный рассказ известного австрийского журналиста Роберта Юнга, автора книги "Ярче тысячи солнц", о создании в Америке атомной бомбы. Юнг много встречался с учеными всех стран. "И вот однажды, - рассказывает он, - я посетил во Франции вычислительный центр военного министерства. Навстречу мне вышел генерал Голуа - он только что закончил очередной сеанс игры на кибернетической машине.

- Мы смоделировали битву двух систем, - говорил генерал, весело потирая руки. - Вы знаете, что здорово: за несколько часов мы переиграли все варианты крупнейших столкновений военных группировок.

- Ну и как? - спросил его я. - Вы довольны результатами?

- О, конечно! - весело отвечал генерал. - Мы предусмотрели все, что только можно было предвидеть. Может быть, единственное, чего мы не в состоянии были предусмотреть в грядущей войне, - это реакцию народа. Но, я думаю, это не так существенно.

Я улыбнулся, глядя на возбужденного генерала:

- А вы знаете, господин Голуа, вот именно на это единственное обстоятельство я и надеюсь".

Несколько лет тому назад американские кибернетики спроектировали модель современного буржуазного общества. Подобно французскому генералу, они предусмотрели все: и экономический базис, и конкуренцию между отдельными фирмами, и наличие безработицы, и вывоз капитала в другие страны, и возможность новых технических открытий. Несколько лет составлялась программа этой мощной машины - модели общества денежных тузов и талантливых рабочих. И вот наконец в торжественной обстановке машина была запущена.

И вдруг произошло нечто неожиданное: машина потеряла управление. Как говорится в технике, она стремительно пошла вразнос. Возле машины метались конструкторы, пытаясь разобраться в неизъяснимых, уже вырвавшихся из-под их управления процессах. Эксперимент моделирования капиталистического общества - увы! - закончился плачевно. Не в состоянии развивать дальше процесс эволюции, машина захлебнулась.

Можно предположить, что моделирование крупных экономических проблем невозможно. Нет, это не так! Сейчас в Москве в лабораториях Академии наук электронно-математическим методом создается модель расширенного социалистического производства - электронная модель экономики страны. На модели можно будет производить десятки и сотни смелых экспериментов, намечать планы развития экономики народного хозяйства. Это грандиозная задача.

Придет день и час, когда можно будет создать огромную и увлекательную машину - модель всего земного шара. Это будет модель, охватывающая сотни стран, континенты, их потенциальные богатства, технические и энергетические возможности, производство, промышленность, сельское хозяйство и культуру. Соответственно в этой машине будет запрограммировано население стран, непрерывный рост этого населения, научные, торговые и промышленные связи. Сейчас даже трудно представить себе всю сложность создания такой машины.

Но давайте на минуту отвлечемся и представим себе, что в наших условиях в каком-то большом международном центре уже существует и действует такая машина. Я уверен, эта машина неотвратимо и со всей убедительностью еще раз подтвердит торжество социалистической системы построения мира, еще раз подтвердит неизбежную победу коммунизма на земле.

14 мая, четверг. Я ловлю себя на том, что очень привязался к этому удивительному набору ящиков. Иногда во время наших разговоров я закрываю глаза, и в моем сознании возникает образ сильного, добродушного, немного нескладного парня, нахватавшегося самых разнообразных знаний из всех областей современной науки, техники и литературы. Я даже привык к его глуховатому, металлическому голосу, совсем лишенному интонаций. Но говорит он умно, складно и - что самое интересное - на самые разные темы, без промаха поддерживая их цитатами.

Вот так размечтаешься, слушая его, откроешь глаза, и вдруг - ровные панели под тонкими трубками люминесцентных ламп. Кажется, ты попал в совсем другой мир. Но ведь это и есть мир кибернетических машин.

"Как разнообразен этот мир сегодня, - думал я. - Какие только операции не делают они! Хорошо бы установить границы: что может делать машина и чего не может".

- Послушай, Кибер, - обратился я к нему, - за эти дни я познакомился по книгам с твоими братьями и сестрами. И, как говорится, почтительно снял перед ними шляпу. Уж очень здорово вы можете работать, если захотите!

Я читал, что уже построены машины: типографские наборщики и даже метранпажи - те, кто верстает газеты и журналы. У меня даже возникли опасения за свою профессию. Скоро вы статьи писать научитесь.

Кибер: Если нас заставят, мы можем поработать и за журналиста, только дайте нам необходимую программу.

Автор: Что же должно быть в этой программе? Перечень вопросов для типового интервью, элементарное знание той области, куда вторгается журналист, две-три биографии, два-три исторических анекдота и смелое предвидение завтрашнего дня...

Кибер: Нет, это еще не все... В программу журналиста надо заложить индивидуальность автора. Без нее все репортажи будут походить друг на друга.

Автор: Значит, понятие талант не входит в рамки машинного разума?

Кибер: Не обижайте меня. Может быть, я как раз талантливый Кибер. И это ваша вина - вина людей, составивших программу для меня, в том, что я не могу развернуться.

"Ну что ж, постараюсь разобраться в ваших возможностях", - подумал я, садясь за книги.

Василий Дмитриевич Захарченко, 1975 год