Задолго до Boston Dynamics: как работали роботы 18 века
В XVIII веке изобретатели находились под влиянием идей Рене Декарта, который считал тела животных сложными биологическими машинами. Механики стремились доказать, что сложные действия человека можно свести к последовательности чётких инструкций. Рассказываем, как история робототехники началась с фейка и как был устроен реальный робот XVIII века, способный писать небольшие фразы.
Фейковый робот
Путь к современному искусственному интеллекту начался с грандиозной мистификации. В 1770 году венгерский государственный служащий Вольфганг фон Кемпелен показал императрице Марии-Терезии «Механического турка» — шахматный автомат. Устройство напоминало мужчину в восточной одежде, сидящего за деревянным шкафом, который служил шахматным столом.
Перед каждой партией изобретатель открывал дверцы шкафа и подсвечивал свечой плотное переплетение шестерён и пружин. Но на самом деле всё это было лишь ширмой — внутри шкафа прятался профессиональный шахматист. Он перемещался внутри шкафа на скользящем сиденье, чтобы оставаться незамеченным. Оператор следил за игрой с помощью магнитов, прикреплённых к фигурам на доске, и управлял рукой «Турка» через специальный рычаг-пантограф.
Реконструкция «механического турка» 1980-х годов, выполненная Джоном Гоэном
Машина успешно противостояла Бенджамину Франклину и Наполеону Бонапарту. Когда Наполеон попытался сделать ход, нарушающий правила, автомат вернул фигуру на место, а после третьей попытки просто смахнул все фигуры с доски. В разное время за автомат играли несколько сильнейших мировых шахматистов — благодаря этому из 300 сыгранных партий «турок» проиграл всего шесть.
Этот фокус сформировал в обществе ожидание того, что машина способна выполнять задачи так же, как человек. Дискуссия сместилась с вопроса «Может ли машина двигаться?» на вопрос «Может ли машина мыслить?».
«Писарь» Пьера Жаке-Дро
Пока Кемпелен совершенствовал искусство иллюзии, швейцарский мастер Пьер Жаке-Дро создавал реальные механические устройства, которые были способны на сложные действия. В период с 1768 по 1774 годы он вместе с сыном Анри-Луи и инженером Жаном-Фредериком Лешо создал трио андроидов: «Музыкантшу», «Рисовальщика» и «Писаря». Именно «Писарь» признан наиболее совершенным из них и является прямым предком современного программируемого компьютера.
Андроид представляет собой фигуру мальчика высотой 70 сантиметров, сидящую за столом из красного дерева. В его торсе скрыты около 6000 мельчайших деталей, выточенных с высокой точностью. Машина полностью автономна. Мальчик обмакивает гусиное перо в чернильницу и слегка встряхивает его, чтобы предотвратить появление клякс. Во время письма его глаза следят за движением пера по странице.
Анатомия механического программирования
Секрет «Писаря» заключается в его системе внутреннего программирования. В задней части андроида расположен вертикальный стек кулачков — дисков сложной формы с неровными краями. Они служат физическим носителем данных. Три стальных щупа отслеживают контуры вращающихся кулачков. Эти щупы преобразуют форму краёв в три типа движения:
- Движение руки вправо и влево (горизонтальная ось X).
- Движение руки вперёд и назад (вертикальная ось Y).
- Подъём пера над бумагой и сила нажатия, что позволяет создавать тонкие и толстые линии каллиграфии (ось Z).
Автоматон «Писарь» в Музее искусства и истории в Невшателе
В основании механизма находится программное колесо из 40 слотов. Оператор может вставлять в них отдельные блоки-литеры, каждый из которых соответствует букве. Автомат можно запрограммировать на написание любого произвольного текста длиной до 40 символов. Такое разделение на «аппаратное обеспечение», представленное кулачками и рычагами и «программное обеспечение» в виде сменных литер, стало фундаментальным принципом для всех вычислительных систем.
Механические утки и ткацкие станки
Развитие робототехники XVIII века неразрывно связано с работами Жака де Вокансона. В 1738 году он создал «Флейтиста» — андроида, который выдыхал воздух через систему мехов и исполнял 12 мелодий на настоящей флейте.
В 1739 году Вокансон представил «Переваривающую утку» из позолоченной меди. Она хлопала крыльями, состоящими из 400 деталей, пила воду и якобы переваривала зерно. Вокансон утверждал, что внутри находится миниатюрная химическая лаборатория, но на деле это был обман с двумя скрытыми контейнерами.
Гений Вокансона привёл его в промышленность. В 1745 году он попытался автоматизировать ткацкий станок с помощью перфорированного деревянного цилиндра, работающего по принципу кулачков «Писаря». Однако переход от механической симуляции к цифровой обработке информации совершил Жозеф Мари Жаккард в 1804 году. Жаккард заменил цилиндр цепочкой перфокарт из плотного картона.
Внутреннее устройство «Утки» Вокансона
Если «Писарь» использовал аналоговый принцип градиента, то станок Жаккарда перешёл на бинарный цифровой принцип. Матрица штифтов прижималась к карте: есть отверстие (состояние 1) — нить поднимается, нет отверстия (состояние 0) — нить остаётся внизу. Это позволило хранить огромные объёмы данных. Свой шёлковый портрет Жаккард соткал с помощью 24 000 перфокарт, каждая из которых имела более 1000 позиций для отверстий.
От перфокарт к алгоритмам
Связь между этими чудесами эпохи Просвещения и современными вычислениями закрепил Чарльз Бэббидж. Владея копией портрета Жаккарда, он понял, что перфокарты можно использовать для передачи инструкций математической машине. В 1837 году он спроектировал «Аналитическую машину», разделённую на «Склад» (память) и «Мельницу» (процессор).
Реконструкция разностной машины Бэббиджа в лондонском Музее науки
Работавшая с ним Ада Лавлейс осознала, что машина не ограничивается расчётами. Она отметила, что машина Бэббиджа «ткёт алгебраические узоры точно так же, как станок Жаккарда ткёт цветы и листья».
Века прогресса
Автоматоны Жаке-Дро доказали свою невероятную долговечность. «Писарь», «Музыкантша» и «Рисовальщик» до сих пор находятся в рабочем состоянии в Музее искусства и истории в швейцарском Невшателе.
Ещё одна машина того времени, созданная Анри Майярде, хранится в филадельфийском Институте Франклина. Когда в 1928 году её реставрировали, механизм сам раскрыл имя своего создателя, написав на бумаге фразу «Написано автоматоном Майярде». Это стало доказательством того, что механическая память способна сохранять информацию веками.
Основные принципы информатики зародились именно в мастерских часовщиков. Первый программный код был вырезан в латуни, а искусственный интеллект начался с движения руки механического мальчика по листу бумаги.
Ещё больше полезных материалов — в мессенджере Max.