Содержание статьи
Эдмунд Беркли — один из пионеров IT-индустрии. В пятидесятые годы он разработал компьютер Simon — Raspberry Pi своего времени. Его исследования в области робототехники опередили время еще сильнее: сегодняшние пылесосы Roomba и автомобили Google — дальние потомки электробелки Squee, которую придумал Беркли.
В затемненной комнате, деловито жужжа моторами, суетится странный механизм. Он тщательно осматривает помещение в поисках теннисного мяча, который один из добровольцев-зрителей освещает фонариком. Обнаружив его, механизм мчится за добычей. Ловко подхватив мяч специальным совком, он быстро разворачивается и несется к своему «гнезду», над которым мигает лампочка. «Гнездо» — это металлическая пластина, на которой уже лежат несколько собранных ранее мячей. Подъехав к своей базе, устройство сбрасывает мяч из совка и тут же бежит за новой целью. Зрители ликуют, передавая друг другу новые мячи и фонарик.
Именно так в конце августа 1951 года на ярмарке штата Миннесота в Миннеаполисе проходила демонстрация электрической белки Squee, которую создал коллектив инженеров под руководством Эдмунда Беркли (Edmund Berkeley) — ученого, изобретателя и неутомимого популяризатора компьютерных технологий и робототехники.
Страхование, UNIVAC и «машины, которые думают»
Юность Эдмунда Кэллиса Беркли пришлась на двадцатые — тридцатые годы прошлого столетия — время, когда электротехника двигалась вперед семимильными шагами и пытливый ум физиков все глубже проникал в строение атома. Казалось, пределов познания истин бытия просто не существует. Именно эти ощущения в 1930 году наполняли Беркли — молодого выпускника Гарварда, получившего место рядового клерка в нью-йоркском отделении страховой компании Mutual Life Insurance. Блестящий математик, энергично пытавшийся привнести в бухгалтерию страховой деятельности что-то новое, Беркли вскоре заинтересовал руководство старейшей страховой компании США Prudential Insurance of America, которая искала способы автоматизации делопроизводства своего бизнеса. С 1934 года Беркли начинает работать в Prudential Ensurance в качестве руководителя исследовательского отдела.
Именно в этой должности он впервые знакомится с первыми компьютерами и энтузиастами их разработки. В 1939 году воображение Беркли поражает Complex Number Computer — вычислительная машина для работы с комплексными числами, созданная Джорджем Стибицем (George Stibitz) в исследовательском центре Bell Labs. Удивительный калькулятор Стибица, бинарная логика которого базировалась на электромеханических реле, получал задания для своих расчетов по телефонной линии и распечатывал результаты на телетайпной ленте. За сложностью разработки и массой пощелкивающих реле Беркли увидел возможности использования компьютеров обычными людьми. Ведь для связи с «электрическим мозгом» достаточно было сделать простой телефонный звонок. Именно с этого момента жизнь Эдмунда Беркли стала неразрывно связана с компьютерными технологиями и их популяризацией.
Даже Вторая мировая война не смогла сбить Беркли с этого пути. Призванный на службу в военно-морской флот, он в качестве математика попадает в лабораторию Долгрена (Daulgren Lab), которая занималась баллистическими расчетами для орудий военно-морских судов и береговой артиллерии. Работая на ВМФ США, Беркли возвращается в альма-матер — Гарвард, в исследовательский центр Говарда Эйкена (Howard Aiken), где велась разработка электромеханических вычислителей для нужд флота. Там Беркли знакомится с MARK I — первенцем компьютеров с гарвардской архитектурой, разработанным коллективом Эйкена и собранным в цехах IBM. Там же он принимает активное участие в создании MARK II.
Xakep #198. Случайностей не бывает
Накопленный Беркли опыт пригодился ему и в послевоенное время, когда он возвращается к своей работе в Prudential Insurance. В 1946 году для нужд компании Беркли разрабатывает спецификацию вычислителя, что позволяет страховой компании заключить государственный контракт с компанией Eckert-Mauchly Computers, выпускающей компьютеры UNIVAC (преимущественно для военной области). Деятельность Беркли засекречивается, а это противоречит его убеждениям о важности доступной информации о компьютерах для любого человека. Между тем условия контракта с Prudential Insurance запрещают Беркли публиковать какую-либо информацию о своей работе и заниматься чем-либо, кроме военных проектов.
Именно эти ограничения приведут к тому, что в 1947 году Эдмунд Беркли разорвет финансово выгодный для него контракт и откроет собственную консалтинговую компанию Berkeley Associates. Он привлекает к работе перспективных аспирантов и молодых инженеров.
В «свободном плавании» Беркли получает возможность участвовать в социальных проектах, связанных с развитием компьютерной отрасли. В том же 1947 году он становится одним из инициаторов создания некоммерческой организации «Восточная ассоциация вычислительной техники» (EACM — Eastern Association for Computing Machinery), выполняя функции ее секретаря. Спустя год весьма эффективного существования EACM преобразуется в ACM (Association for Computing Machinery) — крупнейший в настоящее время форум специалистов в области компьютерных наук. Сегодня именно ACM ежегодно присуждает престижнейшие «программистские» премии Тьюринга и Грейс Хоппер. Под эгидой этой организации проводятся Международная студенческая олимпиада по программированию и знаменитые человеко-машинные шахматные турниры.
Кроме общественной деятельности, свободное предпринимательство позволяет Беркли уделить время написанию книги — она вышла в 1949 году и называлась «Гигантские мозги, или Машины, которые думают». В ней он в весьма популярной форме излагает основы бинарной логики, принципы работы вычислителей и типовую архитектуру компьютера. В качестве наглядных примеров мощи компьютерных технологий Беркли описывает организацию и возможности компьютеров, с которыми ему посчастливилось познакомиться в Bell Labs, Гарварде, Массачусетском технологическом институте и других центрах передовой научной мысли. Но главной изюминкой книги были не эти могучие вычислители, а детальное описание чрезвычайно простого компьютера, который сам Беркли нарек по имени персонажа детских книжек Простак Саймон (Simple Simon).
Вот как Беркли говорит о нем в своей книге: «...Давайте назовем его «Саймон», по имени его книжного предшественника. «Саймон» настолько прост, что способен уместиться в продуктовую корзину. Конечно, может показаться, что модель электромеханического мозга «Саймона» не имеет никакого практического применения. Между тем «Саймон», как и его взрослые собратья, способен обрабатывать инструкции и выполнять программы, демонстрируя навыки обучения».
Книга «Гигантские мозги...» имела большой успех среди молодежи, увлеченной перспективным направлением компьютерных технологий. У Berkeley Associates не возникало проблем в добровольных помощниках, готовых стажироваться у основателя компании, а выполняемые ей коммерческие проекты давали неплохую прибыль, которую Беркли использовал для разработки действующей модели компьютера «Саймон».
Simple Simon. Компьютер для каждого
Вероятнее всего, «Саймона» можно считать одним из первых, если не самым первым персональным компьютером с открытой архитектурой и стоимостью менее тысячи долларов. Его структура, принципы работы и основы программирования были изложены Беркли в тринадцати статьях, опубликованных в 1950–1951 годах в журнале Radio-Electronics.
Кроме того, собственными усилиями Беркли редактировал и выпускал бюллетень Computers and Automation — видимо, самое первое специализированное компьютерное издание. Следуя пошаговому руководству в его публикациях, любой желающий мог собрать своего «простака». Сама же Berkeley Associates к 1959 году выпустила около четырехсот экземпляров «Саймона», которые были раскуплены школами и университетами в качестве отличных демонстрационных пособий для курса компьютерных наук.
«Саймон» был электромеханическим компьютером с гарвардской архитектурой. Он содержал 129 реле, шаговый переключатель и считыватель стандартной «пятидырчатой» перфоленты. «Простак» не обладал памятью и получал инструкции и данные с перфоленты или от переключателей на своей передней панели. Регистры инструкций были четырехбитными, а данных — двухбитными. Арифметико-логическое устройство «Саймона» — его процессор — подключалось к ним по отдельным двух- и четырехбитной шинам. В качестве устройства вывода «Саймон» использовал пять лампочек, расположенных на передней панели.
«Саймон» интерпретировал программу и данные для нее с предварительно подготовленной перфоленты, которая протягивалась через его считыватель вручную в одном направлении. То есть пропустить какие-либо инструкции программы или организовать операции ветвления в «Саймоне» было невозможно. Зато программы для «Саймона» предусматривали возможность останова и получения промежуточных данных, вводимых с помощью переключателей. Склеив перфоленту в кольцо, можно было организовать циклическое выполнение программы. Очевидно, что этих возможностей «Саймона» хватало только для того, чтобы ознакомить всех желающих с азами двоичной логики, программирования и устройства электромеханических компьютеров. Однако программы «Саймона» могли быть и очень сложными, ведь принципиально не было никаких ограничений на длину протягиваемой через его нутро перфоленты.
Объясняя в шутливой форме уникальность «Саймона», Беркли писал: «Приобретая его, вы приобретаете, вероятно, самый маленький электрический мозг в мире, который можно унести в одной руке (а блок питания в другой). Кроме того, любой владелец Саймона явно будет ощущать себя интеллектуально выше своего приобретения». Интерес, проявленный к «простаку» Беркли, подвиг его на разработку его более умных потомков — компьютеров Geniac, Tyniac, Weeniac и Brainiac.
Об их устройстве было рассказано в 1952 году в изданной Berkeley Associates брошюре «Отчет о маленьких роботах» (Small robots Report). Именно в ней Беркли впервые начинает рассуждать об искусственной жизни. По его мнению, компьютерные существа вполне могут стать «живыми»: «...автоматические машины с органами чувств, мышлением и механизмами взаимодействия. Машины, которые могут адаптироваться к окружающей среде и выполнять различные действия в зависимости от условий, в которых они оказались». Эти мысли были не пустыми мечтаниями. Беркли видел, как усилиями таких ученых, как Уолтер Грей с его «черепахами» и Клод Шеннон с его «умными» мышами, формируются основы кибернетики — науки, способной сделать цивилизацию роботов реальностью.
От мыши Франкенштейна до электробелки Squee
Беркли заинтересовался поведенческими проблемами компьютеров не случайно. В 1950 году среди его ассистентов в Berkeley Associates работали братья Фред и Айвен Сазерленды (Fred Sutherland и Ivan Sutherland). Последний писал магистерскую работу под руководством самого Клода Шеннона и, конечно же, привносил идеи своего руководителя в деятельность компании Беркли. Одной из них была идея робота, решающего задачу прохождения лабиринта. Подобная конструкция уже была реализована в лаборатории Шеннона, и Айвен Сазерленд решил, что ее творчески переработанная версия станет украшением коллекции маленьких роботов Беркли.
В 1951 году усилиями шестнадцатилетнего Айвена Сазерленда Berkeley Associates создает «Франкена» (Franken) — мышь, которая исследовала лабиринт в поисках «пищи». Франкен двигался по полю из тридцати двух квадратов, на которых перегородками создавался лабиринт.
Мозг «Франкена» состоял из шестидесяти реле и памяти — маленького магнитного барабана, способного сохранить 128 двоичных чисел. В ходе демонстрации «Франкена» любой желающий мог отметить координаты одного квадрата как «еду» и еще два квадрата в качестве «замков», открывающих продовольственный квадрат. «Франкен» уже «знал», что открыть «продсклад» можно, последовательно попав во второй и первый квадраты-замки. Для их поиска он исследовал лабиринт. «Франкен» не обладал алгоритмом поиска кратчайшего пути, зато был способен запомнить все тупиковые ветви. За свою электромышь юный Айвен Сазерленд получил три тысячи долларов — премию от Технологического института Карнеги. Выдавая ее, руководство института не догадывалось, что премирует будущего разработчика первой в мире CAD-системы и создателя первого графического пользовательского интерфейса.
Мышь «Франкен» бегала в ограниченном пространстве алюминиевого лабиринта, а Беркли мечтал о полностью автономном роботе. Его восхищала простота реализации механических черепах английского коллеги Уолтера Грея, однако он считал, что поведение автономного робота может быть более сложным, чем уклонение от препятствий на пути к «дому».
Соратник Беркли Роберт Йенсен так рассказывал об идее разработки белки Squee: «Мы решили создать робота, который делал бы нечто более «умное», чем черепахи Грея. Так родилась идея робота-белки, собирающей «орехи»».
Белка Squee имела четыре органа восприятия: два глаза-фотоэлемента и два щупа-контакта, которыми она «ощущала» приближение к своему «гнезду» — металлической пластине. Глаза у Squee были разными. Один из них воспринимал непрерывный свет фонарика, которым освещались мячики, имитирующие орехи. Другой глаз видел свет стробоскопа, мигающий над «гнездом» 120 раз в секунду, и позволял Squee сориентироваться на пути домой. «Ногами» Squee были колеса, а «лапами» — специально сконструированный лоток, которым электробелка ловко подхватывала мячик, чтобы отвезти в «гнездо».
Маленький «мозг» Squee состоял из дюжины ламп и реле. Электробелка с неизменным успехом демонстрировалась Berkeley Associates в Нью-Йорке, Питсбурге и Миннеаполисе. Шустрого робота Эдмунда Беркли по самым скромным подсчетам посмотрело более пятидесяти тысяч человек. Никакой заумный университетский компьютер не способен был так эффективно представить достижения вычислительной техники.
Автономность Squee восхищала Беркли. И одновременно заставляла задуматься о будущем, в котором подобные белке, но более сложные автономные механизмы будут «жить» бок о бок с человеком. Еще в своей первой книге «Гигантские мозги…» главы 11 и 12 Беркли посвятил вопросам применения компьютеров в будущем и социального контроля над ними. Будучи «технарем», он не философствовал, а делал прогнозы об областях, в которых компьютеры станут доминировать. И прогнозы эти весьма провидческие. Автоматические адресные книги, цифровые библиотеки, компьютерные переводчики и системы распознавания текстов и устной речи.
INFO
Робот-белка Squee был создан командой Эдмунда Беркли в единственном экземпляре. В конце семидесятых Беркли подарил Squee Гордону Беллу — тогда вице-президенту знаменитой Digital Equipment Corporation, а ныне известному евангелисту лайфлоггинга (см. статью «История лайфлоггинга»). Впоследствии Белл передал отлично функционирующую и по сей день Squee Музею компьютерной истории в Маунтин-Вью.
Воображение Беркли рисует фантастический для начала пятидесятых мир, в котором компьютеры помогают людям предсказывать погоду, управляют домашними бытовыми приборами, выполняют функции машинисток и стенографистов, а также общаются с пользователем на естественном языке, помогая быстро отыскать нужную информацию в гигантских цифровых библиотеках. «Небольшие карманные компьютеры, оснащенные запоминающим устройством на магнитной ленте и подключенные к радиосети, позволят хранить нужные телефонные номера, планировать встречи, организовывать общение с другими людьми или с большими компьютерами», — так Беркли видел наш, наполненный смартфонами и облачными вычислениями, мир. Он рассуждал о многоуровневом компьютерном управлении, когда одни вычислители контролируют деятельность других. На лужайках перед домами на «Земле будущего» Беркли трудятся автономные газонокосилки, а в полях — комбайны без водителей, контролируемые по радио «гигантскими мозгами» супервычислителей.
После смерти Эдмунда Беркли в 1988 году в его личном архиве была найдена рукопись так и не вышедшей в печать книги «Конструкция живущих роботов» (The construction of livivng robots). В ней Беркли задумывается о кибернетической стороне понятия «жизнь» и пытается найти ответы на вопросы об адаптации полностью автономных роботов к сложным условиям окружающей действительности. В отличие от фантастических «трех законов робототехники» Азимова, Беркли формулирует три весьма прагматических закона самосохранения «живого» робота:
- Он должен избегать столкновения с препятствиями, которые могут нанести ему вред.
- Он не должен уезжать чересчур далеко, поскольку может слишком удалиться от привычной среды обитания.
- Он должен периодически возвращаться на «базу», когда возникнет нужда в ремонте или подзарядке.
В мире «живых» роботов по Беркли имеются даже компьютерные варианты смерти и инстинкта размножения. «Человечество не может позволить, чтобы роботы бесконтрольно размножались. Почему бы не устроить так, чтобы число искусственных существ оставалось неизменным? Представим, что каждый робот поддерживает связь с «родильным домом». Когда в случае необратимой поломки робот «умирает», его связь с «родильным домом» прерывается и последний производит взамен нового робота».
При этом задумки Беркли — не пустые фантазии. В рукописи на примере незамысловато организованного мира автономных роботов, чрезвычайно напоминающих поведением робобелку Squee, он в деталях расписывает алгоритмы действий как самих «живых» роботов, так и обслуживающей их инфраструктуры: станций ремонта, зарядных станций и фабрик — «родильных домов». На базе доступной в пятидесятых схемотехники представлены реализации «рождения», «жизни» и «смерти» роботов.
Наверняка для современников Беркли большинство его футуристических рассуждений были эксцентричными диковинками, балансирующими на грани научной фантастики. Но вот его слова, завершающие «Конструкцию живущих роботов»: «Только ли это голая теория? Кому нужны «живые» роботы? Начнем с меня. Мне нужны. В моей небольшой организации сконструирован «маленький мозг» Simon и робот-белка Squee, и мы активно работаем над созданием других роботов. Зачем? Это ведь замечательно — раздвигать горизонты известного. Это — вызов человеческому воображению. Ну и заодно неплохой бизнес».
Аренда маленьких роботов Berkeley Enterprises стоила от 15 до 150 долларов. 70% этой немалой для пятидесятых суммы составляла стоимость материалов и труда сборщиков, 18% шло на административные расходы, и только 10% составляла прибыль.
Под таким углом зрения стоит повнимательнее взглянуть на современный мир, в котором поселились «живые» ассистенты Siri и Cortana, автономные «гугломобили» и умные дома, управляемые термостатами Nest. Все это — отзвуки идей энтузиастов зари компьютерной эры, подобных Эдмунду Беркли.
