книги из ГПНТБ / Сочивко В.П. Человек и автомат в гидросфере очерки системотехники

время не может от нее избавиться. Это своеобразное нару­ шение мышления сохраняется около 24 ч даже после окончания эксперимента.

Можно напомнить, что впервые с этим интересным -явлением столкнулся И. П. Павлов. В поисках путей обес­ печения максимальной чистоты экспериментов И. П. Пав­ лов и его сотрудники пришли к идее создания так называе­ мой башни молчания, внутри которой подопытные живот­ ные могут быть изолированы от всех нежелательных внеш­ них воздействий. Такая башня молчания была создана в Ленинграде в Институте физиологии. Однако при прове­ дении экспериментов оказалось, что подопытные живот­ ные — обученные собаки — будучи помещенными в башню молчания, отказываются «работать» или «работают» не­ правильно. Физиологами был сделан вывод о том, что полная изоляция подопытного животного от всех внешних воздействий отрицательно сказывается на работе цен­ тральной нервной системы.

К особенностям условий жизнедеятельности гидро­ навтов, в результате которых и возникает сенсорный голод, могут быть отнесены малые размеры подводного жилища и определенная ограниченность возможных перемещений в нем, недостаточное разнообразие внешних сигналов, поступающих гидронавту, однообразие обста­ новки, ограниченность контактов с людьми извне, по­ стоянное общение с одними и теми же членами экипажа

и др.

Сенсорная недостаточность приводит к утомлению гидронавта, апатии, потере заинтересованности в работе, повышенной раздражимости. Жесткая сенсорная изоля­ ция вызывает нарушение интеллектуальной деятельности, появление иллюзий, псевдогаллюцинаций.

Ситуация, характеризуемая сенсорным голодом, может быть и не столь явно выраженной. Из практической дея­ тельности операторов и из специальных экспериментов известно, что когда дежурство оператора длительное время протекает безо всяких изменений ситуации, без поступления сигналов извне, то даже опытный и дисци­ плинированный оператор, услыхав после длительного молчания резкий звук аварийной сирены, может впасть в состояние полного оцепенения, в то время как инструк­ ция предписывает ему вполне определенные, хорошо из-

-вестные действия. Нейрофизиологи объясняют это мгно­ венным стойким торможением мозга. Эта заторможен-

87

ность мозга может продолжаться как относительно корот­ кий промежуток времени, исчисляемый минутами, так и очень продолжительный, исчисляемый часами и днями. Здесь же уместно отметить спорность известных утвер­ ждений о том, что выполнению различного рода мысли­ тельных операций мешает все, что отвлекает внимание человека (по Шопенгауэру, степень интеллектуальности человека обратно пропорциональна тому уровню шумов, который он безболезненно переносит). Установлено, что у лиц с сильной нервной системой при выполнении раз­ личного рода мыслительных операций в условиях незна­ чительного отвлечения внимания очаги доминанты не раз­ рушаются, а укрепляются, что способствует улучшению показателей работы этих людей.

Водная среда изолирует гидронавта и от естественных сигналов, характеризующих изменение времени суток. В организме человека установлено более 40 физиологи­ ческих процессов с' суточной ритмичностью, причем неко­ торые из них явно «запускаются» из внешней среды. Экспе­ рименты, проведенные и в космосе, и в гидросфере пока­ зывают, что приспособление «биологических часов» че­ ловека к необычным чередобаниям дня и ночи происходит медленно и в общем не безболезненно для организма. Происходят явные нарушения в ощущении хода времени. Так, эксперименты, проводившиеся в 1954 г. в США над морскими офицерами, которые провели 15 дней в спе­ циальной капсуле, показали, что осознаваемое время сме­ щалось у них на 1 ч каждые сутки.

Подводная обстановка воздействует на психику чело­ века и за счет целого ряда других, в том числе чисто физио­ логических факторов. Выше уже говорилось, что атмоссфера подводного жилища —■это своего рода газовый коктейль. Например, в станциях «Преконтинент-3» ис­ пользовался газовый состав гелиокс (смесь гелия с кисло­ родом). При этом было известно, что отклонение в нем кон­ центрации кислорода всего на один процент уже может оказаться губительным для гидронавтов. Очевидно, что это было угрожающим психическим фактором, так как гидронавты знали, что их самочувствие,.а может быть, и жизнь зависят от работы автоматов, обеспечивающих подачу газовой смеси. В процессе практической деятель­ ности и в ходе специальных экспериментов' были отме­ чены существенные изменения психики человека под воздействием азотного отравления. Известно, что чистей-

88

шин воздух атмосферы на глубине становится ядом. ■Большое давление приводит к чрезмерному поглощению азота воздуха организмом, следствием чего является «глубинное опьянение» — азотный наркоз. Даже кислород в условиях повышенного давления может стать отравляю­ щим веществом. Если чрезмерное превышение требуемой дозировки отдельных газов атмосферы подводного жилища влечет за собой одинаково пагубные для всех гидронавтов последствия, то незначительные отклонения от дозировки приводят к последствиям, зависящим от индивидуальных особенностей организма. Не случайно азотный наркоз называют «глубинным опьянением».

Французская фирма «Комекс» провела испытания ге­ лиево-кислородных смесей на глубинах погружения до 365 м (предельная глубина, на которой еще может быть использован гелий). Исследователи, проводившие экспе­ римент, описали «нервный синдром высоких давлений», сопровождавшийся нарушением координации движений гидронавта и сонливостью.

В настоящее время еще недостаточно данных для созда­ ния полной картины, характеризующей психическую деятельность гидронавта в норме и с отклонениями от нее. Заключая краткое рассмотрение затронутых вопро­ сов, отметим некоторые особенности поведения гидронав­ тов на основных этапах погружения.

Перед погружением на ответственное задание гидро­ навты находятся в том особом состоянии, которое у спорт­ сменов обозначается термином «боевая готовность». Они ощущают легкое эмоциональное возбуждение и одновре­ менно деловую настроенность.

Сразу после погружения отмечается изменение неко­ торых ощущений. Например, у части гидронавтов обост­ ряется обоняние. Если погружение связано с напряжен­ ной трудовой деятельность, то после 3—6 ч работы под водой отмечается снижение эффективности мышления: ухудшается результативность выполнения арифметичес­ ких и логических операций, рассеивается внимание, уменьшается скорость переработки информации в зритель­ ном анализаторе, ухудшается кратковременная память. Почти все гидронавты сообщают об изменении-субъектив­ ного ощущения времени — кажется, что оно идет быстрее, чем на самом деле.

Отдых в подводном жилище благоприятно действует на психику гидронавта.

89

После двух-трех суток пребывания в подводной базе происходит стабилизация основных физиологических по­ казателей и, как следствие, общая устойчивая адаптация всего организма. Стабилизируется поведение гидронав­ тов. Интеллектуальная деятельность сохраняется на до­ статочно высоком уровне. Вместе с тем продолжают сум­ мироваться отрицательные воздействия подводных факто­ ров. У некоторых гидронавтов отмечаются периоды слабо выраженной депрессии, апатии, раздражительности, возникают ошибки в оценке времени. В тестах, направ­ ленных на выявление ассоциативных связей, все чаще появляются слова, связанныес поверхностью: лес, опушка, поле, ромашки, ветер, небо п др.

Психофизиологическое обследование гидронавтов в глубоководных погружениях показало, что на значи­ тельной глубине ухудшается координация движений, снижается производительность выполняемых операций по сравнению с аналогичными действиями на поверхности и на мелководье. Наблюдались отдельные явления (назван­ ные американскими исследователями «эффектом Силэб») кратковременных расстройств психической деятельности,

ния на любых глубинах возникает и развивается общее утомление организма, снижается физическая и умст­ венная работоспособность. На четвертые сутки умень­ шается мышечная выносливость. Ощутимую эмоциональ­ ную реакцию вызывают неожиданные аварийные ситуа­ ции, внезапные сильные раздражители, продолжительное отсутствие остальных членов экипажа и др. Учащаются проявления раздражительности, приводящие к кратко­ временным конфликтам. Об отрицательных эмоциях не­ которых, внешне сдержанных гидронавтов, можно судить по их записям в личных дневниках, выполняющих в дан­ ном случае полезные функции своеобразного предохра­ нительного клапана.

В последние сутки перед выходом на поверхность у гидронавтов возникает нервное напряжение, которое

90

называют по-разному: финишный эффект, интеллекту­ альная форма страха, псевдофизиологическая паника и т. п. Это нервное напряжение обусловлено ожиданием предстоящего подъема,, связанного с декомпрессией, — самого ответственного и опасного этапа в эксперименте. Напряженность финишного этапа проявляется по-раз­ ному: в умеренном беспокойстве, нарочитом спокойствии, повышенной собранности, возбуждении и даже веселье.

С момента выхода на поверхность в организме проис­ ходит новая перестройка — начинается период реадап­ тации. Сразу после выхода у гидронавтов отмечается кратковременное нарушение координации движений, восприятия цвета и предметов окружающей обстановки. Ощущается необычная контрастность видения отдельных предметов. Реадаптация занимает до трех суток и проте­ кает тяжелее, чем адаптация к подводным условиям. Это объясняется, по-видимому, тем, что в результате предшествующей адаптации к условиям подводного по­ мещения и к факторам жизнедеятельности под водой организм использовал основные резервы и его возможности

приспосабливаться к новым условиям несколько сни­ зились.

Повторная перестройка сопровождается неустойчи­ востью пульса и дыхания, уменьшением потребления кислорода, ростом числа лейкоцитов крови, уменьшением выделения некоторых гормонов. Отмечается общая сла­ бость, потеря аппетита, повышенная утомляемость. Сила проявления «реакции выхода» и ее продолжительность зависят от степени различий между экспериментальными и нормальными условиями, продолжительности погруже­

испытаний в камере, в которой имитировались условия, сходные с условиями глубоководного погружения, астенизация (проявляющаяся в общей слабости, утомляемости, потере интереса к своей деятельности и т. п.) сохранялась около 60 суток.

Выше была дана далеко не полная картина, характе­ ризующая особенности психофизиологического воздей­ ствия гидросферы на человека. Можно предвидеть наре­ кания читателя-инженера, недовольного тем, что картина эта получилась несколько расплывчатой. Инженер при­ вык к более четкому анализу рассматриваемых систем. Однако нельзя забывать о следующем. Во-первых, чело­

91

Г л а в а ч е т в е р т а я

АВТОМАТ В ГИДРОСФЕРЕ

•

Мы знаем, что на все вопросы типа «Может ли машинаделать это?» должен быть дан ответ «Да».

у . Р. Эшби

В настоящее время взгляды на то, что называть автоматом, существенно расходятся. Автоматом называют и простейшее устройство отключения электромеханизмаот судовой силовой сети при значительном скачке напря­ жения, и сложнейший многоканальный оптимизатор, наилучшим образом управляющий ходом технологичес­ кого процесса динамичного и разветвленного производ­ ства.

Будем для определенности разделять автоматы на два класса. К первому классу можно отнести все те относи­ тельно простые приборы, которые реализуют вполне детерминированные функции регулирования и переклю­ чения. Ко второму классу, классу высших автоматов, следует причислить автоматизированные системы, для которых характерны адаптация х, самоорганизация, опоз­ нание, принятие решения, использование эвристик123 и эвристическое программирование, прогнозирование ис­ хода и др., что характеризует интеллектуальную дея­ тельность высокоорганизованной логико-информацион­ ной системы.

1 Адаптация — приспособление системы к изменениям внешней среды. '

3 Эвристика — метод (или совокупность методов) решения задачи, алгоритм оптимального решения которой неизвестен или не существует. Использование эвристики может и не привести к цели и во всех случаях не гарантирует оптимального решения.

93

Будем по аналогии с органическими системами струк­ турно расчленять автоматизированные системы на три части: сенсорную S (входную), центральную А (логичес­ кую) и эффекторную R (выходную), как показано на рис. 32. Для каждой из этих трех частей могут быть приведены характеристики.

Обычно, сравнивая характеристики биологических и технических систем, подчеркивают преимущества пер­ вых. Однако это не всегда соответствует действительному положению вещей. Например, принято считать непревзой­ денной чувствительность рецепторных устройств живых организмов. На самом же деле чувствительность приборов может быть гораздо выше. В гидросфере, как известно, основным каналом передачи информации является аку-

Рис. 32. Основные структурные элементы автоматических систем.

Пунктиром показаны обратные связи.

стический канал. Достижения в разработке акустических приборов можно охарактеризовать словами крупней­ шего специалиста в области морской акустики академика Л. М. Брехрвских: «Чтобы дать представление о чувстви­ тельности современных акустических приборов, скажу, что они способны в принципе обнаружить в глубинах океана, на расстоянии в несколько километров, крошеч­ ный пузырек воздуха и даже определить его величину» Ч Сенсорная система морских животных такими возмож­ ностями не обладает.

Весьма ограниченными были возможности централь­ ной (логической) части всякого автомата в докибернети­ ческий период развития теории и техники автоматического управления. В последнее десятилетие положение резко изменилось. Вот уже много лет продолжается и далека от завершения дискуссия о потенциальных возможностях

3 декабря.

94

низма, период стохастичности и период адаптации. Смена периодов происходила постепенно — методы последу­ ющего зарождались в течение предыдущего периода. Сей­ час одновременно используются методы, характерные для всех трех периодов, что расширяет потенциальные воз­ можности автоматов.

Однако стремление к автоматизации в отдельных слу­ чаях оказывается неоправданным. Суть дела достаточно хорошо характеризуется известной шуткой такого содер­ жания. На совете одной американской фирмы рассматри­ вается проект управляющей машины. В машине недостает комплекта устройств, которые обеспечивали бы ее надеж­ ную работу и адаптацию в непредвиденных ситуациях. После длительных и жарких споров и обсуждений один из присутствующих заявляет: «Такое устройство есть!» Следует вопрос: «Вес конструкции?» Ответ: «Килограм­

Приведенная шутка достаточно точно характеризует недооценку проектировщиками возможностей человекаоператора.

Функционирование высших автоматов помимо сбора и обработки информации в подавляющем большинстве случаев включает в себя некоторую исполнительную дея­ тельность. Широко известны успехи теории и техники автоматического управления по созданию роботов-мани- пуляторов.. Некоторые из них будут рассмотрены в этой главе. Однако несмотря на все достижения в этой области, руки человека-гидронавта остаются вне конкуренции. Их пока нельзя заменить полностью никакими механи­ ческими устройствами и приспособлениями.

§ 8 .

Реальные возможности автомата

*

•

Действия счетной машины гораздо больше напоминают чело- 4 веческое мышление, чем все то, что способны делать животные. Однако она не делает ничего, что могло бы наводить на мысль о наличии у нее свободной воли.

Б. Паскаль

I

Каково бы ни было основное целевое назначение авто­ мата (преобразование вещества, энергии, информации), во всех случаях автомат является прежде всего информа­

95

ционной системой. Такая система состоит [68] из трех основных блоков (устройств): входного, блока централь­ ного преобразования и выходного (см. рнс. 32).

Функции информационного контакта автомата с внеш­ ней средой выполняют датчики. Их ассортимент практи­ чески безграничен и продолжает расширяться из года в год. Теоретически не существует величин,'необходимых для использования в системах автоматического управ­ ления, которые нельзя было бы измерить. На практике дело обстоит несколько сложнее.

Во-первых, практика построения систем автоматичес­ кого управления непрерывно выдвигает такие требования

к датчикам, которые часто заставляют обращаться к инже­ нерному использованию новых сложных физико-хими­ ческих процессов и явлений. Во-вторых, наряду с отно­ сительно простыми (примитивными) датчиками разраба­ тываются и все шире внедряются непримитивные датчики систем автоматического управления — перцептроны, адалины и другие электронные опознающие устройства [64, 65]. В отличие от примитивных датчиков опозна­ ющие устройства реализуют процессы качественно более сложные, чем элементарная реакция на изменение пара­ метров, а именно процессы различения, идентификации, классификации. В-третьих, используемые в гидросфере автоматы находятся в невыгодном положении по сравне­ нию с «наземными» собратьями, так как получение инфор­ мации об окружающей обстановке осложняется особенно­ стями водной среды. Например, под водой крайне затруд­ нено получение информации по оптическому каналу боль­ шой протяженности. Видимость под водой, не превышает нескольких метров, хотя с появлением лазеров, работа­ ющих в сине-зеленой части спектра, и открывается принци­ пиальная возможность передачи светового сигнала на расстояние в несколько сот метров. Наибольшим по про­ тяженности каналом передачи сигналов под водой яв­ ляется акустический канал. В гидроакустических систе­ мах дальность определяется мощностью передатчика и условиями распространения акустического луча. При благоприятных условиях распространения дальность мо­ жет исчисляться сотнями километров.

96