Это — тенденция природы к почти бесконечному повторению всех порождаемых ею существ. Нагляднее всего эта тенденция проявляется, видимо, в мире мельчайших объектов. Во вселенной существует меньше ста разновидностей атомов, а сами эти сто разновидностей состоят из очень малого числа (из двух или трёх) обычных, элементарных частиц — электронов, протонов и нейтронов. На этом уровне все индивидуумы, образующие множество объектов, идентичны. Примеры, подтверждающие это положение, могут быть найдены в мире как живой, так и неживой природы: дождевые капли, песчинки, частицы дыма, бактерий, клетки любого куска с виду однородной органической ткани. Всякое дерево покрыто летом большим, хотя, быть может, и не вполне одинаковым количеством листьев. Каждый лист состоит из множества сравнительно немногочисленных разновидностей клеток…
С моей точки зрения, эта множественность представляет собой самую замечательную особенность вселенной, какой она предстаёт перед нами. Внимательный наблюдатель обнаруживает это даже визуально, а прогресс в области разработки точных инструментов и в развитии научных познаний выявляет эту особенность уже с полной и поразительной очевидностью.
Это, безусловно, одно из основных явлений мира, которых не изменят никакие новые открытия. Атомизм в самом широком смысле этого понятия — массовое производство, осуществляемое природой, — представляет собой глубочайшую из научных истин» [Томсон Дж. П. Предвидимое будущее. М.: ИЛ, 1958. Стр. 35 — 37].
И в самом деле, элементарные логические ячейки, составляющие основу современных ЭВМ, знают только два сочетания: 1 и 0. А ведь ЭВМ способны управлять не только роботами, но и сложнейшим производством, а иной раз выигрывать в шахматы у гроссмейстеров, и все это на основе различных логических сочетаний все тех же элементарных ячеек.
Вот и ключ к решению задачи самовоспроизводства: машине — строителю нужно только умело собирать блоки элементарных логических ячеек и создавать потомство с большей памятью и другими перспективными характеристиками.
11. КОНСТРУИРОВАНИЕ РОБОТОВ
РОБОТЫ — ИГРУШКИ
На рис. 81 вы видите модель кибернетического краба, созданную юными техниками в пионерском лагере им. Вити Коробкова (Крымская обл.). Краб двигается на свет электрического фонаря или на солнечный свет, перемещаясь с помощью двух электродвигателей с редукторами, которые вращают колесо (такие узлы есть в комплекте многих детских электромеханических конструкторов). Поверх ходовой части на металлической плите собраны два узла зрения из радиокубов. Нос краба — отсек с батареями 3336 (для питания двигателей) и «Крона» (для питания устройства зрения) — отделяет один глаз краба от другого. Поэтому боковой свет попадает только в один глаз, и его реле включает электродвигатель, разворачивающий краба в сторону источника света. Как только свет попадает и во второй глаз, включается второй электродвигатель и краб движется прямо на источник света. Чтобы в глаза краба попадало больше света, его металлическая платформа установлена под углом 45° к горизонту. Третье колесо, поддерживающее платформу, свободно поворачивается при её поворотах.
Рис. 81 Кибернетический краб
Эту конструкцию можно усовершенствовать. Например, установить на крабе лампу, на свет которой реагировала бы система зрения другого краба. Эту игру можно назвать «электронной охотой». Крабы, снабжённые лампами, будут охотиться друг за другом, пока один не настигнет другого.
Такие же устройства зрения можно установить в фанерную модель собаки, и она, подобно крабу, будет двигаться на свет, лая и помахивая хвостом. Известно много других примеров простейших кибернетических автоматов, моделирующих поведение живых существ.
Наши модели, взаимодействуя с внешней средой, воспроизводят некоторые элементы поведения живых организмов. Внешняя среда воздействует на органы чувств живого организма. У автоматических же моделей роль чувств выполняют чувствительные элементы, способные реагировать на различные воздействия внешней среды. В качестве таких элементов служат фотоэлементы, микрофоны, чувствительные электромеханические реле, реагирующие на механические воздействия, и другие электронные приборы.
КИБЕРНЕТИЧЕСКАЯ ИГРУШКА С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
На рис. 82 изображён забавный щенок, который ходит, весело виляя хвостом, лает, поворачивая голову направо и налево, останавливается, озираясь по сторонам, и затем снова с лаем продолжает движение. Его сконструировал юный техник москвич Мясум Аляутдинов. Электронный блок модели представляет собой программное устройство из трёх реле времени. Одно реле подключает питание к двум другим на определённое время (около минуты), после чего модель останавливается. Два программных реле периодически останавливают модель, включая устройство лая, или переводят его в режим движения. Чтобы получить длительные задержки с эксиодными конденсаторами небольшой ёмкости, оба реле времени собраны на операционных усилителях.
Рис. 82 Кибернетическая собака
При вращении шестерни 44 по часовой стрелке «плавающая» шестерня 39 перемещается вверх и зацепляется шестернёй 35 через промежуточную шестерню 34. Шестерня 35 вращает вал с кривошипом 36, и движение через тягу 6 передаётся голове 9. При этом раскрывается пасть и одновременно при растяжении сжатой пружины 33 устройство имитирует лай. Звучащим устройством служит механическая пищалка. Итак, собака лает, виляет хвостом, поворачивает в разные стороны голову.
Сложнее механическая часть игрушки. Она состоит из устройства, преобразующего с помощью кривошипно-шатунного механизма и промежуточных рычагов и тяг вращательное движение электродвигателя в возвратно-поступательные движения головы, лап и хвоста. Необходимый вращательный момент на валах, на которых укреплены шестерни механизма, обеспечивает реверсивный многоступенчатый редуктор. Для изменения направления вращения выходного вала достаточно изменить полярность источника питания электродвигателя.
Наглядное представление о работе механической части игрушки даёт её кинематическая схема (см. рис. 83).
При вращении шестерни 44 против часовой стрелки «плавающая» шестерня 39 перемещается вниз, зацепляется с шестернёй 38, которая, в свою очередь, передаёт движение на коленчатый вал 37. Этот вал, шар — нирно соединённый с передними лапами 1, заставляет их касаться пола, имитируя ходьбу. Задние лапы 25 передвигаются благодаря шарнирному соединению с передними через тяги 26. Во время ходьбы движется хвост 21 и поворачивается голова 9.
Рис. 83 Кинематическая схема
Тягу хвоста 21 приводит в движение шестерня 41, кривошип 43 и тяга 42, а тягу 5 головы — рычаг 3, прикреплённый к валу шестерни 44.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
С моей точки зрения, эта множественность представляет собой самую замечательную особенность вселенной, какой она предстаёт перед нами. Внимательный наблюдатель обнаруживает это даже визуально, а прогресс в области разработки точных инструментов и в развитии научных познаний выявляет эту особенность уже с полной и поразительной очевидностью.
Это, безусловно, одно из основных явлений мира, которых не изменят никакие новые открытия. Атомизм в самом широком смысле этого понятия — массовое производство, осуществляемое природой, — представляет собой глубочайшую из научных истин» [Томсон Дж. П. Предвидимое будущее. М.: ИЛ, 1958. Стр. 35 — 37].
И в самом деле, элементарные логические ячейки, составляющие основу современных ЭВМ, знают только два сочетания: 1 и 0. А ведь ЭВМ способны управлять не только роботами, но и сложнейшим производством, а иной раз выигрывать в шахматы у гроссмейстеров, и все это на основе различных логических сочетаний все тех же элементарных ячеек.
Вот и ключ к решению задачи самовоспроизводства: машине — строителю нужно только умело собирать блоки элементарных логических ячеек и создавать потомство с большей памятью и другими перспективными характеристиками.
11. КОНСТРУИРОВАНИЕ РОБОТОВ
РОБОТЫ — ИГРУШКИ
На рис. 81 вы видите модель кибернетического краба, созданную юными техниками в пионерском лагере им. Вити Коробкова (Крымская обл.). Краб двигается на свет электрического фонаря или на солнечный свет, перемещаясь с помощью двух электродвигателей с редукторами, которые вращают колесо (такие узлы есть в комплекте многих детских электромеханических конструкторов). Поверх ходовой части на металлической плите собраны два узла зрения из радиокубов. Нос краба — отсек с батареями 3336 (для питания двигателей) и «Крона» (для питания устройства зрения) — отделяет один глаз краба от другого. Поэтому боковой свет попадает только в один глаз, и его реле включает электродвигатель, разворачивающий краба в сторону источника света. Как только свет попадает и во второй глаз, включается второй электродвигатель и краб движется прямо на источник света. Чтобы в глаза краба попадало больше света, его металлическая платформа установлена под углом 45° к горизонту. Третье колесо, поддерживающее платформу, свободно поворачивается при её поворотах.
Рис. 81 Кибернетический краб
Эту конструкцию можно усовершенствовать. Например, установить на крабе лампу, на свет которой реагировала бы система зрения другого краба. Эту игру можно назвать «электронной охотой». Крабы, снабжённые лампами, будут охотиться друг за другом, пока один не настигнет другого.
Такие же устройства зрения можно установить в фанерную модель собаки, и она, подобно крабу, будет двигаться на свет, лая и помахивая хвостом. Известно много других примеров простейших кибернетических автоматов, моделирующих поведение живых существ.
Наши модели, взаимодействуя с внешней средой, воспроизводят некоторые элементы поведения живых организмов. Внешняя среда воздействует на органы чувств живого организма. У автоматических же моделей роль чувств выполняют чувствительные элементы, способные реагировать на различные воздействия внешней среды. В качестве таких элементов служат фотоэлементы, микрофоны, чувствительные электромеханические реле, реагирующие на механические воздействия, и другие электронные приборы.
КИБЕРНЕТИЧЕСКАЯ ИГРУШКА С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
На рис. 82 изображён забавный щенок, который ходит, весело виляя хвостом, лает, поворачивая голову направо и налево, останавливается, озираясь по сторонам, и затем снова с лаем продолжает движение. Его сконструировал юный техник москвич Мясум Аляутдинов. Электронный блок модели представляет собой программное устройство из трёх реле времени. Одно реле подключает питание к двум другим на определённое время (около минуты), после чего модель останавливается. Два программных реле периодически останавливают модель, включая устройство лая, или переводят его в режим движения. Чтобы получить длительные задержки с эксиодными конденсаторами небольшой ёмкости, оба реле времени собраны на операционных усилителях.
Рис. 82 Кибернетическая собака
При вращении шестерни 44 по часовой стрелке «плавающая» шестерня 39 перемещается вверх и зацепляется шестернёй 35 через промежуточную шестерню 34. Шестерня 35 вращает вал с кривошипом 36, и движение через тягу 6 передаётся голове 9. При этом раскрывается пасть и одновременно при растяжении сжатой пружины 33 устройство имитирует лай. Звучащим устройством служит механическая пищалка. Итак, собака лает, виляет хвостом, поворачивает в разные стороны голову.
Сложнее механическая часть игрушки. Она состоит из устройства, преобразующего с помощью кривошипно-шатунного механизма и промежуточных рычагов и тяг вращательное движение электродвигателя в возвратно-поступательные движения головы, лап и хвоста. Необходимый вращательный момент на валах, на которых укреплены шестерни механизма, обеспечивает реверсивный многоступенчатый редуктор. Для изменения направления вращения выходного вала достаточно изменить полярность источника питания электродвигателя.
Наглядное представление о работе механической части игрушки даёт её кинематическая схема (см. рис. 83).
При вращении шестерни 44 против часовой стрелки «плавающая» шестерня 39 перемещается вниз, зацепляется с шестернёй 38, которая, в свою очередь, передаёт движение на коленчатый вал 37. Этот вал, шар — нирно соединённый с передними лапами 1, заставляет их касаться пола, имитируя ходьбу. Задние лапы 25 передвигаются благодаря шарнирному соединению с передними через тяги 26. Во время ходьбы движется хвост 21 и поворачивается голова 9.
Рис. 83 Кинематическая схема
Тягу хвоста 21 приводит в движение шестерня 41, кривошип 43 и тяга 42, а тягу 5 головы — рычаг 3, прикреплённый к валу шестерни 44.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28