|
|
ОглавлениеГлава II. Знакомьтесь — роботы Глава III. С компьютером наперевес Глава IV. И тут без компьютера не обошлось Глава V. Компьютеры на службе правопорядка Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава I. ВСЁ МОГУТ ЭВМ?Не человек, а видит, понимает и соображаетКомпьютер можно представить как некую разновидность машинного мозга. Это устройство, которое позволяет совершать вне человеческого мозга те действия, которые прежде можно было делать только внутри него, — таково мнение специалистов. И оно, как мы вскоре убедимся, очень близко к истине. Фирма «Грид Системз» осенью 1989 года объявила о начале производства первых в США портативных персональных компьютеров, «понимающих» текст, написанный от руки. Новинка, получившая название «Гридпэк», стала крупным достижением на пути создания портативного компьютера — «записной книжки», то бишь ноутбука. Информация вводилась в ЭВМ специальным электронным пером. Менее чем через секунду начертанный символ появлялся на экране, генерируемый уже компьютерной системой распознавания образов. «Гридпэк» понимал практически любой почерк. Аппарат нашел широкое применение. Шофер грузового автомобиля мог быстро заполнить специальную форму доставки и сдачи груза; полицейскому, разбирающему дорожно-транспортное происшествие, он позволял не только сделать необходимые записи, но и нарисовать схему ДТП; студенты с успехом использовали «Гридпэк» для конспектирования лекций и внесения в текст иллюстраций. Американская компания «Ксерокс» в 1992 году разработала портативный вариант «говорящего» аппарата для слепых, способный считывать книжный или любой другой печатный текст и воспроизводить его электронным голосом с помощью синтезатора. Аппарат, размеры которого чуть превышали размеры обычного портфеля, весил около 9 кг и продавался тогда по цене 5495 долларов. По словам его создателей, подобные же аппараты предыдущего поколения состояли из двух частей, весили почти 25 кг и стоили вдвое дороже. С тех пор прошло 17 лет. И аппарат стал гораздо меньше, и стоит он теперь намного дешевле. Владельцы персональных компьютеров уже в начале 90-х годов были освобождены от необходимости поиска незнакомого иностранного слова в словаре. С помощью диска-приставки компьютер превращался в квалифицированного переводчика «со знанием» двенадцати языков, способного перевести текст, предположим, с английского на французский, китайский, датский и т. д. Прибор назвали просто — «войс» («голос» в переводе с английского). Изготовленный еще в 1987 году по заказу одной из туристических фирм США, он предназначался для перевода несложных текстов бытового характера с одного языка на другой. В эксплуатации электронный переводчик крайне прост: достаточно вначале нажать клавишу с обозначением того языка, на который вы хотите перевести свой вопрос, а потом произнести и саму несложную фразу типа «извините, где я поблизости могу обменять деньги?». Через несколько секунд приятный мужской баритон повторит ваш вопрос на французском, немецком, итальянском или испанском. Первые образцы электронного переводчика были достаточно неуклюжи — весили свыше двух килограммов и весьма дороги — каждый стоил не дешевле полутора тысяч долларов, но их современные конструкции стали очень популярными среди любителей путешествий, которых и в России становится все больше. Поддерживать беседу на незнакомом языке гораздо легче с помощью портативного «переводчика». Более совершенная модель компьютера-переводчика была представлена на зимней выставке электронных машин в Лас-Вегасе в 1990 году. Память миниатюрного аппарата содержала орфографию, произношение, склонение и спряжение более чем 250 тысяч слов на английском и испанском языках. Отпускная стоимость компьютера составила 299 американских долларов. Чувствуете разницу? В начале 1991 года в США была представлена очередная техническая новинка — электронный «переводчик», умещающийся на ладони. Он помнил 10 тысяч слов, 65 тысяч фраз на английском, французском, испанском, итальянском и немецком языках. Причем по желанию покупателя полиглот мог иметь мужской или женский голос. Понятно, что на всех языках произношение было отменное. Небольшое устройство, разработанное японскими инженерами в 2004 году, пока владеет только японским и английским. Система состоит из трех компонентов — устройства распознавания речи, программы-переводчика и синтезатора голоса. Разговорный язык преобразуется в текст, который программа переводит, а синтезатор озвучивает. Вся процедура занимает около секунды. Чтобы система заговорила на любом другом языке, ее надо научить понимать его носителей. Для этого необходимо как минимум 100 разных голосов... Закордонные секретари-машинистки еще в 1989 году были очень недовольны: у них появился серьезный конкурент — электронная пишущая машинка, способная воспринимать то, что ей диктуют, и превращать голос в печатный текст. Что поделаешь, XXI век был уже на пороге! Это устройство «понимало» до 20 тысяч слов, могло освоить дополнительный лексикон (если оператор говорил слова и тут же набирал их на клавиатуре), а также расшифровывать омонимы. Розничная цена, правда, «кусалась», — до 20 тысяч долларов, почти годовой оклад секретаря. Новая помощница деловых людей, увы, была не лишена серьезного недостатка: не красила ногти и не носила мини-юбки, обтягивающие крутые бедра. На выставке электроники, проходившей в Чикаго летом 1993 года, корпорация «Тэнди» выставила «зуммер-секретаря». Устройство размером с ладонь, будучи мини-компьютером с обширной памятью, могло считывать печатный текст. Оно, кроме того, служило записной книжкой, календарем событий, владело 26 иностранными языками, содержало справочную информацию по городам и штатам США, подключалось к персональному компьютеру и телекоммуникационным каналам. Это вам не баран начхал! Но давайте о чем-нибудь попроще. На рынках США и Канады весной 2004 года появился портативный сканер «Докьюпен», выполненный в форме пенала размером с авторучку и массой всего 57 г. Им можно сканировать документы формата А4, а встроенной памяти хватает для хранения текста и рисунков, занимающих 100 страниц. Работают со сканером так: его кладут на лист параллельно верхнему обрезу, а затем проводят до нижнего края страницы. Прибор оборудован линейкой оптических сенсоров, на обработку одной страницы требуется 4—8 секунд. И хотя разрешение и скорость считывания невелики, сканер хорош тем, что благодаря автономному питанию им можно пользоваться, например, в читальном зале библиотеки, в аудитории академии и даже на улице. Отсканированные данные передаются на компьютер через специальный порт. Вам когда-нибудь приходилось выкидывать ручку, которая перестала писать? Для большинства читателей ответ на этот вопрос, конечно же, будет утвердительным. А вот ручка С-Pen, созданная шведскими инженерами, не пишет с самого начала потому, что она... читает. Представьте, что вы едете в метро и видите на стене вагона очень важное объявление. Вы достаете эту ручку и под недоуменными взглядами остальных пассажиров проводите ею по тексту. Всё, ручка прочитала необходимую информацию и сохранила ее в своей памяти. После этого вы в любой момент можете просмотреть записанные слова и цифры (адрес и номер телефона, например) на небольшом дисплее на боку ручки. Как вы уже, наверное, догадались, на самом деле С-Pen представляет собой карманный сканер весом всего 80 граммов и длиной 14 сантиметров. С ее помощью можно отсканировать и сохранить в памяти две тысячи страниц текста — несколько увесистых томов. Сканирование происходит с помощью встроенной миниатюрной цифровой камеры, воспринимающей 100 кадров в секунду. Вся прочитанная информация отображается на жидкокристаллическом дисплее, сохраняется в памяти ручки и затем может быть передана в домашний или карманный компьютер. Этой же суперручкой можно воспользоваться и для перевода небольших фраз, например содержания меню во французском ресторане. Правда, делать это придется пословно, поскольку переводить фразы полностью С-Pen пока не умеет. Но, как говорится, лиха беда начало. Первая С-Pen появилась на рынке еще в 1999 году и распознавала текст на девяти языках. Новая модель 600 МХ, продажи которой в России начались в феврале 2001 года, способна распознавать текст уже на 53 языках, включая и русский. Всего год понадобился отечественным разработчикам для того, чтобы «втиснуть» свои программы в столь маленький предмет. Задачу «подковать шведскую блоху» наши умницы решили настолько успешно, что теперь российской системой распознавания комплектуются ручки С-Pen, продающиеся не только в России, но и во всем мире. Еще один плюс «ручки наоборот», — она легко может заменить собой дискету: сравнительно небольшие файлы (до нескольких мегабайт) можно запросто пересылать из компьютера в ручку и обратно. Минусов у читающей ручки всего два. Во-первых, она все-таки пока не может писать, а во-вторых, стоит аж 260 долларов. Но надо немного потерпеть, ибо любая компьютерная новинка со временем начинает стремительно дешеветь. Такое на нашей памяти происходило, и не один раз. Корпорация «Фудзицу» создала электронный «глаз», который по своим «разрешающим способностям» уже сопоставим с человеческим. По строению он, конечно же, разительно отличается от картинки, знакомой нам по учебникам анатомии. В нем нет ни роговицы, ни хрусталика, ни сетчатки, но зато есть цветное восприятие мира, определение размеров объектов, фиксация измерений в окружающей среде. Человеческий глаз имеет хороший КПД — 60 «кадров» в секунду, а электронный — всего 30. Казалось бы, целая пропасть, и говорить о супердостижении еще рано. Но электроника тем и хороша, что позволяет восполнять недостатки одного «блока» достоинствами другого, — японские конструкторы с помощью чувствительного компьютера-анализатора довели скорость переработки получаемой электронным глазом информации до скорости, с которой работают человеческие органы зрения. Это сразу сделало электронный «глаз» реально «зрячим», дало ему возможность воспринимать окружающий мир в движении, красках и натуральных величинах. Если раньше, к примеру, в робототехнике в качестве «органов зрения» использовались световые датчики и сенсорные устройства, а движение механизма обеспечивалось магнитными указателями, которые «считывал» специальный прибор, то теперь всю эту сложную схему заменяет одна видеокамера с управляющим компьютерным блоком, размеры которого, кстати сказать, меньше листа бумаги. При определении своего местоположения и направления движения «интеллектуальный робот», созданный «Фудзицу», анализирует 256 вариантов, выбирая из них единственный, соответствующий заданной оператором установке. Например, приказ сформулирован так: идти вдоль белой линии. Выполняя его, робот сначала определяет свои «координаты», затем находит белую полосу и движется по ней уже самостоятельно, без дополнительных корректировок. Основная заслуга в новой разработке принадлежит не столько электронщикам-практикам, собравшим уникальный «глаз», сколько теоретикам, предложившим вместо традиционной цифровой системы компьютерного анализа так называемую теорию пушинки. Она базируется не на четких цифровых «лимитах», ограничивающих сферу действия электроники жестким выбором «или—или», а на просчете более сложной комбинации, основанной на дедуктивном отборе, а потому допускающей отклонения. Представьте себе ситуацию: робот движется по той же белой полосе, ширина которой вдруг начинает меняться. Традиционный робот встанет перед такой задачей в тупик и не сдвинется с места, пока диспропорция не будет приведена в привычную ему «норму». Робот «Фудзицу» преодолеет этот барьер без помех, потому что он учитывает не только параметры полосы, но и другие «вводные», например цвет. В другом варианте это может быть направление или угол движения, очертания предмета — короче, все те дополнительные ориентиры, которыми как раз и вооружают человека его глаза. Разработка одной из крупнейших в Японии электротехнических компаний «Фудзицу» — первый опыт подобного рода в мировой практике, сулящий интереснейшие перспективы. Корпорация уже испытала новшество на конвейерных линиях автомобильной промышленности. Она занимается не только «глазами» роботов, но и другими частями механического «тела», в том числе — компьютерными «мозгами», работая уже не первый год над созданием «нейрокомпьютера», принципы функционирования которого идентичны тем, что происходят в человеческом мозге. Не менее совершенную оптическую систему, способную выполнять функции сетчатой оболочки глаза, разработали специалисты японского концерна «Тосиба». Изобретению прочили большое будущее в сфере медицины, а также в биокомпьютерах. Эта система представляет собой тончайшую прозрачную пленку с искусственными жировыми элементами, способными вызывать химические реакции при их освещении. Пленку пронизывает огромное количество мельчайших отверстий диаметром около ста микрон, она способна помочь и людям со слабым зрением. «Глазами» роботов-спасателей, которые постепенно заменят людей при ликвидации пожаров и других стихийных бедствий, могут быть высокочувствительные лазерные сенсоры, разработанные специалистами одного из крупнейших в Японии электротехнических концернов «Мацусита». Эти устройства испускают лазерные лучи, которые, отражаясь от скрытых пламенем и дымом объектов, позволяют вывести на экран видеотерминала их изображение. Эти сенсоры не боятся ни высокой температуры, ни самого густого дыма. Поэтому они могут стать практически незаменимыми в ходе спасательных работ во время пожаров на крупных нефтехимических комплексах, в многоэтажных зданиях и тоннелях. Чего-чего, а пожаров на таких объектах хватает! Лазерные сенсоры «Мацуситы» были разработаны в рамках проекта создания «роботов, действующих в опасных ситуациях», осуществляемого по инициативе Министерства промышленности Японии. Подобные устройства могут с успехом использоваться в автомобилях для движения в условиях ограниченной видимости и на полностью автоматизированных промышленных предприятиях. Подробно о роботах мы поговорим в следующей главе. Да что там зрение и слух! Компьютеры начинают имитировать высшую нервную деятельность человека. Моделирование искусственного мозга — электронное воспроизведение функций нервной клетки — привлекает к себе все больше изобретателей в области электронно-вычислительной техники. Чтобы создать лучшие машины, специалисты пытаются познать суть процессов в живой природе, а затем воплотить полученные данные в компьютере. И делается это уже давно. Двое американских инженеров еще весной 1968 года запатентовали электронные схемы, имитирующие процессы человеческого мышления (забывания, принятия решения). В патенте это изобретение описывается как центральная познавательная ячейка автоматического действия. Другая электронная машина, имитирующая процесс мышления, реагировала на окружающую среду с помощью искусственного глаза, состоящего из ряда фотоэлементов, и накопителя информации. Кстати сказать, это изобретение уже не первый год применяется в химической промышленности и для регулирования автотранспортных потоков. В устройстве, изобретенном психологом, исследователем головного мозга Арнольдом Трегубом, с помощью электродов на основе эффекта электролитического осаждения моделируются соединения между нервными клетками. Это, по мнению ученого, напоминает процесс возникновения идей в мозгу человека. Такой компьютер способен использовать свой «жизненный опыт» и «усваивать» уроки оператора. Японцы, как всегда, пошли дальше. Компания «Фудзицу» еще в начале 1988 года разработала технологию так называемого нейрокомпьютера, «функционирующего как человеческий мозг». По сути, это означает качественно новый этап в развитии компьютерной техники даже по сравнению с ЭВМ пятого поколения. Что же представляет собой достижение «Фудзицу»? Объем памяти, скорость операций и прочие характеристики нынешних компьютеров могут отличаться разительно, однако основным ключом к каждому была и остается программа, заложенная в него человеком. Здесь же разработчики поставили иную задачу — научить компьютер самостоятельно думать и автономно действовать. Чтобы достичь этой цели, за основу был взят принцип работы человеческого мозга, по сути, создан первый прототип биокомпьютера, сочетающего в себе биотехнологию с электроникой. Центральный элемент мозга — нейроклетка, впитывающая в себя, как губка воду, разнообразную информацию. В биокомпьютере ее роль играют особые полупроводники, именуемые «нейрочипами». В мозгу человека функционируют около 14 миллиардов нейроклеток, а нейрокомпьютер «Фудзицу» по его возможностям можно приравнять к 100 тысячам. Разрыв, нет слов, колоссальный. Но важно отметить, что существовавшие тогда суперкомпьютеры выполняли операции в объемах всего лишь шести мозговых клеток, поэтому создание биокомпьютера — не просто шаг вперед, а мощный рывок в развитии электронной техники. Три года спустя была собрана действующая модель новой машины. Пока компьютерный мозг можно сравнить с мозгом ребенка, его многому предстоит научить. Но, получив нужные сведения, нейрокомпьютер уже не нуждается в постоянных подсказках и указаниях, он сам анализирует поступающую по собственным «клеткам» информацию, оценивает ее, просчитывает варианты возможных действий и из множества выбирает оптимальный. Сфера применения? Например, искусственный мозг для промышленных роботов... Создание нейрокомпьютера велось в строжайшей тайне, за бетонными заводскими корпусами. И только когда «Фудзицу» убедилась в успехе, первая информация о компьютере шестого поколения просочилась в прессу. Еще одна из ведущих компьютерных компаний недавно объявила о сенсационном изобретении своих инженеров. Им удалось создать элемент компьютерной цепи внутри одной молекулы. Новый элемент в сто тысяч раз тоньше человеческого волоса. В его основе лежат так называемые углеродные нанотрубки, которые, по мнению специалистов, представляют собой достойную альтернативу нынешним кремниевым процессорам. Ученые давно и активно ищут замену кремнию, ибо в течение ближайших десяти лет возможности дальнейшей миниатюризации таких схем будут исчерпаны. Специалисты полагают, что им на смену придут углеродные нанотрубки. На их базе, вероятнее всего, и будут созданы сверхскоростные компьютеры, использующие ничтожное количество электроэнергии. Углеродная нанотрубка — это молекула, которая почти в 500 раз меньше молекулы кремния. При работе она выделяет меньше тепла, расходует меньше энергии и, подчеркну это особо, на порядок прочнее стали. А что же мы — совсем отстали? Оказывается — нет. Очень радует, что именно Россия, обогнав Европу, недавно стала третьей в мире страной, создавшей компьютер производительностью триллион операций в секунду. Знай наших! Ученые из Принстонского университета в начале 2004 года изобрели материалы, которые в будущем позволят создавать дешевые и сверхплотные электронные устройства памяти. В перспективе это будет пластиковая карточка, сохраняющая большой объем данных, считываемых намного быстрее, чем с компакт-диска. Устройство считывания тоже будет очень маленьким, поскольку в нем не нужны механические узлы, как на приводе CD-ROM. Новое поколение электронных устройств совместит в себе органику (пластмасса) и неорганические компоненты (слой кремния). Это постоянные запоминающие устройства, которые не позволяют переписывать содержащуюся на карточке информацию. Такое устройство на основе полимера может хранить до 1 гигабайта информации (около тысячи высококачественных изображений) в одном кубическом сантиметре. И это, говорят, далеко не предел. Хотя следует заметить, что сама идея оптического, а не электронного компьютера не так уж и нова. Эксперименты в этом направлении начались в недрах американского научно-исследовательского комплекса еще в конце 50-х годов прошлого века. Принципиальная разница между обычной ЭВМ и оптической состоит в том, что в последней циркулируют не электроны, а фотоны — частицы света. В отличие от вступающих между собой в реакцию электронов, они не мешают друг другу, не требуют особой проводяще-направляющей среды, могут проходить сквозь себе подобных без всякого ущерба. К тому же фотоны передвигаются быстрее, чем что-либо во Вселенной. Недаром же утвердилось нарицательное понятие — «скорость света». Мощность современного компьютера определяется именно скоростью, с которой работают его компоненты, а также тем, насколько плотно они могут быть размещены. С обеих точек зрения фотоны представляют собой идеальный элемент такого устройства. Более того, оптический компьютер нуждается лишь в малой части той энергии, которую потребляет его электронный собрат. А значит, ему не грозит опасность перегрева, поэтому ОВМ поддается самой оптимальной компоновке. Трудность же заключается в том, что если в ЭВМ переключателями направления движения электронов служат микроскопические транзисторы, то задавать направление фотонам можно только каким-то оптическим способом. Долгое время эта задача казалась неразрешимой. Но в 1990 году американец Алан Хуанг доказал «жизненность принципа ОВМ». Этим он очень обязан Дэвиду Миллеру, создавшему в 1986 году самый маленький в мире оптический переключатель, настолько маленький, что две их тысячи умещаются внутри буквы «о» обычного газетного шрифта. Тем самым была решена основополагающая проблема: найден эквивалент транзистору. Оптический переключатель Миллера, производимый из сложного синтетического материала, способен, не перегреваясь, изменить направление движения фотонов миллиард раз в секунду. Взяв переключатель Миллера за основу, Алан пять лет работал над схемой простейшей ОВМ, и она наконец была представлена на обозрение специалистов. Выглядела эта первая экспериментальная ОВМ далеко не так импозантно, как современные ей модели электронных компьютеров. Их возможности тоже пока были несопоставимы: ОВМ не имела «памяти» и могла производить лишь элементарные математические действия. Однако в Центре оптических исследований США считают, что Хуанг хорошо «подтолкнул стрелку на часах технологического прогресса». Сам же изобретатель полагает, что уже вскоре наиболее мощные вычислительные устройства заимеют оптические «внутренности». Скептики, а их немало, возражали, что преимущества ОВМ должны быть поистине подавляющими, чтобы после всех многомиллиардных затрат промышленный мир решился заменить уже существующий парк компьютеров. Но, видимо, неоспоримая теоретическая истина, что ОВМ способна функционировать в тысячу раз быстрее, чем ЭВМ, кое-что да значит. Во всяком случае для японцев, которые, как известно, весьма преуспели по части электроники. И если 13 крупных японских компаний, в том числе такие гиганты, как «Мицубиси» и «Ниппон электрик», вместе с Министерством промышленности сочли нужным разработать 10-летний план оптических исследований, то похоже, что завтрашний день вычислительной техники надо искать именно в этом направлении. В 1994 году американский исследователь Питер Шон подсчитал, что квантовый компьютер вычислит факториал тысячезначного числа всего за несколько часов. В то время как несколько сотен обычных компьютеров потратили бы на эту задачу 1025 лет. Для справки: возраст Вселенной — 1010 лет. Впечатляет? Быстрыми темпами идет и миниатюризация компьютеров. Так, 33-летний X. Шрикумар, специалист по автоматическим системам из Массачусетского университета (США), в 1999 году создал компьютер величиной с таблетку аспирина. Его мини-компьютер запрограммирован на работу в глобальной сети Интернет, а также способен управлять домашними электроприборами и аппаратурой. Мини-компьютер, вмонтированный в соответствующие устройства, может в нужное время сварить кофе, записать телепередачи на видеомагнитофон и даже самостоятельно включиться в компьютерную сеть. Он состоит из миниатюрного процессора и чипа электронной памяти, куда поступают данные из Интернета. Шрикумару удалось собрать свой мини-компьютер из деталей, купленных в магазине. Общая стоимость «таблетки» оказалась равной 98 центам. Это почти в 800 раз дешевле аналогичного мини-компьютера, созданного незадолго до этого инженерами Стенфордского университета. Ай да Шрикумар, настоящий компьютерный Кулибин! Обычно данные вводятся в компьютер через клавиатуру. Еще в 1985 году одна американская компания предлагала использовать для этой цели эластичную перчатку. Снабженная датчиками, соприкасаясь с ладонью, кистью, фалангами и кончиками пальцев, она преобразует движения руки в различные комбинации электрических сигналов. За каждой буквой алфавита, цифрой и знаком препинания закреплен определенный жест. Освоив этот язык жестов, оператор уверенно вводит данные в компьютер, перебирая пальцами в воздухе. Так можно и печатать на электронной пишущей машинке, то бишь клавиатуре. Внимание! Авторские права на книгу "Двуликий электронный Янус" (Ищенко Е.П.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
