Ламповые солдаты свободы: воркующая смерть доктора Скиннера

fonzeppelin — 10.05.2020 Уважаемые коллеги, цикл "Ламповые солдаты свободы" завершается. По традиции, закончим его немного "несеръезным", но неожиданно эффективным материалом)

В годы Второй Мировой, автоматика уже вполне успешно решала задачи поиска и сопровождения– но совершенно не умела справляться с идентификацией. Машины могли отыскать цель, могли уверенно сопровождать ее лучом радара или сенсором управляемой бомбы, но понять, что это такое, было им не по силам. Кибернетика еще существовала только в зародыше, и задачи, требовавшие анализа, могли решаться только с участием человека. Что, разумеется, не слишком-то устраивало военных, мечтавших о войне полностью автономных машин.



Решение пришло неожиданно, и пришло оно в лице доктора Берриса Фредерика Скиннера, известного бехавориста. Тех, кто подумал нехорошее, попросим успокоиться: это слово означало всего лишь специалиста по поведению животных (англ. behavior – поведение). Известный психолог, социолог, талантливый писатель и изобретатель, доктор Скиннер посвятил себя изучению поведения животных и птиц, теории формирования реакций и поведенческих ответов, и его решением было – посадить в бомбу специально обученного голубя, которого бы натренировали узнавать цель по фотографии.



Доктор Скиннер - зоолог, психолог, и утопист, твердо убежденный, что всеобщего счастья можно добиться только правильной поведенческой стимуляцией.

Идея выглядела достаточно безумно, но при внимательном рассмотрении оказывалась неожиданно толковой. Доктор Скиннер много работал с голубями, и знал, что эти птицы обладают хорошим зрением и прекрасной зрительной памятью. Они в состоянии запоминать путь к своей голубятне и находить ее за много миль. Экспериментируя с голубями, доктор Скиннер убедился, что они вполне в состоянии запоминать вид объекта по фотографии и затем безошибочно находить его на местности. А стало быть, вполне могут использоваться для точного опознания цели в беспилотных (ну, если не считать голубя) управляемых снарядах.

Однако, мало было научить голубя узнавать цель по фотографии – нужно было еще как-то заставить его управлять боеприпасом! Как ни умен был почтовый голубь, но научить его дергать ручку управления было бы крайне затруднительно (хотя бы за отсутствием у птицы рук). Сложная дрессировка - вроде обучения голубя нажимать соответствующие кнопки - была, конечно, теоретически возможна, но нереально трудоемка, и не факт, что оказалась бы голубю по мозгам.

Доктор Скиннер и тут нашел решение. Он предположил, что голубя можно приучить клевать определенную мишень, чтобы добраться до спрятанного за ней корма. Помещенный в головной обтекатель управляемой бомбы голубь – предварительно “кодированный” на нужную цель – видел бы цель в окошке перед собой, начинал клевать стекло, и специальное устройство преобразовывало бы движения головы голубя в команды автопилоту. Если клевки приходились бы точно по центру поля зрения – это означало бы, что бомба идет прямо на цель. Если же клевки смещались, то это означало, что бомба отклонилась от курса.

Для проверки принципиальной возможности, был построен экспериментальный стенд. Голубь, помещенный в этакую муфту – позволявшую ему двигать только головой и шеей – был помещен на каретку, которая могла двигаться вправо-влево, вверх и вниз по вертикально стоящей раме при помощи электромоторов. На голову голубя надели шапочку, от которой назад тянулся натянутый провод, проходивший через “решетку” из четырех контактов. Каждый контакт отвечал за соответствующее реле. Двигая головой, голубь замыкал проводом то один, то другой контакт, и мог тем самым управлять перемещением каретки по вертикали и горизонтали. Все это сооружение на колесиках вкатывали в комнату, и толкали навстречу мишени, в центре которой была плошка с зерном. Идея состояла в том, что голубь заметит плошку, будет тянуться к ней головой – и тем самым управлять движением каретки.



Конструкция стенда доктора Скиннера.

Эксперимент увенчался успехом, да еще каким. Голубь мгновенно схватывал, что ему нужно сделать, и успешно приводил каретку к плошке с зерном, где бы ту ни ставили, и с какой бы скоростью стенд к плошке не приближался. Дальнейшие эксперименты показали, что голубь вполне себе запоминает положение мишени, даже когда плошку убирали. Более того, оказалось, что голубь длительное время сохраняет интерес к мишени, и не нуждается в непрерывной дополнительной стимуляции (то есть голубям не надо было постоянно давать семечки, чтобы поддержать их интерес к мишени – они вполне могли долго колотить по мишени, и не получая немедленного поощрения).

Поначалу идея не привлекла особого интереса, но в декабре 1941 все быстро – и радикально – переменилось. Теперь уже никакие решения не были “слишком экстравагантны” для американских военных, лихорадочно искавших способ остановить неумолимый Джаггернаут японского флота на Тихом Океане и положить конец террору немецких субмарин в Атлантике. Проект “Pigeon” заинтересовал коммодора Луиса де Флореса, сотрудника отдела специальных исследований. Ознакомившись с программой, носившей до этого общетеоретический характер, он предложил конкретное решение: использовать голубиное самонаведение для управления планирующей бомбой программы SWOD.

КОНСТРУКЦИЯ:

Голубенаводимая бомба проекта “Pigeon” использовала стандартный планер, систему управления и автопилот от планирующей бомбы проекта SWOD, конкретно – Mark 7 PELICAN. Главным отличием было то, что вместо полуактивной радарной головки самонаведения, под головным обтекателем располагалась закрытая камера с голубем, и пневматический логический контур, преобразующий действия птицы в команды автопилоту.
Оптическая система представляла собой простейшую камеру-обскуру. Выпуклая линза в передней части бомбы, через небольшое отверстие проецировала изображение цели на широкий экран из акрила перед голубем. Экран был закреплен на двойном карданном подвесе, и мог достаточно свободно смещаться под нажимом голубиного клюва.



С четырех сторон экрана находились пневматические магистрали, в которые непрерывно подавался воздух. Экран был соединен с шаровыми клапанами, контролировавшими подачу воздуха в каждую магистраль. Противоположные магистрали (т.е. правая и левая, верхняя и нижняя) сходились вместе в крестообразной камере, где, между четырьмя гибкими диафрагмами, был закреплен рычажок, соединенный с наружной рамкой гироскопа.

Если цель находилась в центре экрана, то клевки голубя заставляли его просто смещаться назад, и шаровые клапаны при этом оставались открытыми в равной степени. Давление воздуха во всех магистралях было равным, и диафрагмы по обе стороны переключателя оставались неподвижны.

Если же цель на экране смещалась – допустим, вправо – то клевки голубя, направленные на цель, перекашивали экран. Справа, шаровой клапан открывался сильнее, и давление в правой магистрали повышалось. Слева, шаровой клапан наоборот, перекрывался, и давление в левой магистрали падало. Под влиянием избыточного давления справа, и недостаточного – слева, диафрагма выгибалась, и смещала рычажок переключателя, наклоняя тем самым рамку гироскопа. Замыкались управляющие реле, и сервомеханика бомбы отклоняла рули до тех пор, пока цель вновь не оказывалась точно в центре экрана.

Голубей, выбранных для работы в системе наведения (бестолковых и раздражительных птиц отсеивали заранее), подвергали специальному обучению. На первой стадии, голубя приучали клевать зерно из отверстия определенной формы в металлическом листе. Затем, задачу усложняли: отверстие затягивали мембраной, и голубя приучали проклевывать ее, чтобы получить доступ к зерну. Во время обучения, голубей тщательно взвешивали, и те птицы, что демонстрировали лучший прирост – то есть наиболее эффективно кормились – отбирались для дальнейшего обучения.



Камикадзе на учениях.

На следующей стадии, отобранных голубей-курсантов приучали клевать мишень точнее и с большей скоростью. Для этого, размеры мишени постепенно уменьшали, а выдача зерна регулировалась простеньким механизмом, который срабатывал, только когда мишень клевали достаточно быстро и сильно. Целью было довести скорость клевков до трех в секунду, что считалось достаточным для работы системы наведения.
Затем, задачу усложняли еще больше – голубь теперь получал зерно не сразу, а после некоторой задержки, которую постоянно увеличивали. Тем самым голубь привыкал долбить по мишени клювом несколько минут, пока не получал желаемого корма.



"Ящик Скиннера" для выработки базовых навыков.

Наконец, на “выпускном курсе”, голубя приучали клевать не просто абстрактную мишень, а конкретный объект, представленный на фотографии. Лучшую половину из “выпускников” тренировали опознавать корабли в море, в том числе находить и клевать крупнейшую цель в составе конвоя. Птиц, демонстрировавших несколько худшие результаты, приучали клевать неподвижные объекты – отдельные здания, пересечения улиц и т.д. При этом фотографии постоянно меняли, показывали с разных ракурсов и под разными углами, чтобы голубь привык идентифицировать конкретную цель.

Обучение голубя до “выпускного курса” занимало примерно месяц. Сам же “выпускной курс” – приучение голубя к конкретной цели – требовал не более двух суток.

Система, разумеется, вызывала определенные вопросы – главным образом, связанные с поведением птицы. Главным опасением было то, что голубь может заартачиться, отвлечься от клевания экрана, или клевать неравномерно и недостаточно часто, чтобы удержать бомбу на цели.
Чтобы решить проблему, доктор Скиннер предложил просто соединить несколько голубей параллельно. В головной части бомбы “Пеликан” вполне хватало места для трех камер с голубями. Поскольку пневматическая система реагировала на разницу в давлении между противоположными сторонами диафрагмы, не составляло никаких проблем подводить к ним давление сразу от нескольких параллельных магистралей. В этом случае, система реагировала на наибольшую сумму сигналов: даже если бы один какой-то голубь вдруг проявил бы оппозиционные взгляды, идейно правильная позиция двух остальных удержала бы бомбу на курсе. В более поздней версии проекта предполагалось также внедрить систему “наказания” (возможно, слабым электрическим током?) для голубя, чьи взгляды не совпадали бы с мнением большинства…



Трехместная ГСН и один из пилотов.

Голубе-наводимую бомбу предполагалось использовать как против кораблей в океане, так и против заранее известных наземных целей. Для первого случая, использовались самые лучшие голуби, с хорошо развитым абстрактным мышлением – которые выбирали бы и удерживали в центре экрана самый большой корабль из находящихся в поле зрения. Для второго, использовались несколько худшие птицы, которых тренировали на конкретный объект. Перед вылетом, голубь снаряжался в бомбу, отверстие камеры-обскуры перекрывалось заслонкой, и птица находилась в полной темноте до сброса боеприпаса. После сброса, отверстие открывалось, голубь видел изображение цели, и начинал свою долбежную работу.

ИСТОРИЯ:

Поскольку лейтенант де Флорес был чрезвычайно занят другими проектами, и не смог добиться для проекта “Pigeon” места в государственных лабораториях, исследователи начали искать финансовую и техническую поддержку частного бизнеса. Проект голубиного наведения представили нескольким разным компаниям. Заинтересовалась только корпорация “General Mills”, занимавшаяся производством продуктов питания, но имевшая и “технические” интересы. Начальник инженерной секции “General Mills”, мистер Хайд (sic), запросил исследователей о дополнительной информации, и сумел убедить свое начальство, что экстравагантная программа не потребует больших вложений, но может принести очень выгодный военный контракт.



Дрожи, имперская Япония! Бомба-киборг на учебном курсе.

В феврале 1943 года, в Вашингтоне генералам показали фильм о достижениях команды проекта “Pigeon”. Авторы проекта отчитались о возможности создания полностью автономной системы наведения, способной к самостоятельной идентификации конкретной цели, и при этом не подверженной помехам. Группа высоких чинов после этого посетила лабораторию Скиннера в Миннеаполисе, где им продемонстрировали работу голубиного наведения на деле. Голуби работали превосходно: в одном эксперименте, голубь успешно удерживал “бомбу” (подвижный стенд, закрепленный над фотографией) точно на выбранном пересечении улиц в течении пяти минут подряд, и за это время ни разу не отвлекся и на секунду! Генералы уехали, впечатленные, а спустя две недели из Вашингтона запросили данные во-первых о популяции голубей в США (эти данные снабдила статистическая служба), а во-вторых, о точности клевания голубями назначенной цели. Эти данные были представлены, после чего, в июне 1943, фирма “General Mills”, патрон проекта, получила контракт на разработку системы наведения.



Тренажер на четырех пилотов.

В чрезвычайно короткие сроки, инженеры “General Mills” разработали пневматическую систему, описанную выше. Задача усложнялась тем, что проект SWOD, под который делали головку самонаведения, был сверхсекретным – и поэтому фирме дали лишь самые общие спецификации о размерах бомбы и типе выходного сигнала, который головка голубенаведения должна давать автопилоту. Инженеры справились с задачей, и кроме того, разработали специальный “тренажер” для обучения птиц. В целом, как отмечали Скиннер и к.о., “голуби обучались проще и быстрее, чем маститые государственные эксперты в области механики и автоматики, упорно отказывавшиеся видеть в проекте что-либо большее, чем занятную диковину”.

В декабре 1943, спустя всего полгода после заключения контракта, команда разработчиков направила отчет в Вашингтон. Заключение было отрицательным: флот счел, что представленные данные не демонстрируют достаточной надежности слежения голубями за цели, реакция системы не удовлетворяла требованиям военных. Контракт с “General Mills” не был продлен.

Разработчики, однако, не собирались сдаваться без боя. Изучив повторно данные, они нашли источник проблемы – как выяснилось, чисто механический. Пневматические клапаны, управлявшие потоками сжатого воздуха, имели небольшой ресурс (ведь проект-то делался для одноразовой по сути бомбы!) и быстро изнашивались, что приводило к ухудшению результата. Когда в выборку данных включили только результаты с новыми клапанами, результаты сразу улучшились. На основании этого, “General Mills” попросила провести повторную оценку проекта.



Тридцать два новобранца.

Последний бой за проект “Pigeon” был дан весной 1944 года, когда разработчики продемонстрировали полностью собранный симулятор группе физиков и инженеров флота в Массачусетском Технологическом Институте. Установленный в помещении проектор проецировал на экран изображение участка побережья Нью-Джерси, на которое был “запрограммирован” голубь. К изрядному удивлению скептически настроенных ученых, голубь с идеальной точностью удерживал симулятор наведенным точно на цель, как бы ни смещалось изображение. В ходе демонстрации, по просьбе присутствующих, крышку камеры с голубем приоткрыли. Яркий свет залил камеру, и изображение на экране немедленно поблекло. Это, однако, совершенно не смутило голубя, и он продолжал точно дубасить клювом по намеченной цели. Когда один из присутствовавших ученых, эксперименту ради, заслонил линзу рукой – имитировав вход бомбы в облако – голубь немедленно прекратил клевки, но возобновил их в ту же секунду, как только преграду убрали. Один первоначально скептически настроенный инженер в итоге воскликнул: “да это лучше, чем радар!”



Голубь сопровождает крейсер на видео.

Несмотря на успех демонстрации, проект “Pigeon” оказался все-таки слишком фантастическим для военных. Возможно, будь он представлен ранее – в 1942, когда адмиралы хватались за любую соломинку, или даже в 1943 – и к нему отнеслись бы более внимательно. Но на дворе был 1944-ый, и мировая война близилась к своему завершению. При всех достоинствах органического контроля, его возможности совершенствования были все-таки слишком… ограничены, по сравнению с огромными перспективами полностью автоматического наведения. В итоге, командование флота решило закрыть проект, а тридцать подготовленных голубей оставить “на довольствии” с целью дальнейших исследований в области их поведения.

Тем не менее, это был еще не финал проекта. Им заинтересовалась Лаборатория Военно-Морских Исследований в Вашингтоне. По просьбе доктора Франклина В. Тэйлора, команда исследователей предоставила свои результаты. Результаты настолько заинтересовали доктора Тэйлора, что он добился повторного открытия проекта, на этот раз – как исследовательской программы ORCON (англ. ORganic CONtrol – органический контроль), посвященной вопросам возможностей и ограничений “органического контроля”.

Систему управления существенно переработали, заменив пневматику - электроникой. Новая сенсорная система была значительно совершеннее прежней. Экран перед голубем имел проводящую поверхность, а на клюве голубя закрепили маленький золотой электрод. Касаясь экрана клювом, голубь замыкал электрическую цепь, и посылал соответствующую команду исполнительным механизмам. Интересно, что эта система стала прообразом для современных сенсорных дисплеев!



Установка проекта ORCON.

В ходе исследовательской программы, поведение голубей было подвергнуто масштабному и всестороннему изучению. Оценивалась средняя частота клевков, масштабы и темы ошибок, точность и скорость реакции голубя на смещение цели. Был построен специальный симулятор, в котором перед голубем проецировали снятое на кинопленку изображение – например, корабля в море, записанное с камеры сближающегося с ним на скорости 600 миль в час самолета. Несмотря на весьма сложную задачу, голуби вполне успешно с ней справлялись, тем самым продемонстрировав, что проект “Pigeon” был отнюдь не фантазией, а вполне реальным подходом к системам вооружений. Проект ORCON продолжался до 1953 года, прежде чем был окончательно закрыт.



Прототип головной части голубе-наводимой бомбы в музее.

Интересно отметить, что эксперименты с пернатыми участниками проекта “Pigeon”, проведенные спустя шесть лет, показали, что голуби прекрасно помнили свое “программирование”, и будучи помещенными в экспериментальную установку, мгновенно и безошибочно узнавали нужную цель.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:



Проект “Pigeon” был одним из печального списка тех позабытых инициатив, причиной забвения которых стала их излишняя оригинальность. Идея голубе-наводимой бомбы просто не упала на нужную почву. Командование американского флота уже мыслило категориями радаров, инфракрасных сенсоров и телеуправляемых беспилотников, и голубиная система наведения – пусть даже полностью работоспособная! – вызывала у них чисто академический интерес.

Эта недооценка возможностей оказалась фатальной. Система голубиного наведения успешно делала органикой то, что не удавалось воплотить электроникой вплоть до 1980-ых – визуальную идентификацию выбранной цели по ее изображению. Проект “Pigeon” позволял (потенциально) создать оружие, сравнимое по возможностям с появившимся сорок лет спустя “Томагавком”. Окажись судьба к нему благосклонна, и вполне возможно, “воркующая смерть” реально распростерла бы свои фанерные крылья над Европой и Тихим Океаном.



Проект использования голубиного наведения для точного нацеливания МБР. Кто вспомнит, в каком комедийном фильме ее спародировали?

Масштабный отчет “Guided Missiles and Techniques” от Национального Комитета Оборонных Исследований, выпущенный в 1946 году, в завершение главы, посвященной проекту ORCON, предупреждал, что возможности “органического наведения” не стоит игнорировать или недооценивать. По всей видимости, американские военные приняли это к сведению. В дальнейшем, наработки по проекту ORCON, рассматривались для применения в самых разных направлениях военного дела – включая точное наведение на цель боеголовок межконтинентальных баллистических ракет (!).

ИСТОЧНИКИ:

* Animal Guidance Systems - Electronics Today (January, 1972)
* Guided missiles and techniques - Summary Technical Report of Division 5, NDRC, Vol.1 (1946)
* Pigeons in a pelican - Skinner, B. F. (1960).

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив