ИГРУШКИ КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ

— кибернетические устройства (автоматы), наглядно воспроизводящие либо те или иные свойства кибернетических систем для целей проведения научного эксперимента, либо имеющие демонстрационный, учебно-методический или развлекательный характер. Как правило, они являются примерами устройств, воспроизводящих относительно простыми средствами разнообразные формы целесообразного поведения. Простейшие И. к. - автоматы с жесткой программой, получившие широкое распространение в 18 веке, например, часы, снабженные дополнительными механизмами, приводящими в действие фигурки человека, животных и т. п. Так, известные часы «яичной фигуры», изготовленные выдающимся русским изобретателем И. П. Кулибиным, содержали внутри миниатюрный игрушечный театр с согласованно движущимися фигурками; часы — «павлин» Кокса

1. Схематический разрез «утки» Вокансона.

2. «Робот»

3. Принципиальная схема «черепашки» Уолтера лвигатель рулевой колонки: приводной двигатель колеса).

4. Различные виды поведения «черепашки» Уолтера: а - поиск при отсутствии яркого света; б — стремление к не очень сильному источнику света в — поведение при наличии двух сильных источников света; г — обход препятствия при движении на свет; д — движение к свету двух «черепашек»; е — посещение «кормушки»; ж - «черепашка» перед зеркалом; a — «знакомство» двух «черепашек».

5. Путь «мыши» в лабиринте Шеннона» до «обучения»; после «обучения».

содержат много подвижных фигур («сова» в клетке, «петух», «павлин» и т. д.), которые при наступлении заранее установленного времени приводятся в движение. К другому виду И. к. относятся автоматические (заводные) игрушки, способные выполнять весьма сложные последовательности фиксированных действий, напр., остроумные модели Вокансона: «флейтист» — фигура в рост человека, воспроизводившая на настоящих музыкальных инструментах 11 различных мелодий, и «утка» (рис. 1), способная воспроизводить сложный комплекс движений. К этому же классу И. к. принадлежат и т. н. андроиды — автоматы, имеющие вид фигурок (кукол) со встроенными внутрь механизмами, позволявшими им выполнять фиксированный набор действий. Первые андроиды изготовили швейцарский часовщик Пьер-Жак Дро и его сын Анри Дро (в честь которых и введено понятие «андроиды»). Наиболее известные андроиды — писец, рисовальщик и музыкантша.

Более сложной разновидностью И. к. являются игрушки, построенные на базе т. н. рефлекторных автоматов. Как правило, это — системы, способные выполнять довольно большое число различных действий. Выбор необходимой в каждом конкретном случае последовательности действий (управление автоматом) осуществляется на расстоянии с помощью голоса, светового или электрического (радио) сигнала. Автомат распознает различные значения управляющего сигнала, напр., различные слова голосовых команд, реагируя на них соответствующей последовательностью действий. Такие И. к. обычно выполняются в виде устройств со стилизованным внешним видом, несколько напоминающим человека, и называются «роботами» (рис. 2). Разнообразные, часто весьма сложные роботы строились и строятся в рекламных целях, а также часто являются предметом творчества детских технических станций и кружков. К этому же классу рефлекторных автоматов относятся и многочисленные действующие модели, управляемые на расстоянии. Игрушки этого типа, напр, телеуправляемые модели самолетов, морских судов и т. п., имеют весьма большое учебно-познавательное значение и широко распространены.

Наибольшую известность среди И. к. приобрели представители т. н. «кибернетического зверинца» — устройства, воспроизводящие различные формы поведения и внешне несколько напоминающие соответствующих животных — черепах, жуков, белок, собак и т. п. Первые простейшие схемы таких устройств, способные двигаться в направлении света («моль») или удаляться от него («клоп»), разработал Н. Винер как модель тропизмов. Наибольшую известность приобрели три «черепахи», разработанные англ. биофизиком и нейрофизиологом Г. Уолтером в 1950-51 гг. Эти устройства представляют собой самодвижущиеся электромеханические устройства, способные воспроизводить следующие виды поведения: движение на свет или от него, обход препятствия, поисковые движения, заход в «кормушку» для подзарядки разрядившихся аккумуляторов и т. п. «Черепашки» приводятся в движение с помощью двух электродвигателей, питаемых от аккумулятора. Первый двигатель обеспечивает поступательное движение устройства, второй, расположенный на рулевой колонке, поворачивает его, изменяя этим направление движения. Чувствительными элементами первых двух «черепашек» Г. Уолтера являлись: фотоэлемент, расположенный на рулевой колонке, и механический контакт, замыкаемый при наезде на препятствие. Управление поведением осуществляется с помощью несложной электронной схемы с обратной связью (рис. 3). Схема отрегулирована таким образом, что низкий потенциал анода лампы запирает вторую лампу перебрасывая при этом реле так, что исключается возможность нахождения под током одновременно обоих реле Если фотоэлемент не освещен, то лампа заперта, а открыта. При умеренном освещении фотоэлемента лампа приоткрывается, однако проводимый ею ток недостаточен для срабатывания реле хотя уменьшение напряжения на ее аноде достаточно для отпускания реле Дальнейшее увеличение освещенности («ослепление») ведет к срабатыванию реле при отпущенном . В результате замыкания механического контакта в схема превращается в мультивибратор, попеременно включающий и выключающий реле . Поведение «черепашки» в зависимости от внешних воздействий и, следовательно, от состояний реле характеризуется следующей таблицей.

При движении с малой скоростью в верхней части «черепашки» загорается лампочка которая может служить «приманкой» для другой «черепашки». При совместном действии двух раздражителей устройство реагирует на более сильный. Различные виды поведения «черепашек» изображены на рис. 4.

Третья «черепашка» Уолтера — «Кора» имела несколько более сложную конструкцию. В ее схему дополнительно входил микрофон и емкостной элемент памяти с большой постоянной времени забывания. Схема собрана т. о., что звуковой сигнал, воспринимаемый микрофоном, вызывает кратковременную остановку «черепашки». Появление звукового сигнала одновременно с наездом на препятствие вызывает кратковременный заряд конденсатора памяти. После нескольких наездов на препятствие, сопровождающихся звуковым сигналом, заряд конденсатора достигал определенной величины, и звуковой сигнал начинал вызывать такую же реакцию, как наезд на препятствие. Указанное поведение аналогично известным моделям условного рефлекса. Известные различные конструкции «черепашек» и др. «зверюшек», как правило, отличаются друг от друга лишь конструктивными деталями. Так, в некоторых устройствах емкостная память заменена термореле с большой инерционностью, в других — управляющие схемы построены на одних реле. И. к. описанного вида позволяют демонстрировать различные формы поведения и простейшие условные рефлексы, получаемые в моделях с помощью весьма простых средств.

К числу И. к. можно отнести также и ряд специализированных устройств, предназначенных для решения некоторых задач. Известность приобрела, например, конструкция, предложенная К. Шенноном для «обучения» решению лабиринтных задач. Это устройство, носящее название лабиринта Шеннона («мышь» Шеннона), представляет собой специализированное релейное логико-механическое устройство с доской из 5 X 5 клеток, между которыми можно произвольным образом устанавливать перегородки — образовывать лабиринт. Щуп в виде небольшой металлической «мышки» помещается в произвольную клетку. После большого числа попыток и блуждания «мышь» попадает в заданную клетку — достигает цели. При этом происходит «запоминание» правильного пути. Если теперь «мышь» попадает в клетку, в которой она уже побывала, то она достигает цели без блужданий (рис. 5).

Другим представителем устройств, решающих некоторые виды развлекательных задач, является автомат для игры в нем (в ней проигрывает тот, кто берет последний предмет из трех кучек), наиболее простую модель которого разработал 3. Хеннией, а также ряд специализированных устройств для игры в крестики и нулики, решения простых шахматных задач и т. п. Число «игрушечных» задач, решаемых в настоящее время различными автоматическими устройствами в познавательных целях, непрерывно растет, однако развитие программирования позволяет, не создавая для каждой задачи специального устройства, использовать для ее решения или моделирования универсальную ЦВМ. Идеи, получившие первоначально свое воплощение в И. к., находят применение в ряде практически важных систем и устройств — автомат, манипуляторах, роботах, роботах промышленных, автомат, научных станциях и т. д.

Лит.: Полетаев И. А. Сигнал. М., 1958 [библиогр. с. 401—402]; Креме нтуло Ю. В. Kiбернетична «черепаха» «Тортша-2». «Автоматика», 1959, N5 2; Гаазе-Рапопорт М. Г. Автоматы и живые организмы. М., 1961 [библиогр. с. 210— 219]; Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. Пер. о англ. М., 1963 [библиогр. с. 783—820]. М. Г. Гоазе-Рапопорт.