Человек, заменивший разум машиной. История Леонардо Торреса
Как пелось в одной популярной детской песенке, «хорошими делами прославиться нельзя». Этот тезис неоднократно опровергали многочисленные ученые и изобретатели, один из которых — выдающийся испанский инженер и математик Леонардо Торрес Кеведо. Этот уникальный ученый стал известен не только благодаря своему вкладу в развитие авиастроения и канатных дорог, но также в качестве создателя первых в Испании механических вычислительных машин, шахматных автоматов, изобретателя систем радиоуправления и универсального искусственного языка для описания механических устройств.
28 декабря 1852 года в местечке Санта-Крус-де-Игунья, что в самом сердце провинции Кантабрия, в семье инженера-строителя Луиса Торреса и его супруги Валентины Кведо родился сын Леонардо. Окончив школу в Бильбао, Леонардо Торрес Кеведо отправился получать образование в Париж, в Колледж братьев-христиан, из которого выпустился в 1869 году. Уже на следующий год его отец нашел работу в Мадриде, и семья переехала в столицу, где молодой человек поступил в Школу Корпуса дорожных инженеров — высшее учебное заведение, готовившее специалистов в области транспорта и инженерного дела.
Завершив обучение в 1876 году, Леонардо устроился в железнодорожную компанию, где его отец работал инженером, но трудового энтузиазма юного специалиста хватило всего лишь на несколько месяцев. Поскольку в детские годы родители Леонардо много времени проводили в рабочих поездках по стране и не могли уделять сыну достаточно времени, мальчик воспитывался в семействе Барренечеа — родственников по отцу. Как раз к моменту окончания высшей школы они оставили молодому инженеру богатое наследство, и тот, бросив работу, отправился путешествовать по Европе, посетив Францию, Италию и Швейцарию. Но вместо праздных развлечений Леонардо посвящал время в этих поездках изучению всех появившихся к тому времени в этих странах научно-технических новинок, особое внимание уделяя электричеству.
Транспорт
Вернувшись в Испанию, Леонардо Торрес Кеведо решил посвятить свою жизнь предпринимательству, и в качестве первого проекта выбрал необычный вид транспорта, которым заинтересовался еще в годы учебы — канатную дорогу. Первый прототип был построен в его родном городе в 1887 году: канатная дорога длиной 200 метров соединяла края небольшого ущелья глубиной 40 метров. Пассажиры размещались на единственной деревянной скамейке, а всю конструкцию приводила в движение пара коров.
Несмотря на видимую простоту этого транспортного средства, оно использовало изобретенную Торресом оригинальную конструкцию, состоящую из нескольких тросов, один из которых был прикреплен к стационарным противовесам, а другой (через систему шкивов) — к подвижным противовесам. В этой системе осевая сила, проходящая через тросы, постоянна и не зависит от нагрузки на подвесных сидениях, а коэффициент запаса прочности тросов очень высок благодаря хорошо продуманному распределению баланса. Изобретатель оформил на эту конструкцию патент «Un sistema de camino funicle aéreo de alambres múltiples («Многотроссовая подвесная воздушная система»), который впоследствии лег в основу канатных дорог, построенных в Испании, США, Австрии, Германии, Франции, Великобритании, Италии и Швейцарии, где изобретение Леонардо пользовалось особым успехом из-за особенностей рельефа. Самым известным подобным проектом Торреса на основе его патента стала построенная в 1916 году «канатка» длиной 550 метров под названием «испанский аэрокар» в Ниагарском ущелье на территории Канады, действующая и по сей день.
Авиация
Вдохновившись успехом созданных и тщательно рассчитанных им подвесных систем для канатных дорог, в 1902 году Торрес зарегистрировал патент на принципиально новую конструкцию подвески гондолы дирижаблей. Вместо традиционного цилиндрического корпуса цепеллина изобретатель предложил использовать трехлепестковое сечение, внутри которого размещается сложный продольный каркас треугольной формы, состоящий из нежестких канатов, проницаемых тканевых штор, металлических тросов и лонжеронов. При наполнении корпуса дирижабля газом эта конструкция растягивается и превращается в жесткую структуру.
Благодаря этому изобретению в 1904 году Леонардо Торрес Кеведо был назначен на должность директора Центра авиационных исследований в Мадриде, и уже спустя четыре года под его руководством был построен первый военный дирижабль для ВВС Испании, названый именем изобретателя.
Вскоре патент на его конструкцию приобрела французская компания Société Astra, построившая впоследствии целую серию дирижаблей под общим названием «Astra-Torres». Дирижабли конструкции Торреса на испытаниях показали себя маневреннее и стабильнее в воздухе по сравнению с традиционными, и вскоре ВВС Франции приняла их на вооружение. Согласно условиям контракта, Леонардо Торрес получал гонорар в размере 3 франков за каждый кубический метр дирижабля, использующего его конструкцию.
Помимо системы подвески гондолы, Торрес изобрел причальную конструкцию для дирижаблей — именно он в 1910 году предложил идею прикрепить носовую часть дирижабля к причальной мачте и позволить ему свободно флюгировать при изменении направления и скорости ветра. Впоследствии именно эта конструкция в виде металлической башни, к верхушке которой крепилась носовая часть цепеллина за форштевень, стала использоваться повсеместно и сделалась очень распространенной в период расцвета эпохи воздухоплавания. Кроме того, Торрес предложил идею специальной поворотной площадки для посадки и высадки пассажиров. В 1913 году цепеллин Astra-Torres XIV побил мировой рекорд скорости для дирижаблей, разонгавшись до 124 км/ч при попутном ветре.
Механические вычислительные машины
Не менее ценен вклад Леонардо Торреса в развитие вычислительной техники: в 1893 году он выступил с докладом «Memória sobre las máquinas algébricas» («Память об алгебраических машинах») в Испанской королевской академии наук в Мадриде. На основе этого доклада Торрес разработал прототип арифмометра, воплощавшего в себе идеи других механических счетных машин того времени, а заодно и аналитической машины Чарльза Бэббиджа. Известный испанский инженер, архитектор, археолог и арабист Эдуардо Сааведра, ознакомившись с докладом, рекомендовал Академии наук профинансировать окончательный проект устройства. Так на свет появилась «счетная машина Торреса».
Эта вычислительная машина привлекла серьезное внимание в кругах ученых не только в Испании, но и за ее пределами. В 1895 году Торрес представил свое изобретение на Конгрессе Ассоциации развития наук в Бордо и в Париже, а в 1900 году опубликовал в Парижской академии наук более подробную работу «Machines à Calculer» («Счетные машины»).
Машина Торреса представляла собой не простой арифмометр: она использовала логарифмические шкалы, собранные на подвижных барабанах, а также сложные дифференциалы с косозубыми передачами, и позволяла выполнять инженерные и научные вычисления, например, решать логарифмические уравнения. В период между 1910 и 1920 годами на основе своего прототипа Торрес разработал машину, способную вычислять корни произвольных многочленов восьмого порядка (включая комплексные), с точностью до тысячных долей. Всего было построено около десятка таких машин. В дополнение к этой машине примерно в 1900 году Торрес изобрел специализированный механический аппарат для комплексного решения квадратного уравнения X2 — pX + q = 0.
Несколько экземпляров механических вычислительных машин Леонардо Торреса дошли до наших дней и сейчас представлены в музее Мадридского технического университета.
В 1920 году Торрес представил в Париже «Arithmomètre Electroméchanique» («Электромеханический арифмометр»), который состоял из арифметического устройства, подключенного к электрической пишущей машинке. На клавиатуре машинки можно было вводить числа и знаки математических операций, а результат вычислений распечатывался на ней же. Эту машину можно рассматривать как предшественника современных компьютеров, использующих клавиатуру в качестве интерфейса ввода.
Шахматные автоматы
Разрабатывая вычислительные машины для прикладных задач, Леонардо Торрес увлекся шахматами и решил объединить эти два направления. В 1914 году он сконструировал механический шахматный автомат, который назвал El Ajedrecista (Шахматист). Автомат был «автоматом» в полном смысле этого слова: он мог самостоятельно разыгрывать эндшпиль с королем и ладьей против короля из любой позиции, без какого-либо вмешательства человека.
В основание фигур Торрес приклеил металлическую сетку, которая замыкала электрические контакты на шахматной доске. Когда игрок перемещал черного короля вручную, алгоритм рассчитывал и выполнял следующий ход для игрока белыми фигурами, выбирая наиболее оптимальный вариант из всех возможных.
Из-за ограничений алгоритма автомат не умел ставить мат в течение положенных 50 ходов, но, тем не менее, все сыгранные им партии всегда заканчивались матом. Если соперник выполнял неправильный ход, автомат включал световую сигнализацию, а после трех неправильных ходов противника прекращал партию. Эта машина Леонардо Торреса считается первым в мире полноценным игровым автоматом.
Автомат был впервые представлен публике в Парижском университете в 1914 году и произвел настоящий фурор. Большая статья с описанием его конструкции была опубликована во французском журнале La Nature, а вскоре о нем говорили все мировые СМИ. Известный американский журнал Scientific American выпустил большой материал под названием «Торрес и его замечательные автоматические устройства: он заменил человеческий разум машинами».
Вторая версия шахматного автомата была построена сыном Леонардо — Гонсало, и представлена в Париже в 1922 году. Эта машина была уже электромеханической и использовала в своей конструкции электрические реле, а шахматная доска была оборудована электромагнитами. Кроме того, при окончании партии устройство включало голосовую запись, объявляющую сопернику мат. Этот автомат стал первой в истории машиной, выигравшей у гроссмейстера. Австрийский пионер компьютерной техники Хайнц Земанек описал ее как «историческое свидетельство мастерства автоматов, намного опередившего свое время». По словам Земанека, Торрес разработал очень умный алгоритм игры из шести частей, который был реализован с помощью рычагов, шестеренок и электрических реле.
Системы дистанционного управления
Леонардо Торрес считается и одним из пионеров в области систем дистанционного управления сложными механизмами: в период с 1901 по 1902 год он разрабатывал такие системы для испытаний своих дирижаблей без экипажа, чтобы не подвергать жизни людей опасности. Свое устройство он назвал «Телекино», выбрав комбинацию двух греческих слов: «tele», что означает «на расстоянии», и «kino» — «движение». Изобретение он запатентовал в Испании, Франции и Великобритании.
«Телекино» Торреса представляло собой комбинацию беспроводного телеграфа, многопозиционного поворотного переключателя и двух серводвигателей, приводивших в движение механические системы управления. Сигнал беспроводного телеграфа передавался в эфир и принимался на борту воздушного судна когерером — детектером электромагнитных волн. Затем он преобразовывался в электрический сигнал, усиливался и передавался на электромагниты, каждый из которых заставлял многопозиционный переключатель перемещаться на один шаг вперед или назад. Когда переключатель достигал своего конечного положения, замыкалась соответствующая электрическая цепь, подававшая напряжение на серводвигатель. Получилась дистанционная система управления, которую Торрес впервые представил и продемонстрировал публике в Парижской академии наук 3 августа 1903 года.
В процессе испытаний своей системы Леонардо Торрес быстро пришел к выводу, что передаваемые радиотелеграфом сигналы представляют собой код в двоичной системе счисления, поэтому для дистанционного управления дирижаблем он создал набор команд — двоичных «слов». Проблема потоковой передачи команд заключалась в невозможности создания механизма, способного определять конец одного символа и начало следующего. Чтобы решить эту задачу, Торрес решил применить метод асинхронной передачи данных, основанный на изменении состояния телеграфного сигнала. Благодаря «телекино» Торрес мог передавать на дирижабль 19 разных команд, и с их помощью выбирать различные режимы работы рулевого и маршевого двигателей, включать или отключать электрическое освещение на борту, и так далее.
В 1904 году Леонардо Торрес провел успешные испытания своей системы с расстояния 30 метров на трехколесном самодвижущемся экипаже — это стало первым в истории официально зафиксированным случаем появления на свет автомобиля на радиоуправлении. На следующий год система была установлена в лодке с мотором и испытана на расстоянии 250 метров в пруду Каса-де-Кампо в Мадриде. А 25 сентября 1906 года в присутствии короля Альфонсо XIII и при большом стечении публики Леонардо Торрес успешно продемонстрировал изобретение в порту Бильбао, управляя с берега катером с пассажирами. Дальность передачи сигнала достигла в ходе этих испытаний 2 километров. Несомненный успех созданного им технического решения побудил Торреса обратиться к испанской Короне за финансированием постройки такой системы для управления подводными торпедами, но заявка была отклонена из-за дороговизны устройства, и изобретатель на этом завершил все работы над своим многообещающим проектом. Кто знает, как изменилась бы картина морских сражений, если бы казна согласилась оплатить затраты гениального изобретателя?
Универсальный технический язык
Работая над патентами, зарегистрированными в Испании, Британии и Франции, Леонардо Торрес неоднократно сталкивался со сложностью описания своих инженерных решений на разных языках. Чтобы решить эту проблему, в 1907 году Торрес разработал формальный международный язык для технической документации, механических чертежей и инженерных устройств, и опубликовал его в научной работе «Sobre un sistema de notaciones y símbolos destinados a facilitar la descripción de las máquinas» («Система обозначений и символов, предназначенных для облегчения описания машин»). По словам Хайнца Земанека, изобретение Торреса было эквивалентно настоящему языку программирования —, но для механических устройств образца начала ХХ века.
Торрес определил таблицу символов, набор правил и словарь своего языка. Автор изобретения писал:»Бэббидж и Франц Рело — и я полагаю, что и другие, хотя у меня нет о них никаких известий — безуспешно пытались устранить данное неудобство; но, хотя эти выдающиеся авторы потерпели неудачу, будет ли это достаточным основанием для отказа от столь важного усилия? ». Идея Торреса тоже потерпела неудачу: язык не снискал популярности. Тем не менее, в процессе его разработки Леонардо увлекся эсперанто, и стал в итоге авторитетным эсперантистом.
Леонардо Торрес скончался 18 декабря 1936 года в доме своего сына Гонсало в Мадриде, за десять дней до своего восемьдесят четвертого дня рождения. Потомкам он запомнился не только как лауреат множества наград, автор большого количества научных работ и смелых изобретений, но и как гениальный инженер с широчайшим кругом интересов, заметно опередивший свое время.
Статья поддерживается командой Serverspace.Serverspace — провайдер облачных сервисов, предоставляющий в аренду виртуальные серверы с ОС Linux и Windows из любой точки мира менее чем за 1 минуту. Для построения ИТ-инфраструктуры провайдер также предлагает: создание сетей, шлюзов, бэкапы, сервисы CDN, DNS, объектное хранилище S3.
