В последние годы специалисты в области генетики далеко продвинулись в понимании сущности живых средств. Возникло новое научно-техническое направление — генная инженерия, исследующая возможность изменения биологической природы живого существа. Операции генной инженерии по своей сущности в чем-то подобны операциям совершенствования машины: и в том, и в другом случае объект приобретает навые свойства, отсутствующие у исходного.
Еще два века назад естествоиспытатели хотели подойти к животному и к человеку как к машинам. Но о сущности машины ясного представления еще не было, да и о человеке познания были весьма неполными. Поэтому подобным утверждением ставили знак равенства между двумя неизвестными объектами и из этого выводили далеко идущие следствия.
В настоящее время оба объекта — и человек, и машина — изучены значительно лучше. Поэтому попробуем выяснить то общее, что присуще обоим этим объектам, но с другой точки зрения. Принимая во внимание, что машины — это результат интенсивного человеческого труда и человеческой мысли, а также и то, что они создавались как искусственное продолжение (и развитие) того или иного органа человека, можно, стало быть, говорить об их естественной истории. Наш краткий экскурс в эту историю показал, что развитие машин шло, несмотря на кажущуюся хаотичность, по строгим закономерностям. Все излишнее, ненужное, возникающее на протяжении срока такого краткого по сравнению с жизнью человечества отбрасывалось и оставалось в памяти лишь как курьезы, не заслуживавшие серьезного внимания. Впрочем, здесь, как и в других областях человеческой деятельности, случались и ошибки: отброшенные «курьезы» оказывались интересным решением технической задачи, и к ним возвращались, но уже на новом техническом уровне.
Так как машины являются усовершенствованными и целенаправленными органами человека, то, очевидно, принципиальное подобие между живым существом и его механическим отображением все время возрастает. В особенности это относится к машинам автономного действия. Возникают машины с искусственным интеллектом, самообучающиеся машины и, очевидно, появятся в ближайшее время еще новые классы этих машин. Возможно, что в дальнейшем искусственный интеллект будет создаваться не на электронной, а на биологической нейронно-волоконной основе. Но все это — дело будущего.
В целом можно так сформулировать основные этапы эволюции машин: 1) от времени изобретения первых механизмов до конца первой трети XVIII в. — машина заменяет физическую силу человека, ее составляют двигатель, передача, рабочий орган; 2) с середины XVIII в. до середины XX в.— машина заменяет физическую силу человека и его умение; в ее состав начинают входить элементы регулирования и управления; 3) с середины XX в. до настоящего времени — машина заменяет физическую силу человека, его умение и некоторые его физиологические и психические функции; в ее структуру входят элементы регулирования, управления, искусственного интеллекта.
Строение механизма или "анатомия» машин
В конце XIX — начале XX в. в Англии жил и творил выдающийся художник-юморист Хит Робинсон. Объектом своих насмешек он избрал... машину. Он выдумывал машины для самых разнообразных и самых невозможных целей. Как правило, машины на его рисунках поражают своими размерами, грубостью техники исполнения и явным несоответствием между затраченной и получаемой работой. Сделаны они «из-под топора», связаны веревочками, карикатурны в прямом смысле этого слова, и несмотря на все это, их можно выполнить «в натуре» и даже заставить работать, что иногда и делалось, в частности, самим же художником. Более того, у него среди машиностроителей была такая высокая репутация, что они неоднократно «пользовались» его идеями.
В годы первой мировой войны карикатурист «перешел» на создание военной техники. Существует мнение, что он имеет несомненный приоритет в таких делах, как камуфляж, использование дымовых завес. Известно также, что его приглашал для разговора один из руководителей британского генерального штаба.
Генерал этот упорно старался узнать у художника, откуда он получил информацию относительно одного чрезвычайно секретного военного изобретения, и никак не хотел поверить, что художник сам додумался до него. Говорили даже, что сотрудники немецкого генштаба также не пропускали ни одного номера тех журналов, в которых карикатурист публиковал свои рисунки.
Выходит, что, несмотря на свой неприглядный внешний вид и крайнюю грубость конструкции, машины, нарисованные художником, обладали чем-то, что свойственно вообще всем машинам, — у них был присущий им «организм». Ведь, по мнению специалистов, машина есть устройство, создаваемое человеком для использования законов природы с целью облегчения физического и умственного труда, увеличения его производительности путем частичной или полной замены человека в процессе труда. Это устройство так или иначе занимается преобразованием энергии и материалов, переработкой информации.
Вычленяя то общее, что присуще любой машине, мы неизбежно придем к двум понятиям — машина и механизм. Оба эти понятия иногда перекрывают друг друга, но и в этом случае они описывают один и тот же объект, с двух, естественно, различных точек зрения. В только что приведенном определении машины на первом месте стоит ее «динамическая» сущность, т. е. то, что она производит работу, заменяя при этом человека.
Механизм — это приспособление для передачи и преобразования движения, а движение, в свою очередь,— обязательный атрибут машины; в этом ее существенное сходство с живым организмом.
Машина может состоять из одного или нескольких механизмов, которые выполняют различные функции. В своей совокупности они должны составить такую последовательность или цепь, которая, исходя из некоторого данного движения, преобразует его в тех целях, для выполнения которых и создана машина.
Выше уже говорилось, что в машине с древних времен различали три составные части: двигатель, передачу и орудие. Двигатель, или приемник, производит или принимает работу, предназначенную для приведения машины в действие; передача служит для распределения работы по рабочим органам машины, которых у машины может быть один или несколько.
Рабочие органы обязательны в каждой машине. Без них нет машины, если исходить из ее предназначения. Иными словами, рабочий орган — обязательное условие существования машины.
С давних же времен в состав машины иногда вводились еще органы, регулирующие ее ход, а иногда и управляющие им. Эти органы, очевидно, не входят в число трех обязательных.
Современная научно-техническая революция выявила наличие еще трех составных частей машины — регулирующей, логической и кибернетической, которые не обязательны, но которые все чаще встречаются в составе машин.
Интересно, что не только в каждой машине есть три вида обязательных составных частей и три необязательных, но подобное же разделение по основному назначению можно отнести и к самим машинам. Могут быть машины-двигатели, машины-передатчики, машины-орудия, логические машины и т. п. Так, например, токарный станок является рабочей машиной, или машиной-орудием. Но это в то же время и настоящая машина, в ее составе мы можем обнаружить двигатель, передачу, орудие, а возможно, и логическую группу (станки с программным управлением).
Продолжим наш анализ. Рассмотрим, из каких частей состоит механизм. Прежде всего, это — звено. Звеном называют «скелетную» часть механизма, т. е. его несущую конструкцию, но — и это надо обязательно иметь в виду — абстрагированную от физических свойств материала. Такими свойствами уже обладает та или иная деталь звена.
Число звеньев меньше числа механизмов. Известно около пяти тысяч механизмов, но звеньев же около двухсот. Сюда относятся рычаги, кулачки, зубчатые колеса, диски, «мальтийские кресты», винты и гайки, а также звенья, обладающие различными свойствами. В зависимости от своего назначения звенья могут иметь различную форму (например, зубчатые колеса: цилиндрические, конические, эллиптические, винтовые) и различные размеры.
С того времени, когда было выяснено, что машины состоят из механизмов, и до настоящего времени продолжаются попытки классификации всего этого непрерывно растущего множества. Их классифицировали по форме, по характеру передаваемого ими движения, по их функциональному значению, выясняли их теоретическую структуру. Все эти попытки вошли в фонд учения о машинах, но самая известная из них, получившая мировое признание, это классификация одного из основателей русской научной школы по теории механизмов и машинам Леонида Владимировича Ассура. Об этой классификации, разработку которой продолжила советская школа ученых-механиков, речь пойдет ниже.