В. И. Ленин указывал, что вся прогрессивная работа техники состоит в замене ручного труда машинным. В истории известны случаи, когда развитие техники прямо упиралось в ограниченность человеческого организма. Так, первая прядильная машина под названием «Дженни» и была изобретена для преодоления неспособности человека прясть несколькими веретенами одновременно. К. Маркс пишет по этому поводу: «Количество рабочих инструментов, которым человек может действовать одновременно, ограничено количеством его естественных орудий производства, количеством органов его тела. В Германии как-то сделали попытку заставить прядильщика двигать два прядильных колеса, т. е. работать одновременно обеими руками и обеими ногами. Но это требовало слишком большого напряжения… такие прядильщики-виртуозы, которые могли бы одновременно прясть две нитки, встречались почти так же редко, как двуголовые люди. Напротив, дженни уже с самого своего появления прядет 12–18 веретенами…» (К. Маркс. «Капитал», т. 1, стр. 380).
Так и в наше время ограниченный характер физиологических способностей человека явился фактором, сдерживающим скорость и точность управления и контроля работы машин. Люди начали изобретать управляющие машины, которым и передаются некоторые функции управления: внимание, запоминание, наблюдение, приведение в соответствие работы различных агрегатов и др. Нужно сказать, что изобретение таких машин явилось не каким-то «озарением», «просветлением», обусловленным «божественной волей», «таинственным свойством ума человека XX века», как об этом твердят богословы.
Попытки создания автоматов, заменяющих человека при контроле и управлении технологическими процессами, делались еще древними греками. Выдающийся инженер и математик Герон Александрийский, живший в I веке, описывает многочисленные автоматы. Однако при рабском труде автоматические устройства в производстве не использовались и потому не получили широкого распространения. Это обусловлено тем, что применение автоматов еще не было необходимостью, общее развитие техники еще не достигло такого уровня, чтобы можно было применять автоматы для управления машинами. Удовлетворение потребностей и повышение производительности труда осуществлялось увеличением количества рабов. Зато церковнослужители не преминули использовать автоматы Герона для доказательства божественного характера церкви и святости жрецов. При помощи автоматических устройств они демонстрировали верующим разного рода «чудеса». Когда в храме разгорался жертвенный огонь, перед посетителями сами собой раскрывались двери храма, и два бронзовых жреца, стоящие по обе стороны алтаря, начинали лить в огонь «священное» вино из жертвенных чаш, которые они держали в руках. Или же, чтобы получить «святую» воду, посетителю достаточно было опустить монету в щель небольшого ящика, стоящего внутри храма, и ящик сам, без всякого вмешательства со стороны людей выдавал ему нужное количество воды. Нашему современнику, получающему газированную воду из автомата, конечно, не приходит в голову заподозрить какое-либо чудо в подобной операции, но на древнего египтянина она производила потрясающее впечатление.
Впервые автомат находит применение в производстве лишь в XVI веке. К этому времени мельничное производство достигло высокого развития, различные части мельницы были настолько усовершенствованы, что между их работой можно было установить строгое соответствие. Благодаря этому была создана так называемая самовейка, регулирующая скорость вращения жерновов водяной мельницы в зависимости от твердости зерна и количества поступающей воды. Позже был изобретен регулятор, управляющий доступом пара к поршню в зависимости от скорости вращения вала паровой машины.
В наше время создается множество различных автоматических регуляторов для управления самыми разнообразными процессами: движением самолета, ракеты, корабля, автомобиля, паровоза, регулирования технологическими процессами и т. д.
Процессы и принципы связи, осуществляющиеся в этих машинах, аналогичны тем, которые протекают в живом организме. Нужно подчеркнуть, что речь идет не об отождествлении процессов, протекающих в организмах и машинах, — в машине эти процессы не биологического или физиологического порядка. Общее у них то, что они выполняют одинаковые функции, по одним и тем же принципам. Яснее будет, если мы рассмотрим некоторые из этих функций и принципов.
Возьмем, например, информацию. При рассмотрении любого целесообразно функционирующего организма легко видеть, что получение информации — жизненно необходимая функция. Например, когда полк ведет наступление, то его деятельность будет успешной, если каждое подразделение будет точно информировано о деятельности других подразделений. Если каждое подразделение будет действовать только самостоятельно, без взаимной связи с другими, то это приведет в конечном счете к поражению полка. Непрерывный обмен информацией протекает и в отдельном живом организме — происходит согласование между деятельностью рук, ног, головы, всех частей тела. Так, если вам упали на глаза волосы, то от глаз через мозг в руку идет об этом информация, и рука поднимает волосы. Без информации невозможна жизнь организма.
Информация необходима и в автоматах. Например, на сверлильном станке, которым управляет человек, держатель сверла соединен через выключатель с лампочкой. Как только будет просверлено отверстие, держатель нажимает на выключатель, и лампочка зажигается. Возникновение света для сверловщика служит информацией о том, что отверстие готово, и он отводит сверло. При автоматическом управлении свет лампочки будет давать информацию не человеку, а фотоэлементу, который, получив ее, даст новую информацию другим частям машины, которые отведут сверло. Машина работает согласованно благодаря получению информации. Без информации нет саморегулирования.
Рис. 6. Перед тем как человек берет книгу, у него от мозга к кисти руки по линии прямой связи идут сигналы, побуждающие совершить данное действие. Но если бы дело ограничивалось только этим, человеку пришлось бы произвести наугад множество попыток, пока рука случайно попала бы на книгу. Чтобы осуществить требуемое действие без ошибок, нужна еще обратная связь — от руки к мозгу. В приведенном примере она реализуется главным образом посредством зрения.
Информация не какое-то таинственное явление или потусторонняя сила, а объективный, естественный закон, на котором основано самоуправление, согласованность действий любой функционирующей системы, будь то животное, пчелиная семья, общество или машина. Человек познает эти законы и использует при создании своих средств труда, подобно тому как он при создании своего примитивного режущего орудия исходил из того закона, что площадь давления должна быть как можно меньше, а сила давления больше. В результате эти орудия получились подобными зубам-резцам животных — острыми.
Другой жизненно необходимый принцип функционирования системы — обратная связь. Этот принцип представляет собой такое же материальное явление, присущее самой природе, как, например, притяжение предметов друг к другу, расширение и сжатие тел при изменении температуры и т. д. Так же как и в случае с информацией, благодаря обратной связи вполне естественным образом согласуется между собой функционирование различных органов живого организма, в том числе и человеческого.
Допустим, человек берет книгу. Перед этим от мозга к руке по линии прямой связи идут сигналы, побуждающие совершить данное действие. Но если бы дело ограничивалось только этим, человеку пришлось бы произвести наугад множество попыток, пока рука случайно попала бы на книгу. Чтобы осуществить требуемое действие безошибочно, сразу, нужна еще обратная связь — от руки к мозгу. В приведенном примере она реализуется главным образом посредством зрения. Если рука направляется левее книги, то от глаз, наблюдающих за ее поведением, в мозг по нервной системе- идут сигналы, сообщающие этот факт. В мозгу принятые сведения перерабатываются, и в результате к руке по линии прямой связи посылаются сигналы: взять немного правее. Если теперь рука перемещается слишком вправо, то путем соответствующей корректировки с помощью обратной связи положение выправляется, и книга оказывается взятой. Сигнализация по линиям прямой и обратной связи при обычной деятельности человека происходит очень быстро и потому почти не заметно. Однако при резких движениях (например, при игре с мячом) она иногда не успевает сработать, и игрок промахивается.