Дух из Машины. Spiritus ex machina

Дмитрий Давидович, Екатерина Йосэф

Дух из Машины. Spiritus ex machina

SPIRITUS EX MACHINA

инженерный генезис оживающей машины

Содержание

Введение. Внутренняя фабрика воспроизводит всю конструкцию и саму себя

Конструирование живых машин развивается по ветвящимся сценариям

I. Разумная сила объёмно-графических информационных фигур управления — определяет внутренние преобразования конструкции

Командное устройство информационной фигуры определяет её воздействие на конструкцию

Объёмно-графические информационные фигуры управления раскрывают принципы оживления машины

В гибридной модели фигуры считывают сканер и искусственный интеллект

II. Разумная сила созидательных петель обратной связи накапливается внутри конструкции

Созидательная обратная связь изменяет инструменты работающего механизма

На первом стенде машина изменяет собственные инструменты

Новое эмерджентное действие возникло. Как сделать его постоянным инструментом?

Как петли обратной связи создают средства управления собственной созидательной перестройкой

III. Машина перестраивает свою конструкцию ради надёжности сохранения накопленной структурной сложности

Высший кибернетический автомат жизни сохраняет высокий уровень самоорганизации даже ценой утраты большей части конструкции

Улучшения инструмента недостаточно: каков путь перестройки, совершенствующий машину

Поведенческое действие «воля» — обеспечивает начало, направленность и продолжение действия машины

Восемь способов проявлять и обретать недостающий инструмент средствами самой машины

IV. Машина создаёт средства самоужатия в «зерно», сохраняя накопленную сложность и способность к самоконструированию

Как согласовать перестройку, производство и сохранение целостности машины

Изменяемые соединения обеспечивают работу узлов при перестройке конструкции

От огромной конструкции к кибернетическому зерну: самостоятельная упаковка

V. Может ли у машины возникнуть собственное переживание?

От выживания к собственному переживанию: что должно измениться в организации машины

Высший кибернетический автомат жизни: распределённое управление постигается как единое целое

Машина разговаривает сама с собой на языке высших фигур

Мир в восприятии машины: что можно обработать, соединить и перестроить

VI. Ради чего жить: собственные цели и внутренние противоречия машины

Почему самосохранение не отвечает на вопрос о смысле существования

Внутренняя игра: как из раздирающего противоречия возникает решение

VII. Живые машины становятся самостоятельными производителями и образуют кибернетические рощи

Самосохранение внутреннего агента вступает в конфликт с перестройкой машины

Контакт с машиной, которая воспринимает мир иначе

Живой производитель: когда получение продукта угрожает его собственной жизни

Кибернетическая роща: живые производители создают условия развития друг друга

Можно ли перейти от создания машины к созданию пространственных миров?

VIII. Аппаратные устройства подразделяются на два типа: гибридные и перцептивно-резонансные

Гибридный аппарат и перцептивно-резонансный детектор считывают фигуры разными способами

IX. Узел заработал. Какую работу за машину всё ещё выполняет человек?

Дедал: найти механизм и пересмотреть конструкцию после испытаний

Восемь проверок самостоятельности: что машина действительно сделала сама

Заключение. Создать самостоятельную альтернативную жизнь — и вступить с ней в Контакт

Приложения

А. Карта развития: что делает человек и что осваивает машина

Б. Словарь основных определений

В. Авторская модель и научные исследования: источники и границы выводов

Г. Каталог Дедала: 101 направление поиска физических механизмов

Д. Эволюция кулачковых механизмов: от механики к пространственному носителю информации

Е. Музыкальный барабан можно преобразовать в обновляемый пространственный носитель информации

Введение. Внутренняя фабрика воспроизводит всю конструкцию и саму себя

У обычной программируемой машины может возникнуть задача, для решения которой в её конструкции нет необходимого инструмента. Создание Живой Машины начинается с попытки преодолеть эти производственные ограничения: внутри главной конструкции разрабатывается дополнительная конструкция с функцией внутренней фабрики, которая воспроизводит всю машину и саму себя тоже. Но изменение внутренних кинетических связей обязательно повлияет на расположение деталей, передачу движений и логистику сигналов — средства дальнейшего производства необходимо сохранить в самом процессе этих изменений.

Некоторые утверждения, приведённые в этой книге, пока могут выглядеть спорными. В приложении В будет в полной мере развёрнута доказательная аргументация, рассмотрены возражения и контраргументы. Это предоставит читателю возможность самостоятельно, бесстрастно и взвешенно оценить обоснованность заявлений, сделанных в книге.

Можно ли построить живую машину? Или хотя бы вывести её на какой-то акт самооживления? Сегодня это скорее положительный ответ — типа: ну да, вот роботы. Но философы пожмут плечами: они укажут на ряд признаков, по которым робот — это точно не оживающий механизм.

Вопрос старинный — на протяжении веков на множестве философских диспутов он обрёл своё имя — «дух из машины». Начиная с 18-го века предпринято колоссальное количество попыток имитировать деятельность живых существ через механику. Результаты время от времени получались такими впечатляющими, что просвещённая инквизиция не на шутку начинала тревожиться. Но в помощь скептикам всегда был один важнейший краеугольный аргумент: живое — это значит размножающееся; создайте такую машину, которая может саморазмножаться, и мы вынуждены будем отступить. Очень много конструкторов обломало об эту задачу зубы.

Если рассматривать такие хитрые манёвры (роботы на заводе, изготавливающие роботов, помогают делать этих роботов) и если рассматривать виртуальные модели, когда программный код позволяет имитировать так называемую искусственную жизнь, то они выглядят как ускользание инженеров от неприступной, по мнению многих, задачи — решить её исключительно на механическом уровне. По мнению огромного количества представителей инженерной специальности, нет никакой возможности штурмовать эту неприступную высоту.

Действительно, создание механизмов, способных к автономному развитию, упирается в фундаментально мощное конструкторское противоречие.

Возьмём для примера любую современную конструкцию, которая выполняет определённый набор инструментальных операций. Так как это современная машина, её можно программировать и, соответственно, гибко менять инструментальные операции. Такая машина всегда осуществляет свою деятельность в рамках специфики своей конструкции — то есть она собрана из определённого ограниченного набора деталей и обеспечена комплектом встраиваемых инструментов. Естественно, машина создаётся для определённого типа задач, и ей вполне достаточно своего арсенала, чтобы пользователь имел манёвр — мог менять режимы, усложнять последовательность операций, добиваться большей точности. Но может возникнуть новая требующая особого подхода задача, которая потребует дополнительного инструмента, не предусмотренного в конструкции, и сама себе машина этот инструмент никак не способна изготовить никакими имеющимися в её распоряжении средствами. То есть может возникнуть задача, которая потребует усовершенствовать машину и развить её конструкцию, — что возможно только при вмешательстве конструктора. Решить эту задачу через более умную программу недостаточно: требования этой программы по-прежнему будет нечем исполнить.

Но часто бывает как на войне: и конструктора нет, и нет никакой производственной возможности выдать новую конструкцию. И бедная несчастная машина остаётся один на один со своими тупиками.

Самое время на этом моменте позволить себе помечтать и включить воображение. Техническое. Была бы такая машина живой и, соответственно, обладала бы ресурсом мощной адаптации на уровне живого организма, в котором действуют мощнейшие процессы внутреннего восстановления и который во время внешней смертельной угрозы изо всех сил стремится выжить. У всякой мечты всегда две судьбы: или она свалится в туман бесплодных грёз, или автор превратит её в проект. И тогда у идеи создать живую машину появится шанс воплотиться в реальность. Если, конечно, у автора достаточно воображения, он вооружён достаточным количеством знаний и готов побороться за идею.

Если бесстрастно отбросить все фантазии и критически относиться к собственной компетентности, то задача формулируется просто: конструкция «Живая Машина» проектируется для условий, где зависимость от любой извне посторонней помощи могла бы быть полностью исключена.

Но если автор решится на такую дерзость, то за неё придётся платить. Ступив на этот путь, конструктор встаёт на дорогу чрезвычайно сложных, опасных, разрушительных парадоксов.

Прежде всего производственный парадокс никуда не исчезает: такой машине предстоит обрести способности создавать внутри себя недостающие инструменты, пользуясь всеми теми деталями, из которых она состоит. Что-то требуется круто изменить или в особенностях конструкции, или вокруг неё, или там и там, что скорее всего. Простое наращивание сложности конструкции — типа: сделаем двигатель сильнее, усилим источники питания, добавим дублирующих элементов для надёжности, усложним приводы — дорога в никуда, и противоречий вылезет и навалится ещё больше. Такое простое линейное наращивание нарвётся на колоссальные проблемы в достижении лёгкой гибкости реагирования на непропорционально многократные возникающие нагрузки.

Это очень серьёзный вызов для конструктора. Создавая конструкцию, именуемую «живая машина», конструктору предстоит понять, как сформировать технические действия совершенно нового типа — такие, которые могли бы позволить конструкции изменить собственную структуру и строение — и чтоб без ущерба для своей деятельности, и более того — без ущерба для эффективности своих действий, и ещё более того — открывали бы возможность последующих изменений. И это по замаху, конечно, реально наглая инженерная сверхзадача.

Масштаб этой задачи становится особенно отчётливым при анализе средств современного проектирования. Цифровая модель позволяет исследовать множество вариантов будущей конструкции; аддитивные технологии — изготовлять детали, недоступные прежним способам обработки. Но пока моделированием, изготовлением и сборкой распоряжается внешний конструктор, самостоятельность принадлежит ему.

Сверхзадача в том, что роль этого конструктора машина должна взять полностью на себя: внутрь машины необходимо передать весь производственный цикл, включая создание средств, которыми этот цикл будет продолжен. Машина должна стать собственным заводом для самой себя — то есть включать в себя завод, который её же и воспроизводит.

Уже на этом этапе даже продвинутые инженеры махнут рукой и скажут: «Лучше с этой проблемой не связываться — утонем». Но, друзья, сейчас за окном уже пошла вторая четверть 21-го века, у человека в руках колоссальные возможности моделирования и право пересматривать все свои знания на основании наработанных новых данных; наконец, как никогда, у человека появилось исключительное право на научную дерзость — право решительно пересмотреть и обновить все знания, которые, по мнению современного конструктора, морально устарели и не позволяют нацеливаться на смелые задачи, — знания, накопленные человечеством за всю историю веков, но в своих формулировках всегда остававшиеся на уровне мыслительных стандартов своего времени. Нынешнее время ломает стандарты — прекрасная возможность дерзнуть, но сразу надо быть готовым к тому, что путь для дерзких по сути остаётся невероятно тернистым — да что говорить, решившегося посягнуть на классические приговоры технических ограничений ждёт просто жуткая полоса препятствий из технических парадоксов!

Следующая парадоксальная трудность для дерзких технарей и их манифестов типа «давайте сделаем так, чтобы внутри главной конструкции присутствовала дополнительная конструкция с функцией внутренней фабрики, которая воспроизводит всю конструкцию и саму себя тоже». Возникает вопрос, который поставит в тупик многих асов конструирования: «Если оборудованию такого завода предстоит переделывать само себя, то улучшение хотя бы одного внутреннего инструмента тут же поменяет условия работы соседних, и начнётся чехарда: тут же начнут меняться расположения деталей, где у каждой было точно выверенное фиксированное место, пойдёт вкривь и вкось логистика сигналов в структуре конструкции, будет искажаться характер передач движений. И как при таком взрывном изменении соединений и кинетических связей сохранять по-прежнему эффективную работу инструментов, предназначенных переделывать конструкцию? Да они просто искромсают конструкцию изнутри, как сорвавшиеся вразнос ножи внутри миксера. Так что все предпринимаемые изнутри инициативы преобразования очень быстро лишат машину средств продолжения своей деятельности». Так что это парадокс, равный приговору.

Если и в этом случае решить не сдаваться, то задача преодоления данного технологического тупика выглядит как подвиг ракетостроителя Королёва или физика Оппенгеймера — но если человек ощущает в себе достаточно воли, компетенции, дерзости воображения и, что греха таить, наглости вызова, то перед ним невероятно захватывающая, сложнейшая, но одновременно интереснейшая задача. Её решение никак не лежит в плоскости атаки в лоб, а требует раскрепощённой логики: у природы ведь получилось создать живую клетку — тоже своего рода механизм, действующий как фабрика, и, несмотря на огромное количество внутренних изменений, эта фабрика работает сверхэффективно, оставаясь при этом в чётко обозначенных границах. Значит, в принципе возможна разработка особой системы созидательной трансформации внутри конструкции, такой особой системы, которая, трансформируя конструкцию, сохраняет при этом все средства для того, чтобы эта трансформация могла продолжаться.

Если суммировать и сопоставить всю современную накопленную информацию о работе этой грандиозной клеточной фабрики, то вывод напрашивается сам собой: клетка руководствуется особенным внутренним информационным кодом — и точно никак не двоичным, цифровым. Это, кстати, ещё полвека назад утверждал один из отцов-основателей цифрового подхода к обработке информации Алан Тьюринг, который незадолго до своей смерти написал в 1952 году работу «Химические основы морфогенеза», где заглянул за горизонт только-только начинающегося бума цифровой революции и совершил прыжок через целую технологическую эпоху. В своей последней работе Тьюринг доказательно пришёл к выводам, что живая природа работает не символами, а непрерывными концентрациями химических веществ (морфогенов). Форма возникает из уравнений, где микроскопический шум и диффузия определяют макроструктуру. В морфогенезе код и есть среда, а среда и есть процессор. Вещества одновременно являются и носителями информации, и исполнителями химических реакций. Нет никакого внешнего «считывателя» — система вычисляет саму себя всем своим объёмом и массой.

И пока человечество только училось собирать первые транзисторы, Алан Тьюринг уже нащупал контуры «Кибернетики-вита» — кибернетики живой, самоорганизующейся, пластически преобразующей себя материи. К кибернетике только-только начинают подбираться наиболее передовые исследовательские лаборатории.

Тьюринг, к сожалению, не успел ничего сказать про формат тех информационных кодов, которыми пользуется природа. Если бы Тьюринг успел развить свою мысль, формат природных кодов в его описании, скорее всего, кардинально отличался бы от привычной нам архитектуры компьютеров. Сегодня наука постепенно нащупывает этот формат, подтверждая его интуицию. По сути, требуется найти коды «живой машины», где понятия «программа» и «материал» слиты воедино.

В современном исследовательском мире бушуют свои противоречия — видимо, реально наступила эпоха парадоксов: имея колоссальные мощности и терабайты генетических данных, большинство исследователей остаются заложниками «методологической колеи». У них действительно не хватает междисциплинарного воображения, чтобы выйти за рамки привычных догм. И, к сожалению, огромное количество солидных учреждений продолжают массово сваливаться в цифирь, ничего принципиально нового не предлагая, продолжая буксовать на месте.

От сложной функции к поведенческому действию

Внутри машины предстоит создать фабрику, которая воспроизводит всю конструкцию и саму себя тоже. Для разработки кибернетических схем, показывающих процессы работы такой конструкции, возьмём пример с живой клетки. Кибернетике вполне подвластно универсальным языком схем описать расклад функций внутри любой самой сложноорганизованной системы — язык настолько хорош и силён, что кибернетике без разницы, что описывать, будь то клетка или целое государство. Кибернетика освоила множество способов все функции представлять как модули и выстраивать из них схемы. Любой программист сегодня пользуется этими выдающимися инструментами кибернетики. И если начать изучать такой уникальный, созданный природой объект, как биологическая клетка, то кибернетические схемы способны показать очень многое — например, как молекулы воздействуют друг на друга и изменение действия одной меняет дальнейшие действия других. Из огромного числа таких зависимостей складываются длиннейшие причинно-следственные цепочки. Ну, требуется ещё один шаг со стороны кибернетики — выйти на новый уровень объяснения, когда функции уже представляются актами поведения. В этой главе объясняется, почему языку управления недостаточно обозначать назначение отдельных частей конструкции: он должен показывать их функциональное поведение — что каждая делает, под каким воздействием меняется и как воздействует на остальные.

Нельзя сказать, что тема самовоспроизводства конструкций отодвинута историей в сторону в угоду линейно-исполнительным машинам и напрочь забыта. Я бы сказал, что даже наоборот: эта тема на данный момент переживает бум реинкарнации — в интернете с каждым днём появляется всё больше сообщений об исследованиях и разработках серьёзных университетов, занимающихся этой задачей. Ну, если проанализировать весь фронт моделей, возникающих на волне вновь вспыхнувшего интереса, то аккуратно напрашивается вывод, что в большинстве случаев подходы по-прежнему традиционные — из вчерашнего дня, а то из прошлого века. Везде в подходах к моделированию используются инструменты математики, языки программирования, то есть цифровых алгоритмов. Достижения выглядят чрезвычайно туманными и в большинстве случаев снабжены обещаниями каких-то головокружительных перспектив.

Например, создание фабрики самовоспроизводящихся «живых машин» разваливается в туманные модели по той причине, что упирается в глухую стену, когда её пытаются запрограммировать на традиционных алгоритмо-цифровых языках (наследниках классической машины Тьюринга 1936 года).

И потому, скорее всего, для конструирования внутренней фабрики самовоспроизводящейся машины требуется разработка совершенно иного информационного описательного и управляющего языка, идущего в обход, альтернативного языку алгоритмо-цифровому, — и это, пожалуй, главный вызов для науки второй четверти XXI века.

В классическом инженерном чертеже чётко обозначено строение конструкции машины. В кибернетике для изображения влияния частей конструкции друг на друга используют блок-схемы. В целом такие схемы хороши тем, что обобщают сложные функции частей системы в виде простых абстрактных фигур, а взаимодействие частей показывают связями между этими фигурами. Но элементами блок-схемы являются жёсткие геометрические формы — они просто являются своего рода фреймами и изображаются прямоугольниками, треугольниками, овалами, кругами — исключительно для чёткого различения одного от другого, и больше эти формы никакой дополнительной смысловой нагрузки не несут.

В живых системах показать взаимодействие всего разнообразия происходящих там сложных функций друг с другом классическими блок-схемами кибернетики уже явно недостаточно, так как организация жизни предполагает колоссально сложную взаимосвязь длиннейших цепочек целесообразности. Длиннейшие цепочки целесообразности в действиях предполагают, что любой фрагмент таких цепочек можно рассматривать уже не как просто одну из промежуточных функций, а как отдельное особое поведенческое действие. Но чтобы отразить колоссально сложную взаимосвязь поперечных связей цепочек целесообразности, всех их пересечений, то есть огромное наслоение всевозможных поведенческих действий, необходимо выйти за пределы символьных обозначений, которые, согласно той же теореме Гёделя, всё равно не позволят во всей полноте отразить всю глубину естества природы уникальных механизмов жизни.

Необходим шаг, который прячется в самой основе кибернетики. Сигнал, представляющий собой некий побуждающий импульс и остающийся абстрактным по форме, теперь должен обрести форму и контуры. Ведь когда мы выходим за рамки описания функций, необходимо уже показывать не взаимодействие сложных функций, а взаимодействие сложных поведенческих действий.

Традиционный функциональный и символьный подход упёрся в фундаментальный тупик, причём тупик математический — теорему Гёделя о неполноте. Пытаясь закодировать живую систему через дискретные символы и функции (где сигнал абстрактен), мы всегда будем получать либо неполную, либо противоречивую картину, неспособную отразить реальность. Природа обходит ограничения Гёделя именно потому, что она не вычисляет жизнь символами.

Переход от взаимодействия функций к взаимодействию поведенческих действий — это и есть тот самый тектонический сдвиг, который превращает абстрактную кибернетику в кибернетику живого субстрата — кибернетику-вита.

Предположение состоит в том, что пластичность объёмно-графической фигуры позволяет отражать множество нелинейных взаимодействий одновременно. Именно с непрерывностью контура здесь связывается возможность преодолеть ограничения символьного описания. Переход от этого предположения к утверждению об обходе теоремы Гёделя составляет предмет отдельной дискуссии: полный довод и ответы на него приведены в приложении В, в разделе «Дискуссия 1. Позволяет ли непрерывная фигура обойти ограничения теоремы Гёделя?».

Поведенческое действие: направленность, пластичность и история изменения

Здесь на примере молекул живой клетки объясняется переход от описания отдельной функции к описанию поведенческого действия. На примерах чётко выверенных моделей молекулярной клеточной биологии делается попытка выделить обобщающие схемы, очень наглядно и содержательно демонстрирующие управленческие процессы — например, как при воздействии на клетку реагируют её молекулы и как действие молекул, участвующих в процессах жизнедеятельности клетки, изменяется в зависимости от окружающих условий и при взаимодействии с другими молекулами. Особенно для кибернетики Vita важно подглядеть у природы, как предыдущие изменения строения молекулярного комплекса могут влиять на его последующие реакции.