Петр Асташенков - Что такое бионика

Венгерский ученый доктор технических наук Реже Тарян, много занимающийся вопросами нейронной автоматики, утверждает, что если из искусственных нейронов построить «нейронную сеть», то это дало бы «память» исключительного качества. Она на много порядков величин превосходила бы все, что может применяться в современных счетных машинах.

Но есть и другая точка зрения на механизм действия памяти человека: будто бы ею мы обязаны свойствам протеиновых молекул, имеющихся в клетках. В ней меняется порядок расположения атомов, что дает огромное число состояний, отличающихся химическими свойствами и способных проявляться в физиологических функциях клетки. Гипотеза о том, что основой памяти является перестройка атомов протеиновых молекул, ценна тем, что объясняет наличие памяти у простейших организмов, чего не дает предположение о памяти как циркуляции нервного возбуждения.

Человек выбирает из своей памяти информацию по ассоциации с образами реальных объектов. На аналогии с этим процессом основаны ассоциативные запоминающие устройства. В этих устройствах поиск данных производится не просто по адресу, а по признакам самой информации. Уже создан ряд макетов ассоциативных запоминающих устройств, где признаки информации записываются на перфорированных картах, магнитных элементах и т. п. Дальнейшее усовершенствование таких устройств позволит приблизить их к наиболее замечательному запоминающему механизму — человеческой памяти.

Данные бионики позволяют не только совершенствовать устройство частей и организационные принципы электронно-счетной автоматики, но и создавать машины, которые бы вели себя более биологически, то есть были «интеллигентнее», чем наши современные машины.

В США группой специалистов во главе с доктором Фрэнком Розенблатом разрабатывается новая теория, основываясь на которой можно создать электронное устройство, воспроизводящее деятельность мозга и во многом объясняющее процесс действия человеческой памяти. Используя эту теорию, удалось сконструировать модель электронной машины, которая, как утверждают авторы, способна классифицировать, воспринимать и символически изображать окружающие условия, а также учитывать совершенно новые и непредвиденные изменения в окружающей обстановке и делать это без вмешательства оператора.

Ставшая привычной для нас электронная вычислительная машина работает, как известно, строго по программе, составленной человеком, и стоит возникнуть необходимости в принятии непредвиденного решения, как она останавливается. Новое же устройство имеет свои «органы» восприятия звука, света, подобные органам чувств человека. В основе «органов» восприятия лежат известные радиоэлектронные и электромагнитные устройства. Безусловно, они не способны полностью выполнять то, что делают органы чувств человека, но позволяют значительно расширить круг сведений, обычно воспринимаемых машиной.

По характеру работы новая машина больше, чем любая другая, приближается к функциям мозга. Она воспринимает информацию, классифицирует ее и выводит понятая. Большинство элементов «памяти» в ней соединено случайной, как это и есть в мозгу. Физиологи, как известно, считают, что соединения между ассоциирующими, или «думающими», клетками мозга организованы, по- видимому, случайно. При получении информации в новой машине возбуждается не отдельный элемент, в котором накапливается определенный разряд информации, а одновременно большинство элементов.

Группа, руководимая Розенблатом, таким образом, исходила прежде всего из того, что функции памяти распределяются случайным образом в ассоциирующих элементах. Так и запоминающие ячейки машины распределены беспорядочно. Но их соединения, безусловно, не могут изменяться произвольно в процессе ее работы. Готовя машину, способную воспринимать явления действительности, ученые считали, что любой мыслящий организм делается способным понимать окружающую обстановку в процессе обучения и накопления опыта, а не получает это свойство по наследству. Поэтому все запоминающие ячейки перед включением и началом «обучения» машины были полностью нейтральными.

На рис. 26 показаны процессы восприятия зрительных впечатлений а — человеком и б — новой машиной, названной перцептроном (от слова «перцепция» — восприятие).

Рис. 26. Процессы (восприятия зрительных впечатлений: а — человеком (предположение); б — электронно-вычислительной машиной — перцептроном.

Рис. 27 воспроизводит основные части этой машины, участвующие в воспроизводстве зрительных образов.

Рис. 27. Основные части электронно-вычислительной машины — перцептрона .

«Видеть» ей помогает линза, фокусирующая образ на «сетчатке» из 400 миниатюрных фотоэлементов. Каждый такой образ возбуждает ряд фотоэлементов, это возбуждение передается в ассоциирующие ячейки, общее число которых достигает 512. След в «памяти» остается благодаря тому, что запоминающие элементы, направляющие сигнал на включение реагирующих устройств, могут его усиливать. Однако, сталкиваясь с новым впечатлением, машина, как и человек, сначала допускает ошибки. Но следы в «памяти» постепенно закрепляются, и согласно теории вероятностей удается добиться того, что определенные возбуждения влекут за собой одну и ту же реакцию. Это означает, что машина приобрела определенное «понятие» в отношении окружающих ее условий. Практически оказывается необходимым сделать 15 попыток, после которых машина дает 100 процентов правильных ответов.

Оператор может «научить» машину приходить к нужным заключениям. Этому способствует наличие обратной связи. От реагирующих устройств сигналы обратной связи поступают в запоминающие ячейки, которые вызвали их включение. Эти сигналы увеличивают «силу» запоминающих ячеек, то есть служат как бы «вознаграждением» для той их группы, которая вызвала к действию реагирующие устройства.

У машины предусмотрено ручное управление для выработки нужных понятий. За правильный ответ машина «вознаграждается» (усиливается эффективность действия соответствующих ячеек) и «наказывается» за ошибку (снижается их эффективность).

Следует отметить, что «научить» новую — машину математике так же трудно, как и человека. Поэтому электронная вычислительная машина в производительности счета имеет такое же преимущество перед перцептроном, как и перед человеком.

Чему же реально «научилась» простейшая модель новой машины? Без какой-либо помощи человека она точно определяла расположение геометрических фигур справа и слева от ее «поля зрения». Она оказалась способной «научиться» различать буквы алфавита. Предполагается, что перцептрон сможет распознавать человеческую речь и превращать ее в сигналы, управляющие, скажем, буквопечатанием. Машина способна делать переводы с одного языка на другой, подбор литературы, просмотр патентов. В военном деле считается целесообразным ее использование в наведении управляемых снарядов, самолетовождении. Здесь она может намного облегчить процесс принятия решения, который сейчас целиком возложен на людей. Считается вероятным применить Машины нового типа для воздушной разведки, так как они способны сообщать непредвиденные данные, обнаруживать изменения в обстановке и т. д.