«Малейший сустав моих пальцев посрамляет всякую машину...» Автор с сомнением посмотрел на свою руку, на зажатую между пальцами шариковую ручку и перевернул страницу журнала, на которой начиналась статья об управлении движением в масштабе живого организма. Эта проблема – предмет исследования Лаборатории биофизики сложных процессов АН СССР. Там сделан фундаментальный вывод: в реальных условиях организм использует лишь небольшое число доступных ему степеней свободы. Он словно закрепощает различные суставы, ограничивая независимость движения в них.
Тут, очевидно, требуется пояснение. Вспомните, как цирковой жонглер удерживает на лбу вертикальный шест – номер сравнительно несложный. Потом на шест забрасывается вращающаяся тарелка – цирк весь погружен в напряженное ожидание: уронит – не уронит. А ведь число подвижных сочленений здесь ничтожно – всего два. Между тем, позвоночник человека – это десятки шарнирно соединенных и поставленных друг на друга элементов. В теле каждого из зрителей, следящих за жонглером на арене, происходят сложнейшие процессы балансировки, по сравнению с которыми цирковой номер – просто забава. Какой именно тип движения необходим в данный момент? Каким шарнирным соединениям организма нужно «дать свободу» и какие – жестко закрепостить? Как мгновенно, в доли секунды изменить это соотношение? Соответствующие команды определяют высшие отделы нервной системы – головной мозг. Нижний же уровень – спинной мозг, – получив от головного соответствующую задачу, командует работой мышц.
Этими вопросами более тридцати лет назад занимался выдающийся советский физиолог Николай Александрович Бернштейн. Ныне его последователи формулируют суть программы так: спинной мозг подобен граммофону, проигрывающему пластинки, выбранные головным мозгом; если в комплекте не оказывается нужной пластинки (двигательного навыка), центральная нервная система может ее изготовить – выработать.
Был исследован и механизм связи систем, которые условно обозначены словами «граммофон–пластинка». Оказалось, что при ходьбе головной мозг не управляет особенностями движения – походкой, например. Он определяет лишь мощность движения. Все же сложности координации связаны с деятельностью спинного мозга.
Отметим, что выбор главного, ведущего параметра для системы управления – актуальнейшая задача. Организм решает ее поразительно экономично – регулировка мощности определяет, догонит ли хищник добычу или упустит ее, сумеет ли животное резко остановиться или, двигаясь по инерции, наткнется на препятствие. В прогнозировании мощностных характеристик участвуют слух, зрение, обоняние, осязание, а также память о прошлом опыте, способность ориентироваться. Ювелирная регулировка системы по одному параметру здесь оказывается значительно более совершенной, нежели в техническом устройстве.
Тщательное изучение энергетических и управленческих проблем организма дает представление если не об уровне научных знаний сегодня (хотя оно с этим уровнем и связано), то по крайней мере – о характере постановки проблемы «ЭВМ – живой организм». Одна из газет недавно вышла с таким заголовком: «О роботах всерьез». Следовательно, всерьез, на уровне технических решений, сегодня можно говорить об устройствах, которые грезились человечеству не одно столетие, об устройствах, в которых синтезируются возможности исполнительных механизмов и «машинного мозга». В Академии наук СССР создана специальная комиссия по теории и принципам устройства роботов и манипуляторов, которая координирует работы в этой области. Возглавляет комиссию академик И. И. Артоболевский.
Сколь эта проблема актуальна сегодня, становится очевидным, если познакомиться с работами Ленинградского института авиационного приборостроения – одного из многих коллективов, занятых проблемой роботов. Ректор института А. А. Капустин считает, что нынешний период роботостроения можно назвать периодом синтеза умных машин из готовых (или почти готовых) частей.
А профессор М. Б. Игнатьев подчеркивает: «Сейчас мы переживаем переломный период производства – наступает этап роботизации предприятий. Надо добиваться, чтобы уже через десять – пятнадцать лет трудились тысячи роботов».
Эта задача будущего ставит тысячи проблем сегодня. Как программировать движение робота? Нужно создать «грамоту движения». Кое-что в этом направлении уже сделано. Английский хореограф Р. Лабан разработал специальный язык стенографического типа, который позволяет записывать статическое положение человека, динамику его движений и даже мимику.