http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=48fa7cdb-ccc3-453a-ad16-9b5b2f208865&print=1© 2024 Российская академия наук
Справка: Александр ФРАДКОВ, заведующий лабораторией "Управление сложными системами" Института проблем машиноведения РАН, профессор кафедры теоретической киберн
В нынешнем году исполняется 60 лет со дня публикации книги американского математика Норберта Винера (на снимке) "Кибернетика. Управление и связь в живом организме и машине". Выход этого издания в свет считается признанным днем рождения кибернетики - одной из самых интригующих и увлекательных наук XX века. Именно она заложила фундаментальные основы технической революции, которая привела к созданию устройств, кардинально изменивших нашу повседневную жизнь к концу столетия.
Кибернетика - наука нелегкой и драматической судьбы. С первых дней после выхода книги идеи Н.Винера вызвали резкую критику в самых разных странах. В СССР кибернетику называли "реакционной лженаукой" и "идеологическим оружием империалистической реакции" за единый подход к описанию явлений и информационных процессов в живой и неживой природе. Винер говорил о принципиальном единстве "ряда задач, в центре которых находятся вопросы связи, управления и статистической механики, и притом как в машине, так и в живой ткани". У советских философов такой "механистический" подход вызывал естественный ужас, ибо он никак не вписывался в принципы марксистско-ленинской философии. Как писал в предисловии к переводу второго издания книги Винера в 1968 году Г.Поваров, "сближение человеческого мозга с "электронными мозгами" вызвало не менее бурную реакцию, чем некогда дарвиновское сближение человека с обезьяной. Пожалуй, после Коперника и Дарвина это было третьим крупным уязвлением нашего привычного антропоцентризма". В США, наоборот, Винера называли пособником коммунистов: идеи автоматизации производства, на первый взгляд, не соответствовали принципам рыночной экономики. Да Винер и сам об этом писал: "Современная промышленная революция должна обесценить человеческий мозг... Выход один - построить общество, основанное на человеческих ценностях, отличных от купли-продажи". Во Франции с ее неприязнью в "англоязычным" новациям пытались показать, что принципиальной новизны в кибернетике нет, а ее основы были заложены еще в XIX веке в трудах французского физика Андре Мари Ампера.
Слово "кибернетика" использовалось еще древними греками и не вызывало у них отторжения. Платон употребляет этот термин в двояком смысле: это и наука об управлении кораблем - наука кормчего, и наука об управлении людьми, об управлении государством. Но настоящее рождение новой науки произошло лишь в середине XX века. Решающую роль в этом сыграло то, что научная формулировка ее основ в книге Винера совпала по времени с созданием первых вычислительных машин - компьютеров и кибернетика стала рассматриваться как научный фундамент всех применений вычислительной техники и автоматических устройств. Этому способствовала и публикация в 1948 году знаменитой работы К.Шеннона о теории информации, которая сразу стала восприниматься как часть кибернетики, расширив ее понимание.
Для реабилитации и популяризации кибернетики в СССР много сделали член-корреспондент АН СССР А.Ляпунов и академик А.Колмогоров. Это происходило в начале "оттепели", времени больших перемен и ожиданий в обществе и в науке. Повсюду читались лекции и велись дискуссии о кибернетике. При Ленинградском Доме ученых в 1956 году организовалась первая в стране секция кибернетики, которую возглавил академик и будущий нобелевский лауреат Л.Канторович. Важную роль сыграл и Научный совет по комплексной проблеме "Кибернетика" при Президиуме АН СССР, возглавлявшийся академиком А.Бергом.
1960-е годы были годами всеобщего энтузиазма в отношении кибернетики и ее применений как в СССР, так и за рубежом: появлялись все новые и новые группы исследователей, кафедры, возникали новые журналы, где публиковались статьи, посвященные разработке алгоритмов решения задач, ранее доступных только человеку. Обсуждались вопросы автоматизации различных сторон мыслительной деятельности человека: распознавания образов, перевода с языка на язык, логического вывода, игры в шахматы и других. Как грибы после дождя возникали "кибернетические" разделы в самых различных науках: техническая кибернетика, экономическая кибернетика, химическая кибернетика, биологическая кибернетика, медицинская кибернетика. Кибернетика романтически воспринималась как всеобъемлющий конгломерат наук, революционизирующий развитие не только научно-технических областей, но и всего общества. И действительно, успехи были внушительными.
Получила значительное развитие методология решения прикладных задач на основе математического моделирования: построения, исследования и использования математических моделей (от традиционных моделей механики и физики кибернетические модели систем отличаются явным указанием входов и выходов, что позволяет строить сложные системы из более простых, вводить и исследовать прямые и обратные связи). Возникли и развивались концепции и теории, сыгравшие впоследствии важную роль в построении систем искусственного интеллекта: адаптивные системы, нечеткие множества, нейронные сети. Появились первые лабораторные и промышленные роботы.
С конца 1970-х годов науку о наиболее общих законах и методах восприятия, передачи и переработки информации все чаще стали называть информатикой (от французского слова "informatique"). В англоязычной научной лексике эту нишу заняли целых две науки: computer science (перевод "вычислительные науки" не полон и не отражает существа дела) и information science (теория информации).
Кроме того, бурно развивалась и наука об автоматических и автоматизированных системах управления (control science). Новому времени и новым лидерам нужны были новые флаги. Центробежные силы победили: новые области стали самодостаточными. Привлекательность кибернетики стала угасать: в названиях факультетов и кафедр кибернетика оставалась, пожалуй, лишь в силу инерции. В СССР перестройка принесла новые социальные ожидания, и на этот раз в них важную роль играла информатика. Вслед за академиком А.Ершовым, возглавившим движение по массовому внедрению информатики в школьное образование, программирование стали называть "второй грамотностью", а информатику - "второй культурой". Казалось бы, кибернетика уже навсегда померкла, "как перед новою царицей порфироносная вдова".
Однако в 1990-х ситуация вновь изменилась. С появлением Интернета возникла потребность как-то назвать быстро растущее "виртуальное пространство", в котором живут и взаимодействуют виртуальные информационные объекты. И все чаще это пространство стали называть "киберпространством". Появились (сначала в фантастических романах) "киборги" - организмы, включающие технические компоненты. Возникли вполне реальные киберкафе, киберденьги и даже киберсекс. Интерес к кибернетике стал оживать, кафедры кибернетического профиля стали привлекать все больше студентов (правда, в основном, за рубежом).
Стали появляться и новые крупные научные направления. На рубеже 1990-х годов возник огромный интерес к применению методов теории информации и управления в физике. Была обнаружена интригующая возможность существенно изменить поведение систем, находящихся в хаотических режимах, с помощью малого, теоретически сколь угодно малого воздействия на систему или на ее параметры. Даже слабые обратные связи оказались способными подавить или создать хаотические колебания, изменить резонансные свойства систем. Новая область была названа "кибернетической физикой". Заметим, что первая в мире монография по кибернетической физике была опубликована автором этих строк в 2003 году в России, а первые международные конференции, посвященные новой области, прошли в 2003 и 2005 годах в Санкт-Петербурге. К кибернетической физике относятся и методы управления молекулярными и квантовыми системами, играющие важную роль в создании перспективных нанотехнологий и фемтотехнологий. Термин "фемтотехнологии" возник при появлении новых поколений сверхбыстродействующих лазеров, позволяющих генерировать импульсы когерентного излучения продолжительностью порядка фемтосекунд (1 фс = 10(-15) с). Продолжительность фемтосекундного импульса сравнима с периодом собственных колебаний молекул, что в принципе делает фемтосекундный лазер средством управления поведением отдельных атомов и молекул. Становится возможным говорить о таких применениях, как изменение естественного хода химических реакций, реализация квантовых компьютеров и др. Использование методов теории управления открывает новые горизонты в изучении и изменении движения атомов и молекул, определяя как способы, так и возможные границы вмешательства в интимные природные процессы микромира. Примечательно, что первая монография по управлению квантово-механическими системами А.Бутковского и Ю.Самойленко была также опубликована в 1984 году на русском языке и лишь через шесть лет переведена на английский.
Еще одно важное, а возможно, и решающее для самой кибернетики направление отражает возникшую тенденцию к конвергенции теорий управления, вычислений и связи. В работах по теории и методам управления стали систематически учитываться информационные и вычислительные ограничения. Указаны предельные возможности управления динамическими системами через каналы связи с ограниченной пропускной способностью. Оказалось, что при весьма широких предположениях стабилизировать неустойчивую линейную управляемую систему можно тогда и только тогда, когда скорость поступления информации в регулятор через канал связи (пропускная способность канала) превышает скорость производства информации системой. Аналогично можно учесть ограниченную скорость производства информации вычислителем.
Все больше задач требуют взаимодействия методов теорий управления, вычислений и связи, все чаще это направление называют в числе важнейших для науки. Вошло оно и в Программу фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008-2012 годы. За рубежом для обозначения направления возникла афористичная формула "Control+ Computation+Communication= СЗ". Она выражает стремление к возврату целостного восприятия информационных, вычислительных и управляющих процессов, так много значившего для успехов "романтической" кибернетики 1960-х годов.
Совсем недавно появился новый "кибернетический" неологизм: в 2006 году Национальный научный фонд США объявил конкурс грантов в области "киберфизических систем" (cyberphysical systems). Под киберфизическими понимаются системы, часть компонентов которых является объектами реального мира, а другая часть - виртуальными, информационными объектами. Киберфизическая система интегрирует способности к вычислениям, связи и хранению информации с мониторингом и/или управлением объектами физического мира и должна делать это надежно, безопасно, эффективно и в реальном времени. В качестве одной из целей программы заявлено создание (в 10-20-летней перспективе) новой науки для инженерных систем, учитывающей сетевой характер взаимодействий между подсистемами.
Шестьдесят лет для науки -возраст скорее юношеский, чем пенсионный. Кибернетика XXI века остается живой, мультидисциплинарной наукой, привлекающей романтиков различных профессий: математиков, инженеров, биологов, физиологов и других специалистов. В середине 1970-х годов в статье о кибернетике для 3-го издания БСЭ академик В.Глушков писал: "Кибернетика - наука об управлении, связи и переработке информации. Основным объектом исследования в кибернетике являются так называемые кибернетические системы. В общей кибернетике такие системы рассматриваются абстрактно, безотносительно к их реальной физической природе. Высокий уровень абстракции позволяет кибернетике находить общие методы подхода к изучению систем качественно различной природы, например, технических, биологических и даже социальных".
В XXI веке все сказанное остается верным, но все большую роль играет сетевой характер систем. Изучаются сети вычислительные, транспортные, коммуникационные, социальные; решаются задачи управления энергосистемами, группами летательных аппаратов, распределенными предприятиями, коллективами роботов и т.д.
Кибернетика XXI века наращивает темпы исследований. Кажется, у нее открылось второе дыхание. Продолжается работа над расширением возможностей машин, растет число задач, в решении которых машина превосходит человека. Шахматный компьютер уже не раз обыгрывал чемпиона мира. И, наверное, уже недалек тот день, когда мы увидим компьютер размером с человеческий мозг, превосходящий мозг по интеллектуальным и управляющим способностям, а также футбольную команду роботов, обыгрывающую футбольную команду людей (последнее, кстати, уже обещано некоторыми японскими фирмами к 2050 году).