Marek Hotyński jP®:
MASZYNY
JAK LUDZIE
lii
m a s z y n y
JAK LUDZIE
z
Marek Hołyński
MASZYNY JAK LUDZIE
ISKRY Warszawa 1984
O pracow anie g raficzn e M aciej Buszew lcz
Z d jęcia M. H o ły ń sk i (1) oraz arch iw u m PW „ I s k r y ”
R e d ak to r
R o b ert M. S adow ski
R e d ak to r tec h n icz n y E lżbieta K ozak
K o re k to r
B a rb a ra S ien n ick a
ISBN 83-207-0584-3
© C o p y rig h t b y M arek H o łyński, W arszaw a 1984
PRIN TED IN POLAND
P ań stw o w e W ydaw nictw o „ Is k ry ” , W arszaw a 1984 r.
W ydanie I. N ak ład 5000+250 egz.
A rk . w y d . 10,9. A rk . d ru k . 14+2 a rk . w k ład ek . P a p ie r d ru k . sat. kl. IV, 71 g, 82X104.
Szczecińskie Z ak ład y G raficzne, Szczecin, Al. W ojska P olskiego 128.
Zam . n r 0743/11.10/83/1, T-78.
C ena zł 180.—
ÖÖ1.SL-? 6 ? - 5 2 : ^
^ l?f
I
D u s z a m a s z y n y
— Cześć!
— J a k się masz? S form ułuj, proszę, swój problem .
— P o trzebuję przykładu do m ojej książki.
— Tw ojej książki?
— Tak, do m ojej książki o kom puterach. Czy mo
żesz m i pomóc?
— Czy kom putery cię niepokoją?
— Wcale nie. Myślę, że mogą być bardzo użyteczne.
— Czy mógłbyś o ty m szerzej opowiedzieć?
— K o m putery odgryw ają zasadniczą rolę w funkcjo
now aniu naszego społeczeństwa.
— Dlaczego zwróciłeś uw agę ak u ra t na kom putery?
— Dlatego, że książka im w łaśnie będzie poświęcona.
*
* *
Ta książka istotnie będzie poświęcona kom puterom . Ale nie tylko. Znajdzie się w niej bowiem m iejsce ta k że dla innych urządzeń, które potrafią już tak wiele, że w pew nych dziedzinach mogą konkurow ać ze swym tw órcą — człowiekiem.
Rozmowa, którą przytoczyłem na w stępie, to au ten tyczny dialog m iędzy kom puterem a kim ś, kto pisze
5
książkę właśnie o m aszynach cyfrow ych. To nie byłem ja, choć rozmowa ta bardzo tu pasuje. D aję słowo, że nie w ym yśliłem jej ani nie przepisałem z jakiejś po
wieści fantastyczno-naukow ej. Dialog jest w stu procen
tach praw dziw y — był naw et zamieszczony w nau k o wym piśmie „Com puters and People” jako dokum enta
cja eksperym entu, k tó ry odbył się w 1976 roku. K om p u te r uczestniczący w tej rozmowie wyposażony był w program „Eliza”, napisany przez Josepha W eizen- baum a z M assachusetts In stitu te of Technology w S ta nach Zjednoczonych.
O tym program ie i rozmowach z kom puteram i będzie jeszcze w tej książce mowa. Tym czasem sygnalizuję jedynie tę kwestię, aby nie narazić się na podejrzenie, że m am zam iar poświęcić sto kilkadziesiąt stron druku na karkołom ne porów nania człowieka z m aszynam i w rodzaju kosiarki lub obrabiarki. W ystarczy przecież pójść na wycieczkę do pierw szej z brzegu fabryki, by przekonać się, że maszyny, które tam stoją (czyli takie urządzenia, z którym i słowo „m aszyna” z m iejsca się kojarzy), niewiele z człowiekiem m ają wspólnego. Są brzydkie, brudne, hałaśliw e, ociekające sm aram i; pół godziny w ystarczy, by wyjść z bólem głowy. Jeszcze większej niechęci do maszyn nabiera się pirzez reg u la r
ne oglądanie dzienników telew izyjnych.
Jednakże m aszyny to nie tylko tokarki czy silniki okrętowe, czyli urządzenia, któ re w zm acniają ludzkie siły fizyczne lub w yręczają człowieka w rozm aitych czynnościach m anualnych. W iele współczesnych m aszyn przejęło sporą część zarezerw ow anych dotąd dla czło
wieka skom plikowanych procesów intelektualn y ch . N i
kogo nie dziwi już fakt, że coraz doskonalsze urządze
nia w yręczają ludzi w czynnościach w ym agających si
ły, cierpliwości, precyzji lub odporności na szkodliwe w pływ y otoczenia, że spotyka się ich coraz więcej w przem yśle, kom unikacji, handlu czy wojsku. Wciąż jed
\
nak zaskakuje nas ich aktyw na obecność w tak zda
wałoby się całkowicie zależnych od człowieka dyscypli
nach, jak m edycyna, polityka, szkolnictwo czy w alka z przestępczością. Okazało się naw et, że sztuka, bez reszty przecież podporządkow ana ludzkiej wrażliwości i talentom , uległa ogólnym tendencjom i zezwoliła k a
m erom telew izyjnym , laserom i kom puterom wkroczyć na swoje obszary.
O dkrycie techniki drukarskiej było w ydarzeniem nie tylko dla piętnastow iecznych miłośników książek. Spo
wodowało ono istotne zm iany nie tylko w ówczesnej edukacji i kulturze. Oddziałało pośrednio rów nież na sytuację ekonomiczną i polityczną. Stało się zatem n ie
zwykle ważne także i dla tych, k tórzy nie umieli w te
dy czytać.
G dyby ogłosić plebiscyt na w ynalazki techniczne, które w yw arły ostatnio decydujący w pływ na naszą cywilizację, to chyba w łaśnie telew izja, lasery i kom p u te ry znalazłyby się w czołówce. Są one powszech
nie znane i stosowane — stały się jakby symbolami XX w ieku. Zdarzały się, co praw da, w ynalazki b ar
dziej efektowne, które na krótszy lub dłuższy czas przykuw ały uwagę św iata. Mimo to jednak ani bomba atomowa, ani rak ieta kosmiczna (zresztą stary pomysł) nie w płynęły na pokojową codzienność w rów nej m ie
rze co telew izja, której siły oddziaływ ania na społe
czeństwo trud no nie doceniać. Możliwości kom puterów są także ogromne — jeśli wierzyć pojaw iającym się w prasie popołudniowej notatkom — m aszyny cyfrowe potrafią już dzisiaj praw ie w szystko. Wszystko w ska
zuje na to, że i laser stanie się jednym z bardziej cen
n ych i uniw ersalnych wynalazków, jakie kiedykolw iek ludzkość m iała do dyspozycji.
O tych trzech urządzeniach będzie w łaśnie w tej książce głównie mowa — na ich przykładzie bowiem najprościej ocenić w alory obecnie istniejących m aszyn
7
w porów naniu do aktualnych możliwości człowieka.
Wielu czytelnikom takie porów nanie w yda się pewnie przedwczesne, a kto wie, czy nie obraźliwe dla czło
wieka. Nie w ydając więc na razie ostatecznych w er
dyktów, spróbujm y prześledzić rzecz po kolei. P osta
rajm y się ocenić przydatność sztucznie budow anych kończyn, poznać skuteczność urządzeń naśladujących zmysły, zestawić mózg z usiłującym i go w yręczyć m a
szynami. Spraw dźm y następnie, jak te urządzenia dają sobie radę w działaniach, k tó re najlepiej określają ludzką sprawność umysłową: w podejm ow aniu decyzji, rozw iązywaniu problem ów czy też grach uznanych za swoisty m iernik inteligencji. Jak w ypadają w tych dzie
dzinach, w których wszystko dotąd było w ludzkich rękach? Ja k spisywać się będzie m aszyna — lekarz, detektyw , nauczyciel, gospodyni domowa czy artysta?
Można by sądzić, że tak bezcerem onialne zestaw ia
nie ludzi i maszyn, graniczące niem al ze św iętokradz
twem, jest typow e wyłącznie dla naszych, oszołomio
nych sukcesami techniki czasów. Przypom nijm y za
tem, że przed z górą dw ustu laty francuski filozof, le
karz i biolog, La M ettrie, napisał książkę Człow iek ma
szyna, w której dowodził, że „(...) ciało ludzkie je st m a
szyną, która nakręca sama swoje w łasne sprężyny (...) ciało ludzkie to zegar, ale zegar ogromny, zbudow any kunsztow nie i u m iejętnie”.
Skoro takie rzeczy pisano już w X V III w ieku, to trudno się dziwić współczesnym naukowcom, których do analogicznych porów nań in sp iru ją urządzenia znacz
nie bliższe człowiekowi niż zegar (choćby naw et z k u kułką). Pew ne podstawowe praw a przyrody, reguły precyzowane przez m atem atykę, fizykę i chemię, które w jednakow y sposób obowiązują człowieka i maszynę, sprowokowały fanatyków technicyzacji do w ysnuw a
nia na tej podstawie hipotez o jakiejś elem entarnej wspólnocie. „Maszyny jak ludzie: rodzą się, działają
i odchodzą na em eryturę... Każdy, kto posługiwał się dłuższy czas jakim ś technicznym urządzeniem , potrafi wyczuć jego niepow tarzalną specyfikę, ja k gdyby du
szę m aszyny”.
Choć podobne stw ierdzenia ocierają się o m etafizykę, to rozum owanie takie nie było obce naw et bardzo trzeźwo m yślącym ludziom. Znany fizyk am erykański, A lbert Michelson, m iał przez wiele lat do czynienia z urządzeniam i, które sam zbudował do doświadczeń nad prędkością światła. Obcowanie z nim i skłoniło go do następującego wniosku: „M aszyna m a kobiecy charak
ter. Trzeba z nią żartować, starać się ją udobruchać, za
gadać, okłamać, a innym razem należy jej czymś za
grozić”. Dziwne, jak tego typu w yznania przypom ina
ją w iarę ludów pierw otnych — trzeba przeprosić drze
wo, zanim się je zetnie, i nam ówić łódź, żeby zechciała płynąć pod prąd.
Fakt, że telew izor i jego właściciel reagu ją jednakowo np. na siłę graw itacji i podobnie źle znoszą upadek z dachu hotelu „F orum ”, byłby chyba mocno naciąga
nym dowodem ich pokrew ieństw a. Bardziej już prze
konujący w ydaje się taki argum ent: człowiek budow ał rozm aite m echanizm y po to, by się sam em u nim i po
sługiwać — m usiał je więc obarczać pew nym i w łasny
m i cechami. Analogia to jednak bardzo w ątła, jeśli oprzeć ją na spostrzeżeniu, że łopata dobrze się uk ła
da w ludzkich dłoniach, a w nętrze samochodu odpowia
da (poza paru znanym i nam doskonale w yjątkam i) w y
m iarom przeciętnego człowieka. Porów nanie nabiera do
piero w tedy sensu, gdy weźm iem y pod uwagę urządze
nia, które były budow ane na nasz obraz i podobieństwo.
Gdy okazywało się bowiem, że do w ykonania jakiegoś zadania konieczne jest nowe narzędzie, konstruktorzy, zam iast w ym yślać oryginalne rozwiązania, ułatw iali so
bie często spraw ę: „podpatrzm y, jak ludzie w ykonują tę pracę, i zróbm y coś, co działa identycznie”. W te n
9
właśnie sposób narodziły się pierwsze m anipulatory w laboratoriach atomowych — nic więc dziwnego, że ich wygląd naw et osobom o niezbyt rozw iniętej w y
obraźni przywodzi na m yśl ludzkie ręce.
W trosce o ułatw ienie sobie życia stw orzyliśm y dzie
siątki maszyn, których um iejętności znacznie przew yż
szyły zdolności dane człowiekowi przez natu rę. Dźwig przenosi większe ciężary, row er prześciga szybkobiega
cza, program ow ana obrabiarka delikatniej wygładza owal pierścionka od najbardziej w ytraw nego jubilera.
Podobnie z ludzkimi zmysłami: term om etr znacznie precyzyjniej określa tem peraturę, m ikrofon czulej w y
łapuje najcichsze szmery, m ikroskop pokazuje świat, jakim go oko nie dojrzy. W prowadzenie m aszyn cyfro
wych sprawiło, że po stronie m aszyn zaczęto odnoto
w ywać przewagi w niektórych konkurencjach in te lektualnych. Już w krótce po pojaw ieniu się kom pute
rów, czyli przed z górą trzydziestu laty, opublikowa
no listę cech, którym i biły one człowieka na głowę:
1 — szybkość w ykonyw ania obliczeń, operacji lo
gicznych i przetw arzania danych, 2 — pojemność pamięci,
3 — niezawodność działania,
4 — stała w ydajność pracy (nie męczy się, nie de
koncentruje),
5 -— zdolność do odbierania i w ydaw ania w ielkiej liczby inform acji w krótkich odcinkach czasu, 6 — um iejętność udzielania natychm iastow ych od
powiedzi na rutynow e pytania, możliwość po
daw ania ich od razu w drukow anej postaci.
Rzecz jasna, dla równowagi zamieszczano zwykle w y
kaz ludzkich przymiotów, będących jeszcze daleko po
za zasięgiem ówczesnych kom puterów:
1 — zdolność do popraw nych reakcji na nieprzew i
dziane w ydarzenia lub w ydarzenia o m ałym praw dopodobieństw ie w ystępowania,
2 — możliwość rozmaitego podejścia do w ykonania określonego zadania (maszyna działa na ogół w edług jednego programu),
3 — um iejętność odbierania różnorodnych inform a
cji zew nętrznych przekazyw anych w odm ien
n y sposób,
4 — zdolność do syntezy — wyciągania ogólnych wniosków, czasami naw et z fragm entarycz
nych danych,
5 — um iejętność form ułow ania pytań i wątpliwości, w ysuw ania hipotez, abstrakcyjnego m yślenia oraz tw orzenia nowych idei,
fi — zdolność określania celów działania i w yboru kryteriów zapew niających ich realizację.
Mimo tych zastrzeżeń (które zresztą zostały później w znacznej części unieważnione lub mocno osłabione) kom putery stały się nie lada g ratk ą dla ludzi zafascy
now anych potęgą techniki. A utorzy pow ażnych rozpraw dowodzili, że nie istnieje żaden rodzaj ludzkiego za
chowania, którego nie m ogłaby wykonać maszyna cyfro
wa. A skoro tak jest, to — z teoretycznego punk tu w i
dzenia — wygodnie będzie potraktow ać człowieka jak maszynę. N iektórzy historycy nauki uznali naw et kom
p u te ry za jeden z siedm iu głównych punktów zw rot
nych w dziejach naszej cywilizacji, umieszczając je w następującym tow arzystw ie:
1 — opanowanie w yrobu narzędzi,
2 — przyjęcie łowiectwa za podstawowy sposób utrzym ania się przy życiu,
3 — odkrycie i w ykorzystanie ognia,
11
4 — pojawienie się rolnictw a i pasterstw a, 5 — rozwój m iast i cywilizacji m iejskiej, 6 — rew olucja przem ysłowa w XIX wieku, 7 — zbudowanie kom putera.
Nie wszyscy, rzecz jasna, uznali kom putery za ós
m y cud świata. Oprócz zachwytów i pochlebnych opinii, obok przedwczesnego pasowania m aszyn cyfrow ych na wszechmocne „mózgi elektronow e”, pojawiać się zaczęły zasadnicze wątpliwości. Przede w szystkim doszukano się w nich zagrożenia dla podstawowych w artości h u m anistycznych. K ierunek całkiem przeciw ny do prezen
towanego powyżej, ale zrozum iały, bo każda now inka techniczna m iała swoich zwolenników i prześladow ców. Jak wiadomo, akcja rów na się reakcji. R eakcja po pew nym czasie jednak w n a tu ra ln y sposób ucicha — dziś już n ikt nie tw orzy organizacji zw alczających loko
m otywy.
Na tej zasadzie uciszają się więc z biegiem czasu głosy przeciwników kom puteryzacji. Ich koronny argu
m ent, któraś z kolei repety cja obaw czartystów przed m aszynam i parowymi, czyli teza, że m aszyny cyfrowe odbiorą zajęcie tysiącom ludzi (tym razem raczej urzęd
ników niż robotników), został zw eryfikow any przez ży
cie. Okazało się, że zastosowanie kom puterów dopro
wadziło do pow stania już na początku lat siedemdziesią
tych miliona miejsc pracy (a zatem znacznie więcej niż ich poprzednio zredukowano). W ośrodkach oblicze
niowych zatrudniono bowiem praw ie pół miliona osób zajm ujących się przygotow yw aniem danych dla kom
puterów (np. dziurkow aniem k art perforow anych), 200 tysięcy program istów, tyleż operatorów m aszyn i po
nad 100 tysięcy analityków system ów (których zada
niem było tak opisywać pojaw iające się problem y, by dały się one ująć w postaci programów, czyli były
zrozum iałe przez kom putery). Do tego miliona dodać jeszcze należy całą arm ię naukowców zajm ujących się projektow aniem coraz nowszych modeli oraz pracow ników przem ysłu, k tó ry podjął się produkcji m aszyn cyfrow ych i tow arzyszących im urządzeń.
Równie chw ytliw ym argum entem przeciw ników kom puteryzacji (a przy ty m bardziej przem aw iają
cym do wyobraźni) była w izja zagrożenia, jakie dla ca
łej ludzkości mogą stanow ić zbyt rozgarnięte maszyny.
M iały one jakoby stać się niebezpieczne dla swoich twórców, a w przyszłości, w ykorzystując przew agę nad rozpieszczonymi przez powszechną autom atyzację i niezdolnymi do samodzielnego działania ludźmi, dążyć do zapanowania nad światem . Jed nak konstruktorzy, dysponujący najlepszą orientacją w możliwościach kom puterów, zdecydowanie tak ą ew entualność w yklu
czyli. Tw órca cybernetyki, N orbert W iener, już przed w ielu laty tak przyw oływ ał do porządku głosicieli owych fantastycznych teorii: „N iektórych ludzi słowo
«maszyna» zbija z tro p u do tego stopnia, że nie p o tra
fią sobie uzmysłowić, do czego właściwie się te m a
szyny n adają i co można, a czego nie należy pozosta
wiać istotom ludzkim. Szansa stw orzenia m yślących maszyn nie pow inna nas przerażać. Jeśli je w ykorzystać rozumnie, mogą się okazać bardzo w artościow ym n a
rzędziem. Św iat przyszłości zawsze będzie bardziej związany ze zm aganiam i przeciw ograniczeniom n a
szego intelektu, niż z wygodnym ham akiem , w którym moglibyśm y się w yciągnąć i dać się obsłużyć przez ro bota — niew olnika”.
Czy jednak istotnie m am y praw o być pewni, że naw et myśląca, świadoma swojego istnienia maszyna, zdolna do ulepszania siebie samej i budow ania innych sobie podobnych maszyn, nigdy nie zbliży się na niezbyt bezpieczny dystans do swojego pierw ow zoru — czło
wieka? Aby nie odpowiadać na takie pytanie bez do
13
statecznej wiedzy o aktualiach, prześledźm y w n a stępnych rozdziałach, jak w ygląda obecnie relacja m a
szyna—człowiek. Idąc za radą W ienera zastanówm y się przy okazji, w jakich dziedzinach owe „myślące m aszyny” dadzą się „rozum nie w ykorzystać”.
li
R ę k a w rę k ę
W spomniałem już poprzednio o m anipulatorach n a
śladujących ruchy ludzkich rąk. Istotnie, ze w szyst
kich części ludzkiego organizm u kończyny w ydają się najłatw iejsze do odtworzenia. Zasady działania rąk i nóg są stosunkowo proste (w porów naniu np. do skom plikowanych reguł operow ania naszego mózgu).
Oczywiście, gdybyśm y chcieli potraktow ać rzecz b a r
dzo dokładnie, byłyby kłopoty. Trzeba by bowiem wziąć pod uwagę funkcjonow anie w szystkich mięśni (poruszanych przecież różnym i siłam i i kurczących się bądź rozszerzających w rozm aitych zakresach) z dokład
nością do poszczególnych włókien, uwzględnić ich po
wiązania z nerw am i, wdać się w powikłane zależności między zachodzącymi tam zjaw iskam i m echaniczny
mi, chemicznymi i elektrycznym i. Taka szczegółowa analiza jest jednak konieczna tylko wówczas, gdy chce
m y stworzyć biocybernetyczne protezy kończyn, któ
re muszą zgodnie w spółpracować z resztą ludzkiego ciała.
Do innych celów w ystarczy z grubsza naśladować czynności w ykonyw ane przez rękę lub nogę. Umówić się, powiedzmy, że zadowala nas sytuacja, w której tak a stalow a łapa będzie wyciągać się i cofać, zginać w łokciu i nadgarstku oraz poruszać palcami. W tedy n a
15
leży tylko w yprodukow ać poszczególne części we w łaś
ciwie dobranyćh proporcjach, połączyć je m echanicz
nym i przegubami, k tó re będą pełniły rolę stawów, i do
prowadzić do w szystkich ruchom ych elem entów napęd zastępujący mięśnie.
Sam pomysł nie jest nowy. Od stuleci znane są prze
cież przem yślne zabawki, których zadaniem było im i
towanie prostych ruchów — m anekiny w yobrażające wojowników, baletnice, graczy w szachy, ożywione sprytnie uk ry ty m i system am i dźwigni, linek i sprężyn.
Pod koniec X V III w. pew ien szw ajcarski zegarm istrz zbudował np. lalkę — pisarza, któ ry poruszając trzy m anym w „ręku ” gęsim piórem mógł kreślić na kaw ał
ku papieru ciągłe linie. A p arat ten był ponoć na tyle doskonały, że linie układały się w całkiem w yraźne sło
wa, a naw et całe zdania. Widzów zaś najbardziej zdu
miewało, że „pisarz”, aby nie zamazać świeżego tekstu, suszył atram ent piaskiem, k tó ry następnie strzepyw ał.
Użyteczne w praktyce m anipulatory, przypom inające kom binerki na długim uchwycie, pojaw iły się w krótce po ostatniej wojnie. Te szczypce o dwóch palcach, które w ykonyw ały na taśm ie produkcyjnej proste operacje w rodzaju: „chwyć, przestaw , puść”, były już dostępne w latach pięćdziesiątych w norm alnej sprzedaży. U rzą
dzenia te były zw ykle sterow ane za pomocą program o
w anych pulpitów i mogły unieść do 50 kilogramów. To praw da, że ich możliwości m anualne były znacznie uboższe niż przeciętnego robotnika, p o trafiły one jednak obsługiwać szybkie prasy bez obawy u tra ty palców na skutek zagapienia lub nie okazując zmęczenia cały dzień dźwigać ciężary —■ a to już było w arte uwagi.
Rękopodobne m anipulatory zaczęto więc stosować co
raz częściej mimo dość wysokich kosztów ich produk
cji. Jednocześnie opracowano konstrukcje doskonalsze, ta k że w 1962 roku pow stały in stru m en ty na tyle spraw ne, by zasłużyć n a nazwę „robotów ”. Term in się
przyjął i,' podobnie jak „sputnik”, stał się jednym z nielicznych term inów pochodzenia słowiańskiego w światow ej literaturze naukow o-technicznej (zaczerpnię
to go z twórczości K arola Ćapka). P rzyznajm y jednak, że do dziś nie jest zupełnie jasne, co dokładnie ozna
cza — istnieje podobno sto czterdzieści kilka definicji robotów.
Jak dotąd opracowano na świecie m niej więcej tyle samo, bo około 160 modeli robotów rozm aitych typów.
P racu je ich obecnie ponad 20 tysięcy egzem plarzy. We
dług danych statystycznych ponad połowa je st używ ana do czynności m anipulacyjnych, do m alow ania zaś i spa
wania (lub zgrzewania) w ykorzystuje się do 20 pro cent. Ich konstrukcje dopuszczają stosowanie różnych napędów: pneum atycznych, hydraulicznych lub elek
trycznych. Jest też spora swoboda przy wyborze typu dłoni-chw ytaka: do niektórych prac palce niezbyt się przydają, lepsze są na przykład przyssawki, jak u M arsjan w ym yślonych przez literatu rę fantastyczno- -naukow ą.
Badania nad robotam i prow adzi kilka placówek n au kowych w naszym kraju, w yprodukowano już naw et parę rodzajów takich urządzeń (własnego pom ysłu lub licencyjnych), jak na razie w krótkich seriach. Ma ich być jednak więcej, bo do 1980 roku zapotrzebow anie na sztuczne ręce w przem yśle przekroczyło tysiąc sztuk.
Jednym z rdzennie polskich opracowań jest RIM P (Ro
bot In sty tu tu M echaniki Precyzyjnej), przeznaczony do zastępowania człowieka w czynnościach podawania, przenoszenia i zdejm ow ania rozm aitych przedm iotów.
Robot ten (fot. I *) w aży około 500 kg i jest program o
w any z pulpitu sterującego (blok sterow ania w yko
nano na cyfrow ych układach scalonych).
Twórcom sztucznych kończyn nie zależy na ogół na
• ^ ^ r a m ^ ^ z y t ę s k l m l oznaczono k o lejn o ść fo to g ra fii kolo ro w y ch , c y h a jiiiJa ^ b s k ir n l'k o le jn o ś ć zd jęć c za rn o -b ia ły ch .
t fij
2 —’IJaszyiiS^jąfS'- ludzie y j
z?
tanich efektach. Nie m ają am bicji budow ania człeko- podobnych robotów — ulubieńców publiczności każdej większej w ystaw y sprzętu technicznego. Zależy im znacznie bardziej na rezultatach, które przynoszą wy
m ierne korzyści. M echaniczne ręce, jak dotąd, n ajb ar
dziej przydają się w zakładach produkcyjnych. Są nad w yraz użyteczne wszędzie tam , gdzie praca jest dla człowieka zbyt ciężka lub m onotonna (kilka dużych ro
botów obsługuje na przykład w FSO całą taśm ę, na której spaw ana jest karoseria „Poloneza”), naraża na szwank jego zdrowie (hutnictwo, chemia, kopalnie) czy też jest niebezpieczna dla życia. R oboty-m anipulatory nadają się do w ykorzystania n a terenach skażonych prom ieniow aniem (niezwykle ważne z m ilitarnego p u n k tu widzenia), mogą też stanowić załogę statków m iędzyplanetarnych i zgarniać próbki g ru n tu po lądo
waniu. Mimo że współczesne sztuczne ręce nie zawsze w yglądają jak ich ludzki pierwowzór, to niektóre z nich są już niem al ta k samo spraw ne. Oto jedno z tych u rzą
dzeń dem onstruje swoje um iejętności, w ykonując (mo
że jeszcze niezbyt w prawnie) obrazek zamówiony przez dzieci (fot. 1).
Znacznie trudniej było postawić m aszynę na w łas
nych nogach. Choć pierw szy model sztucznej nogi powstał już w 1941 roku, to doskonaliły się one znacz
nie wolniej niż ręce. Można by na tej podstawie są
dzić, że ludzkie nogi nie są tak idealnym środkiem transportu, jak ręce narzędziem m anipulacji. Wcale niełatw o naśladować ich ru ch y za pomocą mechanicznej konstrukcji i taka maszynowa replika nóg w ygląda bardzo nienaturalnie. Metalowe ru rk i zastępujące uda i łydki w ydają się zbyt wiotkie i za długie, staw y ko
lanowe należałoby zabezpieczyć p rzed zginaniem się bez potrzeby do tyłu, stopy są za mało elastyczne, a pal
ce do niczego się nie przydają. Całość z tru d em u trzy m uje równowagę na niewielkiej, ograniczonej w ym o
gami proporcji powierzchni podeszew. O ileż łatw iej, zam iast biedzić się nad kopiowaniem ludzkich nóg, za
stosować inne, bardziej odpowiednie dla m aszyn rodzaje lokomocji, na przykład koła lub gąsienice, które dają im dużo większą swobodę w przenoszeniu się z miejsca na miejsce.
Okazało się jednak, że w niektórych sytuacjach n a
sze nogi spraw dzają się znacznie lepiej. W eźmy na przykład wchodzenie po schodach — przecież w łaśnie dla nóg skonstruow anych. Ja k dziwacznie w ygląda urządzenie, które usiłuje sprostać tem u, jakże dla nas prostem u zadaniu, pokazuje fot. 2. Trzeba jednak przy
znać, że gdzieniegdzie pow stały już modele protez w ier
nie im itujące działanie ludzkich nóg — jeden z cie
kawszych przykładów, zbudow any przez naukowców z tokijskiego uniw ersytetu W aseda, widać na fot. 3.
Problem em absorbującym obecnie tw órców sztucz
nych kończyn jest uzyskanie płynnych, a jednocześnie szybkich i dokładnych ruchów . G wałtow ne i kanciaste gesty wielu doświadczalnych robotów przypom inały bowiem n a początku raczej trening karate niż pożą
dane połączenie m iękkiej elastyczności tancerza z pre
cyzją zegarm istrza. Tym bardziej że każdem u nagłe
mu „ciosowi”, często w ykonyw anem u niezgrabnie i na oślep jako kom binacja krótkich ruchów w poziomie i w pionie, tow arzyszyło głośne sapnięcie pneum atycz
nego układu napędowego, ogromnie przypom inające gardłowe okrzyki karateków .
Istnieją jednakże i udane propozycje sterow ania ro
botami. U kład elektronicznego sterow ania sztuczną rę ką, pow stały w Instytucie M edycyny Fizycznej i R eha
bilitacji w Nowym Jorku, umożliwia m iędzy innym i tak specyficzną operację, jak codzienne golenie m aszyn
ką. Najnowszym opracow aniem w tej dziedzinie mo
że się pochwalić japońskie przedsiębiorstw o Im asen Denki, które w yprodukowało pięciopalczastą dłoń, ste
19
row aną im pulsam i w ysyłanym i przez mięśnie zachowa
nej części ram ienia. Całość waży 670 gramów, zatem m niej niż praw dziw a ręka, mimo że jest wyposażona w dodatkowe baterie zasilające oraz silnik elektryczny.
Eksperym entalnie potwierdzono jej przydatność w wielu sytuacjach w ym agających precyzji i delikatności, jak na przykład picie wody ze szklanki lub prowadzenie samochodu.
Znaczna część współczesnych robotów, które nie m a
ją ta k doskonałych system ów sterow ania, może być w praktyce dosłownie prowadzona za rękę przez człowie
ka. Przypuśćm y, że taka sztuczna łapa m a wykonać jakiś pow tarzający się, złożony ciąg czynności: sto ra zy w yjąć probówkę ze stojaka, potrząsnąć nią, obró
cić i odstawić na miejsce. Zam iast m anew row ać pokrę
tłam i na pulpicie sterującym dla uzyskania odpowied
niej sekwencji ruchów (trzeba by na to poświęcić spo
ro czasu i rozbitych probówek), ujm ujem y ręką „rękę”
robota i w ykonujem y nią po kolei wszystkie potrzebne ruchy. Robot zapam iętuje wszystkie czynności i mo
że je na każde żądanie dokładnie odtworzyć, dając już sobie radę bez niczyjej pomocy w pozostałych 99 przy
padkach.
Od dłuższego już czasu podejm owane są starania, by rozszerzyć możliwości sztucznych kończyn przez umożliwienie im w ym iany inform acji z człowiekiem i z otoczeniem. Nasze ręce i nogi działają m iędzy in nym i dlatego tak spraw nie, że widzimy, dokąd idziemy, słyszym y w ydaw ane polecenia i możemy obserwować, czy zachowujem y się jak należy. M echaniczne kończy
ny sprzężone z kam erą telew izyjną (oczy), układem analizy dźwięku (uszy) i kom puterem podejm ującym decyzje (mózg) byłyby znacznie bardziej efektyw ne niż ślepe, głuche i bezwolne szczypce m anipulatora.
Takie zestawy, zwane robotam i drugiej generacji lub robotam i zintegrow anym i, wyszły już poza m u ry la
boratorium . Przodujący w tej dziedzinie Japończycy (którzy zorganizowali specjalną „szkołę robotów ”, ale nie dla maszyn, tylko dla ludzi oddelegowanych do w spółpracy z robotami) przedstaw ili przed p aru laty robota firm y H itachi wyekwipowanego w m inikom pu
ter, dwie k am ery telew izyjne i m anipulator. Z zestawu klocków robot samodzielnie układał konstrukcje, do
kładnie odpowiadające schem atowi technologicznemu.
Podobny system am erykańskiej firm y Auto Place, zło
żony z bardzo czułej kam ery, układu scalonego i n a
pędzanego sprężonym pow ietrzem ram ienia użyto na próbę do tasow ania k a rt i układania ich w edług ko
lorów. Jeśli zdarzało się, że ręk a pokazała kam erze złą stronę karty , układ scalony w ydaw ał polecenie, aby ją obróciła.
A oto jeden z klasycznych już dziś wzorów: „widzą
cy robot” Mark, którego pierw sza w ersja pow stała pod koniec lat sześćdziesiątych na U niw ersytecie Edyn- burskim . Ręce M arka (para rąk z dłońm i bez palców) były zawieszone na rusztow aniu (fot. 4) i przem ieszcza
ły się podobnie jak suwnica pracująca pod sufitem dużej hali fabrycznej. Umieszczona z boku kam era te lew izyjna obserwowała znajdującą się pod rusztow a
niem platform ę. K am era ta przekazyw ała inform a
cje o aktualnej sytuacji do kom putera ICL-4130, k tó ry z kolei sterow ał pracą rąk. P ółtora roku zajęło ułożenie program ów kom puterow ych, dzięki którym M ark mógł identyfikow ać kształty prostych przedmiotów, oceniać ich tw ardość oraz m anipulow ać nimi w zadany spo
sób. Na fot. 4a widać kilka drobnych elementów, któ
re jedna z późniejszych odmian robota otrzym ała do analizy i do złożenia w logiczną całość. Po w ykonaniu rozpoznania sztuczne ręce, zgodnie z w ytycznym i kom
putera, zabierają się do m ontażu (fot. 4b) i w krótce samochodzik je st gotów (fot. 4c).
Z ostatnich doniesień: zbudowano (oczywiście zno
21
wu w Japonii) rękę, sterow aną za pośrednictw em zleceń w ydaw anych norm alnym głosem (zapewnia to m ikrofon krtaniow y i układ rozpoznawania mowy). Cała ręka waży 2,3 kg, jest bardzo precyzyjna i delikatna (w
„opuszki palców” wmontowano czujniki dotykowe).
Ma przy tym dużą swobodę ruchów — potrafi wyko
nać 20 rozm aitych gestów (ręka człowieka zdolna jest do 27 ruchów).
Nie będziemy jednak szerzej rozw ijać zagadnień związanych ze wzrokiem i słuchem robotów, bo sztucz
ne zm ysły zostaną szczegółowo omówione w następnych rozdziałach. Mechaniczne kończyny, wyposażone w n a
rządy ułatw iające kontakt ze św iatem zew nętrznym , przestały już zresztą budzić sensację. Do tej pory po
w stały na świecie dziesiątki takich urządzeń, a ich opi
sy znaleźć można nie tylko w fachowych biuletynach.
lii
S z k i e ł k o i o k o
K ażda żywa istota funkcjonuje prawidłowo tylko wówczas, gdy potrafi w jakiś sposób naw iązać kon
tak t ze św iatem zew nętrznym . Inform acja odbierana z otoczenia: obrazy, dźwięki, zapachy, w rażenia doty
kowe i smakowe — wszystkie zbierane tym i drogam i doświadczenia składają się na podstaw y naszej w ie
dzy o życiu. Są one nam konieczne do spraw nego dzia
łania, zarówno fizycznego, jak i umysłowego. Ludzie pozbawieni któregoś z podstawowych zmysłów m ają nie tylko kłopoty z praw idłow ym orientow aniem się w pew nych sytuacjach, ale i z dużo większym w ysił
kiem osiągają pełną spraw ność intelektualną. O tym zaś, ile zyskuje m aszyna dzięki zmysłom, można się było przekonać w poprzednim rozdziale — dodanie
„w zroku” lub „słuchu” niepom iernie zwiększało opera
tyw ność sztucznych kończyn i umożliwiało w ykony
w anie przez nie zadań o klasę bardziej złożonych.
W ynalazkiem, k tóry ofiarował maszynom najw aż
niejszy ze zmysłów — wzrok, była kom órka fotoelek- tryczna. W ykorzystano w niej zjawisko fotoprzewod- nictwa, to znaczy zm iany własności elektrycznych nie
których m ateriałów przy różnym ich oświetleniu. U rzą
dzenie to, którego zdolność „w idzenia” jest przecież bardzo ograniczona (nadaje się w sam raz do zam yka
23
nia drzwi w windzie), budziło kiedyś spore nadzieje jako zw iastun „maszynowego oka”. Tak przynajm niej traktow ała je publiczność paryskiej w ystaw y, na któ
rej w 1929 roku zaprezentow ano cybernetycznego psa z wbudowanym i fotokomórkami. Inżynier H enri P irau x skonstruow ał go tak, by poruszał się, gdy do fotoko
mórek dotrze strum ień światła. R ezultat był bardzo efektowny: „pies” przybiegał do pana na sygnał dany latarką.
Pomysł ten był rozw ijany później w rozm aitych odmianach: pow staw ały coraz zm yślniejsze cyberne
tyczne psy, koty, żółwie i myszy. Wiele z nich reago
wało nie tylko na światło, ale i na ciepło. N iektóre m ia- ły złożoną budowę; przydały się jako króliki doświad
czalne w eksperym entach psychologicznych (np. słyn
ne żółwie G reya W altera, które, kiedy były „głodne”, toczyły się do kontaktu zasilającego je w energię elek
tryczną). Jeden z nich oddał naw et „życie” na ołtarzu nauki. T raktując swoje obowiązki zbyt dosłownie, zwa
biony reflektoram i nadjeżdżającego samochodu „zgi
n ą ł” pod jego kołami.
Zdaniem sporej grupy uczonych, najbardziej udanej konstrukcji maszynowych oczu trzeba było poszukiwać naśladując działanie zm ysłu w zroku u człowieka. Je d nym z przykładów takiego podejścia do spraw y stała się rodzina elektronicznych modeli nerw ów wzroko
wych, które nazwano perceptronam i. Zastosowana w nich kom binacja elem entów światłoczułych, połączo
nych w skomplikowany sposób z elem entam i decyzyj
nymi, tw orzyła coś w rodzaju elektronicznej siatkówki.
Perceptron mógł dzięki tem u rozpoznawać proste kształ
ty, na przykład odróżniać koło od kw adratu.
Rozwiązania takie pow staw ały w zgodzie z bardziej ogólnym nurtem , zakładającym potrzebę im itow ania rozm aitych narządów, i to nie tylko rąk, nóg, organów zmysłów czy naw et całego układu nerwowego, ale tak
że układu oddechowego i krwionośnego. K ierunek ten zresztą bardzo się zasłużył ludzkości — w w ielu szpi
talach pracują przecież aparaty, będące rezu ltatem tych badań: sztuczne nerki, trzustki, płuca i serca. Mimo to dość odległy w ydaje się dzień, w którym każda kli
nika będzie dysponować zestawem części zam iennych, zdolnych do zastąpienia dowolnego, zew nętrznego lub w ew nętrznego fragm entu naszego organizmu. Żaden z dotychczas opracow anych przyrządów w spom agających procesy życiowe nie zdołał w pełni dorównać orygina
łowi. Dlatego też człowiek, którem u przeszczepia się w m iarę potrzeby coraz inne protezy, aż do przekształce
nia go w zbiór m echanicznych i elektronicznych pod
zespołów, jest postacią ze św iata czystej fikcji. „P rze
kładaniec” skom pletow any z takich kaw ałków pozosta
nie długo jeszcze wyłącznie bohaterem noweli Lem a i telew izyjnego film u W ajdy.
Sztuczne oczy budow ane na wzór ludzkich okazały się zbyt złożone i kosztowne, w następnych próbach usiłowano więc rozw ijać linię w ytyczoną przez pierw sze fotokomórki. Na tej w łaśnie zasadzie działały czyt
niki inform acji przechow yw anych na taśm ach i kartach dziurkowanych. Każda litera lub cyfra była zakodowa
na w postaci kom binacji otw orków i m iejsc nie prze- dziurkowanych. Podśw ietlając je po kolei identyfiko
wano zakodowane znaki — światło docierało do foto
komórki tylko przez otwory. Ten sposób odczytu, nie
gdyś powszechnie stosowany do w prow adzania danych do kom puterów , jest do dziś jeszcze bardzo popu
larny.
Urządzenie działające na zasadzie zwykłej fotoko
mórki może rozpoznawać nie tylko dziurki symbolizu
jące literę, ale i jej pierw otną postać. W yobraźm y so
bie kw ad rat utw orzony z 16 fotokom órek po 4 w każ
dym rzędzie (rys. 1). Pojedyncza fotokom órka reaguje tylko na ten niew ielki fragm ent obszaru, k tó ry znaj-
25
= t> = t > 2
=> =i>1
R ys. l
duje się bezpośrednio pod nią, i spraw dza, czy jest on czarny, czy biały. Ta prosta konstrukcja pozwala na identyfikację każdej z dziesięciu cyfr.
Sztuczne oczy funkcjonujące w podobny sposób są już dziś stosowane w rozm aitych przyrządach pom aga
jących człowiekowi przy selekcjonow aniu wiadomości, w policyjnych kartotekach, rozliczeniach bankowych czy też segregowaniu listów na poczcie. D ają się one jednak w ykorzystać tylko w przypadku prostych, w y
raźnie zapisanych znaków o jednakow ych w ym iarach — i to raczej cyfr niż liter. Dlatego właśnie w krajach, w których używ a się autom atów do odczytywania kodu pocztowego, n a kopertach nadrukow ane są okienka i tylko tam trzeba wpisywać kod.
Zbudowanie m aszyny swobodnie czytającej dowol
ny tek st nie jest tak łatw e, jak mogłoby to w ynikać z rysunku 1. W ym agające rozpoznania znaki m iew ają przecież różną wielkość, mogą być przesunięte, obró
cone lub napisane inną czcionką. To jednak jeszcze nic w porów naniu z pismem odręcznym — rękopisów pew nych osób nie mogą czasem odczytać naw et ich bliscy przyjaciele.
A by uniknąć pom yłek, należałoby więc odszukać te cechy cyfr i liter, które pozwolą na ich odróżnienie bez żadnych wątpliwości. Po określeniu owych cech w roz
poznaw anym znaku „sztuczne oczy” przesyłają w szyst
kie dane do kom putera, k tó ry ocenia je, porów nuje i w ydaje praw idłow y wyrok. P rzy jm ijm y dla przykła
du, że z fotokom órek przychodzi pierw sza inform acja:
rozpoznawany znak m a okrągły brzuszek. K om puter natychm iast ogranicza poszukiw ania do znaków brzusz- kowatych, czyli do zbioru: a, ą, b, c, ć, d, e, ę, g, o, p, s, u, ó, ś, 0, 3, 5, 6, 8, 9. Odnaleziono następną cechę:
jest pałeczka! W ybór zredukow any został do: b, d, g, p, 6, 9. Wiadomość, że pałeczka jest przeciągnięta w górę, ogranicza poszukiw ania do znaków: b, d, 6, a stw ier
dzenie, że jest ona po praw ej stronie, w yjaśnia sprawę.
Chodzi o literę „d”.
Na podobnej zasadzie oparto program dla kom pute
ra, napisany w W ielkiej B rytanii w 1959 roku i nazw a
ny „Chór dem onów”. K om puter otrzym yw ał inform a
cję o obrazie nie z 16 punktów , jak na ry su n k u 1, lecz z 1024 — czyli pom iaru „czarne czy białe” dokonywa
no v/ 32 rzędach i 32 kolum nach. W pamięci m aszyny zapisano cechy 10 liter (a, e, i, 1, m, n, o, r, s, t).-Ekspe
ry m en tato r w ypisyw ał niezbyt staran nie którąś z tych liter i przekazyw ał m aszynie do rozpoznania. K om puter porów nyw ał jednocześnie w szystkie cechy identyfiko
wanego znaku z ich zapam iętanym i wzorcami. Jeśli nie stw ierdził pełnej zgodności z cechami jednej z 10 liter (np. „i” z rozciągniętą w pionie kropką mogło uchodzić za niestaranne „1”), następowało głosowanie.
W yglądało to, jak by cechy były spraw dzane przez umieszczone w kom puterze demony, które jednocześnie przekazyw ały -swoje opinie demonowi odpowiedzialne
mu za podejmowanie decyzji. Trochę to może skom pli
kowane, ale skuteczne — „Chór demonów” m ylił się tylko o 10% częściej niż człowiek.
27
Współczesne urządzenia do rozpoznawania znaków pism a działają znacznie pew niej. Z drukow anym teks
tem nie m a już na ogół żadnych problemów. Tekst zło
żony dowolną czcionką je st odczytyw any błyskaw icz
nie (kilka tysięcy znaków na sekundę). Pismo odręczne spraw ia jeszcze nieco kłopotów, ale tu też m aszyny osiągnęły biegłość porów nyw alną z um iejętnościam i człowieka. W jednym z ostatnio przeprow adzonych eks
perym entów kom puter rozpoznał 96% liter z 26-litero- wego alfabetu, liter pisanych przez rozm aite osoby. Nie najgorzej; jak w ykazały badania psychologiczne, prze
ciętny człowiek w podobnej sytuacji identyfikuje 97% liter.
Ręcznie pisane w yrazy można właściwie uznać za dw uw ym iarow e rysunki. M aszynową analizę takich obrazów stosuje się od daw na do rozpoznawania obiek
tów na zdjęciach lotniczych, a obecnie także na zdję
ciach satelitarnych. W śród plam o różnych odcieniach szarości sztuczne oko w yłapyw ało domy, drogi i linie kolejowe, któ re oglądane gołym okiem ginęły zakry
w ane przez chm ury, cienie i refleksy św ietlne. Oko ludzkie potrafi bowiem w yodrębnić do 15 odcieni sza
rości, kom puter zaś 250. K om puterow a analiza obra
zów transm itow anych z satelity pozw alała więc odróż
nić chm urę od kłębu dym u wydobywającego się z ko
m ina m ałej fabryczki. Na zdjęciu w yglądają one iden
tycznie, ale światło odbija się od nich nieco inaczej.
Podobnie zdjęcie zw artej dżungli, z dużej wysokości robiącej w rażenie jednolitej zielonej plam y — w y star
czy kilka m in ut pracy m aszyny cyfrow ej i dżungla znika, ukazując u k ry te pod drzew am i w ojskowe cięża
rów ki. K om putery, pracując jak sw oisty filtr optyczny, identyfikow ały na zdjęciach nie tylko nowe instalacje m ilitarne, ale służyły do tak pokojowych celów, jak sporządzanie map, określanie stopnia zanieczyszczenia jezior lub w ykryw anie ławic ryb. Zajmowano się tym
także w Polsce, w ykorzystując zdjęcia pow ierzchni n a szego k ra ju w ykonane z Kosmosu w czasie ekspery
m entu „S yrena”.
Św ietnym testem dla m aszyn było rozszyfrow yw anie zdjęć gazetowych. P rzed ty m doświadczeniem kazano kom puterow i zapam iętać charak terystyczn e własności kilku obiektów, k tó re m ogły się na tych zdjęciach po
jawić: sylw etek ludzkich, tw arzy, samochodów, drzew . N astępnie dawano m aszynie do wglądu pierw sze lepsze zdjęcia z codziennej gazety, n a k tó ry ch mogło być uwiecznione w zasadzie wszystko, w dowolnych kon
figuracjach i pod przypadkow ym kątem (np. ludzie w różnych ujęciach, w idziani z przodu, z boku czy n a
w et z góry). R ezultat był całkiem zadow alający: m a
szyna w ykryła praw ie trzy czw arte znanych sobie obiektów spośród w szystkich ludzi, samochodów, drzew itd., któ re znalazły się na fotografiach.
Wszystko, co m aszyna rozpozna, może być n aty ch m iast w yśw ietlone lub w ydrukow ane dzięki biegłości urządzeń graficznych w spółpracujących z kom puterem . Obraz z kam ery telew izyjnej podzielony na kw adraciki o różnym natężeniu szarości może być od razu rep ro dukow any. W ykorzystali to jarm arczni biznesm eni, o r
ganizując w m iejscach turystycznie atrakcy jn y ch sto i
ska, gdzie każdy może mieć bez czekania w łasny por
tre t na baw ełnianej koszulce albo na ściennym kalen darzu. K anciaste zarysy reprodukcji n a ogół nie znie
chęcają nabywców, a n aw et dodają oryginalności wize
runkowi: „Tak m nie widzi kom p u ter”.
G raficzne ta len ty kom puterów są jednak znacznie większe — mogą one odtw orzyć praktycznie każdy obraz (fot. 5) z zachowaniem w szystkich szczegółów.
Za przykład posłużyć może choćby to, dokonane przez V arían G raphics S tates 4122, w ierne odwzorowanie znanej konstrukcji użytej przez słynnego M auritsa Cor- nelisa Eschera w jego litografii „W odospad” (rys. 2).
29
Rys. 2
Niewielka dygresja: zm arły w 1972 roku Escher to u lu biony tw órca m atem atyków i kom puterologów . W pa
radoksach, podw ójnych znaczeniach, transform acjach i fałszywych planach, od których roją się grafiki ho
lenderskiego m istrza, odnajdują oni wiele u k ry ty ch m y
śli i intelektualnych inspiracji (co nie znaczy, że „Wo
dospad” można traktow ać jako propozycję rozwiązania kryzysu energetycznego).
Rozpoznawanie obrazów przez maszynę okazało się przydatne w wielu, czasem bardzo od siebie odległych dziedzinach. Jedną z nich stała się krym inalistyka, w k tó rej um iejętność ta jest w ykorzystyw ana do id en ty
fikacji odcisków palców i rysów tw arzy osób poszuki
w anych. Ta ostatnia, um iejętność też się zresztą sko
m ercjalizow ała. Za niew ielką opłatę i po wręczeniu kom puterow i naszego zdjęcia tzw. „M aszyna W ieku”
przeanalizowawszy w szystkie dane antropologiczne po
kazuje, jak będziemy w yglądali za la t kilkadziesiąt.
Biegłość kom puterów w operow aniu drukow anym tekstem spożytkowano w zautom atyzow anej drukarni (fot. 6). Dostarcza się do niej a rty k u ł trady cy jn ie p rze
pisany na zw ykłej biurow ej maszynie, a kom puter sam rozmieszcza go na stronie gazety, w ybiera rodzaj czcionki, przestrzega odpowiedniej liczby znaków w w ierszu, czyli robi wszystko to, czym zajm uje się wy
kw alifikow any drukarz.
Innym niebanalnym zastosowaniem widzących m a
szyn je st tw orzenie filmów anim ow anych. K ierunek ten narodził się z zadań, w których nakazyw ane m a
szynie rozw ijanie jakiejś sytuacji graficznej. P rezento
wało się jej, powiedzmy, rysunek człowieka siedzącego za kierow nicą samochodu i żądało m odyfikacji ry su n ku dla kolejnych faz w ypadku drogowego. Chodziło bowiem o najbezpieczniejsze zaprojektow anie w nętrza, bez rozbijania praw dziw ych wozów, narażania ludzi lub niszczenia m anekinów . Maszyna badała szkic wyjścio
wy, liczyła rozkłady sił i odpow iadających im przesu
nięć, a następnie w ykonywała ry sunki ilu stru jące po
szczególne etapy katastrofy zależnie od prędkości samochodu przy zderzeniu bocznym, czołowym lub pchnięciu od ty łu . Pow stająca w te n sposób seria szki
ców staw ała się jakby sekw encją krótkiej kresków ki.
Film iki rysunkow e pow stałe przy w spółpracy kom puterów m iały z początku dem onstrować zjaw iska, k tó re daw ały się ująć w postaci rów nań m atem atycz
nych — takie jak lądowanie pojazdu kosmicznego na obcej planecie albo zderzanie się atomów. D ostarczały one bardzo pouczających modeli rzeczyw istych sy tu a -
31
r
tmi \
V■ ii'/.
♦ w
X
R ys. 3
cji — w szystkie procesy, które z tru d em można było sobie wyobrazić, ukazyw ały się jak n a dłoni. Je st to znakom ity półprodukt dla krótkom etrażów ek p opular
nonaukow ych, w yjaśniających schem aty funkcjonow a
nia złożonych mechanizmów, zasady balistyki, obroty dowolnych b ry ł (rys. 3) czy zm iany zachodzące w stru k tu rze m ateriałów .
Ciekawym zastosowaniem praktycznym mogą się po
szczycić badacze z w ydziału arch itek tu ry M assachusetts In stitu te of Technology. Sfilm owali oni miasto Aspen w stanie Kolorado, robiąc kilkakrotne ujęcia w szyst
kich ulic z jadącego samochodu oraz panoram iczne zdjęcia z pow ietrza pod różnym i kątam i. M ateriał ten wprowadzono do kom putera w raz z planam i dzielnic, kw artałów , a n aw et poszczególnych domów. W rezu l
tacie w pam ięci m aszyny znalazła się kom pletna in fo r
m acja o wyglądzie m iasta. Na m onitorze kontrolnym można teraz uzyskać każdy rodzaj m apy w dowolnej
skali i przekroju, ruchom y obraz ulic w postaci ry su n ków lub kolorow ych filmów. Jeśli chcem y otrzym ać więcej danych, na przykład o restauracji, do któ rej się w ybieram y, w skazujem y palcem to m iejsce na m oni
torze, gdzie znajduje się poszukiw any budynek. Wów
czas na dużym ekranie pojaw ia się fronton restauracji (fot. III), następne dotknięcie palcem — i widzimy szkic w nętrza, uw zględniający rozstaw ienie stolików.
Jeszcze jedno dotknięcie i na ekranie możemy odczy
tać pełną k artę dań.
Pionier kom puterow anej anim acji, John Whitney,- zajmował się film em rysunkow ym jeszcze przed II w oj
ną światową. Na początku la t pięćdziesiątych zaczął on myśleć o zbudow aniu m aszyny, k tó ra m ogłaby sa
ma zmieniać rysunki film ow ane następnie przez k a merę. „Podjąłem eksperym enty ze sprzętem z w ojen
nego dem obilu — mówi W hitney — można go było dostać za małe pieniądze w wielu kalifornijskich skle
pach, prow adzących w yprzedaż m ilitariów . N iektóre z tych urządzeń, na przykład analogowe przeliczniki używ ane do rozw iązywania problem ów balistycznych i sterow ania celownikami artyleryjskim i, były w g ru n cie rzeczy prekursoram i współczesnych kom puterów . Za paręset dolarów kupiłem cały zestaw w oryginal
nych, nie odpakow anych jeszcze skrzyniach. U zyska
łem w ten sposób system, pozw alający na autom atycz
ne sterow anie obrazem anim ow anym w synchronizacji z kam erą. W ykorzystałem go przy realizow aniu wielu zamówień, czołówek film ow ych (m. in. do jednego z fil
mów Hitchcocka) i reklam telew izyjnych”.
W hitney w ykłada na wydziale sztuki U niw ersytetu K alifornijskiego w Los Angeles, a film y w ykonuje w domu. Skom pletow ał sobie system oparty na kom pute
rze PD P 11, k tó ry ma takie same możliwości graficzne, jak dźwiękowe. Obraz rejestrow an y na taśm ie film o
wej odpowiada więc dokładnie muzyce zapisyw anej na
3 — M aszyny ja k ludzie 33
taśm ie m agnetycznej. I jedno, i drugie może być póź
niej równocześnie odtw arzane.
Animowanie filmów fabularnych wymaga naturaln ie bardziej złożonego program u —• rysunek, k tó ry m aszy
na powinna w tym w ypadku ożywić, jest zw ykle dość skomplikowany. Oto przykład w zięty z praktyki: chło
piec w spinający się na slup (rys.
4). Trzeba go podzielić na obszary i określić, jak będą się one zmie
niać w czasie wchodzenia. Na po
czątku jest trochę pracy, ale potem m am y spokój (aż do końca słupa).
Bez pomocy m aszyny rysow nik m usiałby oczywiście odwzorowy
wać ręcznie kolejne fazy ruchu:
Obraz w yjściow y zadaje się m a
szynie, zapisując jego p aram etry na kartach dziurkow anych. Ale można też u ła tw ić ' sobie p ra cę i narysow ać go piórem św ietl
nym na ekranie m onitora w raz z sugestiam i dla maszyny, w jaki sposób należy go rozwi
jać, aby dojść do pożądanego obrazka końcowego. W y
nik kom puterow ej anim acji może być rysow any kadr po kadrze przez wyjściowe urządzenie kreślarskie albo jako ruchom y obraz w yśw ietlany na m onitorze ekrano
wym (fot. II i 7), a stam tąd bezpośrednio rejestrow any przez kam erę filmową. A oto kilka kadrów z takiego filmu, sfotografow anych w prost z ekx*anu monitora (fot. 8).
M aszyny do tw orzenia filmów rysunkow ych spraw dziły się tak dalece, że według ostatnich ocen co n a j
m niej jedna dziesiąta pow stających na świecie kreskó
w ek jest w ykonywana w ten sposób; zaczęto naw et organizować pierw sze festiw ale film ów kom puterow ych.
W laboratoriach badawczych pow stają coraz nowe sy-
steray anim acyjne. Jeden ze starszych, o p arty n a m a
szynie cyfrowej PDP-8, jest już dziś ta k klasyczny, że stanow i eksponat w londyńskim m uzeum nauki. De
m onstracja trw a około pół godziny. Na sporym, um iesz
czonym w ciem nym pomieszczeniu ekranie pojawia się n ajpierw napis: „Antics — system, k tó ry produkuje film y anim owane w krótkim czasie. D ostarczony ry su nek jest przetw arzany na postać cyfrową i w prow adza
n y do maszyny, Antics łączy te inform acje z in stru k cja
m i dotyczącym i ruchu i koloru. Efektem je st cyfrow y zapis ciągu obrazów rejestrow any na taśm ie m agnetycz
nej, k tó ry trafia do urządzenia w ytw arzającego nega
tyw y film ow e”. Ekran zapełnia się następnie czerwony
mi sześcianami. Jeden z nich zbliża się i, obracając, ukazuje rozmieszczone na bokach poruszające się zega
ry, tw arze o zm ieniających się wyrazach. Coraz więcej przem ieszczających się we w szystkich kierunkach po
staci, w irujących taśm, kwiatów, m otyli. W szystko to jest niesłychanie kolorowe, ogromnie dynamiczne, prze
ładowane zm iennymi detalam i. Nie sposób nadążyć za akcją i chciałoby się zostać na następny seans. Chętnych do oglądania jest jednakże zbyt w ielu i organizatorzy pokazu, zdając sobie spraw ę z jego atrakcyjności, usu
nęli z pomieszczenia krzesła.
Gdy zając z animowanego rysunku m ija żółwia, w y
przedzając go z „naszej” strony, to tych kilka klatek film ow ych sugeruje istnienie perspektyw/y. Trójw ym ia
row e obrazy z praw dziw ego zdarzenia są jednak znacz
nie bardziej kłopotliw e do rozpoznania i w ytw orzenia.
Człowiek zw ykle bez nam ysłu odróżnia przedm ioty dalsze od bliższych, choć, jak tw ierdzą kierowcy, cza
sami ta pewność go zawodzi. Ludzie, którym jest to potrzebne z racji zawodu — piloci lub artylerzyści — m uszą stracić nieco czasu, zanim nauczą się szybko i dokładnie oceniać odległość. Maszyna zaś, aby tem u sprostać, musi mieć dodatkowe środki umożliwiające
orientację w przestrzeni. System, k tó ry potrafi ziden
tyfikować osobno postać ludzką i samochód na dw u
w ym iarow ym zdjęciu, ma spore trudności przy doko
nyw aniu tego samego w naturze. N ieobojętne m u jest zwłaszcza w zajem ne położenie obu obiektów: czy czło
wieka ustaw im y za czy przed samochodem (lub, co gorsze, każem y mu wsiąść do środka).
O trzaskanie się z takim i sytuacjam i, czyli popraw ne w ykonywanie tzw. analizy sceny, jest niezbędne dla w szystkich maszyn, które muszą funkcjonow ać w rze
czywistych w arunkach, a zatem w łaśnie w trzech w y
miarach. Zadanie, zlecone jednem u z pierw szych uży
tych w praktyce inteligentnych robotów, brzmiało: roz
poznać kształty dostarczanych do m agazynu skrzyń i ustaw iać je tak, żeby zajm ow ały jak najm niej m iej
sca i żeby przy tym można je było bez trudności w y
ciągać. Robot m usiał wykazać się dużą samodzielnością i pełną orientacją w przestrzeni, bo przewidziano go do pracy w przyfrontow ych składach wojskowych, gdzie z racji niebezpieczeństw a promieniowania nie po
winno być ludzi.
Wśród kom puterow ych programów, um ożliwiających maszynie operow anie trójw ym iarow ym i przedm iotami, wyróżnił się ostatnio program napisany w M assachu
setts In stitu te of Technology. Zarządza on pracą robo
ta przestawiającego kilka różnokolorowych klocków:
sześcianów i piram idek. Przytoczm y tu fragm ent tego eksperym entu.
Człowiek w ydaje polecenie:
— U staw czerwony sześcian albo czerwoną piram id
kę na jakim ś sześcianie.
Maszyna ustaw ia czerwoną piram idkę na zielonym sześcianie i odpowiada:
W PORZĄDKU.
Człowiek spraw dza, czy rozkaz został właściwie w y
konany:
37
— Jakie sześciany leżą na stole?
DUŻY ZIELONY, NA KTÓRYM LEŻY CZERWO
NA PIRAMIDKA, ORAZ DUZY NIEBIESKI I MAŁY CZERWONY.
— Czy oprócz piram idki widzisz jakieś klocki o du
żych w ym iarach?
— TAK, SĄ DWA TAKIE KLOCKI — DUŻY ZIE
LONY SZEŚCIAN I DUŻY NIEBIESKI.
— Połóż jakiś m ały klocek na zielony sześcian.
W PORZĄDKU.
— Jakie klocki leżą na zielonym sześcianie?
CZERWONA PIRAM IDKA I CZERWONY SZE
ŚCIAN.
Jak pam iętam y z drugiego rozdziału, roboty doko
nujące przestrzennych operacji orientow ały się w sy
tu acji dzięki tem u, że były wyposażone w kam ery te lew izyjne. Je st to do tej pory jedno z najdoskonalszych urządzeń naśladujących ludzki wzrok. Pozwala ono nie tylko na w m iarę w ierną rejestrację otoczenia, ale też (w przeciw ieństw ie' do ap aratu fotograficznego lub ka
m ery filmowej) może dostarczać inform acji o tym , co się dzieje w danej chwili, czyli nadaje się do bezpo
średniego połączenia z pracującą maszyną.
K am era telew izyjna zam ienia ruchom y obraz na im pulsy elektryczne, czyli dokonuje tzw. analizy obra
zu. Analiza ta polega jedynie na ocenie jasności po
szczególnych punktów — cały obraz dzielony jest na ponad 520 tysięcy p unktów (większość krajów euro
pejskich stosuje system y o 625 poziomych liniach po 833 p u n k ty w linii). Do uzyskania w rażenia płynnego ruchu wystarcza, ze względu na bezwładność oka, r e jestrow anie zmian obrazu co 1/25 sekundy. Znaczy to, że 25 razy na sekundę spraw dzany jest każdy z 520 tysięcy punktów obrazu, a im pulsy określające ich jas
ność przesyła się kablem lub drogą pow ietrzną do od
biornika. W przypadku kam ery telew izji kolorowej rzecz się jeszcze bardziej kom plikuje, bo oprócz infor
m acji o jasności punktów trzeba też uwzględnić ich barw ę (jedną z trzech podstawowych: czerwoną, zielo
ną lub niebieską).
Jak zmyślnie m aszyna może posługiwać się telew i
zyjnym okiem, dowodzi robot Shakey, skonstruow any w S tanford Research In stitute. Z wyglądu nie przy pomina on człowieka — podobny jest raczej do nie
wielkiej la ta m i morskiej na kółkach. Zam iast rąk ma
1 .. a
rflj
Rys. 6
listwę odbojową, a ponadto w łasny napęd, urządzenie do bezpośredniej łączności z kom puterem i kam erę telew izyjną. Shakeya umieszczono kiedyś w zam knię
tym pomieszczeniu, w którym znajdowała się pochyl
nia i skrzynia, stojąca na pozbawionym w jazdu po
deście (rys. 6). Zadanie brzmiało: spowodować, aby skrzynka znalazła się na podłodze. K am era telew izyjna umieszczona na czubku Shakeya rozejrzała się wokoło i przesłała obraz do kom putera SDS 940. Maszyna cy
frowa rozpoznała znajdujące się w polu widzenia kształty — podest, skrzynkę, pochylnię — i zaczęła
39
się zastanawiać, jak je w ykorzystać do rozwiązania problem u. Na rezu ltat nie trzeba było długo czekać.
Shakey otrzym ał drogą radiow ą polecenie: start, do
pchnąć pochylnię do podestu, wjechać po pochylni na podest, zbliżyć się do skrzynki, zrzucić skrzynkę na podłogę, stop.
Cyklopie oko k am ery telew izyjnej nie zawsze jednak potrafi sprostać subtelnościom kryjącym się w trzecim wym iarze. P rzy p atru je się ono dajm y na to filiżance, do której robot ma nalać h erb aty (fot. 9a) i wysyła oglądany obraz do kom putera, k tó ry przetw arza go na postać cyfrow ą (fot. 9b). Taki płaski zapis nie zawsze daje jednak w ystarczającą inform ację. Aby n a jej pod
staw ie wydać robotowi właściwe polecenie, maszyna często m usi wcześniej wiedzieć, jak zachować się w po
dobnej sytuacji. W tym w ypadku należałoby ją uprze
dzić, w k tó ry z obszarów dw uwym iarowego rysunku trzeba zw ykle kierow ać strum ień z czajniczka. Na u p ar
tego kom puter może samodzielnie wyłowić z telew izyj
nego kadru elem enty określające przestrzenne kształty obrazu. Zmusza go to jednak do niemałego wysiłku, co widać na fotografii 10, (a, b, c). Maszyna usiłuje wychwycić zarys postaci, jej przypuszczalne zaokrą
glenia, zmarszczki i inne przesłanki, mogące przydać się do odtworzenia trójw ym iarow ego w izerunku czło
wieka.
Te wszystkie niew ątpliw e osiągnięcia nie upoważniają jeszcze, by z czystym sum ieniem stwierdzić, że zbudo
wano już przyrząd w pełni zasługujący na nazwę
„sztuczne oko”. Niewykluczone, iż bliscy tego celu są naukowcy, którzy sta ra ją się opracować urządzenia umożliwiające niewidom ym odbieranie w rażeń wzroko
w ych. C iek aw ą. elektroniczną protezę oka opracowano na przykład na uniw ersytecie w U tah. Składa się ona z bardzo m ałej kam ery telew izyjnej umieszczonej w oczodole człowieka i przekazującej sygnały do mózgu.
