Питер Макоуэн - Вычислительное мышление: Метод решения сложных задач

Есть и другие способы измерять показатели внутри тела с использованием компьютерных технологий. Человеческое тело предпочитает работать при правильной температуре. Это температура, при которой разнообразные химические процессы идут оптимально, а белки поддерживаются в нужном состоянии. Все это условия поддержания здоровья. Очень важно иметь возможность легко выявить изменения температуры, пульса и других важных показателей, таких как уровень кислорода в крови. Например, если кровь не насыщена кислородом, человек умирает меньше чем за 15 минут. К сожалению, раньше эти тесты проводились очень медленно, и в последнем случае, чтобы определить уровень кислорода в крови, требовалось взять кровь и исследовать ее в лаборатории. Не очень здорово, если жить осталось всего 15 минут. Сегодня эти показатели получают за секунды благодаря сочетанию электроники и алгоритмического мышления, что мы рассмотрим далее.

Температуру тела легко определить, измерив температуру внутри уха в небольшой и очень полезной полости перед барабанной перепонкой. В эту полость удобно поместить небольшой зонд. Пироэлектрический кристалл в измерительном устройстве подвергается инфракрасному излучению (что означает всего лишь «тепло») со стороны барабанной перепонки. Он создает заряд в соответствии с полученным инфракрасным излучением, а потом этот заряд с помощью специальных алгоритмов преобразуется в показатель температуры.

Подобным образом, пульс и уровень кислорода в крови можно измерить с помощью датчика на кончике пальца. Это устройство пропускает сквозь палец световые волны в инфракрасном спектре и регистрирует, сколько поглотила кровь. В крови есть белок гемоглобин, который придает ей красный цвет и, что важнее, доставляет кислород в органы и ткани. Молекулы гемоглобина со связанным кислородом поглощают инфракрасный свет не так, как «ненасыщенный» гемоглобин без кислорода. Трюк, однако, в том, чтобы добавить еще один источник света, который будет светить только красным. Красный свет легче проходит сквозь кровь, полную кислорода, но поглощается, если кислорода нет, то есть происходит обратный процесс. Если использовать их вместе, можно точно измерить количество кислорода. Красный свет с длиной волны 660 нм и инфракрасный с длиной волны 940 нм подаются попеременно. Собранные данные с помощью цифровой справочной таблицы в устройстве (это удобное представление, которое позволяет быстро и легко справиться с задачей) конвертируются в показатель уровня кислорода в крови. Кроме того, это устройство, которое называется пульсоксиметр, позволяет измерять пульс, и этот показатель тоже отображается на экране. Прибор изобрели в 1970-х гг., а в продаже он впервые появился в 1980-х. Сегодня рынок пульсоксиметров оценивается в сотни миллионов долларов.

Оказавшись в больнице, вы попадаете в мир разнообразных примеров применения вычислительного мышления, что приводит к повышению качества медицинского обслуживания. В медицинских базах данных хранятся история болезни, результаты исследований и выписные эпикризы. Вакуумные повязки с внешним контрольным устройством позволяют заживлять раны снизу вверх. Вживленные умные кардиостимуляторы ежедневно передают в больницу данные о сердечной деятельности пациента и следят за сбоями сердечного ритма, чтобы можно было предотвратить критические ситуации. Все эти технологии работают благодаря компьютерным программам, для создания которых самым активным образом использовалось вычислительное мышление. Но одних алгоритмов недостаточно. Инженерам-электроникам надо было создать сенсоры и прочие устройства. Но еще до этого биохимики и физики должны были изучить, как устроен наш организм, и свойства таких фундаментальных явлений, как протон, рентгеновское излучение и магнитные поля. Понадобились и математики, которые разработали математическую базу для алгоритмов.

Внедряя подобные технологические разработки, надо учитывать один крайне важный момент. Они должны быть такими, чтобы их могли с легкостью применять врачи и медсестры. Это их инструмент, который может как спасти жизнь, так и отнять ее. В больницах всегда много пациентов и напряженная обстановка, что необходимо принимать во внимание при создании медицинских приборов. Следовательно, в процессе разработки должны участвовать психологи и другие специалисты по человеческому фактору. Чтобы совершить настоящий прорыв, который позволит спасать жизни, носителям вычислительного мышления необходимо работать в команде. Они должны использовать достижения многих других специалистов и сотрудничать с ними.

Компьютеры точно следуют программам и делают именно то, что написано в инструкциях. Работает ли наш мозг так же, как компьютер? Логичны ли мы? Следуем ли мы своим планам так же точно, как компьютер? Оказывается, у мозга есть весьма серьезные ограничения, которые приводят к довольно странным явлениям. Если понять эти странности, можно усовершенствовать технологии. Однако ясно одно: контролирует происходящее мозг, а не вы.

У человеческого мозга и компьютера есть много общего. Наша способность думать, интеллект и самоощущения возможны благодаря тому, что мозг производит массу вычислений. С помощью сложной сети нейроновон обрабатывает информацию, поступающую от органов чувств, принимает решение, что с ней делать, и в результате мы действуем в окружающем мире.

Ученые до сих пор не имеют полного представления о том, как работает мозг, но это неудивительно. В конце концов, в нем приблизительно столько нейронов, сколько капель воды в олимпийском плавательном бассейне. А это очень много!

Сформулируем вопрос следующим образом: думают ли люди как компьютеры, чтобы облегчить себе повседневную жизнь? Похожи ли особенности нашего мышления на вычисления компьютеров? Если мы собираемся заняться компьютерным моделированиемжизни, то, чтобы создать роботов, которые бы выживали столь же успешно, как мы, сначала нужно понять, как мы воспринимаем и понимаем мир. Но начнем с другого, хотя и связанного с этой темой, вопроса: естественно ли для нас вычислительное мышление?

Как мы знаем, мозг склонен проводить сопоставление с образцом, применяя нечто вроде порождающих правил, — компьютеры часто программируют на это. Мы автоматически реагируем на стимул, следуя заданным правилам. Например, если звонит телефон, я, особенно не задумываясь, подниму трубку. Если в дверь постучат, то я ее открою.