Особый интерес представляет способность зрительного анализатора голубя избирать объекты, движущиеся в одном направлении. Это свойство получило название "способности обнаруживать направленное движение". Использовав его, можно построить обзорную радиолокационную систему, обнаруживающую самолеты, летящие в заданном направлении, например в сторону авиабазы, и, следовательно, осуществляющую предварительную обработку информации, близкую по принципу действия к функции биологической системы. Выяснением этого принципа заняты сейчас сотрудники одной из американских фирм, создающие модель глаза голубя.
Рис. 3. Грубая анатомическая схема сетчатки глаза голубя (а) и функциональная схема модели его сетчатки (б)
Сетчатка его глаза по существу представляет собой трехслойное устройство (рис. 3, а). Внешний слой содержит колбочки, или фоторецепторы, которые преобразуют воспринимаемые глазом световые сигналы в электрохимические потенциалы и передают последние в промежуточный слой, состоящий из нейронов, или нервных клеток, называемых биполярными или просто биполярами. Биполяры "переводят" сигналы, поступающие из внешнего слоя, и передают их (как принято думать) в виде последовательностей импульсов в третий слой, состоящий из нервных окончаний, выходные импульсы которых направляются в мозг по волокнам зрительного нерва.
Чрезвычайно важным элементом зрительного аппарата голубя является нейрон. Для моделирования его требуется разработать значительно более сложное устройство, чем ранее созданный оптический решающий фильтр[20]. Новый аналоговый нейрон, смоделированный в лаборатории, ближе по своим характеристикам к биологическому. Для биологического нейрона характерно наличие рефрактерного периода[21], по истечении которого нейрон снова приобретает нормальную чувствительность к раздражению. Кроме того, биологический нейрон должен обладать способностью генерировать, выходной сигнал в кодированной импульсной форме, свободной от дихотомии[22], свойственной выходному сигналу ранее сконструированного устройства. Наконец, наиболее важное свойство биологического нейрона — его способность запоминать, каким образом он реагировал на последнее раздражение, что отличает его от обычного логического устройства, работающего по принципу "большинства". Именно эти свойства зрительного анализатора голубя характерны для недавно созданной модели аналогового нейрона и отличают ее от ранее предложенной. Последняя, напомним, была основана на модели нейрона, реализующей пространственное суммирование и пороговую операцию.
Описанная выше схема глаза голубя показана на рис. 3, 6. Для моделирования биполярных и ганглиозных клеток использовались видоизмененные модели Хармона. Колбочки моделируются набором фотодиодов, каждый из которых соединен с эмиттерным повторителем. На выходе повторителя включен биполярный элемент, управляемый перепадом постоянного тока. Разветвляющиеся беспорядочные соединения между колбочками, биполярными и ганглиозными клетками выполнены на коммутационных панелях приборной стойки, на которой размещена большая часть схемы сетчатки.
Для моделирования нейронной структуры глаза голубя в модель Хармона были внесены некоторые изменения. Вместо одного запрещающего входа предусмотрено пять таких входов с тем, чтобы элемент имитировал горизонтальные и амакринные нервные клетки.
Каждый нейрон помещен на отдельной схемной панели, детали которой легко изменить в соответствии с характером поставленной задачи.
Скорость работы модели нейрона соответствует частотам порядка килогерц, т. е. эквивалентна скорости работы биологической системы. Чтобы создать фильтры для радиолокационных систем, основанных на этом принципе, потребуются частоты порядка мегагерц. В связи с этим специалисты создали высокоскоростную модель нейрона на блокинг-генераторе и интеграторе.
В ней содержится рецепторное поле со 110 фотодиодами и отдельной стойкой, на которой размещены эмиттерные повторители и система соединений с 80 биполярными нейронами. В данной модели последние соединены с 6 ганглиозными элементами. При попадании светового сигнала на рецепторное поле выходные импульсы отдельных фотоэлементов преобразуются в звуковые сигналы или подаются на осциллограф.
Пока что эта модель оказалась способной обнаруживать пятна и их края, движущиеся в определенном направлении. Система, однако, не обнаруживает неподвижные пятна или края.
Для создания индикатора пятна, движущегося в определенном направлении, т. е. для создания модели глаза голубя, исследователи намерены дополнительно ввести в созданную ими систему некоторое количество нейронов и расширить рецепторное поле. Последнее будет содержать до 200 фоторецепторов, число биполяров повысится до 150, ганглиозных клеток — до 25. В глазу же голубя число нейронов может достигать миллиона.
Поскольку точное устройство глаза голубя неизвестно, специалисты проводят эксперименты, по-разному соединяя между собой отдельные элементы модели. Для облегчения этой задачи используется коммутационная панель, при помощи которой надеются опытным путем установить, каким образом голубь выбирает определен-
Мое направление полета. Выяснив это, инженеры смогут перейти к изучению способности глаза голубя производить предварительную обработку данных.
Относительно реакции голубя на объект, движущийся в определенном направлении в его поле зрения, известно лишь то, что эта реакция не обусловлена деятельностью мозга, а возникает в результате предварительной обработки информации на участке глаз — мозг. Эта способность голубя, по-видимому, позволяет ему принимать быстрые и правильные решения. Полагают, что результаты изучения процессов переработки информации в глазу голубя внесут большой вклад в теорию и практику построения приборов, воспринимающих информацию. Такие исследования займут, вероятно, немало времени. А пока изобретательные ученые и инженеры нашли оригинальный способ использования совершенного зрительного аппарата живого голубя.
Одна американская фирма, производящая электронное оборудование, в течение довольно длительного времени терпела значительные убытки. Изготавливаемые ею дорогостоящие приборы быстро выходили из строя. Заказчики негодовали и, разумеется, требовали компенсации. Нужно было спасать репутацию фирмы...
Проведя анализ причин, специалисты фирмы выяснили, что приборы приходили в негодность из-за мельчайших трещин в покрытии некоторых деталей. Но и после этого ситуация нисколько не улучшилась — контролеры по-прежнему пропускали брак, так как дефекты покрытия было чрезвычайно трудно различить. Следовало заставить контролеров быть более внимательными, и руководство фирмы обратилось за советом к психологам. В качестве консультанта был приглашен профессор Колумбийского университета Каммингс. Профессору было известно, кто может справиться с такой работой наилучшим образом. В свое время доктор Верхэв из Сан-Франциско решил использовать голубей, обладающих большой остротой зрения, в качестве... контролеров на фармацевтических заводах. Когда голуби обнаруживали, что облатки и пилюли отличаются по размеру или цвету от стандарта, они тут же отбрасывали их. Эти же свойства голубей поставила себе на службу одна южноафриканская фармацевтическая фирма. Голуби не тяготились однообразной работой и оказались способными к длительной сосредоточенности.
И вот у конвейера, по которому двигались капризные детали электронной аппаратуры, поставили клетку с голубем. В ней находились две стеклянные пластинки, соединенные с системой электрической сигнализации. Голубь приступил к исполнению своих "контролерских обязанностей". Взглянув на проплывающую мимо доброкачественную деталь, голубь клевал ту из двух пластинок, которая включала сигнал "все в порядке". Если же на конвейере появлялась деталь, чем-то отличавшаяся от нормальных, птица клевала другую пластинку, указывающую на то, что идет брак. Опыт повторяли сотни раз. Обнаружение бракованных деталей поощряли, как водится, просяными зернами, и постепенно голубь превращался в высококвалифицированного контролера. Сначала он замечал дефекты явные, позже — трудноразличимые и, наконец, совершенно неразличимые человеческим глазом. Обучение, в зависимости от способностей "ученика", продолжалось 50 — 80 час. Профессор подсчитал, что голубь не замечает дефектов только в 1 % случаев,
Об успешном использовании голубей в качестве контролеров на производстве сообщалось совсем недавно и в нашей печати. Инициатором этого нововведения явился заместитель главного технолога одного из московских машиностроительных заводов А. М. Быков. Вместе с товарищами по работе — инженером-конструктором С. К. Лапшиной и начальником лаборатории А. С. Пантелеевым Быков решил использовать голубей для визуального контроля шариков для подшипников. Для обучения птиц выполнению столь ответственной функции инженеры построили специальный стенд, по конструкции очень сходный с описанным выше устройством. Но голубь — чуткая птица, и повозиться с наладкой работы "голубиного ОТК" пришлось, не имея опыта, изрядно. То птицам, рассказывает Быков, не нравился свет, то они не хотели есть из кормушки, подававшей поощрительные зерна. Один голубь клевал сильно, другой — слабо, пришлось подбирать пружинки контактов. В конце концов дело пошло на лад. Голуби научились сортировать шарики для подшипников. Но, приступив к работе, крылатые контролеры уже на другой день стали браковать все шарики подряд, без разбора. Не помогало ни удвоенное вознаграждение, ни улучшенное освещение. Причина оказалась совершенно неожиданной. Голуби замечали даже следы пальцев на зеркальной поверхности и отправляли шарики в брак. Стоило протереть их предварительно тряпочкой, как все стало на свое место и работа наладилась.
Интересно, что голубь, получая вознаграждение только за бракованные детали, никогда не "жульничает", чтобы получить лишнее зернышко. Опыт советских инженеров по применению "голубиного ОТК" показывает, что на первоначальное обучение новичка функциям контролера нужно 3 — 5 дней, а через 2 — 3 недели "квалификация" его значительно повышается и, чем тоньше становятся дефекты в контролируемой продукции, тем бдительнее делается птица. Производительность голубя — 3 — 4 тысячи деталей в час, работать он может несколько часов подряд, не обнаруживая признаков усталости и не снижая качества контроля.