Нет, без второй половины кольца, которую образуют машина — глаза — мозг, обойтись нельзя!

По каждому из полуколец в течение всего времени движения машины текут потоки информации. Один из них начинает свой путь из памяти — из того отдела мозга, где хранится «программа» движения и конечным адрес маршрута.

Оттуда информация поступает в другой отдел, который условно назовем отделом сравнения (к нему мы еще вернемся). Затем потоки информации поступают в отдел мозга, управляющий мышцами рук; руки движутся, поворачивая рулевое колесо; машина выполняет маневр.

И одновременно течет поток информации по второму полукольцу в обратном направлении. Машина выполняет маневр или совершает случайные движения, водитель следит за всеми изменениями ситуации. Информация об этих изменениях по зрительному каналу поступает в зрительный отдел мозга, а оттуда в отдел сравнения.

В этом отделе встречаются два потока информации, сравнивается намеченная программа движения с фактически осуществляемой, определяются необходимые поправки и начинает свое движение новый поток управляющих сигналов, текущих к мышцам рук, а оттуда к рулевому управлению машиной.

Может показаться странным, что мы так уверенно делим мозг на отделы и приписываем каждому из них различные функции. Но мы на это имеем право. Физиологи уже хорошо знают, в какой из отделов мозга поступает информация через органы чувств, какие из отделов мозга управляют теми или иными мышцами. Правда, гораздо хуже известны «адреса» тех отделов мозга, в которых производится запоминание, сравнение, выработка решений. И пока совсем неизвестно, как человек запоминает, решает, думает. Но так или иначе все эти действия выполняет мозг. Значит, наша схема, хотя бы в первом приближении, правильно отражает общую картину управления, картину движения потоков информации.

Завязав водителю глаза, вы прервете обратный поток информации, нарушите замкнутую систему управления на участке обратного полукольца, нарушите, как говорят, обратную связь.

Железнодорожному машинисту не приходится беспокоиться о траектории движения состава. Поезд движется по рельсам, и, значит, траектория его движения заранее полностью определена. Однако и здесь человек выполняет сложные функции управления, связанные с обеспечением заданной программы движения. Машинист всегда управляет локомотивом так, чтобы средняя скорость состава на перегонах была равна заданной и обеспечивала прибытие на очередную станцию точно по расписанию. Он стремится достичь этого самым безопасным и экономичным способом, что требует непрерывного управления фактической скоростью состава в соответствии с его весом, с профилем, кривизной и состоянием пути, длинами перегонов и другими факторами.

Значит, и в этом случае идея, лежащая в основе метода управления, состоит в том, чтобы фактическое движение поезда непрерывно сравнивалось с намеченным программой, обнаруживались и устранялись возникающие рассогласования.

Примерно так же обстоит дело, когда идет речь о пилоте или о рулевом корабля. Ведь и их задача в конечном счете сводится к тому, чтобы устранять рассогласования между фактическими и желаемыми траекториями и скоростями движения самолета или корабля. Только для оценки ситуации, складывающейся в процессе движения, им больше приходится пользоваться приборами, чем естественными ориентирами.

В наших примерах уже фигурировали люди, управляющие машинами, и автоматы, обходящиеся без непосредственного вмешательства людей. Но вот пара примеров, в которых люди действуют без вмешательства и соучастия машин.

Повар, добавив в приготовляемую пищу сахар, соль, перец, снимает пробу, оценивая результат. Затем вновь добавляет эти продукты до тех пор, пока не добьется желаемого эффекта, то есть пока не устранит рассогласования между своим представлением о вкусно приготовленном блюде и своими фактическими вкусовыми ощущениями.

Как видите, он действует примерно по тому же принципу, что и шофер, пилот, машинист. Конечно, в соответствии с тем процессом, которым он управляет, обратная связь устанавливается теперь не по перемещению или скорости, а по вкусу пищи.

Человек берет стакан воды. «Стакан — глаза — мозг» образуют полукольцо обратной связи в живой системе управления движением руки. И мозг управляет многочисленными мышцами руки так, чтобы фактическое движение стакана мало отличалось от расчетного.

Конечно, даже в этом сравнительно простом движении очень много непонятного. Как умудряется человек не пролить ни капли воды? Как он выбирает скорость и ускорение, с которыми нужно переносить стакан с места на место? Как он выбирает силу схвата, чтобы стакан не выскользнул из руки, и непринужденно меняет положение кисти, в то время как стакан совершает сложную пространственную траекторию?

Но, несмотря на то, что мы еще далеки от исчерпывающего познания сложнейших биологических механизмов переработки информации и выработки программ, можно для описания этого движения применить все ту же схему замкнутой в кольцо системы управления.

Можно ли разоблачить человека, который притворяется глухим? Оказывается, можно! Для этого нужно надеть на него наушники и заставить говорить в соединенный с наушниками микрофон через специальное устройство так, чтобы звук поступал в наушники без искажений, но с запаздыванием. Многочисленные опыты показали, что человек, слышащий свою речь со сколько-нибудь большим запаздыванием, сбивается и не может говорить.

Все дело в том, что управление речью, так же как и управление движениями, строится все по той же замкнутой схеме. Начиная говорить, человек слышит свой голос и немедленно определяет рассогласование между фактической и необходимой высотами звука; далее вступают в действие механизмы, регулирующие натяжение голосовых связок. И в течение всего процесса речи, будь то монолог артиста, лекция ученого или оживленный диалог в трамвае, говорящий, слыша себя, управляет своей речью, непрерывно устраняя рассогласование между желаемым и фактическим ее звучанием. Он не может говорить, слыша себя с задержкой, превышающей некоторую определенную величину.

Примерно так же действует пианист, согласовывая фактическое и желаемое звучания инструмента. Он не может ни от кого получить точные указания о том, каково должно быть это желаемое звучание, и вынужден в конечном счете выбирать его сам. Техника и работоспособность помогают ему добиться того, чтобы он мог исполнить музыкальное произведение так, как задумал. И в зависимости от ряда таинственных факторов, от степени совершенства замкнутой системы управления, свойственной этому пианисту, он становится гениальным музыкантом, лауреатом всемирных конкурсов, рядовым артистом или простым любителем.

Во всех случаях, о которых мы сейчас рассказали, управляющая часть системы, воздействуя на управляемую ее часть, одновременно сама «чувствует» и учитывает результат этого воздействия. Обе части системы — управляющая и управляемая — связаны двойной связью: прямой и обратной.

Мы подошли к одному из самых важных в современной технике (да и не только в технике) понятий — к понятию обратной связи. И пожалуй, самое удивительное, что это понятие стало отчетливо складываться всего лишь лет двадцать — двадцать пять назад.

Журден — персонаж комедии Мольера «Мещанин во дворянстве» — страшно удивился, когда узнал, что он всю жизнь говорит прозой.

Не меньше были удивлены ученые и инженеры, когда выяснилось, что, сами того не зная, они давно и успешно используют идею обратной связи при создании самых различных машин. Использовали ее задолго до того, как она была окончательно сформулирована, подобно тому как средневековые инженеры и изобретатели интуитивно применяли законы механики задолго до того, как они были открыты Ньютоном.

Никем не высказанная, она вела людей, работающих в совершенно различных отраслях техники. Они искали решения частных технических задач и зачастую находили их, интуитивно применив идею обратной связи.