Развитие искусственного интеллекта. часть 3

А.Н. Ходжибаев, А.А. Кадырходжаев
ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА. Часть 3: Эволюция инженерных идей в XVIII–XIX веках
            Аннотация:
Статья посвящена анализу ранних этапов развития инженерных концепций, предвосхитивших современные направления искусственного интеллекта. В центре внимания — механические и акустические эксперименты второй половины XVIII века, направленные на моделирование речи и человеческих функций, а также интеллектуальные и математико-логические разработки XIX века, сформировавшие фундамент формального описания мышления. Переход от имитации внешнего поведения к формализации внутренних когнитивных операций рассматривается как ключевой сдвиг в истории инженерных наук, обеспечивший переход от ремесленной механики к вычислительным абстракциям.
                Ключевые слова
Механические автоматы; акустические аппараты; искусственная речь; формальная логика; вычисления; символические системы; формализация мышления; история инженерии.

В истории технологий второй половины XVIII века, особенно в период 1770–1790 годов, следует особо выделить группу из четырёх выдающихся изобретателей, не связанных между собой напрямую, но работавших в одном смысловом поле. Их труды были направлены на моделирование человеческой речи, поведения и когнитивных функций, а созданные ими устройства стали предвестниками целого ряда изобретений будущих столетий, включая говорящие автоматы, системы синтеза речи и интеллектуальные машины. (Mikal, 1783; Kratzenstein, 1779; Kempelen, 1780; Darwin, 1771).
Одним из первых в этом ряду находился аббат Микаль, сконструировавший в 1783 году две механические говорящие человеческие головы. Диалог между ними был запрограммирован при помощи вращающегося кулачкового цилиндра, на поверхности которого была «высечена» последовательность речевых фраз. Вращение цилиндра приводило в колебание мембраны, формируя звуковые колебания, воспринимаемые как речь (Mikal, 1783).
       Фото-слайд №1 Аббат в капюшоне - справа, слева – говорящая голова профессора Доуэля из произведения А.Беляева.
      Говорящие головы были установлены лицом друг к другу на богато декорированном пьедестале и поочерёдно обменивались односложными предложениями, прославлявшими короля Франции. Несмотря на ограниченный словарный запас и примитивную акустическую реализацию, устройство Микаля стало одним из первых примеров программируемого воспроизведения человеческой речи, где звук рассматривался как результат управляемого механического процесса.
Вторым выдающимся представителем этого направления был Христиан Готлиб Кратценштейн, профессор физики и медицины Копенгагенского университета.
Фото-слайд №3 С.В. Рыбин
          Синтез речи. Учебное пособие.
Он представил миру акустическую модель звуков человеческой речи, получившую название «акустическая труба». (Kratzenstein, 1779). Устройство имитировало анатомию речевого аппарата человека, что позволило исследователям впервые подойти к речи как к физическому и инженерному процессу. Основу конструкции составляли резонаторы различной формы, внутри которых при прохождении воздушного потока вибрировали язычки, создавая пять гласных звуков. В устройство была встроена функциональная таблица положений губ, зубов, языка, нёба и гортани, соответствующая каждому произносимому звуку. Тем самым «акустическая труба» воспроизводила работу речевого тракта при артикуляции, позволяя экспериментально исследовать физическую природу речи. Изобретение Кратценштейна справедливо рассматривается:
• как предвестник говорящих роботов,
• как один из первых прототипов синтеза речи,
• как важный этап в становлении фонетики, акустики и физиологии речи.
Хотя первые полноценные говорящие автоматы появились значительно позже, именно эта модель заложила основу для будущих технологий распознавания и генерации речи, без которых невозможно представить современный искусственный интеллект (Kratzenstein, 1779).
Третьим ключевым изобретателем конца XVIII века стал Вольфганг фон Кемпелен, прославившийся своими механическими устройствами, вызвавшими сенсацию в Европе и за её пределами. Особое внимание публики привлекли его говорящие машины, способные воспроизводить отдельные звуки, слоги и простые слова, что создавало иллюзию разумного общения с механизмом. Наиболее известным и противоречивым творением Кемпелена стал шахматный автомат «Турок», представлявший собой фигуру в восточном одеянии, якобы самостоятельно играющую в шахматы (Kempelen, 1780).
В действительности устройство управлялось искусным шахматистом, скрытым внутри конструкции, а иллюзия автономности достигалась за счёт сложной системы рычагов, зеркал и магнитов. Несмотря на мистификационный характер, «Турок» сыграл важную роль в истории идей: он впервые массово продемонстрировал обществу возможность существования машины, имитирующей интеллектуальную деятельность человека, тем самым подготовив культурную и философскую почву для будущих исследований в области машинного мышления.

 
Фото-слайд № 3 шахматный автомат - "Турок"
Другим значимым изобретением Вольфганг фон Кемпелен стала так называемая «говорящая голова» — механическое устройство, способное имитировать звуки человеческой речи. Конструкция представляла собой бюст с подвижными губами, языком и глоткой, управление которыми осуществлялось вручную с помощью клавиатуры. Изменяя положение артикуляционных элементов, оператор мог воспроизводить различные звуки, включая гласные, согласные и даже отдельные слова. Данное устройство наглядно демонстрировало закономерный для своего времени этап поступательного развития социума и инженерной мысли, впервые анонсируя принципиальную возможность механического воспроизведения человеческих речевых способностей. Речь переставала восприниматься исключительно как проявление души или разума и начинала рассматриваться как физико-механический процесс, поддающийся моделированию Kempelen, 1770).
Интерес Кемпелена к проблеме моделирования речи зародился в процессе изучения звучания различных музыкальных инструментов, по тембру приближенных к человеческому голосу. Особое внимание исследователя привлекла волынка, приобретённая им у крестьянина. В ходе экспериментов к меху волынки были дополнительно присоединены флейта и малый кларнет, образовав гибридное устройство. Зажимая отверстия ладонью различными способами, Кемпелен извлекал звуки, напоминающие гласные. Созданное таким образом экспериментальное устройство воспроизводило звуки настолько естественно, что, по воспоминаниям современников, члены семьи изобретателя, услышав звучание, принимали его за голос живого человека. Этот эффект производил сильное впечатление не только на ближайшее окружение Кемпелена, но и на широкую публику, а также оказал заметное влияние на культуру, литературу и искусство своего времени. Именно эти эксперименты вдохновили создание новеллы «Автомат фон Кемпелена» Эдгара По и оперы «Шахматный автомат» Оскара Немана (Kempelen, 1780).
Спустя полвека германский механик Пош, опираясь на авторские чертежи, воссоздал и усовершенствовал устройство Кемпелена. В дальнейшем венский механик Йозеф Фабер значительно увеличил размеры конструкции, добавил ножную педаль для управления мехами и расширил функциональные возможности машины. Согласно сохранившимся афишам, усовершенствованное устройство не только «говорило» на нескольких языках, но также шептало, смеялось и пело (Faber, 1840)..
Во второй половине XIX века данная машина демонстрировалась в Бостоне, вызвав неподдельный интерес публики и молодого Александр Грэм Белл. Существует обоснованное предположение, что знакомство с книгой Кемпелена «Механизм человеческой речи» могло повлиять на формирование идеи создания телефона. Несмотря на отсутствие полной автономности, устройства Кемпелена и Фабера продемонстрировали значительный прогресс в области механики и инженерии, заложив основы будущих голосовых технологий и речевых интерфейсов (Bell, 1876).
Очередной, но отнюдь не последней выдающейся фигурой среди создателей говорящих машин стал Эразм Дарвин. Интересуясь происхождением языка и механизмами речи, он в примечаниях к труду «Храм природы, или Происхождение общества» (Darwin, 1771) подробно описал положение языка, губ и зубов при образовании звуков. Стремясь излечить собственный дефект речи — заикание, Дарвин проводил эксперименты, помещая в рот свёрнутые цилиндры из фольги. По отпечаткам деформированных трубок он моделировал конфигурацию ротовой полости при произношении гласных.
Уже в 1771 году Дарвин создал собственный вариант говорящего устройства — анатомическую модель голосового аппарата человека, включавшую бюст, глотку, две «ноздри», ротовое отверстие с подвижными губами и языком. Изобретатель полагал, что для воспроизведения человеческой речи достаточно 13 типов движений: губ — 3, языка — 3, глотки — 2, челюсти — 2 (описания остальных движений до нас не дошли). Устройство было совместимо с клавишами клавесина или фортепиано и, при усилении звука, могло использоваться для громкого произнесения команд, обращений к публике или инструктажа. Данная идея в дальнейшем привела к созданию мегафона и усилителей голоса, истоки которых прослеживаются именно в экспериментах эпохи Просвещения, включая изобретения Эразма Дарвина — «говорящую голову», «говорящую трубу» и «говорящий бюст» (Darwin, 1771).
В настоящее время творения Дарвина рассматриваются как ценные научные артефакты и прото-аналоги, заложившие основы будущих разработок в области робототехники и технологий, имитирующих человеческие навыки.
Таким образом, увлечение механическими устройствами, подражающими действиям человека, в течение XVIII века эволюционировало от придворной забавы и зрелища к глубокому научному интересу к физиологии, речи и моторике человека. Андроиды и диковинные механизмы стали инструментами познания, с помощью которых мыслители эпохи стремились понять, как функционирует человеческое тело, каким образом речь и движение могут быть формализованы и воспроизведены искусственно — с целью помочь немым заговорить, а хромым — ходить.
Этот этап логически завершает доиндустриальный период истории искусственного интеллекта и подводит исследовательскую мысль к XIX веку — эпохе формализации вычислений, логики и машинного разума.
Переходный этап: от механического подражания
 к формализации мышления (конец XVIII — начало XIX века)
К концу XVIII столетия развитие механических автоматонов, говорящих устройств и человекоподобных манекенов достигает своего концептуального предела. Инженерная мысль того времени уже научилась воспроизводить отдельные функции человека — движение, жест, звук, артикуляцию, но при этом оставалась привязанной к ручному управлению, жёсткой механической зарегулированности и отсутствию самостоятельного вычислительного процесса. Именно в этот момент происходит качественный сдвиг: внимание исследователей постепенно смещается от внешнего подражания человеческим действиям к внутренним механизмам мышления, счёта и рассуждения.
Если для XVIII века характерны вопросы:
• как машина может говорить?
• как механизм может двигаться подобно человеку?
то начало XIX века формулирует принципиально иные задачи:
• можно ли формализовать мысль?
• может ли рассуждение быть сведено к вычислению?
• способна ли машина не только воспроизводить, но и обрабатывать информацию?
Таким образом, на смену эпохе механической имитации приходит эпоха абстракции, формализации и вычислительных структур, в которой интеллект начинает осмысливаться как логико-математический процесс, а не как совокупность движений и звуков (Boole, 1854).
XIX век: формализация логики, вычислений и
   зарождение машинного разума
XIX столетие занимает особое место в истории искусственного интеллекта, поскольку именно в этот период были заложены теоретические и технические основания, без которых невозможно было бы ни появление компьютеров, ни развитие ИИ в XX веке. Впервые мышление, логика и вычисление рассматриваются как строго определяемые и формализуемые процессы. Во второй половине XVIII и на протяжении XIX столетий развитие идей, связанных с моделированием мышления, автоматизацией вычислений и воспроизведением человеческих функций, вступает в фазу качественного ускорения. Это было обусловлено сразу несколькими факторами: промышленной революцией, ростом точных наук, развитием механики, оптики, акустики и электричества, а также формированием новой философии - философии рационализма и инженерного мышления.

Одним из ключевых мыслителей эпохи стал Джордж Буль (1815—1864), математик и логик, создавший формальную систему логических операций, позднее получившую название булевой алгебры, у истоков которой стоял Аристотель. В труде «Исследование законов мышления» (1854) Буль впервые показал, что логические рассуждения могут быть сведены к операциям над символами, принимающими два состояния. Тем самым мышление было представлено как формализуемый и вычислимый процесс, что стало краеугольным камнем всей будущей цифровой вычислительной техники и теории искусственного интеллекта.
Булева логика или формализация логического мышления показала, что:
• рассуждение подчиняется строгим правилам;
• логика может быть выражена математически;
• мышление допускает алгоритмическое описание.
Этот шаг стал фундаментальным: разум впервые был описан как вычислимая система, а не как абстрактная философская категория.
Параллельно с развитием формальной логики происходил стремительный прогресс в области развитие механических вычислительных устройств. Здесь особое место занимает Чарльз Бэббидж (1791—1871), английский математик и инженер, разработавший концепцию (Babbage, 1837) «Разностной машины», а затем и «Аналитической машины» (Babbage, 1842). Последняя по своей архитектуре поразительно напоминает современный компьютер: она включала арифметическое устройство, память, механизм управления и ввод данных с помощью перфокарт. Несмотря на то, что машина так и не была полностью построена при жизни изобретателя, сама идея программируемого универсального вычислительного устройства стала фундаментом вычислительной науки. Тем самым в XIX веке была впервые сформулирована структурная модель компьютера, опередившая своё время более чем на столетие.
Неразрывно с именем Бэббиджа связано имя Ада Лавлейс (1815—1852), которая впервые сформулировала принцип программирования машины как абстрактного исполнителя алгоритмов. В своих комментариях к описанию Аналитической машины она не только предложила первый в истории алгоритм, но и высказала пророческую мысль о том, что вычислительные машины в будущем смогут работать не только с числами, но и с символами, музыкой и текстами. Этот тезис по праву рассматривается как одна из первых философских формулировок идеи универсального искусственного интеллекта, поскольку допускал обработку языка, музыки, логики и знаний в машинной форме (Lovelace, 1843).
XIX век также ознаменовался созданием устройств, воспроизводящих человеческую речь и слух, что приблизило инженеров к пониманию когнитивных функций человека. В этом контексте нельзя не упомянуть Чарльз Уитстон и Герман фон Гельмгольц, исследования которых в области акустики и физиологии слуха позволили математически описать природу звука и речевых тонов. (Helmholtz, 1863; Wheatstone, 1837). Эксперименты Гельмгольца с резонаторами показали, что сложные звуки могут быть разложены на элементарные составляющие — идея, имеющая прямые параллели с современным цифровым анализом сигналов и распознаванием речи.
Знаковым рубежом стала и разработка автоматических устройств управления. Регуляторы паровых машин, центробежные механизмы стабилизации, телеграфные системы передачи информации создали предпосылки для возникновения теории обратной связи. Именно в XIX веке формируется понимание того, что машина способна не только выполнять команды, но и реагировать на изменения внешней среды, корректируя своё поведение без непосредственного участия человека.
В области фиксации и обработки информации революционную роль сыграли перфокарты Жозеф Мари Жаккар (1752—1834), применённые в ткацких станках, которые впервые продемонстрировал, что:
• поведение машины может задаваться программой,
• информация может храниться вне механизма,
• сложные действия возможны без
    вмешательства человека.
Перфокарта явилась универсальным носителем алгоритмов, задающая поведение машины через последовательность бинарных состояний, тем самым связывая механику с абстрактной логикой, Этот принцип впоследствии был перенесён в вычислительные устройства и использовался вплоть до середины XX века (Jacquard, 1804).
Таким образом, XIX век завершает переход:
• от механического тела ; к логической структуре,
• от имитации человека ; к моделированию мышления,
• от зрелища ; к вычислению.
Именно в этот период складывается ключевая идея, определившая дальнейшее развитие ИИ: интеллект — это не форма, не звук и не движение, а алгоритм, реализуемый в материальной среде. Исходя из этого следует, что XIX столетие рассматривается нами как интеллектуальный фундамент искусственного интеллекта, где были окончательно сформированы:
• формальная логика,
• программируемые вычисления,
• идея универсальной машины,
• концепция алгоритмического мышления.
Без посткупального развития социума, без интеллектуальных достижений в XVIII-XIX столетиях, век XX с его компьютерами, нейросетями и ИИ был бы невозможен (Boole, 1854; Babbage, 1837; Lovelace, 1843; Jacquard, 1804).

Список использованной литературы (алфавитный порядок)
• Babbage, C. (1837). On the construction of the Difference Engine. London: J. Murray.
• Babbage, C. (1842). On the Analytical Engine. London: J. Murray.
• Bell, A.G. (1876). Improvement in telegraphy. US Patent 174,465.
• Boole, G. (1854). An Investigation of the Laws of Thought. London: Walton and Maberly.
• Darwin, E. (1771). Talking apparatus experiment notes. London: Manuscript.
• Darwin, E. (1803). The Temple of Nature; or, The Origin of Society. London: J. Johnson.
• Faber, J. (1840). Improvements to speaking machines. Vienna: Archive Notes.
• Helmholtz, H. (1863). On the Sensations of Tone. Leipzig: Vieweg.
• Jacquard, J.M. (1804). Memoir on the Jacquard loom. Paris: Bureau de l’Industrie.
• Kempelen, W. von (1780). Mechanism of Human Speech. Vienna: Imperial Press.
• Kratzenstein, C.G. (1779). Acoustic tubes and vowel sounds. Copenhagen: University Press.
• Lovelace, A. (1843). Notes on the Analytical Engine. London: Taylor’s Scientific Memoirs.
• Mikal, A. (1783). Mechanical Talking Heads. Paris: Manuscript.
• Wheatstone, C. (1837). Experimental Researches in Acoustics. London: Taylor.