Три колеса. Продолжение давнего спора

Жизнь без автомобиля сегодня немыслима. Но очень многие согласятся, что именно автомобиль делает жизнь на земле все более затруднительной. Именно автомобили сжигают едва ли не треть всей добываемой в мире нефти, да при этом еще загрязняют окружающую среду. А нефти на земле осталось не так уж много, лет на тридцать. Что потом?

Но потребляет автомобиль не только топливо из бензобака. Его производство тоже забирает у человечества энергию — то же самое топливо.

Еще в 70-е годы американцы подсчитали, что на производство легкового автомобиля расходуется столько же энергии, сколько содержится в бензине, который он сжигает за все время своего существования. Речь тогда шла об автомобиле с массой 1360 кг и расходом топлива 13–16 л на 100 км и пробегом до сдачи в металлолом 160 тысяч км.

С тех пор экономичность двигателя значительно возросла, а вот расход энергии на производство одного килограмма металла уменьшился незначительно. Так что и сегодня производство автомобилей ложится на энергетику планеты большим бременем.

Немалых затрат труда и энергии стоит и строительство автомобильных дорог. Но, как видят сегодня жители больших городов, они переполнены. Езда по ним подчас превращается в тяжкий труд.

Одно из решений проблемы — это делать маленькие, предельно легкие автомобили. Тем более что уже известно: средняя загрузка легкового автомобиля составляет 1,1 человека. Так что миниатюрная двухместная, занимающая очень мало места машина по всем статьям лучше большой. А нужны ли маленькой машине четыре колеса? Не хватит ли трех?

Вопрос не надуманный. Именно с трехколесных машин началось автостроение. Еще при Людовике XV инженер Никола Жозеф Кюньо построил трехколесный артиллерийский тягач с паровым котлом и передним управляемым колесом. Первый автомобиль Карла Бенца (1886 г.) тоже был трехколесным (рис. 1).

Рис. 1. Автомобиль-трицикл Карла Бенца , 1885 год.

Колеса без упругой подвески, открытые всем ветрам сиденья. Одноцилиндровый двигатель объемом около литра развивал мощность меньше одной лошадиной силы и «разгонял» экипаж до немалой по тем временам скорости 15 км/ч.

Дальше развитие автомобиля пошло по «четырехколесному» пути, но трехколесные конструкции не исчезли. После Великой Отечественной войны в нашей стране было очень много инвалидов. Для них были созданы трехколесные мотоколяски на базе легких мотоциклов М1-М и К1-Б Минского и Киевского заводов. Это было открытое кресло-сиденье, установленное между задними колесами, а перед ним размещался мотоциклетный двигатель и рычаг управления, связанный с передним мотоциклетным колесом.

Позже на заводе в Серпухове закрыли мотоколяску кузовом, установили автомобильный руль и поставили двигатель от мотоцикла ИЖ.

В середине 50-х годов в Германии фирма Messerschmitt, известная своими самолетами, стала выпускать трехколесный автомобиль «Messerschmitt Tiger», удивительно напоминающий истребитель (рис. 2).

Рис. 2. Автомобиль-трицикл « Мессершмитт Тигр », фирма Messerschmitt , 1953 год.

Кресла водителя и единственного пассажира располагались друг за другом, а для посадки и высадки весь прозрачный колпак откидывался, как у кабины самолета! Даже управление производилось по-самолетному, при помощи рычага. В этом трицикле появились передовые технические решения многих узлов, в частности, независимая подвеска. Спереди у него было два управляемых колеса, а сзади — одно ведущее. Длина «Тигра» была меньше трех метров, вес — 240 кг, скорость до 100 км/ч с двигателем мощностью 10 л.с. Машину долго выпускали. Ее последняя модель имела двухцилиндровый двигатель мощностью 20 л.с. и максимальную скорость 130 км/ч.

Конструкция фирмы Messerschmitt оказалась очень удачной, многократно использовалась в других моделях. Даже сегодня английская фирма Tri Tech Autocraft выпускает ее точную копию под названием «Tri Tech Schmitt» (рис. 3).

Рис. 3. Автомобиль-трицикл « Шмитт », фирма Tri Tech Autocraft , Англия.

Выпускают трициклы и сейчас. Их преимущества в простоте.

У четырехколесного автомобиля передние управляемые колеса при повороте движутся по окружностям различного радиуса и их нужно поворачивать на разные углы, а задние ведущие колеса при повороте также проходят разный путь, поэтому необходим дифференциал, позволяющий им вращаться с различной скоростью. Не следует забывать, что по чисто геометрическим соображениям одно колесо четырехколесного экипажа всегда повисает в воздухе. Только подвеска заставляет его касаться земли.

У трехколесного экипажа контакт с землей постоянен, поскольку, как вы знаете, три точки определяют плоскость. Колеса можно расположить по-разному. Например, одно колесо может быть как спереди, так и сзади. Переднее управляемое колесо упрощает рулевую систему, ведущее заднее колесо делает ненужным дифференциал.

Полагают, что трехколесные экипажи обладают меньшей устойчивостью по сравнению с четырехколесными, особенно при повороте. Но практика этого не подтверждает.

Трехколесные экипажи прокладывают на грунте не две, а три колеи, что увеличивает сопротивление движению и снижает проходимость. Но городской автомобиль используется в основном на дорогах, где проходимость не нужна. Простота, экономичность и неприхотливость обеспечила трициклам широчайшее распространение там, где нет развитого автосервиса — в странах Юго-Восточной Азии, Индии, Африки.

Здесь высока плотность населения, нет очень дальних поездок, жизнь течет интенсивно, но неторопливо.

Двигатели трехколесных микрогрузовиков мощностью всего в несколько лошадиных сил исправно таскают груз в 500–600 кг со скоростью более 50 км/ч.

Прогресс в развитии трициклов своеобразен. Часто он бывает направлен на достижение предельной простоты. Нигерийская фирма Addis выпускает трехколесные пятиместные(!) машины. Угловатый кузов выполнен из пластика с наполнителем из пальмового волокна и имеет четыре двери.

Двигатель от мотоцикла «Yamaha» расходует 4,5 л топлива на 100 км. Модель «Addis РЗ» (рис. 4) очень дешева и практична, а потому находит широчайшее применение. Вероятно, ее внешний вид устраивает потребителя…

Рис. 4. Автомобиль-трицикл « ADDIS РЗ », Нигерия.

Взяв за основу грузовой мотороллер, итальянцам удалось получить изящный микрогрузовичок «ASS0 20–14» (рис. 5).

Рис. 5. Автомобиль-трицикл «ASSO 20–14», Италия.

Двухместная пластиковая кабина с автомобильными дверьми не только отделана тканью, но и вдобавок снабжена обогревателем. Независимая подвеска, экономичный дизель, исключительная маневренность — им заинтересовались даже в Европе.

Микрогрузовик может перевозить от 500 до 850 кг груза, а для полного разворота ему нужно всего 7,2 м ширины улицы.

Повсеместное увлечение электромобилями не обошло и трициклы. Несмотря на то что в Дании нет своей автопромышленности, фирма EL-Trans выпускает одноместный трехколесный городской электрический экипаж «Mini City-EL» длиной 2,8 м и весом 290 кг. Привод осуществляется посредством электродвигателей, встроенных в колеса. Его общая мощность 2,5 кВт (с возможностью кратковременного форсирования до 3,6 кВт). Максимальная скорость «Mini» — 50 км/ч, запас хода на одной зарядке аккумулятора — до 50 км. Кузов электротрицикла выполнен из стеклопластика, он имеет откидной обтекатель для входа-выхода, причем откидывается и рулевая колонка. Мини-электромобиль получился настолько удачным, что в Англии его уже начали выпускать под маркой «Combi Drive Mouse», хотя на мышь этот элегантный трицикл никак не похож.

Развивается производство миниатюрных электротрициклов для поездок за покупками, доставки мелких партий товаров, почты, да просто для пожилых людей, которым уже сложно управлять двухколесным экипажем.

Схема трицикла позволяет создавать интересные гоночные модели. Этому способствует уменьшение лобового сопротивления за счет меньшей ширины, максимальное сближение двух задних или передних колес.

Канадская фирма Campagna Motors выпускает малыми партиями полугоночные трициклы «Т-REX» (рис. 6), разработал которые механик Даниель Кампанья.

Рис. 6. Автомобиль-трицикл « Т-REX » фирмы Campagna Motors, Канада.

Его «дорожная ракета» весит 373 кг и разгоняется до скорости 100 км/ч за 4,2 с, а максимальная скорость ограничена величиной 210 км/ч только из соображений безопасности. На трицикле установлен силовой агрегат от мотоцикла «Suzuki GSX- R1100» мощностью 155 л.с. Такой двигатель мог бы поднять в воздух вертолет со взлетным весом 620 кг! Машина имеет чисто спортивное назначение, кроме того, на ней отрабатываются технические новшества.

А транспортное средство из Голландии трициклом даже неловко называть: хотя конструкция под названием «Carver» имеет три колеса, по комфортабельности и оборудованию она не уступит солидному современному автомобилю. Дебют модели голландского бизнесмена Криса ван ден Бринка состоялся на франкфуртском Мотор-шоу 1999 года. Алюминий и пластик, тандемное расположение двух сидений, четырехцилиндровый турбодизель. Автоматическая система обеспечения устойчивости создает наклон кузова на виражах до 45 градусов в обе стороны и позволяет развивать скорость 190 км/ч.

Двигатель разгоняет «Carver» до 100 км/ч за 8,2 с. Хотя машина серийно не производится, ее пример доказывает, что трициклы могут стать серьезными конкурентами четырехколесных машин.

Марк МИХАЙЛОВ

 

Нейрокомпьютика

С годами мозг мыслителя искусный

Мыслителя искусственно создаст

И.-В. Гете

Существует целый класс задач, которые современным компьютерам «не по зубам» или решаются на них крайне нерационально. Ведь чтобы компьютер смог что-то сделать, ему необходимо задать последовательность действий. А сделать это может только человек. Конечно, компьютер может помочь ему в составлении программы, избавив от некоторых рутинных операций, но в конечном итоге он играет роль лишь «большого калькулятора».

Собственно говоря, нынешний компьютер — это дальний родственник механических вычислительных машин. Создателем первой такой машины, напомним, был профессор Тюбингенского университета В.Шикард, который начал эту работу по совету Иоганна Кеплера. В письме Кеплеру от 20 сентября 1623 года Шикард сообщил ему, что машину построил: работала она при помощи шестерен и бумажных лент, выполняя четыре действия арифметики.

В середине XIX века математики Чарлз Беббидж и Ада Лавлейс (дочь Джорджа Байрона) разработали проект механической программируемой машины. Лавлейс, которую можно считать самым первым программистом, указывала, что такая машина может работать не только с числами, но и выполнять другие операции, если их можно выразить манипуляциями с числами, например, сочинять музыку. К сожалению, построить машину Беббиджа не удалось, но в принципе она могла бы делать почти все то, что делают современные компьютеры.

Вероятно, не случайно еще Кеплеру принадлежит призыв к созданию вычислительной машины. Его работы в области движения небесных тел подняли механику до крайне высокого уровня. Начинало казаться, что она полностью описывает окружающий мир. Это дало основание Лапласу (1749–1827) высказать любопытную идею: некий «всеобъемлющий ум», знающий уравнения движения всех атомов Вселенной, мог бы, решая их, предсказать все будущие события, всю историю мира до последней мелочи, до шага и вздоха каждого человека!

Исходя из такого понимания устройства мира, и работали Беббидж и Лавлейс. По-видимому, они ждали от вычислительной машины очень многого… Однако окружающий мир оказался значительно сложнее. Его нельзя описать раз и навсегда заданными уравнениями. Многие явления и процессы, например, происходящие в микромире, не имеют четкой внутренней логики и не поддаются формальному описанию.

Вот, например, задача распознавания символов.

Пусть у вас есть лист с напечатанным на нем текстом и вы хотели бы перенести этот текст в компьютер, чтобы затем редактировать его. Как автоматизировать эту работу? Воспользоваться сканером? Как бы не так: полученное с его помощью оцифрованное изображение текста — это еще не сам текст. Это пока только картинка. Если же мы захотим загрузить этот текст в текстовый редактор, то сначала нужно, чтобы компьютер «опознал» каждый изображенный символ и сопоставил с ему соответствующим кодом.

Проблема же в том, что сложно четко и однозначно «объяснить» компьютеру, чем похожи и чем отличаются распознаваемые объекты. Например, буква «А» может быть напечатана разными шрифтами или небрежно написана от руки, качество печати принтера или 8 типографии может быть не очень высоким. Сами мы прекрасно опознаем эти изображения. Но объяснить, как это происходит, мы не в состоянии.

Бэббидж — профессор Люкасовской кафедры Кембриджского университета (1829).

Ада Августа Лавлейс.

Впрочем, задача распознавания гораздо шире, чем умение читать. Детали, проезжающие на конвейере перед телекамерой, среди которых надо обнаружить бракованные; полустертые отпечатки пальцев, обнаруженные следователем на месте преступления, голос преступника в записи телефонного разговора — это тоже образы. Остается прежней и суть задачи: умение правильно определять, в какому классу из числа уже известных относится тот или иной образ.

Аналогичны по своей неформализуемости и задачи предсказания будущего на основе прошлого опыта. Причем они вовсе не сводятся к гаданиям на картах или на кофейной гуще: ведь прогноз погоды или состояние экономики — это тоже предсказание будущего… Как же решать подобные задачи?

В конце 50-х годов XX века американский ученый Ф.Розенблат создал перцептрон — устройство для распознавания образов. В его основе было заложено подражание живой природе — это была простейшая модель глаза. У первого такого перцептрона «сетчатка глаза» состояла из ста фотоэлементов — аналогов зрительных клеток. К ним были подключены «нейроны» — усилители с изменяемыми коэффициентами усиления на входах. Причем входы каждого «нейрона» соединялись с фотоэлементами случайным образом, в том числе несколько фотоэлементов могли быть подключены к одному усилителю или же, наоборот, один фотоэлемент подключался к нескольким усилителям. Да и все изначальные коэффициенты усиления выбирались совершенно случайно. Каждый «нейрон» в устройстве Розенблата суммировал поданные на него сигналы с учетом их усиления, а затем полученные результаты суммировались и сравнивались с некоторым пороговым значением. Если их общая сумма превышала порог, то на выходе перцептрона появлялся сигнал «1», иначе же — сигнал «0».

Само по себе такое устройство, конечно же, еще ничего не умело — ведь по сути у него не было даже какой-то схемы, а только полный хаос. Перцептрон нужно было обучить выполнению поставленной задачи. Вот перед нами только что изготовленный перцептрон. Будем показывать ему букву «а» в различных начертаниях. Если на выходе появится единица, значит, перцептрон «угадал» правильный ответ. Если же нет, то уменьшаем коэффициенты усиления для тех «нейронов», которые активнее всего участвовали в формировании неверного ответа. А затем повторим процедуру снова и снова — до тех пор, пока перцептрон не станет надежно опознавать букву «а». Если же немного усложнить схему, то можно сделать и перцептрон, различающий разные буквы, тогда его требуется обучать не только правильно опознавать каждую букву, но и отличать их друг от друга.

И в этом главное отличие перцептрона от «классического» компьютера. Во-первых, мы изначально не закладываем в перцептрон никаких алгоритмов распознавания — ни в виде программы, ни схемотехнически; более того, мы даже можем не знать этого алгоритма. Наоборот, делая схему хаотичной, мы стараемся не закладывать в него изначально вообще никакой предварительной информации! А во-вторых, перцептрон необходимо долго «обучать» решению интересующей нас задачи на примерах-образцах. Только в отличие от школьника уже обученный перцептрон можно потом «растиражировать» в нужном количестве экземпляров. И чем дольше и тщательнее проводится «обучение», тем меньше ошибок допускать перцептров дальнейшей работе. Фактически алгоритм решения задачи рождается в процессе «обучения»!

Но, как оказалось, напрасно!

Заманчивая возможность создать «искусственный мозг», работающий по тем же принципам, что и человеческий, заставила ученых обратить пристальное внимание на изучение его «элементарных ячеек» — нейронов и попытаться создать их электронные аналоги. И выяснилось, что нейроны работают примерно по тем же принципам, что и перцептрон: они тоже суммируют поступающие на их «входы» — синапсы — электрические сигналы с учетом коэффициентов усиления каждого из них, причем эти коэффициенты могут быть и положительными, и отрицательными (то есть сложение превращается в вычитание), и могут меняться.

Такие нейроподобные схемы — нейрокомпьютеры — это своего рода перцептроны нового поколения, причем они могут быть реализованы не только в виде электронных схем, но и в виде программ для персонального компьютера. Причем в отличие от перцептрона в нейрокомпьютерах сигнал с выхода устройства может быть запомнен или пропущен через линию задержки и снова подан на его вход, так что нейрокомпьютер может при решении поставленной задачи учитывать предыдущие результаты.

Первое такое устройство было изготовлено в 1991 году в СССР в виде нескольких экспериментальных экземпляров.

Поставленная ему задача требовала «упаковать» одночасовой кинофильм в шестиминутную видеозапись, то есть сжать информацию в десять раз. Нынешний «Пентиум III» тратит на такое преобразование несколько десятков часов.

Тогдашний же нейрокомпьютер после завершения его «обучения» делал это за один час, причем в реальном времени — получая видеосигнал с телекамеры и сразу его «упаковывая». Сегодняшние же нейрокомпьютеры все чаще используются для гибкого управления производством, пилотирования летательных аппаратов, охранных систем, для прогнозирования валютных курсов и ситуации на бирже…

Нейрокомпьютер можно считать даже в какой-то мере наделенным интуицией, почти граничащей с гениальностью: подчас он может найти решение таких задач, к которым не знаешь даже как подступиться; первоначально даже не всегда удается понять, в чем заключается смысл полученного решения, но, проанализировав результирующую структуру искусственной нейросети, исследователь может получить и искомый алгоритм решения задачи. То есть нейрокомпьютер выступает уже не как «простой решатель», а как инструмент исследования.

А вот для типичных вычислительных задач, где требуется выполнить расчеты по заданным формулам или сформулировать однозначный алгоритм решения, обычные компьютеры в большинстве случаев вне конкуренции. Впрочем, в некоторых вычислительных задачах применение нейрокомпьютера тоже может дать значительный выигрыш. Например, если для решения требуются слишком громоздкие вычисления (скажем, решение систем из десятков уравнений с десятками неизвестных), то нейрокомпьютер нередко способен «предсказать» с очень высокой вероятностью правильный ответ, не выполняя такие расчеты вовсе или же значительно сократив их объем.

Вообще же, если попытаться заглянуть в будущее, нейрокомпьютеры вполне могут потеснить привычные ПЭВМ во многих сферах применения. Особенно это касается попыток создания искусственного разума. Такое устройство, предсказанное некогда Гете, сможет обходиться без заранее составленной программы и без подсказки человека, самостоятельно выпутываясь из создавшихся сложных ситуаций, — такое свойство может оказаться незаменимым при освоении других планет, да и просто для ориентации в море создаваемой нами информации. Нейрокомпьютеры могли бы стать верными советчиками и помощниками — почти ангелами-хранителями для каждого из нас. Остается только один вопрос: ведь если нейрокомпьютеры будут обладать интуицией и, возможно, научатся понимать эмоции, то рано или поздно они могут осознать себя как личность. Сможем ли мы тогда относиться к ним как к машинам? Или это будут уже люди, почти такие же, как и мы?

Д. УСЕНКОВ ,

с. н.с. Института информатизации образования Российской академии образования

Художник В. ГУБАНОВ