Приведем простой пример. Как известно, любая система стремится прийти в состояние с минимальной энергией. В гидродинамических моделях весь объем жидкости разбивается на совокупность микрообъемов, как правило, кубической формы. Задавая силы взаимодействия между этими виртуальными частицами жидкости и характер внешних сил, действующих на жидкость, можно провести оптимизацию (то есть поиск минимума) потенциальной энергии взаимодействия между всеми микрообъемами, а следовательно, найти минимум энергии для всего объема жидкости. Чем меньше модельный кубик, тем точнее модель и тем больше требуется вычислений, чтобы провести оптимизацию. Такие модели называются разностными (поскольку вместо бесконечно малых элементов берутся элементы конечного размера – конечные разности). Достоинство этого математического аппарата в том, что процесс оптимизации здесь хорошо распараллеливается и можно эффективно использовать многопроцессорные системы.
Явления, происходящие в бизнесе, тоже подчиняются своим "законам минимумов". Например, в этой сфере актуальна минимизация временных и материальных затрат, минимизация сроков окупаемости, максимизация прибыли и т. д. Амитава Джош предлагает использовать разностные модели (конечно, в несколько измененной форме) для предсказания поведения процессов в коммерции. Джош, в принципе, не предлагает ничего концептуально нового, так как задачи оптимизации решались в сфере производства-потребления давно – например, в деле перевозки грузов. Новизна его подхода заключается в перенесении разностных моделей на социальные явления и в предложении моделировать эти явления в гораздо большем масштабе, чем раньше.
Возможно, такое моделирование подойдет для социальных явлений вообще (не только в бизнесе) – адекватность подобных моделей еще предстоит проверить. Было бы интересно, скажем, посмотреть на модель столкновения демонстрантов со стражами порядка, как на взаимодействие двух несмешивающихся жидкостей. Если так пойдет и дальше, то выражения "людской поток" и "море людей" приобретут буквальный смысл. Вот только не хотелось бы в этом потоке затеряться. ЕГ
На повестке дня – виртуальная вечность
Помнится, неустрашимый звездопроходец Ийон Тихий, порожденный неуемной фантазией Станислава Лема, для развлечения в долгом путешествии заказал себе виртуальные копии Эйнштейна и Бертрана Рассела, чтобы было с кем поговорить. Не прошло и года со дня смерти великого поляка, как его очередное предсказание начало воплощаться в жизнь. Университет штата Иллинойс в Чикаго и Университет Центральной Флориды объединили усилия, чтобы в течение трех лет создать технологию оживления аватаров в виртуальной реальности, основанную на новейших достижениях в игростроении, анимации и искусственном интеллекте.
По словам одного из руководителей проекта, профессора Джейсона Ли (Jason Leigh), задача состоит в том, чтобы создать "архивы людей", далеко превосходящие по возможностям взаимодействия обычные собрания текстов, аудио– и видеозаписей. Основой работы станет база данных, куда поместят схваченные особенности движений, голосов, вида и мышления прототипов вместе с полученной от них информацией в специфических областях знаний. Воссозданные на этих данных аватары смогут беседовать с вами, реагировать на вопросы и ваш внешний вид так же, как это в сходных обстоятельствах сделали бы "оригиналы".
Для достижения цели исследователи собираются построить студию для захвата движений, научиться синтезировать натурально звучащие голоса с индивидуальными особенностями, а потом выходить на рынок с предложением сохранить виртуальную личность с ее неповторимыми чертами накопленного опыта и выработанного подхода к проблемам. В качестве первого подопытного, чей аватар начнет жить в виртуальной вечности, выбран высокопоставленный служащий Национального научного фонда США – "совершенно случайно", это та организация, которая выдала полумиллионный грант на нужды проекта. ИП
Вода на стройке
В последнее время многие научные журналы и научно-популярная пресса просто ломятся от статей с описаниями всевозможных достижений в нано– и микротехнологиях. А с помощью атомно-силовых микроскопов ученые давно могут манипулировать даже отдельными атомами. Однако до массового производства описанных или обещанных в статьях устройств, как правило, оказывается очень далеко. Дело в том, что на этих масштабах самая банальная и привычная вспомогательная технологическая операция вроде изгиба или штамповки корпуса устройства легко может стать почти неразрешимой проблемой. По сути дела, хорошо отработаны лишь «плоские» технологии, подобные тем, что используются при производстве чипов. А как только нужно выйти в третье измерение, начинаются проблемы, которые далеко не всегда удается решать с помощью процессов «самосборки» и других трюков. И необходимый для массового производства арсенал технологических приемов на малых масштабах еще только предстоит разработать.
Оригинальный шаг в этом направлении удалось сделать ученым из парижского Института индустриальной физики и химии. Там научились использовать обычно мешающие силы поверхностного натяжения жидкостей и «складывать» с их помощью сложные трехмерные конструкции. Для этого сначала вырезают плоскую выкройку того, что должно получиться. Затем на выкройку помещают подходящую по размерам каплю хорошо смачивающей материал жидкости, например обыкновенной воды. Жидкость начинают медленно испарять, и по мере уменьшения капли она увлекает с собой материал, «оборачивая» его вокруг себя за счет сил поверхностного натяжения. Так, из похожей на цветок выкройки удалось «сложить» некое подобие сферы, а из выкройки в форме креста получили куб.
В экспериментах использовали выкройки из гибкого пластика толщиной 40–80 мкм и поперечником порядка миллиметра. Эти размеры в наномасштабы, конечно, не вписываются, но чем меньше выкройка, тем больше силы поверхностного натяжения и тем легче этим способом складывать и гнуть материалы. А подходящий лазерный импульс в конце процесса поможет оплавить материал и зафиксировать полученную форму. ГА
От Моцарта не поумнеешь
Недавно по заказу Федерального министерства образования и науки Германии девять ведущих немецких экспертов по нейрофизиологии, психологии, образованию и философии, хорошо разбирающиеся в музыке, сделали обзор литературы, который был тут же окрещен "реквиемом по эффекту Моцарта". Министерство и не скрывает, что заказало его потому, что уже не в силах справиться с потоком заявок на финансирование исследований взаимосвязи между музыкой и интеллектуальными способностями человека. Главный вывод обзора неутешителен – пассивное прослушивание Моцарта или любой другой приятной музыки не способно сделать человека умнее.
Первой работой, привлекшей всеобщее внимание к этой теме, считается опубликованная в 1993 году в авторитетном журнале Nature статья психологов из Калифорнийского университета в Ирвине. В ней утверждалось, что десятиминутное прослушивание фортепьянной сонаты Моцарта улучшает пространственное мышление на 8–10 пунктов по одной из шкал измерения IQ. Ученые случайно выбрали именно Моцарта и просто заимствовали из этого теста пространственные задачи, но статья получила широкий резонанс в прессе, и теперь всякое гипотетическое влияние музыки на интеллект называют "эффектом Моцарта".
С тех пор на эту тему не утихают споры и опубликована масса научных работ. Но еще больше этот эффект понравился музыкальной индустрии и предприимчивым дельцам, взявшимся вовсю продавать литературу, музыкальные сборники и учебные курсы. Один из них даже зарегистрировал фразу "The Mozart Effect" как торговую марку. Разумеется, воздействие музыки рекламировалось не только как способ сделать себя или своих детей умнее, но и как панацея от многих болезней.
Но что же на самом деле? Эксперты установили, что среди научных работ на эту тему слишком много противоречивых результатов и просто сомнительных исследований. Даже по тем работам, которые подтверждают наличие некоторого эффекта, можно утверждать, что он весьма невелик, длится не более получаса и не зависит от выбора музыки.
Совсем другое дело, если активно и длительно обучаться музыке в детстве. Тут есть надежные данные, что можно рассчитывать на небольшое, но заметное увеличение интеллектуальных способностей. Однако вполне вероятно, что внешкольные занятия другими дисциплинами могут дать такой же или даже больший эффект. Это пока неясно и, возможно, сильно зависит от предпочтений самого ребенка. Нет надежных данных и о том, что музыка может влиять на развитие плода во время беременности. Ну а то, что хороший отдых и расслабление с музыкой или без нее в известных случаях весьма полезны для здоровья, ни у кого сомнения не вызывает. ГА
Проводимость по-техасски
В Техасском университете (г. Остин) создали разновидность пластика, который не только обладает неплохой электропроводностью, но и изменяет ее в зависимости от условий производства.
Новый материал создан на основе эластичного полианилина, из которого можно делать гибкие и долговечные провода. Кроме полианилиновой основы в состав пластика входит электропроводящий компонент. Меняя его состав и концентрацию, можно добиться нужной проводимости пластика. По сравнению с обычными металлическими проводниками "пластмассовая проволока" обладает рядом преимуществ. Например, ее можно получать в растворе при комнатной температуре без использования вакуума, тогда как производство проводников для современной электроники требует куда более жестких условий и предъявляет высокие требования к металлам. Правда, проводимость пластика пока не может конкурировать, скажем, с проводимостью меди.
Сейчас исследователи пытаются «заставить» пластмассу менять цвет в зависимости от ее проводимости. Это свойство может оказаться полезным при создании различных дисплеев и индикаторов (или, например, солдатской камуфляжной формы). Кроме того, электрохимические свойства полианилина зависят от кислотности среды, что может быть использовано (и уже применяется) при создании сенсоров. Кстати, в России исследования полианилина проводятся довольно давно, причем есть перспективные разработки химических и биологических сенсоров на его основе.
Полимеры все больше проникают в электронику в качестве основных, а не вспомогательных материалов. Полимерный аналог транзистора уже создан (пока, к сожалению, далеко не нанометровых размеров), научились делать и пластиковые проводники. Скоро дойдет до того, что в электронике вообще не останется ни одного не то что металлического, а вообще неорганического компонента. Не говоря уж о сверхпрочных углепластиках, которые по множеству механических конструкционных параметров превосходят металлы. ЕГ
Имеющий око
Ученые из Боннского университета (Германия) продемонстрировали разработку, которая может существенно улучшить эффективность искусственной сетчатки глаза.
Попытки заменить сетчатку электронным аналогом предпринимались давно. Первоначально они сводились к задаче вживления передающих сигнал контактов в пораженную сетчатку и соединения их с небольшой камерой, которая бы заменяла глаза. Однако первые клинические испытания таких систем обескураживали: подобные конструкции не позволяют пациентам различать даже простые геометрические формы.
Немецкие исследователи, специализирующиеся в области вычислительной неврологии, представили программное обеспечение, которое способно «обучить» глазной протез выдавать на выходе только такие сигналы, которые могут быть адекватно интерпретированы мозгом. По словам разработчиков, сигнал видеокамеры в чистом виде бесполезен для восприятия мозгом, поэтому для того, чтобы перевести сигнал на язык нервной системы, нужен некий ретранслятор, который и был создан на программном уровне. Однако здесь экспериментаторов подстерегают немалые трудности. Во-первых, отделы нервной системы, отвечающие за зрительное восприятие, у разных людей имеют некоторые различия, то есть нет единого «языка» для всех, а есть некий набор "диалектов". Во-вторых, мозг учится воспринимать зрительную информацию в первые месяцы жизни, подстраиваясь под «родную» сетчатку, и у взрослых людей нервная система в этом отношении теряет гибкость. Для решения описанных проблем ученые создали так называемый "кодировщик сетчатки" (Retina Encoder), который сам должен подстроиться под особенности мозга пациента.
Сейчас кодировщик испытывается на нормально видящих добровольцах с помощью интерфейса, имитирующего восприятие изображения зрительными отделами мозга. Участники эксперимента пытаются распознать образы, порождаемые кодировщиком, которые впоследствии будут восприниматься слепым человеком. «Обучение» кодировщика происходит методом проб и ошибок на основе простых геометрических форм. Например, при распознавании формы кольца детектор подает на выход различные вариации изображения. Когда, по мнению человека, форма отражена наиболее адекватно, параметры программы, выдавшие эту форму, сохраняются. В настоящее время, утверждают экспериментаторы, обучение ПО с нормально видящими людьми идет успешно, однако тесты с незрячими пациентами еще не проводились.
Несмотря на успехи, немецкие исследователи отмечают, что с помощью их разработки в лучшем случае можно будет лишь адекватно распознавать контуры объектов, а вот прочитать печатный текст, увы, пока не удастся. ЕГ
7 нянек, погубившие зонд
Марсианский рекордсмен-долгожитель Mars Global Surveyor, как выяснилось, закончил свой славный жизненный путь вовсе не по вине износившейся техники (прослужившей в четыре раза больше отмеренного ей срока, см. «КТ» #678). Причиной оказалась невнимательность живых и вполне разумных существ, при этом никоим образом не связанных с марсианами. Тщательная проверка всех операций, которые в течение многих месяцев проводили с зондом наземные службы, обнаружила роковую ошибку. Будучи совершенной еще в сентябре 2005 года, эта оплошность со временем привела к потере аппарата.
Увы, хотя речь идет о сложной космической технике, суть произошедшего вполне можно выразить известной поговоркой о медицине: одно лечим, другое калечим. Осенью 2005 года проводилось обновление программного обеспечения зонда. Для надежности, создали две копии программы, но по какой-то причине в этих двух копиях, помещенных в память аппарата, имелись небольшие различия. Это приводило к несогласованной работе систем зонда, поэтому в июне 2006-го была предпринята попытка исправить положение. Действовавшая по всем инструкциям команда инженеров вместе с исправлениями внесла в бортовую программу дефект, который отключил ограничение на ориентацию солнечных батарей. Когда в ноябре зонд не смог связаться с Землей из-за неверного положения антенны, он, согласно программе, попытался исправить ориентацию в пространстве, при этом подставив под прямые солнечные лучи одну из двух батарей (чего не случилось бы, если бы сработал предохранитель). Батарея перегрелась, но эту еще не фатальную неисправность бортовой компьютер интерпретировал как перезаряд и отключил обе батареи. Антенна зонда так и не заняла верного положения, и работоспособность аппарата, лишенного энергии и связи, была утрачена.
Комиссия, расследовавшая потерю зонда, пришла к выводу, что основной причиной произошедшего стала невозможность проверить работу компьютера зонда во всех режимах при обновлении программного обеспечения. Вряд ли стоит ожидать, что NASA, по примеру гигантов софтостроения, станет набирать многотысячные армии тестеров, но новый свод инструкций для программистов теперь наверняка будет содержать более суровые требования к проверке машинного кода. АБ