Текст книги "Двуликий электронный Янус"

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.

А в 1993 году появилось устройство, могущее трансформировать «живую» речь человека в компьютерный язык и через несколько секунд распечатать ее в машинописном виде.

Закрепленный на голове монитор, выпущенный германской компанией Круппа еще в 1990 году, открывает широкие перспективы в сфере телекоммуникации. Система, позволяет вести активный диалог между компьютером и человеком. Компьютер получает от человека устные (!) команды, а отвечает визуальной информацией на экране монитора, сопровождая ее словесными комментариями. Это уже диалог почти на равных.

А вы, дорогой читатель, сняв телефонную трубку, наберите цифру «100». Приятный голос с едва заметным металлическим акцентом мгновенно ответит, назвав точное время. И уже никого из нас не удивляет, что ему отвечает компьютер. Напомню, что «говорящие часы» разработали в 1987 году сотрудники Научно-исследовательского института радио. В каждый из моментов времени компьютер выбирал нужную микросхему, считывал ее содержание, преобразуя машинный язык в человеческий голос.

Уже стало привычным, что компьютеры «разговаривают». В ряде случаев они оснащаются синтезаторами речи; многим знаком «металлический» голос компьютера, отвечающего на вопрос или что-то напоминающего. Проблема создания «говорящих» ЭВМ оказалась более простой, чем их обучение «пониманию» человеческой речи и исполнению устных команд. Но и в этой области достигнуты обнадеживающие результаты. Так, в США еще в 1991 году создали программу для компьютера, позволяющую ему «читать по губам», т. е. понимать речь человека по движению его губ. Подобные устройства могут существенно облегчить работу и быт людей, а потому заслуживают широкого распространения.

Компьютеры, которые могут говорить и выполнять отданные им устно распоряжения, уже не новинка. Есть компьютеры, способные разговаривать и слушать. Собрав необходимую информацию, ЭВМ обращается к своей памяти и начинает поиск нужных сведений. Техника голосовой связи с компьютером включает синтез речи и выполнение голосовых команд, но первая задача проще. Искусственная речь образуется благодаря специальной системе, которая способна накапливать в памяти звуки, входящие в состав слов (так называемые фонемы), и различные правила их комбинаций. В нужный момент информация, поступающая из памяти, преобразуется в звуки, имитирующие человеческий голос.

Системы речевого синтеза применяются сейчас во многих областях. Фотоаппарат «Токер», например, приятным женским голосом советует, как использовать вспышку или выбрать правильное расстояние при фотографировании. Компьютер «Амиго» способен громким голосом читать текст, появляющийся на его экране. Есть модели наручных часов, сообщающих время. Всего не перечислишь.

Не следует, однако, думать, что эта техника используется только в какой-либо бытовой аппаратуре. Можно привести примеры ее промышленного применения. Система с синтезированием речи входит в состав телефонной справочной службы Нью-Йорка. Работает она следующим образом: когда поступает запрос о номере телефона, оператор с помощью ЭВМ находит нужный номер и включает механизм искусственного голоса, дважды сообщающий его запрашивающему. Сам же оператор в это время обслуживает уже другого абонента. Это сокращает время операции на 5—10 секунд. Такая система позволяет каждому работнику в течение смены ответить на 20–25 % запросов больше.

Техника опознавания голоса оказалась намного сложнее. Чтобы научить компьютер «понимать» живую речь, слова нужно преобразовать в цифровой код. Любое слово должно быть закодировано с помощью комбинаций цифр «0» и «1», которые вводятся в память машины. Когда ЭВМ получает какую-либо голосовую команду, она преобразует ее в цифровые комбинации и сопоставляет с хранящимися в памяти. Если там находится эквивалент, то компьютер выполняет действие, предусмотренное командой.

В США уже давно используются машины, способные выполнять некоторые простые устные приказы. В аэропорту Чикаго, например, при сортировке багажа громко произносится название аэропорта назначения, и чемоданы автоматически подаются куда надо. Абоненты одной из телефонных сетей производят вызовы без набора номеров. Они говорят: «Соедините с квартирой» или «Дайте контору», и номер, записанный в памяти ЭВМ, набирается автоматически. Похожим образом действуют сейчас даже некоторые модели мобильных телефонов.

«Говорящие» компьютеры, применяемые британской авиацией, обычно отдают приказы мужским голосом. Однако в экстремальных случаях, когда грозит опасность, команды передаются женским голосом. Психологи еще в 1988 году установили, что в трудных случаях мужчины быстрее реагируют именно на голос женщины. Может, он звучит убедительнее или вызывает меньшее отторжение?

Некоторые автомобильные компании еще в середине 80-х годов прошлого века начали производить «говорящие» автомобили, способные сообщать водителю данные о расходе бензина, утечке масла или перегреве двигателя. В настоящее время специалисты продолжают усовершенствовать автомобили, способные воспринимать голос владельца. Выпущены экспериментальные модели, оборудованные блокирующими устройствами рулевого колеса, запоров и стеклоочистителей, которые начинают функционировать лишь по команде владельца, образец голоса которого заложен в память бортового компьютера.

Но абсолютная «верность» автомобиля голосу владельца – это одновременно и преимущество, и недостаток. Система предохраняет автомобиль от угона, но и не позволяет сесть за руль никому другому, даже друзьям, родственникам и сторожам автостоянок, вынужденным иногда переставлять автомашину без ведома владельца, освобождая проезд.

Если непросто создать ЭВМ, способную воспринимать слова, произносимые различными людьми, то еще труднее научить ее «понимать» сложные фразы. Для этого необходимо запрограммировать работу компьютера таким образом, чтобы он мог разбираться во всех тонкостях человеческой речи со всем разнообразием акцентов и интонаций. Это исключительно сложно. Даже во фразе, произнесенной одним человеком, приходится иметь дело не только с такими понятиями, как диапазон и каденция голоса, но часто и с таким явлением, как слияние двух слов, следующих одно за другим. Кроме того, ЭВМ должна отфильтровывать и отбраковывать разные непроизвольно вырывающиеся звуки и бормотание, внешние шумы, чихание, кашель.

Специалисты активно решают эти проблемы. В стадии доработки находится метод, позволяющий компьютеру модифицировать незнакомую ему цифровую комбинацию слова до тех пор, пока он не найдет в своей памяти «нечто подобное». Такая техника была использована одной из калифорнийских компаний при конструировании автоматической пишущей машинки. Процессор этой машинки запрограммирован таким образом, что он может создавать фонетическое приближение любого слова, не входящего в его словарный состав. В результате машинка очень недурно и совершенно самостоятельно печатает под диктовку.

Инженеры компании ИБМ сумели создать пишущую машинку, которая может в ходе диктовки разделять слова, различать звуки и произношение говорящего, а потому правильно печатает диктуемые слова с минимальным количеством ошибок (примерно 3 %). Это превосходный результат, но стоимость машинки пока еще довольно велика, а ее словарный запас ограничен несколькими тысячами слов.

А вот радостная весть для особо ленивых компьютерщиков: клавиатура не сегодня завтра окажется в музее науки и истории. В Японии в ноябре 1999 года на рынок поступила специальная программа, которая позволяет работать с ЭВМ в устной форме – необходимый текст достаточно просто надиктовать, не прилагая никаких иных усилий. Она с точностью до 99 % распознает диктуемый материал и действует вдвое быстрее самой квалифицированной машинистки. Новинка разработана компанией «Нихон IBM» и понимает аж 80 тысяч слов, но при желании «словарь» можно расширить до 140 тысяч. Пока программа понимает и пишет только на японском, но, учитывая возможный массовый спрос на нее, фирма сообщила о готовности адаптировать ее к восприятию других языков, прежде всего самого распространенного – английского.

Воспитать настоящего Электроника намерены исследователи из Плимутского университета. В 2008 году они выиграли грант на проект по созданию роботоязыка и в течение ближайших четырех лет будут учить робота-малыша iCub (от англ. – «я – детеныш») понимать человеческий язык и разговаривать на нем. Ожидается, что к проекту будут привлечены специалисты по языковому развитию, которые обычно учат детей говорить. Кроме умения воспроизводить человеческую речь ученые надеются научить робота выполнять и другие простейшие задачи, например, вставлять объекты разной формы в соответствующие отверстия, строить примитивные сооружения из деревянных блоков, называть предметы и описывать свои действия. Ожидается, что исследование станет очередной вехой в развитии робототехнологии и поможет в создании гуманоидных роботов, которые смогут обучаться, думать и разговаривать, как люди.

Сила мысли – реальная сила, и это не голословное утверждение. Ах как иногда хочется, чтобы только подумал – и все, что надо, уже было сделано! Или обладать магической способностью к телекинезу – перемещать предметы с помощью напряженной силы мысли! Пустые мечты? Ан нет!

Перед экраном компьютера сидит экспериментатор. На указательный палец его правой руки надето что-то вроде кольца на подставке. Человек не делает ни единого движения, а на экране горнолыжник спускается по трассе, ловко объезжая флажки. Экспериментатор управляет им… мысленно.

«Достаточно подумать “влево” и мысленно представить себе это движение – и объект на экране начнет перемещаться в нужном направлении. Так же послушно он выполняет команды “вправо” и “прямо”, – поясняет Рон Гордон, президент калифорнийской компании “Азер 90”. – А обеспечивает такую связку “мысль-объект” сенсорное “кольцо”, которое считывает в общей сложности 89 различных человеческих параметров, например, пульс, температуру тела и так далее. Компьютер расшифровывает их и воспринимает как командные сигналы».

Речь идет не об уникальной лабораторной разработке, – на прилавки американских магазинов уже выброшено множество компьютерных игр, использующих связку «мысль-объект». Однако у изобретения, над которым специалисты компании работали восемь лет, может быть и более серьезное применение. По крайней мере кинофирма «Мирамакс» решила воспользоваться творением калифорнийской «Азер 90», чтобы зритель мог увидеть финал фильма таким, каким он его себе мысленно представляет. Новый компьютер пригодится и в сфере просвещения – нужная информация на его экране будет появляться по мысленному запросу студента, – и для управления автоматическими инвалидными креслами-колясками.

Японские ученые снова демонстрируют миру чудеса изобретательности. Инженер Казухиро Танигучи из Университета Осаки года два назад придумал, как управлять плеером с помощью подмигивания. Схема управления проста донельзя. Для того чтобы запустить на плеере следующую песню, его владельцу необходимо на секунду моргнуть правым глазом. Если он проделает ту же процедуру левым глазом, iPod начнет проигрывать предыдущий трек. А моргание в течение секунды обоими глазами работает как клавиша Play/Pause.

Система управления состоит из микросхемы и двух миниатюрных инфракрасных датчиков, которые находятся в очках или наушниках, реагируют на поведение глаз своего хозяина и передают сигнал в плеер. Ее создатель уверяет, что система будет работать без сбоев и не станет реагировать на случайные моргания глаз человека. Обычно люди моргают очень быстро, поэтому электроника сможет уловить разницу между осознанным и случайным движением век. Применение изобретению могут найти медсестры, скалолазы, мотоциклисты, астронавты, а также оно будет полезно инвалидам.

И… неожиданный поворот темы. Люди, работающие со сложной техникой, знают, что машины могут по-разному реагировать на различных субъектов. Этим странным явлением заинтересовались сотрудники лаборатории по исследованию инженерных аномалий при Принстонском университете (США). Они пришли к выводу, что человеческий мозг может оказывать прямое воздействие на работу электронных машин. Как выяснилось, микропроцессоры и электронные схемы весьма чутко реагируют на мысли и эмоции людей! Ученым удалось найти экспериментальное доказательство этого необычного явления. Компьютер генерировал случайные числа, а участники эксперимента должны были мысленно добиваться того, чтобы машина выдавала как можно более высокие их значения. Лаборатория провела несколько миллионов таких экспериментов. Анализ их результатов показал, что более двух третей испытуемых силой мысли оказывали заметное воздействие на работу компьютера!

Хорошо известна «неформальность» отношений между физиками и их экспериментальной аппаратурой. Говорят, что «степень учености» физика-теоретика измеряется его способностью одним своим приближением выводить из строя сложные приборы. Швейцарец Вольфганг Паули был, без сомнения, отличным специалистом: стоило ему лишь переступить порог лаборатории, как аппаратура начинала расстраиваться, зашкаливать, падать с полок и даже вспыхивать. Известный американский изобретатель и экспериментатор Томас Эдисон обладал другой способностью – непонятным образом заставлял устройства работать быстрее. А вот совсем близкий, «доморощенный» пример: Евгения Длугач, сотрудница Института атомной энергии в Москве, способна сжечь любой самый надежный осциллограф. Для этого ей достаточно подойти к прибору на расстояние двух метров.

В ходе дальнейших экспериментов, проведенных в упомянутой лаборатории в середине 1999 года, выяснилось, что двое или трое людей, пытающихся вместе повлиять на работу компьютера, достигали успеха в значительно большем числе случаев. Любопытная закономерность: более заметное воздействие на электронную технику оказывали представительницы прекрасного пола. Ласковыми словами и нежными поглаживаниями по металлическому корпусу компьютера дамы добивались ошеломляющих результатов: в целом ряде случаев они сумели заставить микропроцессоры работать быстрее! Ученые пока не могут дать разумного объяснения столь странному явлению. А чего тут мудрить? Давно известно, что машина любит ласку!