Федеральное агентство по образованию Российской Федерации 
 
 

Казанский государственный финансово-экономический  институт 
 
 
 

Кафедра естествознания 
 
 
 
 
 

Основные  результаты кибернетики 
 
 
 
 
 

Выполнил:                                                                         Нигматов Р.Р.

группа 115 
 

Проверил доцент:                                                              Двоеглазов Б.Ф. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Казань 2007

Содержание

Введение

    Современный уровень развития радиоэлектроники позволяет ставить и разрешать задачи создания новых устройств, которые освободили бы человека от необходимости следить за производственным процессом и управлять им, т. е. заменили бы собой оператора, диспетчера. Появился новый класс машин - управляющие машины, которые могут выполнять самые разнообразные и часто весьма сложные задачи управления производственными процессами, движением транспорта и т. д. Создание управляющих машин позволяет перейти от автоматизации отдельных станков и агрегатов к комплексной автоматизации конвейеров, цехов, целых заводов. Вычислительная техника используется не только для управления технологическими процессами и решения многочисленных трудоемких научно-теоретических и конструкторских вычислительных задач, но и в сфере управления народным хозяйством, экономики и планирования. Все это нам позволяет решать кибернетика.

     Необходимость или целесообразность замещения  человека автоматом может определяться одной из следующих причин. Во-первых, функционирование объекта управления может характеризоваться такими большими скоростями, что человек в силу нейрофизиологических ограничений скорости своих реакции не может достаточно быстро в темпе функционирования объекта или, как принято говорить, в реальном масштабе времени осуществлять необходимые управляющие воздействия. Данное ограничение относится в той или иной мере, например, к процессам управления самолетами, космическими кораблями, ракетами, атомными и химическими реакциями. Во-вторых, управляющий автомат оказывается необходимым, когда управление должно осуществляться в тех местах, где присутствие человека либо невозможно, либо связано с большими трудностями и затратами (космические аппараты, другие планеты, опасные и вредные производственные помещения), а телеуправление по тем или иным причинам нецелесообразно. В-третьих, в ряде производственных процессов автоматическое управление может обеспечить более высокие показатели точности изготовления изделий и улучшение других качественных показателей. Наконец, в-четвертых, даже и в тех случаях, когда человек может успешно управлять некоторым производственным процессом, применение управляющих автоматов может дать значительный экономический эффект за счет существенного снижения трудовых затрат.

1. Кибернетика.

    Кибернетика (от греч. Cubernhethes – кормчий) – это наука об управлении сложными системами с обратной связью. Она возникла на стыке математики, техники и нейрофизиологии, и ее интересовал целый класс систем как живых, так и неживых, в которых существовал механизм обратной связи. Основателем кибернетики по праву считается американский математик Н. Винер (1894 – 1964) выпустивший в 1948 г. книгу, которая так и называлась «Кибернетика». [2, стр. 104]. В нашей стране значительную роль в развитии кибернетики сыграли А.И. Берг, В.М. Глушков и другие ученые. [1, стр. 102].

    Оригинальность  этой науки заключается в том, что она изучает не вещественный состав систем и не их структуру (строение), а результат работы данного класса систем. В кибернетике впервые было сформулировано понятие «черного ящика» как устройства, по слова Н. Винера, «которое выполняет определенную операцию над настоящим и прошлым входного потенциала, но для которого мы не обязательно располагаем информацией о структуре, обеспечивающей выполнение этой операции».

    Системы изучаются в кибернетике по их реакциям на внешние воздействия, другими словами, по тем функциям, которые они выполняют. Наряду с субстратными (вещественными) и структурным подходом кибернетика ввела в научный обиход функциональный подход как еще один вариант системного подхода в широком смысле слова.

    «Если XVII столетие и начало XVIII столетия – век часов, а конец XVII и все XIX столетие – век паровых машин, то настоящее время есть век связи и управления» (Н. Винер). В изучение этих процессов кибернетика внесла значительный вклад. Она рассматривает способы связи и модели управления, и в этом исследовании ей понадобилось еще одно понятие, которое было давно известным, но впервые получило фундаментальный статус в естествознании – понятие «информация» ( от лат. informatio – ознакомление, разъяснение) как меры организованности системы в противоположность понятию энтропии как меры неорганизованности.

    Информация  растет с повышением разнообразия системы, но на этом ее связь с разнообразием  не кончается. Одним и с основных законов кибернетики является закон необходимого разнообразия. В соответствии с ним эффективное управление какой-либо системой возможно только в том случае, когда разнообразие управляющей системы больше разнообразия управляемой системы. Учитывая связь между разнообразием и управлением, можно сказать, что чем больше мы имеем информации о системе, которой собираемся управлять, тем эффективнее будет этот процесс. [2, стр. 104-106].

    Рассмотрим  кратко некоторые достижения отечественной кибернетики.

    В 60-х годах советский ученый МЛ. Цетлин предложил и исследовал модели автоматов, способных адаптивно приспосабливаться к окружающей среде. Его работы инициировали интересное направление науки, получившее название «коллективное поведение автоматов». В 70-х годах под руководством отечественного кибернетика М.М. Бонгарда был предложен проект «Животное», нацеленный на изучение адаптивного поведения создаваемых в ходе математического моделирования «искусственных организмов».

    Основное  направление сформировавшегося в начале 90-х годов «Адаптивного поведения» — конструирование и исследование искусственных (в виде компьютерных программ или роботов) «организмов», способных приспосабливаться к внешней среде. Они названы «аниматами» (от англ. animal — животное и robot — робот). [ 5, стр. 62].

    Можно выделить значение кибернетики в разных сферах.

1. Философское значение, поскольку кибернетика дает новое представление о мире, основанное на роли связи, управления, информации, организованности, обратной связи, целесообразности, вероятности.
2. Социальное значение, поскольку кибернетика дает новое представление об обществе как организованном целом. О пользе кибернетики для изучения общества немало было сказано уже в момент возникновения этой науки.
3. Общенаучное значение в трех смыслах: во-первых, потому что кибернетика дает общенаучные понятия, которые оказываются важными в других областях науки – понятия управления, сложнодинамической системы и т.п.; во-вторых, потому что, дает науке новые методы исследования: вероятностные, стохастические, моделирования на ЭВМ и т.д.; в-третьих, потому что на основе функционального подхода «сигнал – отклик» кибернетика формирует гипотезы о внутреннем составе и строении систем, которые затем могут быть проверены в процесс содержательного исследования. Например, в кибернетике выработано правило (впервые для технических систем), в соответствии с которым для того, чтобы найти ошибку в работе системы, необходима проверка работы трех одинаковых систем. По работе двух находят ошибку в третьей.
4. Методологическое значение кибернетики определяется тем обстоятельством, что изучение функционирования более простых технических систем используется для выдвижения гипотез о механизме работы качественно более сложных систем (живых организмов, мышления человека) с целью познания происходящих в них процессов – воспроизводства жизни, обучения и т.п. подобное кибернетическое моделирование особенно важно в настоящее время во многих областях науки, поскольку отсутствуют математические теории процессов, протекающих в сложных системах и приходится ограничиваться их простыми моделями.
5. Техническое значение кибернетики наиболее известное – создание основе кибернетических принципов электронно-вычислительных машин, роботов, персональных компьютеров, породившее тенденцию кибернетизации и информатизации не только научного познания, но и всех сфер жизни. [2, стр. 106].

    2. Тактилограф профессора Уорвика.

    Медики  XIX века в стремлении победить недуги, одолевавшие человечество, ставили опыты на себе, прививая организму всевозможные возбудители заболеваний. Теперь опыты на себе стали практиковать компьютерщики, пытаясь понять, каким окажется наше будущее.

    Еще в 1999 году британский профессор Кевин Уорвик, пророк «наступления машин», имплантировал себе смарт-карту, сделав шаг на пути превращения человека в кибернетический организм.

    В сентябре 2001 года Уорвик продолжил опыты над собой. Он встроил микросхему в нервные волокна левой руки. Этот чип преобразует биоэлектрические импульсы в радиоволны и транслирует их в компьютер. Микросхема также готова улавливать сигналы, посланные компьютером, превращая их в нервные импульсы. «Мы хотим перехватывать команды, отданные мозгом руке, и записывать их на жесткий диск», поясняет Уорвик.

    Сам по себе опыт, продолжает Уорвик, не таит в себе ничего сложного. «Непонятно только, что будет, если компьютер начнет беспорядочно ретранслировать записанные импульсы. Как среагирует на это организм, пока не ясно. До сих пор никто не проводил подобные опыты».

    Итак, на этом жестком диске, надеется профессор, уцелеют наши мимолетные чувства — различные осязательные и болевые ощущения, испытанные рукой и воспринятые мозгом. Его изобретение впору назвать «тактилографом» (от слов tactilis, «осязаемый», и grapho, «пишу»). В распоряжении ученых, может быть, впервые появится подлинный язык нашего тела.

    Вот уже сто лет мы записываем звуки человеческого голоса на пластинки, кассеты, компакт-диски и давно уже не удивляемся этому. «В конце концов, ярость или радость всего лишь электрические сигналы, возникающие в головном мозге. Почему бы их не записать?» — говорит Уорвик. Он надеется, что эти эмоции со временем удастся заносить в память компьютера без каких-либо искажений. Ведь научились же мы за минувшие сто лет записывать на серебристый диск звуки удивительной чистоты, тогда как поначалу среди треска, щелчков и шипения было трудно разбирать слова и мелодии.

    В будущем, уверен он, люди станут обмениваться не только сказанными словами, но и тайным, невыразимым, неизъяснимым — эмоциями. «Это будет своего рода телепатия. Мы научимся понимать друг друга без долгих разговоров, не тратя время и силы на пустые перепалки».

    Кроме того, Уорвик задумал имплантировать себе протез, улавливающий ультразвук: «Теперь у меня появится дополнительное, шестое чувство. В темноте я сразу замечу, если кто-то пойдет мне навстречу». К нашей нервной системе, по словам ученого, вполне можно подключить и другие сенсоры — те, что улавливают инфракрасный свет, рентгеновские лучи или радиоволны.

    Когда-нибудь позднее, продолжает британский экспериментатор, «я попробую напрямую соединить свой мозг с компьютером». Тогда можно будет мигом умножать миллионы на миллиарды, как это делает калькулятор. По примеру компьютера запоминать обширные куски текста. Общаться без помощи телефона. В любой момент проверять свое самочувствие. Лечить себя электрическими сигналами вместо таблеток и микстур. И, может быть, исцелять людей, страдающих от болезней Паркинсона и Альцхаймера, прибегая к электростимуляции. В последнем случае сигналы будут раздражать больные участки мозга, отключая неправильно работающие нервы и избавляя людей, например, от назойливой дрожи рук или ног.

    Мозг  человека незачем противопоставлять мозгу машины. Надо соединять их усилия. Так считает Уорвик.

    Тогда, по его мнению, тема «наступления машин» станет неуместной. Люди присвоят себе все возможности машины, как сто лет назад, создавая аэроплан и авто, заимствовали у птиц умение летать, а у лошадей — нестись во весь опор по ровной дороге. Нахлобучив на себя неуклюжий металлический остов «Вольво» или «Ту», человек помчался в десятки и даже сотни раз быстрее, чем ему было дано от природы. Накинув же на себя сеть из микросхем, люди научатся слышать, видеть и понимать больше и лучше, чем могут животные или вычислительные машины. [3, стр. 14-15].

3. Кибернетические организмы.

    «Киборг»  — это «синергетическое» (от греческ. synergos — «вместе действующий») существо из плоти и электроники. Именно за него ратует британский профессор Кен Уорвик.

    Понятие «cyb(emetic) org(anizm)», сокращенное до звучного слова «киборг», придумал в 1960 году специалист по космической медицине Манфред Клайнс. Теоретически любой человек, снабженный искусственным стимулятором сердца — уже является «киборгом»,

    В будущем протезы станут гораздо совершеннее. Совсем недавно, в апреле 2001 года, появились сообщения о первом протезе ноги, который управляется микропроцессором.

    Уорвик  подчеркивает, что «разработка оборудования для инвалидов» является сейчас одной из главных задач робототехники. Пока протезы рук или ног являются пассивными протезами. Они лишь реагируют на движения уцелевшей части конечности. Немецкие ученые разработали коленный сустав со встроенным компьютером: тот реагирует на такие движения, как «вверх» или «вниз», и подстраивается под них. Искусственная нога послушно следует неровностям рельефа. Подниматься по лестнице на таком протезе гораздо удобнее, чем прежде.