Василий Захарченко
Надбягване с разума (18)

Въздушните замъци на електрониката

Този метод не е нов. Преди да се построи самолет, конструкторите са създавали неговия модел, изпробвали са го в аеродинамична тръба, изпитвали са го в различни условия и на различни скорости. Преди да се построи кораб, са пускали неговия модел да плава в изпитателен басейн. Строили са модели на язовирни стени, на електростанции, пускали са истинска вода, която запълняла малките водохранилища, изучавали са свойствата на почвата под стената и как се просмуква водата. Обикновеният път на строителството: преди да се пусне в строеж нов гигант, създава се джудже, което по всичко трябва да наподобява гиганта.

Но те не са могли да си приличат по всичко.

Нека се върнем към язовирната стена. Съставът на почвата при модела на стената напълно съответствува на състава на почвата на бъдещата язовирна стена-гигант. Но като моделираме стената в мащаб 1:1000, ние не бихме могли да моделираме в същия мащаб и почвата. В такъв случай песъчинките биха се превърнали в прах и биха загубили всичките си свойства. А именно през тях преминава под огромно налягане, филтрирайки се, водата на електростанцията. Инженерите са се интересували и от друго: какво ще стане с язовирната стена не само утре, в другиден, а и след десет, може би дори след сто години? Какво да се прави с модела?

На помощ дошли кибернетичните машини и създали приказни възможности — да се строят въздушни замъци на модели просто от нищо.

Може би искате да изпитате конструкцията на мост? С удоволствие!

Не е нужно да строите модел на моста, да създавате модел от стоманени конструкции и бетонни основи. Правите го с помощта на електрически ток, пропускан през съпротивления, самоиндукционни бобини и кондензатори. Токът минава през съответната електрическа схема и моделира същите процеси, които стават и в реалния модел на моста. Разпределението на натоварванията, напрежението в отделните детайли — всичко това съответствува на механичните натоварвания, въпреки че в нашата схема те са електрични.

Всъщност, ако искате да построите електрически модел, това няма да ви струва никакъв труд. С машината интегратор, която се състои от електрически елементи, лесно можете да определите и съответната дължина между опорите на моста, и мястото, където ще се поставят, и съответното разтягане на фермите. С набор от съпротивления също така се изменят лесно и натоварванията на бъдещия мост.

Въздушни замъци на електрониката! С тяхна помощ можем да контролираме не само застиналите процеси в света на конструкциите, а и да наблюдаваме картината на динамичните процеси, на бързо протичащите явления.

Говорихме за проектирането на язовирни стени. На електроинтегратора нищо не му струва не само да проектира филтрацията на водата под основите на язовирната стена, но и да ви каже как през стената ще се просмуква водата след хиляда години при еди-какво си количество тиня, донасяна от водата, при еди-какво си подприщване, изразяващо се не в десетки, а понякога в стотици метри. На електромодела на язовирната стена поставяте по съответен начин ръчката на времето, въвеждате необходимия коефициент на затлачване, на изменение нивото на водата в язовира. Във всяка точка на електрическата верига, която възпроизвежда „въздушния замък“ на несъществуващия модел, вие можете да получите картина на просмукването на водата, на напрежението, което изпитват почвата и отделните части на стената. Това вече не е неподвижна схема, а динамична.

Скоро се запознах с работата на института към Севернокавказкия научен център в Ростов на Дон.

Тук се създава изключително сложен електрически модел на цялото Азовско море с цел да се изучи неговата еволюция за много години напред.

Огромен брой фактори влияят днес върху съдбата на това изключително интересно море, което представлява басейн за развитие на най-ценни породи риби: ограничаването на водата от вливащите се в морето реки, използувана за мелиорация и за нуждите на производството; замърсяването на водите от немарливите предприятия и от развиващите се населени пунктове; осоляването на Азовско море откъм Черно море през Керченския пролив; най-сетне изменението на районите, където намират храна рибите.

Електронният модел на морето, който включва огромно количество динамична информация, може да разиграва значителен брой варианти в зависимост от изменението на многото фактори, влияещи върху морето.

Едва ли може да се вземе предвид всичко това по някакъв друг начин. Единствено моделът идва на помощ на човека.

Нека дадем един пример. Представете си, че ви е необходимо да изясните какво ще стане с витлото на турбореактивния самолет, който лети със скорост 800 километра в час на височина 4000 метра, ако в него изведнъж се удари птица.

„Неизпълнима задача!“ — ще кажете.

Витлото се върти, самолетът се движи напред. Насреща му лети врабче, което също има своя скорост. Огромната маса на самолета, определената твърдост на материала, от който е направено витлото, а редом с това — нищожното тегло на врабеца. И как искате да решите задачата, в която има толкова неизвестни?!

Но днес такава задача се решава относително просто.

Създава се динамичен модел на определеното събитие. По електрически път се моделира всичко, което е свързано с движението на самолета, инерцията и материала на въртящото се витло, всичко, което е свързано със сблъскването на витлото с дребното тяло на врабеца на височина 4000 метра.

Седим пред електроинтегратора и следим процеса, който притежава това чудесно качество свободно да избира всички данни. Вие искате да увеличите броя на оборотите на двигателя? Може. С моментално включване на нови данни в електроинтегратора вие карате мотора да се върти по-бързо. Не врабче, а жерав е завършил печално живота си във високото небе — той има друго тегло, друга скорост. Машината моментално моделира и тези данни.

Няма да гадаем дали ще се счупи витлото, или ще загине само птицата. Но ние не решавахме абстрактен проблем. През последните години неведнъж е имало трагични случаи със свръхскоростни самолети, когато дребна птица е пробивала като артилерийски снаряд пластмасовата броня на кабината на летеца или е извеждала двигателя от строя.

Представете си за миг, че чувате отделни звуци от „Лунната соната“ на Бетховен. Звуците не следват като плавен и непрекъснат поток, а се разнасят като звучене на отделни ноти през всеки 5 секунди. Нима ще получите някаква представа за „Лунната соната“? Разбира се, не. Музиката създава впечатление само когато звучащите ноти пределно се сближават, когато улавяте не отделни звуци, а поток от звуци.

Ето я безсмъртната симфония — прекрасна и неповторима по своето звучене! Разложете я на съставните й части — и тя ще престане да съществува.

Но математическата симфония — тя винаги е съществувала, сякаш разединена на отделни части.

Подбирайки параметрите на която и да е задача, ние бихме могли във всеки случай да имаме само едно решение, като музикалното звучене само на една нота от симфонията. Електроинтеграторът ни дава чудесна възможност да видим непрекъснатото течение на решенията при възможни променящи се данни. Вие присъствувате при изпълнение на математическа симфония. По своя воля сменяте натоварването, скоростта, размера на детайлите — на осцилограмите пред очите ви минават всички възможни варианти на решенията.

Скоро след Втората световна война в Съветския съюз беше създадена най-голямата в света електромеханична машина за решаване на диференциални уравнения. Това е много скъпо струваща апаратура. За създаването й са били необходими много години упорит, настойчив труд, който дал блестящи резултати. Машината била наречена „Интеграл“. Заема 250 квадратни метра площ. Стотици електродвигатели, стотици уреди управляват работата на машината. Тя автоматично се настройва за моделиране на един или друг процес. А колко е необходима на съветската страна, където се строят и проектират хиляди уникални съоръжения! Сега такива машини се създават не само в столицата.

Ето една от задачите по моделиране на сложен процес, която се решава в Тбилиския изчислителен център.

При строителството на хидроелектроцентралите се поставя въпросът, с какъв обем трябва да бъде водохранилището, за да осигурява нормална работа на електроцентралата при различни климатични условия. Турбината на хидроелектроцентралата трябва да се върти равномерно. Водата трябва да постъпва в нея под определено налягане. А времето се променя. Може да настъпи суша през лятото, рядко да валят дъждове, а в язовира трябва да има достатъчно вода, която да осигури нормалната работа на електроцентралата. Затова не бива да се прави резервоар с твърде малък обем — водата може да пресъхне през сушавите лета.

Но ако резервоарът се направи твърде голям, водата ще вземе земи от плодородните ниви и пасища. Затова трябва да се избере най-изгодният обем за бъдещия резервоар. Но как?

В Изчислителния център в Тбилиси използуват за целта машина „МПТ–11“. С помощта на теорията на вероятностите могат да се предвидят случайностите, свързани с валежите на проливни дъждове, като се съберат достатъчно данни за няколко години. Тези данни се наричат математическо очакване. „Очакването“ се залага в машината, залага се също мощността на турбината, всички известни и предполагаеми величини, свързани с използуването на водния басейн — колко вода се изпраща за напояване, колко се филтрира през язовирната стена, и т.н.

Вземайки предвид всички тези данни, машината автоматично пресмята главното — как да се уравновеси напиращият, постоянно променящ се поток от постъпване и разходване на водата.

Но може би най-интересно е моделирането на биологичните процеси. Киевчани са осъществили моделиране на едно от тия сложни явления. Машината трябвало да моделира закона на Дарвин — закона за еволюцията и борбата за съществуване. В Института по кибернетика към Академията на науките в Украйна изработили в автомата всички основи на поведение, необходими за оцеляването му. Била създадена „външна среда“ и „обитатели“ на тази среда, които реагирали на всички изменения на условията за съществуване. Външната среда се създавала с лампички, поставени в кръг. Ако лампичката горяла, значи на това място имало храна.

Лампичките светвали и гаснели, моделирайки течението на живота. Условните обитатели на този модел можели да се движат по кръга в двете посоки. Освен това те получавали информация за състоянието на средата, за да могат да се движат и да търсят храна. Вътрешните състояния на организмите също се моделирали в зависимост от възрастта и от чувството за глад.

Щом попаднел в точката, където гори лампичка, организмът се насищал — чувството за глад намалявало с една единица. Ако организмът попадал в точка с угасена лампичка, където няма храна, чувството за глад се увеличавало с една единица. Възрастта също се изменяла — след определен интервал тя нараствала с една единица. При определени условия организмите трябвало да умират: ако гладът достигал 14 единици, а възрастта — 40 единици. В този случай дейността на организмите завинаги се прекратявала.

Била моделирана също способност на организмите да се размножават. При възраст 16 единици и чувство за глад 8 единици автоматът се делял на 2 нови автомата.

Най-сетне пуснали машината. Моделът направил огромен брой операции с главозамайваща скорост. Започнала условна борба за съществуване на електронните организми. Най-напред загинали съществата, които се движели след храната — те не можели да я догонят, тъй като движението на храната било заложено по-бързо от тяхното движение. Оживели онези, които се движели срещу храната. Те се размножавали, потомците им се приспособявали към начина на живот на родителите. Децата ставали все по-хитри при търсенето на храната. Те забавяли движението си около храната, изблъсквали по-слабите, които постепенно измирали.

И ето поразителния резултат: шестдесет хилядното поколение на електронните обитатели на модела напълно изтласквали всички други форми и ставали единствените жители в тази интересна машина.

Това е най-сложният модел електронни машини — модел на живия живот. Може да се продължат примерите за подобно моделиране, още повече че в много институти в нашата страна и в чужбина моделирането стана най-обикновен метод при проектирането на машини, механизми и съоръжения, в пресъздаването на картини от едни или други бързо течащи процеси.

Но кибернетиката гледа още по-надалеч…

В Киевския институт по кибернетика работи един изключително интересен учен — Николай Михайлович Амосов. Сега той се занимава с необикновено увлекателна и трудна работа: иска да създаде модел на човешкото общество. На цялото човешко общество…

Ето какво казва той по този въпрос:

— Сигурен съм, че при изучаването на сложни системи от типа на живите, като се започне от клетката и се завърши с обществото, построяването на модел е съвършено необходим етап. Тези модели трябва да служат като главен и инструмент в управлението на сложните системи…

Няколко думи за модела на личността, над който работим. Формално ние представяме човека като многопрограмен автомат със сложно многокритерийно управление, способен към обучаване и самоорганизиране.

По-нататък ученият продължава:

— Аз вече предвиждам как някой педантичен читател ще възприеме моето определение за човека като многопрограмен автомат и ще каже: „Гледай го ти Амосов… За него човекът не е вече човек, а машина… Докъде стигнахме!…“

Разберете, че аз съвсем нямам намерение да отричам в човека ни най-малка част от човешкото. Просто използувам приетата терминология в кибернетиката и затова моля тук и по-нататък по отношение на тази терминология да се проявява търпимост…

Ние различаваме няколко категории регулатори, като се стремим да ги ограничим според възможностите на ЕИМ. Та нали психолозите изброяват няколкостотин чувства. Все пак и при нас те са повече от двадесет. Това са производни на инстинктите, на сложните рефлекси и социални чувства. Ако се интегрират всички чувства, може да се получи обобщено нивото на комфорт: именно към неговата максимализация у всички трябва да се стреми обществото.

Моделът на обществото ще представлява структура от социални групи, вещи, знания и природа, които си взаимодействуват помежду си.

Може да се създадат и програми за управление на обществото. В тях ще бъдат заложени необходимите критерии за управление. Основните от тях са максимум душевен комфорт, устойчивост, прогрес…

И аз не мисля, че това, за което говорим сега, е въпрос на много далечно бъдеще. Според мен това бъдеще се измерва вече с десетилетия.

Тия думи на изтъкнатия учен говорят за реалността на модела, над който вече работи институтът.

В основата на много моделиращи системи е заложена така наречената „теория на игрите“. Тя се състои в това, че една от съревноваващите се страни непременно трябва да победи. В 1928 година Джон фон Нойман — един от най-известните математици в наше време — доказа основната теорема в теорията на игрите. Едва след две десетилетия започна бурното развитие на тази теория и многобройните й практически приложения. Под „игра“ започнаха да разбират не шахмат, не карти, не зарове, не икономическа борба, а стълкновение на различни технически интереси, когато се изисква едно или друго решение. Тази борба би могла да бъде и антагонистична. Антагонистичните игри изключително много интересуват господа милитаристите. При генералните щабове започнали да се създават машини, които можели да моделират военно стълкновение и да решават стратегически задачи.

Във връзка с това ми се иска да напомня един много интересен разказ на известния австрийски журналист Роберт Юнг, автор на книгата „По-ярко от хиляди слънца“, за създаването на атомната бомба в Америка.

Юнг често се срещал с учени от най-различни страни.

„Веднъж — разказва той — аз посетих във Франция изчислителния център към военното министерство. Насреща ми излезе генерал Голуа — поредният сеанс-игра на кибернетичната машина току-що беше завършил.

— Моделирахме битка между двете системи говореше генералът, весело потривайки ръце. — Разбирате ли, за няколко часа изиграхме всички варианти на най-големите стълкновения между военните групировки!

— И какво? — попитал го Юнг. — Доволни ли сте от резултатите?

— О, разбира се! — весело отвърнал генералът. — Ние сме предвидили всичко, което би могло да се предвиди. Единственото, което не сме в състояние да предвидим в бъдещата война, е реакцията на народа. Но аз мисля, че това не е така съществено.

Роберт Юнг се усмихнал, гледайки възбудения генерал.

— А знаете ли, господин Голуа, че именно на това единствено обстоятелство аз се надявам.“

Преди няколко години американските кибернетици проектирали модел на съвременното буржоазно общество. Подобно на френския генерал те предвидили всичко: и икономическата база, и конкуренцията между отделните фирми, и наличието на безработица, и изнасянето на капитал в други страни, и възможността от нови технически открития. Няколко години те съставяли програмата на тази мощна машина — модел на обществото на богатите тузове и талантливите работници. Най-сетне в тържествена обстановка машината била пусната.

И изведнъж станало нещо неочаквано: машината престанала да се подчинява и започнала да прави, каквото си иска, както се казва в техниката — изгубила управление. Край нея се суетели конструктори, опитвайки се да проумеят неясните, вече изтръгнали се от тяхното управление процеси.

Уви, експериментът с моделиране на капиталистическото общество завършил плачевно. Машината се задавила, без да бъде в състояние да развива по-нататък процеса на еволюцията.

Може да се предположи, че моделирането на крупни икономически проблеми е невъзможно. Не, това не е така! Сега в лабораториите на Академията на науките в Москва се създава по електронно-математически метод модел на разширеното социалистическо производство — електронен модел на икономиката на страната. С негова помощ могат да се правят десетки и стотици смели експерименти, да се набелязват плановете за развитие на икономиката на народното стопанство. Това е грандиозна задача.

Ще дойде ден и час, когато ще се създаде огромна, изключително интересна машина — модел на цялото земно кълбо. Той ще обхваща стотици страни, ще обхваща континентите, техните потенциални богатства, техническите и енергетични възможности, производството, промишлеността, селското стопанство и културата. В машината ще бъде програмирано и населението на страните, непрестанният ръст на това население, научните, търговските и промишлените връзки. Сега дори е трудно да си представим колко е сложно създаването на подобна машина.

Но нека за минута си въобразим, че при нашите условия в някакъв голям международен център вече съществува и действува такава машина. Уверен съм, че тя безспорно и с цялата си убедителност още веднъж ще потвърди тържеството на социалистическата система в устройството на света и още веднъж ще потвърди неизбежната победа на комунизма на земята.