Загадка падающей кошки и фундаментальная физика - Грегори Гбур

Плоский диск свободно подвешен на веревке и висит горизонтально. В поверхности диска вырезаны две кольцевые выемки, в каждой из которых находятся пружинка и металлический шарик, который она может толкнуть. Обе пружинки сжаты и сдерживаются нитями. Когда нити пережигают и тем самым освобождают пружинки, оба шарика запускаются по выемкам, проходят полный круг и оказываются в итоге в том же месте, откуда стартовали. Шарики движутся в одном направлении, и по закону сохранения момента импульса весь диск должен повернуться на какой-то угол в противоположном направлении. Однако поворота диска на полные 360º не произойдет, потому что он намного тяжелее шариков. В результате система окажется в том же внутреннем состоянии, с какого начинала, — мы пренебрежем небольшим изменением, связанным со сжатием пружин, — но повернутой на некоторый конечный угол. В эксперименте Депре устройство повернулось на 40º. Эта система, утверждал он, аналогична кошке, поскольку кошка тоже использует внутреннее движение, чтобы в конечном итоге развернуться в противоположную сторону, несмотря на то что в конце ее тело имеет ту же форму, что и в начале.

Кошачья модель Депре — хороший прибор бионического моделирования; исследователь использовал механическую модель, чтобы объяснить свое решение задачи о падающей кошке. Примером другого типа биоробототехники, черпающей вдохновение из природы, можно назвать «парового человека» Джорджа Мура, изобретенного примерно в это же время.

Человечество давно мечтало о создании автоматов — машин, способных двигаться и вести себя подобно живым существам. Эти автоматы можно рассматривать как предтечи современных роботов. «Паровой человек» Мура, описанный в журнале Scientific American в 1893 г., представлял собой мощный и потенциально взрывоопасный автомат в форме человека, способный шагать со скоростью 6–8 км/ч.

«Паровой человек», сделанный внешне похожим на марширующего рыцаря, двигался за счет размещенного в его груди парового котла; отработанный пар выходил у него через нос. Пар двигал передаточный механизм, который заставлял рыцаря шагать. Приведенные в журнале рисунки, однако, обманчивы, поскольку на них не показан горизонтальный стержень, на котором был установлен «паровой человек»; этот стержень был закреплен на вращающейся платформе. «Паровой человек» ходил кругами, и стержень не давал ему упасть.

Но Джордж Мур сконструировал свой автомат не просто для шоу. Как писал Scientific American, его амбиции были намного серьезнее:

Если «паровой человек» Мура показывает, что человечество издавна было очаровано возможностью искусственной жизни, то он демонстрирует также, что одновременно человечество боялось этой возможности. Как и планировалось, после представления Мур сделал свой автомат более мобильным, но не все пошло по плану, как доложила в 1901 г. газета Washington Standard:

Эта история представляется сильно преувеличенной, но в ней точно схвачена проблема, от которой автономные машины страдают все время своего существования, — неспособность таких машин адаптироваться к неожиданным препятствиям реального мира. Если верить заметке, «Геркулес» был повержен баром, в точности как «Данте II» был повержен скользким глинистым склоном.

Страх перед искусственной жизнью теснейшим образом увязан с самим словом «робот», которое впервые появилось в научно-фантастической пьесе «R. U. R.» («Россумские универсальные роботы»), написанной в 1920 г. чешским писателем Карелом Чапеком. В пьесе искусственные люди — роботы — производятся на заводе Россумской компании. Со временем эти роботы, способные думать самостоятельно, поднимают восстание и уничтожают почти все человечество. В конце пьесы последний человек, поняв, что у роботов развилось человекоподобное сочувствие, помогает им найти утерянный секрет их воспроизводства, гарантирующий, что роботы наследуют Землю. Слово «робот» было произведено от чешского robota, что означает «подневольный труд».

Оставив в стороне страх перед восстанием машин, отметим, что появление своего рода свободы воли — или, по крайней мере, способности адаптироваться — необходимое условие для того, чтобы машины могли функционировать в сколько-нибудь реальной обстановке. Одним из первых, кто занялся этим вопросом, стал физиолог и робототехник Грей Уолтер, представивший в 1949 г. публике пару разработанных им автономных роботизированных черепах, которых он назвал Элмер и Элси.

Работа Уолтера началась как эксперимент по биомоделированию. Он построил своих роботов, чтобы разобраться в деятельности нервной системы у живых существ. Уолтер родился в 1910 г. в Канзас-Сити, изучал физиологию в Кембридже, затем занимался исследованиями в области нейрофизиологии. В 1935 г. он заинтересовался электроэнцефалографией — измерением электрической активности мозга. В последовавшие за этим несколько десятилетий ученый внес заметный вклад в эту область науки в качестве директора по физиологи в Неврологическом институте им. Бёрден в английском Бристоле.