Изот Литинецкий - Беседы о бионике

Считают, что подобные машины могут быть использованы для следующих целей:

улучшение методов автоматического предсказания погоды;

автоматическое управление беспилотными космическими летательными аппаратами для исследования планет;

создание быстродействующих командных машин для штабов войсковых подразделений, что позволит вырабатывать решения при подготовке и проведении различных операций;

управление оборудованием, работающим в опасных условиях.

В литературе описана самоприспосабливающаяся система управления полетом реактивных самолетов. Система анализирует свою работу путем сравнения реакции самолета с решением электронного устройства, и разностный сигнал используется для воздействия на органы управления самолетом. Автоматическое управление осуществляется при изменившихся окружающих условиях (плотности и скорости воздуха) без измерения этих величин. Система не требует предварительного программирования условий полета с учетом летных характеристик самолета.

Считают, что адаптивные, самоприспосабливающиеся автопилоты, которые обладают свойством непрерывно проверять положение в пространстве летательного аппарата и корректировать любые отклонения от заданного положения при изменяющихся условиях полета, можно с успехом использовать также на ракетах и даже на космических кораблях.

Итак, начало положено. Созданы машины, воспроизводящие некоторые функции нервной системы человека. Один из создателей теории автоматического управления Уильям Эшби сказал по этому поводу: "С тех пор, как был разработан первый перцептрон "Марк-1", мы знаем, что мозг и вычислительные машины представляют собой просто различные варианты в принципе одинаковых машин". Было время, когда создатель перцептрона, доктор Розенблат, утверждал, что его детище — это не просто машина для распознавания образов, а — ни много, ни мало — модель мозга.

Однако это утверждение встретило весьма серьезные возражения.

Дело здесь прежде всего в количественных отличиях. Перцептрон моделирует — и весьма несовершенно — только функции зрительного анализатора человека. А зрение — только одно из пяти его чувств. Далее. Число ассоциативных ячеек перцептрона, которое определяет его "умственные способности", равнялось в первой модели всего 512. Оно столь ограничено прежде всего вследствие трудностей технического порядка и, в частности, из-за чрезвычайной сложности монтажной схемы; в самом деле, от каждой из 400 рецепторных ячеек перцептрона отходит 40 выходных проводников, подключаемых в случайном порядке к 512 ассоциативным ячейкам, каждая из которых имеет от 10 до 100 выходов.

А между тем число нейронов в мозгу человека порядка 10 миллиардов. Если распространить тезис Эшби на обычные цифровые вычислительные машины, то и тогда разница между числом их переключающих элементов и числом нейронов в центральной нервной системе оказывается весьма существенной: самые большие из современных вычислительных машин имеют сотни тысяч таких элементов.

По ряду своих параметров мозг представляет собой настолько высокосовершенную "конструкцию", что, как полагают ученые, вряд ли удастся искусственно воспроизвести ее в течение ближайших 50 лет. Очень выпукло выразил эту мысль английский физик Дж. Томсон в своей книге "Предвидимое будущее": "Тот сложный инструмент, которым все мы обладаем, или, если хотите, каковым мы все являемся, с его 10 миллиардами рабочих деталей и бесчисленным множеством возможных связей, неизмеримо превосходит все то, что мы когда-либо, по-видимому, сумеем создать, и он так непохож на организованную материю, которую мы, физики, изучаем!"

Одна из важнейших особенностей мозга — его способность надежно работать с большими резервами и с ничтожно малой затратой энергии, обладая фантастически малыми габаритами и ничтожным весом. Так, например, мозг Анатоля Франса весил 1017 г, А. П. Бородина — 1325 г, Д. И. Менделеева — 1571 г, И. П. Павлова — 1653 г, И. С. Тургенева — 2012 г. В среднем мозг нормального человека весит 1375 г и имеет объем от 1,5 до 2 дм 3. Общее рассеяние энергии в мозгу достигает примерно 10 вт, т. е. около 10 -9вт на нейрон. По некоторым литературным данным, из сравнения линейных размеров, объемов и рассеяния энергии вытекает, что естественные элементы мозга эффективнее современных ЭЦВМ примерно в 10 8— 10 9раз!

Рис. 12. Если бы мы взяли самые маленькие из существующих ныне простейших реле диаметром в 1 см, чтобы составить из них искусственный мозг, то их цепочка дважды протянется от Земли до Луны

Говоря о технических характеристиках мозга, трудно обойтись без тривиальных сравнений. Если бы мы взяли самые маленькие из существующих ныне простейших реле диаметром 1 см в количестве 17 миллиардов штук (по числу нейронов в человеческом мозгу), то их цепочка протянулась бы от Земли до Луны в два ряда (рис. 12). Теперь представьте себе, что мы захотели бы построить универсальную вычислительную систему на обычных электронных лампах с таким же количеством элементов, какое имеет мозг. Подобное устройство могло бы разместиться примерно в таком высотном здании, как Московский государственный университет, весило бы более миллиона тонн, и для его питания была бы необходима энергия десяти Братских ГЭС (!), а для охлаждения — река Ниагара. При использовании в качестве элементов релейного действия триггеров на полупроводниках объемом 1 — 2 см 3каждый наша вычислительная машина после осуществления всех разводок и соединений не уступала бы по размерам современному большому жилому дому и потребовала бы энергии нескольких Днепрогэсов! А сколько времени потребовалось бы только для изготовления такого количества элементов? Если предположить, что изготовление модели нейрона длится 1 сек (пока мы такими возможностями еще не располагаем) и это производство начато в 1968 г., то последний аналог нейрона из гигантской партии в 17 миллиардов штук будет сдан в отдел технического контроля в конце 2393 г. Время, которое потребуется на монтаж и настройку такой электронной машины, вообще никакой оценке не поддается.

За последние 25 — 30 лет сложность электронных устройств увеличилась примерно в 1000 раз, причем конструкторы электронных систем продолжают разрабатывать устройства все возрастающей сложности, требующие все большего и большего количества деталей. Обсуждая недавно проблему использования вычислительной техники для целей проектирования цифровых систем, ученые отметили, что "...сложность цифровых систем будущего приводит к выводу, что такая методика проектирования является фактической необходимостью. В настоящее время ведется разработка многих систем, содержащих сотни, тысячи и даже миллионы активных элементов". Само собой разумеется, что вместе с неограниченным ростом числа элементов в электронных системах обеспечение эксплуатационной надежности последних является ныне, выражаясь словами академика А. И. Берга, "проблемой № 1". Достаточно выйти из строя какой-либо одной детали — и работа электронной системы нарушается, а то и вовсе прекращается на длительное время, так как только на поиски неисправности приходится тратить много часов. Ведь был же такой случай на Всемирной выставке в Брюсселе. Одной электронной машине поручили распределение мест в гостиницах. Из-за технической неисправности машина выдавала нелепые рекомендации — направляла гостей в занятые уже номера. В итоге произошла крупная неприятность: 50 тысяч туристов на одну ночь остались без крова...