ЭВМ и наука

В историческом плане исследования в области автоматизированных систем визуального восприятия возникли из изучения методов распознавания (классификации) двумерных образов. Однако применение математического аппарата классификации к задачам анализа реальных ситуаций возможно лишь в немногих случаях. Возьмем в качестве примера требование, предъявляемое к такому устройству, как робот: оно должно манипулировать предметами или двигаться по определенной траектории по отношению к ним (а не только их классифицировать). Однако для манипуляции необходим анализ ситуаций в трехмерном пространстве и понимание пространственных отношений между предметами. В таких задачах, как распознавание знаков, представлялось целесообразным запоминать изображения или их характерные особенности, а затем сопоставлять их с другими изображениями или элементами изображений. В реальных же ситуациях объекты входят один в- другой, имеют части, которые взаимосвязанны, но движутся достаточно независимо; эти объекты могут рассматриваться в разных ракурсах и образовывать множество комбинаций. Кроме того, классы объектов часто определяются по своей функции, а не по форме (например, класс стульев или кофейных чашек). Непосредственные методы сравнения по конфигурации оказываются в этом случае неэффективными, за исключением случаев, когда обеспечивается очень жесткое задание параметров.

В электронных системах визуального восприятия в качестве автоматизированного функционального устройства обычно применяется телекамера с цветовыми фильтрами и турельный объектив (или объектив с переменным фокусным расстоянием) для представления объектов крупным планом. Телевизионное изображение записывается в память ЭВМ в виде последовательности значений величин яркости, причем для каждой регистрации кванта цвета требуется от 4 до 8 бит. Автоматизированное визуальное восприятие может рассматриваться как процесс преобразования этого массива чисел в символьное описание.

В последнее время несколько исследовательских лабораторий начали применять методы исследования восприятия к решению практических технических задач. В Стенфордском университете демонстрировались простые автоматизированные операции сборки с использованием устройств, основанных на визуальном и тактильном восприятии. Лаборатории компании «Дженерал моторе» разработали систему для насадки колеса на ось. Японская компания «Хитати» продемонстрировала систему, которая может различать детали из листового металла на движущейся ленте конвейера и определять их ориентацию, что облегчает их последующую обработку. Ввиду двумерной конфигурации этих деталей в этом случае использовались методы сравнения по шаблону. Эти первые результаты показывают, что в недалеком будущем автоматизированные устройства визуального восприятия найдут широкое применение.

О применении ЭВМ в прогнозировании

Лаборатория динамических систем Массачусетского технологического института разработала математические модели глобальных систем, в которых ЭВМ прогнозируют развитие сложных социальных систем на период до 200 лет вперед. Машинное моделирование имеет своей отправной точкой исследования Ванневара Буша, который свыше 40 лет назад сконструировал дифференциальный анализатор для решения простых технических задач. Приблизительно в то же время Норберт Винер изучал системы с обратной связью и ввел термин «кибернетика». В 40-е годы Гордон С. Браун создал в Массачусетском технологическом институте лабораторию следящих систем, в которой была разработана теория систем с обратной связью. Джей У. Форрестер одним из первых использовал цифровые ЭВМ для моделирования таких систем. В своих книгах «Динамика промышленности», «Динамика городов» и «Мировая динамика» он применил теорию динамических систем для анализа деловых органцзаций, управления городского развития и эволюции человеческой цивилизации. Форрестер считает, что моделирование глобальных систем на ЭВМ позволяет оптимально использовать возможности преимущества человеческого разума и ЭВМ для описания социальных систем: человек формирует структуру прогноза, а ЭВМ прослеживает взаимодействия.

Группа исследователей во главе с Деннисом Л. Медоузом предсказала, что если не будут безотлагательно приняты меры для уменьшения темпов роста народнонаселения и экономического развития, то приблизительно через 50 лет мир постигнет социальная и экономическая катастрофа.

В своей книге «Пределы роста» Медоуз утверждает, что на планете конечных размеров развитие не может продолжаться бесконечно, так как природные ресурсы Земли вскоре будут исчерпаны, а окружающая среда до такой степени загрязнена, что существование цивилизации станет невозможным.

Выводы Форрестера и Медоуза вызвали бурю протестов и возражений. Бернхам Бекулт, автор книги «Следующие 500 лет», отмечает, что использование машинных моделей для прогнозирования будущего приводит к результатам, полностью зависящим от исходных данных и допущений, вводимых в машину. Он указывает, что выводы Форрестера и Медоуза основываются на произвольных и пессимистических допущениях.

На каждую пессимистическую книгу о будущем приходятся десятки книг оптимистической направленности. Некоторые футурологи предсказывают применение препаратов, которые увеличат умственные возможности человека, использование электрического раздражения мозга для создания постоянного чувства счастья и изобретение пилюль, которые продлят продолжительность жизни человека до 150 лет. Эти футурологи утверждают, что при помощи ЭВМ ученые раскроют тайну фотосинтеза и человек сможет химическими способами производить в изобилии пищевые продукты. Можно будет извлекать белок из старых шин, газет, компоста и водорослей, а на основе таких растительных веществ, как соя, синтезировать мясо. Человек сможет управлять погодой, например, вызывая сильные дожди в засушливых районах. Окажется возможным создать громадные ядерные установки по опреснению морской воды, производить в районах, которые ранее были пустынями, достаточно продовольствия для миллионов людей. Футурологи предсказывают появление подводных и плавучих городов. Задолго до того как истощатся запасы угля и нефти, будет разработана технология практического использования управляемого термоядерного синтеза. Наша система транспорта будет работать на электроэнергии, производимой на внеземных крупных станциях и передаваемой в виде радиосигналов.

Применение электронных систем обработки данных в нашем обществе вызвало в нем глубокие структурно-организационные изменения. Системы, работающие в реальном времени, позволяют многим тысячам людей использовать ЭВМ, не отходя от рабочего стола и даже у себя дома.

И тем не менее это только начало. Потребуется еще не меньше 10 лет для того, чтобы можно было полностью оценить воздействие электронных систем на человеческое общество. Мы должны понять, что находимся сейчас в процессе перехода от «автоматизированного» общества к «кибернетическому». В ближайшие годы электронные системы и широкополосная связь будут использоваться почти во всех областях человеческой деятельности. Эти системы будут применяться так же, как сейчас в наших домах и учреждениях используются другие современные виды техники, и позволят всем (даже детям) беседовать с ЭВМ так, как мы сейчас говорим по телефону. Напрашивается вывод, что человек, если он хочет сохранить свой род, должен научиться разумно использовать современные, пока еще не очень разумные, электронно-вычислительные машины.