Co je to kybernetika

Rozvoj techniky – stále větší množství strojů, jejich zvětšující se rychlost, využívání vysokých tlaků a teplot a posledních vymožeností fyziky – nevyhnutelně způsobil, že se bezprostředním působením člověka v 27823ixv11rrp2n řízení pohybu těchto strojů muselo nahradit strojem. Rozsah našich smyslových orgánů, tedy spíše jejich nedokonalost, nás velmi omezuje v 27823ixv11rrp2n řízení rychloběžných strojů. Vždyť i oko, nejcitlivější ze všech smyslových orgánů, je schopno vnímat jen neparnou část spektra elektromagnetických vln. Není schopné rozlišit již pět předmětů střídajících za sekundu. Dva body rozezná jen tehdy, jestliže je lze vidět pod úhlem ne menším než jedna minuta.

Již dříve ve vývoji techniky – v 27823ixv11rrp2n době páry- vznikly základy řídících systémů a mechanismů, které nenahrazují sílu lidských svalů jako motor a také nejsou pracovním nástrojem místo prstů lidských rukou, nýbrž jsou to mechanismy, které nahrazují pozornost člověk, jeho paměť a některé logické funkce.

Pokusy vytvořit automaty, jež by nahradily člověka při kontrole a řízení technických procesů, konali již staří Řekové. Vynikající inženýr a matematik Heron Alexandrijský, jenž žil v 1. Století našeho letopočtu, popisuje četné androidy – automaty napodobující lidské pohyby. Za otrocké a později nevolnické práce však automatická zařízení nepronikla do výroby, nýbrž sloužila k 27823ixv11rrp2n pobavení šlechty.

Myšlenka nahradit myšlenkové úkony nějakým mechanismem vznikla právě poprvé u Řeků po vytvoření aristotelovské logiky, ale není známo, zda byla tato myšlenka uskutečněna. Ve 13. Století španělský mnich Lullus sestrojil pro bohoslovné účely velmi jednoduchý přístroj na kombinaci pojmů skládajících se z 27823ixv11rrp2n osmi otáčivých koncentrických kruhů. První kolečkový počítací přístroj vynalezl v 27823ixv11rrp2n roce 1642 známý francouzský matematik, fyzik a idealistický filozof, 19letý Pascal, aby usnadnil svému otci, jenž byl výběrčím daní v 27823ixv11rrp2n Normandii. Po třiceti letech byl tento přístroj zdokonalen Leibnizem a stal se prototypem kolečkových počítacích strojů. Výpočet těmito stroji se provádí otáčením ozubených koleček. Otočení kolečka o jeden zub znamená připočtení nebo odečtení jednotky. Otáčení kolečka na jednu stanu má za následek sčítání a na druhou odčítání. Jestliže přecházíme při výpočtu k 27823ixv11rrp2n následujícímu vyššímu řádu, tento jednoduchý mechanismus přenáší otáčku kolečka sousednímu. Násobení se provádí jako opakované sčítání, dělení jako opakované odčítání. Otáčení koleček bylo dříve zařízeno na ruční pohon, nyní je přizpůsobeno i na elektrický pohon.

27823ixv11rrp2n

Počátky novodobé kybernetiky

Bylo by nespravedlivé, kdybychom se aspoň nezmínili o dalších osobnostech, které se na vzniku kybernetiky podílely. Byli to převážně lidé z okruhu Massachusettské techniky (MIT) v Bostonu. Zpočátku hlavně inženýři, kteří se zabývali sdělovací technikou - návrhem zpětnovazebních zesilovačů (H. W. Bode) nebo otázkami posuzování efektivnosti různých sdělovacích prostředků (C. E. Shannon) - později také lékaři a biologové (W. McCulloch).

V průběhu 40. let totiž v Bostonu vzniklo ojedinělé intelektuální ovzduší srovnatelné s ovzduším 20. let v Göttingenu. V Radiation laboratory vznikaly základy radarové a mikrovlnné techniky. V. Bush, R. Caldwell, ale také Antonín Svoboda vyvíjeli první analogové počítače využitelné pro řízení protiletecké palby. K témuž účelu vytvořil N. Wiener svou teorii filtrace a predikce. Na protějším břehu řeky Charles - na Harvardově univerzitě - budoval Howard Aiken podle koncepce Johna von Neumanna první číslicový počítač. Výsledky těchto výzkumů otvíraly dosud netušené možnosti a po skončení války mnohé pracovníky nutily, aby se zamýšleli nad jejich zobecněním. To vše připravilo podmínky pro vznik kybernetiky.

Za klíčové jsou považovány dva články: Behavior, Purpose and Teleology, který napsali A. Rosen-blueth, N. Wiener a W. Pitts, a A Logical Calculus of the Ideas Imanent in Nervous Activity W. McCullocha a W. Pittse. Po nich následovala řada konferencí o zpětnovazebních mechanizmech v biologických a sociálních systémech, jimž předsedal Walter -McCulloch a sponzorovala je nadace Josiaha Macyho. Těchto konferencí se zúčastnila řada vědců, které můžeme považovat za zakladatele kybernetiky: William Ross Ashby, John von Neumann, Gregory Bateson, Margaret Meadová, Heinz von Foerster, Claude Shannon, samozřejmě Norbert Wiener ad. xr823i7211rrrp

Wienerova kniha byla vědeckou veřejností přijata se smíšenými pocity. Někde vzbuzovala nadšení, jinde odpor. Mnohem příznivěji byla přijímána v Evropě než v zemi svého vzniku, někdy až s příliš nekritickým nadšením. Z. Neubauer citovával výrok Martina Heideggera: "Filozofie končí, co přijde potom? Kybernetika." Počáteční nadšení však bylo v části Evropy za železnou oponou rychle vystřídáno tvrdým odmítáním z ideologických důvodů.

Naše vědecká veřejnost byla o kybernetice informována poměrně brzy. První článek Cybernetismus, nauka o kontrole a spojích v živé hmotě a ve strojích vyšel již r. 1949 v Biologických listech. Autorem byl prof. Josef Charvát. Jenže to byl také na dlouhou dobu článek poslední. Kybernetika byla v Sovětském svazu uvržena do klatby jako reakční pavěda a řadu let o ní nebyla ani zmínka. Důvody byly iracionální, čistě ideo-logické. Bylo to o to absurdnější, že mnozí ruští vědci, zejména matematici, ke vzniku kybernetiky významně přispěli. Zmiňme se alespoň o A. Kolmogorovovi.

Kybernetika u nás

Kybernetika začala být znovu přijímána až v polovině 50. let. Významné zásluhy na jejím očištění od stigmatu "reakční pavědy" měl kontroverzní český marxistický filozof Arnošt Kolman. Jeho životní osudy by vydaly na samostatný článek. Žil střídavě v Sovětském svazu a v Čechách, byl střídavě ředitelem filozofického ústavu v Moskvě i v Praze, střídavě na výsluní (jako akademik) a v naprosté nemilosti, dokonce vězněn. Nakonec zemřel v 70. letech jako emigrant ve Švédsku. Nicméně jeho článek Co je to kybernetika v oficiálním sovětském časopise Voprosy filosofii v r. 1955 předznamenal návrat kybernetiky do zemí za železnou oponou. Návrat se však děl cestou složitou a, jak uvidíme dále, doslova kolem světa.

Významný podíl na tom, jak byla kybernetika chápána v zemích sovětského bloku, měl další člověk, jehož osudy musíme začít sledovat v USA. Tak jako byl Boston intelektuálním centrem na východním pobřeží, na západním pobřeží to byla Pasadena s malou, ale vysoce kvalitní Kalifornskou technikou (Caltech). Tam přijali jako profesora Theodora von Kármána, významného göttingenského aerodynamika prchajícího před Hitlerem. T. Kármán se obklopil mladými doktorandy, nadšenci pro vývoj nového leteckého pohonu - raketových motorů. Pro nebezpečné pokusy byli brzy známi jako "klub sebevrahů". Z tohoto "klubu" vznikla později Jet Propulsion Laboratory. Jejími zakladateli byli F. Malina a Tsien Hsue Sen. Letecký inženýr Frank Malina sice neovlivnil další osudy kybernetiky, ale protože je starším čtenářům Vesmíru znám (viz Vesmír 44, 62, 1965 a 61, 49, 1982/1), věnujme mu pár slov. F. Malina vypadá jako vystřižený ze známého Bassova románu. Jeho otec byl hudebník, který jezdil s dechovou kapelou po Texasu. Mladý Frank vystudoval letecké inženýrství na Caltechu a stal se spolupracovníkem T. Kármána. Byl úspěšným konstruktérem první americké výškové rakety WAC Corporal. V největším rozkvětu svých tvůrčích sil však najednou opustil slibnou kariéru a začal se věnovat umění. Tvořil velmi zajímavé kinetické obrazy a v roce 1966 měl výstavu v Praze, kterou uváděl Jan Werich. Tehdejší redaktor Vesmíru Bohumil Bílek s R. Peškem s ním při té příležitosti udělali interview a měli pocit, že je ovanula atmosféra slavných krajanů typu eskymo Welzla či kapitána van Tocha.

27823ixv11rrp2n

Nejdůležitější principy kybernetiky

27823ixv11rrp2n

Zpětná vazba: Ne že by před vznikem kybernetiky princip zpětné vazby nebyl znám. Jeho intuitivní použití bychom vysledovali už v antice. Cílevědomě byl poprvé využit u odstředivého regulátoru Jamese Watta a jeho první matematický popis pochází od J. C. Maxwella. Nicméně princip zpětné vazby byl znám několika málo inženýrům zabývajícím se regulační technikou a návrhem zpětnovazebních zesilovačů pro účely sdělovací techniky. A ani tyto dvě skupiny si neuvědomovaly, že používají stejný princip. Zakladatelé kybernetiky rozpoznali, že jde o velmi obecný princip. Nejdříve si uvědomili, že mnohé děje v živých organizmech lze chápat jako zpětnovazební systémy. Udržování stabilního vnitřního prostředí v organizmu - homeo-statické mechanizmy - vyžaduje řadu vzájemně interagujících zpětnovazebních smyček. Brzy se ale ukázalo, že princip zpětné vazby není omezen jen na systémy technické a biologické. Jde o velmi univerzální princip, který se prostírá napříč nejrůznějšími vědeckými disciplínami. Setkáme se s ním jak ve vědách o životě, tak v astronomii či geologii. Používají ho psychologové, ekonomové, politologové i právníci. Jeho použití však není omezeno na vědeckou komunitu, znají jej například i sportovní komentátoři. Je především zásluhou kybernetiky, že se stal obecným majetkem a umožnil vysvětlit řadu dějů odehrávajících se v nejrůznějších dynamických systémech.

27823ixv11rrp2n

Informace: Snaha změřit množství informace byla vyvolána potřebou sdělovacích techniků najít objektivní měřítka pro porovnání efektivity přenosu zpráv různými sdělovacími kanály. První metody byly velmi intuitivní. Brzy se ukázalo, že množství informace odpovídá množství odstraněné neurčitosti, a protože neurčitost bylo možno v té době popsat pouze pravděpodobnostními metodami, brzy vznikla exaktní teorie informace jako odnož teorie pravděpodobnosti. Takto pojatá informace je abstraktní pojem, který zdánlivě nemá vazbu na reálný fyzikální svět. Fyzikové řešící některé dosud nevyřešené problémy fyziky formulované v 19. století, jako je např. otázka "Maxwellova démona", zjistili, že je lze vyřešit s využitím pojmu informace. S tím přišlo ale také zjištění, že není možno zaznamenat či přenést informaci bez spotřeby energie. Informace doplnila náš fyzikální obraz světa v tom smyslu, že jde o stejně důležitou entitu, jako je hmota či energie. Pro popis světa je nutno znát, jak je rozložena hmota a energie v prostoru a čase, což je charakterizováno informací. Vede to k lingvistickému pohledu na vesmír, kde abecedou jsou kvantové stavy a zatím nejdelšími texty jsou programy pro reprodukci organizmů zapsané v nukleových kyselinách. Informace je jistě nejfrekventovanějším pojmem, který kybernetika přinesla, i když většina jeho uživatelů má vágní představy o jeho obsahu. Počítače a moderní telekomunikační prostředky okupují stále větší část našeho života. Přestože nám počítače často, jak tvrdí zlí jazykové, ulehčují práci, kterou bychom bez nich nemuseli dělat, nesmírně zvyšují produktivitu. Ať chceme nebo ne, zpracování informace se stává stále důležitějším a pomalu ale jistě mění charakter našeho života. Informace dává jméno společnosti, do které v novém století zřejmě vstoupíme - informační společnosti.
Model: Už stavitelé egyptských chrámů si asi nejprve udělali model své stavby. Kybernetika však tomuto pojmu dala nový, mnohem obecnější obsah. Systematické studium izomorfizmů mezi různými systémy vedlo k poznatku, že systémy různé fyzikální podstaty mohou mít velmi podobné chování a že chování jednoho systému můžeme zkoumat prostřednictvím chování jiného, snáze realizovatelného systému ve zcela jiných časových či prostorových měřítkách. Nejprve se ukázalo, že mnohé systémy mechanické, hydraulické, pneumatické, tepelné ad. jsou popsány formálně stejnými diferenciálními rovnicemi jako elektrické obvody. To vedlo ke vzniku speciálních elektrických obvodů - analogových počítačů. Brzy však byly vytlačeny symbolickými modely na číslicových počítačích. Dnes stěží najdeme disciplínu, která by se obešla bez počítačové simulace. Na modelech se ověřují jak teorie z mikrosvěta, tak představy o vývoji vesmíru, modelují se děje na buněčné úrovni, ale i dynamika celých ekosystémů. Globální modely umožňují zkoumat možné směry vývoje našeho světa ze socioekonomického pohledu. (Poznamenejme, že jsou stále založeny na metodice, kterou předložil J. Forrester, jenž patřil ke generaci "otců-zakladatelů" z Massachusettské techniky.) O důvěře ve výsledky počítačové simulace svědčí snad nejlépe fakt, že velmoci ustoupily od jaderných pokusů, protože pro další vývoj nukleárních zbraní plně postačuje počítačová simulace.

27823ixv11rrp2n

Zákon nutné variety: Formuloval jej v 50. letech W. R. Ash-by a říká se, že je to vlastně jediný přírodní zákon, který byl objeven kybernetikou. Vědecká komunita tento zákon přijímá se smíšenými pocity. Zčásti nadšeně, zčásti jej odmítá. Především je překvapující, že uplynulých 50 let v tomto směru nepřineslo mnoho nového. Zákon v podstatě říká, že chceme-li pomocí řízení odstranit neurčitost, pak množství neurčitosti odstraněné za jednotku času nemůže být větší, než je kapacita řídícího systému jako komunikačního kanálu. Jinak řečeno - pro dobré řízení musí být řídící systém v jistém smyslu modelem systému řízeného. Zákon nalézá uplatnění při řízení velmi složitých systémů. Vysvětluje, proč např. k tomu, aby byl ekosystém stabilní, je důležitá biodiverzita. Dobře aplikovatelný je i na lidskou společnost. K. Deutsch, jeden z Wienerových žáků, který před válkou učil politologii na pražské německé univerzitě, napsal knihu Nervy vlády. V ní mimo jiné na základě zákona nutné variety objasňuje, proč jsou společnosti, které jsou tolerantní k menšinám a k různosti názorů, velmi stabilní. (Kniha dokonce r. 1970 vyšla v češtině, normalizační vláda však vytištěný náklad zabavila a zničila, takže se dochovalo jen pár výtisků.) Deutschova práce by měla co říci i k našim současným diskusím o občanské společnosti.

27823ixv11rrp2n

Použitá literatura:

1) Časopis Vesmír 03/00, 06/99

2) Stafford Beer, Kybernetika a řízení, Praha

3) Stafford Berr, Principy kybernetiky, Praha

27823ixv11rrp2n