Ванневар Буш — блестящий инженер-приборист
В 1995 году в Массачусетском технологическом институте проходила конференция, приуроченная пятидесятилетию изобретения гипертекста. Она была посвящена Ванневару Бушу, которого по праву можно считать первым, кто дал описание такому понятию как «гипертекст». Хотя, если говорить о самом термине «гипертекст», то он был предложен Тедом Нельсоном в 1965 году, а работающую гипертекстовую систему создал Дуг Энгельбарт в 1968 году.
Чем же в истории науки известен Ванневар Буш?
Выдающийся ученый, талантливый инженер и организатор, был научным советником президента Рузвельта, вот что он нем писал Норберт Винер (американский ученый, выдающийся математик и философ, основоположник кибернетики и теории искусственного интеллекта):
Буш обладал не только прекрасной головой, но и руками, которые, казалось, тоже способны мыслить. Недаром он был одним из самых блестящих инженеров-прибористов, которых когда-либо знала Америка
Дифференциальные анализаторы, они же в дальнейшем аналоговые вычислительные машины, первая гипертекстовая система memex, Национальный фонд науки США, компания Raytheon — все это (и не только) связано с именем яркой личности Ванневара Буша.
Немного из биографии
11 марта 1890 года в городе Эверетт (штат Массачусетс США) родился Ванневар Буш. Городок издавна был центром китобойного промысла США. Предки Ванневара были связаны с китобойным делом, позже, когда данный промысел потерял свое значение, китобойный флот был сокращен, отец Буша, Ричард Перри Буш, работал корабельным коком, а после и вовсе ушел с флота и стал протестантским священнослужителем.
Эверетт (штат Массачусетс США)
В 1913 году Буш окончил Тафтс-колледж в Бостоне, последовав примеру своего отца, получил диплом инженера, представив на защиту механический построитель геодезических профилей. В 1916 году он получил ученую степень в Массачусетском технологическом институте и Гарвардском Университете. Ванневар работал инженером-электриком, позже, после защиты вернулся в Тафтс на должность преподавателя. Тут его и застигла Первая мировая, во время которой он занимался разработкой магнитного детектора подводных лодок. Увы, устройство так и не было применено, так как разрабатывалось для деревянных суден. В 1916 году Буш женился на Фиби Дэвис.
В 1919 году Буш ушел в Массачусетский технологический институт, именно в это время МIТ стал одним из ведущих международных научных центров.
В 1923 году oн получил звание профессора MIT, его первым аспирантом был Фред Терман. Радиоинженер Фред Терман известен как создатель Стэнфорда, позже — крестный отец Кремниевой Долины.
Raytheon можно считать первым достижением Буша. Изначально, это была компания по производству газовых выпрямителей тока для радиоприемников, созданная совместно с Лоренсом Маршаллом и Чарльзом Смитом. Это сейчас Raytheon является одной из крупнейших ракетостроительных компаний США.
Ванневар Буш и Лоренс Маршалл жили в одной комнате в общежитии Тафтса. Лоренс решил заняться разработкой холодильных устройств. Так как технологии искусственного охлаждения начали уже входить в промышленность, в ресторанное дело, розничную торговлю, было решено разработать холодильник. Но на деле оказалось не все так просто… и новосозданная компания в 1924 году занялась электроникой. В 20 годы начали появляться радиостанции, радио стало популярно, но вот первые радиопередатчики и радиоприемники работали от двух батарей, простой A и высоковольтной B, их размеры были впечатляющими, полевые радиостанции вообще приходилось возить на тележках, гражданские были дорогими и их обслуживание также влетало в копеечку. Изобретение выпрямителя позволило подключать радио напрямую в электросеть, следовательно, в разы уменьшились и размеры радиопередатчиков, а потом и радиоприемников.
Начиная с 1925 года Буш и группа его сотрудников построили интеграф (Integraph). Интеграф представлял собой машину непрерывного действия, которая могла решать дифференциальные уравнения 1-го и 2-го порядка. Вот как ее в то время охарактеризовал Буш:»… электрическая машина, способная самостоятельно думать. Фактически — рукотворный мозг, интеграф призван помочь человеку переступить барьер ограниченных возможностей в нахождении решений слишком сложных математических проблем».
Дифференциальный анализатор
Деятельность Буша была посвящена созданию устройств, которые стали популярны в 30–40 годах — электромеханическим дифференциальным анализаторам, они предшествовали появлению аналоговых вычислительных машин. В 1925 году дипломники Буша Герберт Стюарт, Кинг Гулд и Харольд Хазен собрали под наблюдением Буша механическую счетную машину для решения интегралов, при этом ими были использованы идеи братьев Томсон, которые разработали первую машину для предсказания приливов и отливов в 1872–73 годах. Она позволяла предсказывать уровень воды в Темзе, учитывая положение Луны и Солнца, суточное вращение Земли и других параметров. Идея, лежащая в основе всех механических машин для вычисления приливов и отливов — гармонический анализ, который заключается в этой простой формуле:
машина для предсказания приливов и отливов Уильяма Томсона
Используя такие механические счетные машины в качестве узлов, была собрана машина для решения дифференциальных уравнений второго порядка. Осенью 1931 года такое устройство было названо Бушем дифференциальным анализатором.
дифференциальный анализатор
Норберт Винер писал об дифференциальных анализаторах Буша, делая акцент на том, что величины в таких устройствах представлялись, например, углами вращения некоторых осей и могли складываться между собой, перемножаться, делиться друг на друга и т. д. Кроме того, эти приборы имели особое устройство, называемое интегрирующим диском, которое показывало окончательный результат, полученный после выполнения всех нужных операций.
И так, что же являл собой такой дифференциальный анализатор. Это было электромеханическое устройство, очень напоминающее стол для игры в настольный футбол. Батарея состояла из шести интеграторов и позволяла решать одно дифференциальное уравнение шестого порядка или два-три уравнения второго порядка одновременно. Образец такого устройства «Дифференциальный анализатор Рокфеллера», созданный в 1942 году, весом в 100 тонн с вводом информации с перфоленты, содержал две тысячи электронных ламп, 150 моторов и несколько тысяч реле, которые были соединены почти тремя сотнями километров проводов. Интеграторы вращали сервомоторы с усилителями крутящего момента, чтобы диски интеграторов не проскальзывали под нагрузкой.
Условия решаемого уравнения задавались установкой осей, кулачков и рычагов, дополнительные физические параметры можно было выставить с помощью электроприборов, сложная система рычагов приводила на выходе в движение перо, вычерчивавшее на миллиметровке кривую решения уравнения. Оператор мог также использовать перо и на входе: вводить им в систему кривую, чтобы механика разложила ее на параметры. Приборы имели особое устройство, называемое интегрирующим диском, которое показывало окончательный результат. Такая машина с успехом использовалась в некоторых военных проектах во время Второй мировой войны, а Буш благодаря своему изобретению стал советником Президента США Франклина Рузвельта по науке.
Машины Буша были, скорее всего, самыми большими аналоговыми вычислителями в мире, быстро завоевали популярность и также быстро ее потеряли. Дифференциальный анализатор в 30 годы прошлого столетия являлся самым мощным вычислительным устройством, научные центры, такие как Кембридж, Осло также изготовили себе копии данного устройства. Процесс работы с такой машиной был сложным и трудоемким, подготовка к решению задачи (чаще всего из области электротехники) могла занимать от сотни до тысячи человеко-часов.
Позже Буш переводит свой электромеханический дифференциальный анализатор на электронную элементную базу. Анализаторы стали называть аналоговыми вычислительными машинами. При проектировании и создании всем известного цифрового компьютера ENIAC были использованы дифференциальные анализаторы.
компьютер ENIAC
Дифференциальный анализатор Ванневара Буша стал своего рода переходным звеном к созданию электронных цифровых компьютеров. Его ученик студент-магистрант Клод Шеннон, в своей магистерской работе «Символьный анализ реле и коммутаторных цепей» (признанной самой важной дипломной работой в истории) показал принципы создания логических электронных схем, чем и создал теоретическую основу всей современной электроники.
В 1932 году Ванневар Буш стал главой Инженерной школы и вице-президентом MIT. В 1938 году был назначен на пост главы Института Карнеги в Вашингтоне. В этом же году Буш разрабатывает, создает и патентует устройство для быстрого поиска информации в микрофильмах.
Интересен тот факт, что в преддверии Второй мировой, летом 1938 года, между аншлюсом Австрии и оккупацией Чехословакии Германией, ФБР пригласило Буша для консультаций о создании машины для взлома германских шифров, но, увы, Буш с этой задачей не справился. Как известно, ее «осилил» через пару лет Алан Тьюринг.
В 1939 году Буш стал исполняющим обязанности главы Национального совета по аэронавтике (NACA, с 1958 года NASA). Буш настоял на создании новой лаборатории в Саннивейле (Калифорния), на данный момент эта лаборатория выросла до крупнейшего центра космических и компьютерных исследований и известна как NASA.
Размышления о формах представления информации. Memex
В 1940 году Буш был назначен председателем Государственного комитета оборонных исследований при президенте США. С 1941 — 1947 возглавлял бюро научных исследований и разработок при правительстве США. С 1939 — 1941 Буш занимал должность председателя Национального наблюдательного совета по аэронавтике. Он входил в состав Высшего политического совета, занимал пост председателя Комитета по военной политике.
Что связывает Буша с современностью? Ответ находим в его статье «As we may think» (пока мы мыслим), которая была опубликована в июле 1945 года в журнале The Atlantic Monthly. Это был результат переосмысления роли науки и ученых в войне и истории общества в целом. Часть статьи — это размышления о формах представления информации. В ней он утверждает, что бумажные формы представления информации значительно отстали от уровня требований, предъявляемых современной ему наукой. А …«архаичность средств хранения информации приводит к тому, что важнейшие результаты оказываются невостребованными». Буш предложил некую фото-электромеханическую машину, которую сам же и назвал memex. Она так и не была построена, но лишь образно помогла представить идею, воплощение которой в наше время назвали гипертекстом.
Интересно
В MIT было создано самое засекреченное подразделением — отдел S-1, который напрямую подчинялся Ванневару Бушу. Этот отдел не значился ни в каких организационных планах, это был комитет по урану. Данный комитет был создан Бушем менее чем за 24 часа до удара Японии по Перл-Харбору и объявления Германией войны США. Хотя проекту не было придано большого значения. Бюджет ядерного проекта составлял 6000 долларов, и работа шла на чистом энтузиазме. Так вот, попав в подчинение к Ванневару Бушу комитет по урану был развит в огромную сеть организаций. Комитет был переименован в Манхэттенский проект.
Гарри Трумэн, Джеймс Брайант Конант и Ванневар Буш в Белом доме, 1948 год
Глава проекта, военный строитель генерал Лесли Гровс, построивший до этого знаменитый Пентагон в 1940 году, ничего не понимал в ядерной физике, но в минимальные сроки выстроил с нуля колоссальные секретные объекты, без которых не удалось бы получить необходимое количество тяжелых изотопов. Так возникли урановый завод в Ок-Ридже, плутониевый реактор в Хэнфорде и исследовательский центр в Лос-Аламосе (в первые годы — комплекс времянок и модульных двухэтажных домиков-бараков).
Буш был прекрасным руководителем, хотя и понимал в большей части проектов под его руководством меньше любого из исследователей, но знал, как создать условия для успешной работы. Ему удавалось добиться сотрудничества между исследователями и военными. Буш вдохновлял ученых и инженеров, переубеждал офицеров и вел дипломатические игры с Конгрессом, Сенатом и Белым домом, памятуя о том, что война скоро окончится и нужно закладываться на мирную перспективу.
Memex в понятии Буша — это машина типа письменного стола с экранами, куда проецируется читаемая информация. Вся информация должна храниться в виде микрофильмов, для чего memex имеет подсистемы чтения с микрофиш и подсистему записи на микрофильмы с помощью процесса сухой фотографии. Такая машина представлялась Бушу как полноценное рабочее место с клавиатурой и вспомогательными клавишами. Благодаря плотности записи на микрофильмы, хранилища для микрофильмов хватило бы на столетие, если бы на него ежедневно записывалось по 5000 страниц. То есть, memex — это своеобразная иерархическая картотека, в которой документы связаны «следами», по которым можно было бы переходить из одного места в другое. Пользователи смогли бы читать, размечать, аннотировать документы, обмениваться ими и создавать новые документы и следы по новым темам.
Со слов Буша:
На нем наклонные прозрачные экраны, на которые материал проецируется для удобного чтения. Там же клавиатура и набор кнопок и рычагов. В остальном он выглядит как обычный письменный стол…memex должен работать не как иерархическая картотека, а подобно памяти — на ассоциативных связях
Буш предложил механизм перекрестных ссылок, аналогичный используемому в современном гипертексте, но реализованный с помощью условного механизма. Ведь с помощью вспомогательных полей в теле документов можно было бы воспроизвести аналог ассоциативных связей, которые присущи человеческому сознанию.
Еще в 1939 году Буш описал устройство, которое могло бы облегчить работу с микрофильмами. Это предполагаемое устройство чем-то напоминает современные экшен-камеры (GoPro). Вот как он описывал данный аппарат — объектив с орех на лбу, очки с сеткой-визором, пульт удаленного управления на запястье, пленочная кассета на сто кадров с электронно-лучевым фотосенсором. Данное устройство может распознавать голос в тексте, производить синтез речи, делать математические и логические преобразования и производить анализ данных.
Ванневар Буш всегда считал себя инженером, а не великим ученым. Он — человек проекта, который »… говорит вещи «будь», и она возникает». Будучи человеком весьма разносторонним, в нем гармонично сочетались качества ученого-математика и инженера-практика. Как уже упоминалось, им была создана самая мощная вычислительная машина до появления цифровых компьютеров. Благодаря его влиянию была поднята инженерная школа Массачусетского технологического института (MIT). Занимал руководящую должность в министерстве науки США, где были созданы пенициллин, авиарадары, дистанционные взрыватели, ядерная бомба. Буш придумал, как использовать машины для хранения знаний. Он предвидел будущее. Его называют главным создателем ядерного оружия, «генералом физики», великим Инженером, гуманистом технократического века.
