Седем технологии, които ще се отразят на вашия живот

Бъдещето ще е празник на сетивата. Ще станем свидетели на научни постижения, които ще подобрят способностите на компютрите да чуват и виждат и дори ще ги надарят с обоняние. Ерик Грифин

Всяка година ние провеждаме разговори с водещите научноизследователски лаборатории за нашата рубрика „Технологии на бъдещето“. На тях научаваме за различни новости – някои зашеметяващи, други направо сърцераздирателни, тъй като често пъти дори и най-модерната технология достига съвършенство след дълъг, дълъг период на развитие.

Тази година не направи изключение. Признаци за това забелязахме съвсем рано – установихме, че в големите компании и в университетските лаборатории в процес на разработка са проекти за технологии, които възпроизвеждат или подобряват човешките сетива. Сред тях са новаторски тъчпад, с който ще можете да управлявате вашето бъдещо мобилно устройство откъм задния му капак; система, с която вашата кола ще може да „вижда“; електронен нос, който вместо вас ще „надушва“ развалената храна. Но може би най-изумителното постижение - както за любителите на научната фантастика, така и за все по-многобройните жертви на войните - са новите изкуствени крайници, които ще се управляват от здравите нервни окончания, а в бъдеще – може би и направо от мозъка.

Разбира се, не всички научни изследвания са насочени към подобряване на човешките сетива. Учените се опитват да намерят следващия универсален материал за производство на микропроцесори, без който много от тези технологии биха замрели през идните няколко години. Естествено ние мислим и за нашето бъдеще, което би трябвало да е пълно с всевъзможни електронни устройства. Ето защо тук ще хвърлим поглед и върху перспективите пред такива високотехнологични играчки, като лаптопи, телефони, цифрови фотоапарати и видеокамери, чак до 2020 г. Затова прелистете на следващата страница и се подгответе да влезете в света на бъдещето.

Johns Hop kins Universit y & DEKA Research
Протеза робот за ръка

Изминаха около две години, откакто учените от американската Агенция за напредничави и модерни научноизследователски отбранителни проекти (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) търсят идеи за създаване на протези от ново поколение за хората, чиито горни крайници са ампутирани – особено за тези, които се връщат от бойните полета на Ирак и Афганистан. Компанията DEKA Research, ръководена от изобретателя Дийн Кеймън (прочул се като създател на устройството Segway Personal Transporter), предложи една идея. Лабораторията за изследвания в областта на приложната физика (Applied Physics Laboratory, APL) към университета Johns Hopkins University, управляваща екип от над 30 наети организации като своего рода виртуална корпорация, предложи друг проект.

През първите две години между двете групи се установиха отношения на благородна конкуренция. Новите прототипи на крайници, които вече бяха във фазата на клинични тестове, са модулни чудеса на инженеринга, които позволяват много повече движения – или „степени на свобода“, казано на инженерен жаргон – отколкото съвременните изкуствени крайници, които в повечето случаи имат три възможни движения. Целта е да бъде създаден изкуствен крайник със същите размери, тегло и настройка за предимство на лявата или дясната ръка като един реален крайник. Това изисква най-малко 25 степени на свобода, които да работят едновременно, така че да не се налага пациентът да избира между свиване при лакътя или управление на пръстите, а да може да прави и двете едновременно.

Може би по-учудващо е, че след като DEKA и APL навлизат във втората фаза на програмата Revolutionizing Prosthetics (RP 2009), крайниците ще могат да се управляват директно от нервните окончания на ампутирания крак с помощта на тъй наречената „целенасочена мускулна реинервация“ (targeted muscle reinervation). Целта на този метод, разработен съвместно от Североизточния университет и Рехабилитационния институт на Чикаго, е да се даде възможност на нервните сигнали да задействат неизползваните мускули, за да бъдат управлявани изкуствена ръка и пръсти.

„Ако някой е с ръка, ампутирана по-близко до китката, за него има повече възможности за управление на изкуствена ръка – казва Стюарт Харшбаргър, системен интегратор и ръководител на екип в групата на APL. – Ако нямате нужните мускули, преминавате направо към самия периферен нерв.“

APL инжектира миоелектрически датчици (injectable myoelectric sensors, IMES) в тялото на човек. Те търсят електрическа активност, свързана със свиване на мускулите, и я използват за дистанционно управление на протеза за ръка. IMES скоро ще бъдат предложени за одобрение от Администрацията по храни и лекарства на САЩ (Food and Drug Administration, FDA). „Аз мисля, че до две години ще станем свидетели на серийно производство на една невероятно сръчна система от интелигентни изкуствени крайници,“ казва Харшбаргър.

Някой ден новите изкуствени крайници ще се сдобият с интерфейс със самия мозък – цел, в името на която DEKA Research и APL работят усърдно. Всъщност всеки си представя именно по този начин връщането към „човека за шест милиона долара“. Подаването на инструкции от моторния участък на кората на главния мозък може би е единственото спасение за човек с ампутирана ръка, който освен това има нараняване на гръбначния мозък. По-близката цел обаче е един нервен интерфейс като IMES, който ще е минимално натрапчив.

Ръководителят на проекта от страната на DEKA Research, Рик Нийдам, определя пълния и интуитивен мозъчен контрол като „свещения Граал“ на учените изследователи. Той твърди, че съществува потенциална възможност за постоянно свързване на протезата към скелетната система на тялото на пациента. Прототипът на DEKA Research прилича до голяма степен на този на APL, главно по това, че също е създаден от екип от организации и е разработен с идеята да включва няколко метода на контрол. DEKA Research нарича своята конструкция за изкуствен крайник „ръката на Люк“ – по името на героя от „Междузвездни войни“ Люк Скайуокър, който в епизода „Империята отвръща на удара“ се сдобива с напълно функционална изкуствена ръка.

Главната цел на проекта на DEKA Research е удобството на пациента. Изследователите са установили, че голям брой хора с ампутирани крайници дори не използват своите протези, поради неудобството да ги носят. Тези протези създават постоянен натиск, защото са свързани прекалено стегнато. „Ръката на Люк“ има динамична муфа, която става по-стегната, когато потребителят вдига нещо тежко и има нужда от повече опора, но става по-хлабава, когато пациентът не използва крайника.

Г-н Нийдам оказва голямо доверие на Агенцията за новаторски отбранителни изследователски проекти (DARPA) на САЩ за създаването на този проект и по-специално на полковник Джефри Линг. От проекта ще имат полза не само войниците, загубили крайниците си на бойното поле, но и всички други инвалиди. „С намесата си DARPA осигури ресурсите, които направиха възможен този проект. Ние оценяваме високо тяхната заслуга“, добавя Нийдам.

Харшбаргър твърди, че целта на APL във връзка с нейната разработка на изкуствен крайник е да се стигне до производствен процес, подобен на този на цифровите фотоапарати или телефони. „На всеки две години се появява ново поколение телефони и фотоапарати, с нови възможности, повече пиксели, повече екстри, но цената си остава горе-долу една и съща.“ Той иска тези нови крайници, след като бъдат произведени и монтирани, в бъдеще, да не са по-скъпи от досегашните модели. Парите за такъв крайник не са малко: те ще струват от 75 000 до 100 000 USD от момента, когато лекарят закрепи протезата. Но неизмеримо по-големите възможности за движение, които осигуряват новите технологии, в крайна сметка ще създадат у пациентите чувството, че парите, дадени за подобна умна протеза, не са отишли напразно.
 

РЪКА РОБОТ
ЗНАЧИТЕЛНА ИНОВАЦИЯ Пряк контрол по нервен път, а някой ден може би и мозъчен контрол на изкуствени крайници.
ЗАЩО ТОВА НАУЧНО ПОСТИЖЕ- НИЕ Е ВАЖНО? Защото ще осигури заместители на ампутираните крайници на пострадали войници и на други инвалиди.
КОГА СЕ ОЧАКВА? Клиничните тестове ще се проведат през 2009 година, а производството ще започне през 2010 г.

Калифорнийски университет в Бъркли
Електронен нос

Не след дълго ще дойде ден, когато вашият хладилник или дори бутилките от вашата колекция с вина ще ви казват дали съдържанието им се е развалило. Това определено е за предпочитане, когато си имаме работа с храна или лекарства, отколкото да изхвърляме всичко само заради това, че обозначеният на опаковката срок на годност е изтекъл. Опаковката ще знае много добре дали съдържанието й е загнило, и ще го установява по същия начин, по който го правите вие: като подушва, за да провери дали то смърди.

Сигурно ще ви е трудно да повярвате, но подобна технология на „електронния нос“ е налице от няколко години, а общата идея за нея датира от десетилетия. Днес има комерсиални електронни носове, проверяващи за опасни газове, които не усещаме. Те се използват в болниците, в армията и в NASA. Тогава какъв ще е големият пробив в науката, който ще ни донесат електронните носове от следващо поколение? Първо, те ще са изработени на базата на печатни органични полимери, направени с модернизирани мастиленоструйни принтери. Второ, тези полимери ще направят електронните носове неизмеримо по-евтини в сравнение с днешните, които струват от порядъка на няколко стотици до няколко хиляди долара.

Вивек Субраманиан, професор от Катедрата по електротехника и компютърни науки в Калифорнийския университет в Бъркли казва, че неговият екип, състоящ се от кандидати на науките (повечето от които са включени в интердисциплинарни изследвания в областите на химията, материалознанието и електротехниката), изгражда сам полимерните принтери и постоянно отпечатва с тях.

Но не очаквайте скоро да си купите електронен нос, който ще „подушва“ 10 000 миризми, неразличими за човешкия. Номерът е в това, че „електронният нос“ трябва да бъде научен, какво трябва да усеща. „Аз знам какво искам да подуша. Искам да подуша развалени хранителни продукти. Затова трябва да имам специфичен електронен нос за тях“, казва Субраманиан. Номерът се състои в това, че електронният нос трябва да може да различава структурата на гниещата храна. Субраманиан предупреждава, че предстои още много развитие, докато достигнем до електронен нос, който да подушва това, което ни интересува – като наркотиците например (или нещо по-лошо). „За „подушване“ на бомби – казва той – трябва да може да се извършва детекция на една частица на трилион. А това е невероятно трудно“. Затова американската агенция Homeland Security ще продължава да обучава кучета.

Субраманиан предполага, че ежедневно се изхвърлят огромни количества храни, които всъщност съвсем не са развалени. Изхвърляме ги по различни други причини – порадитичане на срока на годност, по необходимост или просто от консерватизъм. Ако се сдобием с електронни носове, тази практика вероятно ще се прекрати (за добро).

Според неговата представа един комерсиален електронен нос би представлявал парче пластмаса, направена от евтин полимер, в което ще бъдат отпечатани електрическите вериги. Това парче ще се свързва с малък сигнален процесор, вероятно захранван от печатна батерия, намиращ се на външната страна на контейнера с храната. Изходният сигнал, показващ дали храната в контейнера е развалена или не, би могъл да се предава по радиочестота. Естествено електронните носове, използвани в складовете, ще имат RFID тагове (тагове за идентификация чрез радиочестота). Промяната на цвета на пластмасовия полимер може да е индикатор за състоянието на съдържанието му.

Други изследователи работят върху използването на наночастици за отпечатване на още по-чувствителни полимери. Субраманиан смята, че един ден най-добрите електронни носове ще бъдат изработвани чрез комбинация от няколко различни метода за производство на отделни датчици, които реагират на различни миризми, чрез смесване и съчетаване на различни видове образци миризми. Тези датчици ще доведат до залеза на днешните технологии.

„Електронният нос се съчетава перфектно с печатните технологии – казва той. – Ежедневно във вашите домове вие отпечатвате снимки и други документи с различни видове цветни мастила. Този път ние просто ще заменим мастилата с датчици.“

ЕЛЕКТРОНЕН НОС
ЗНАЧИТЕЛНА ИНОВАЦИЯ Евтини печатни полимери ще усещат развалената храна и опасни миризми.
ЗАЩО ТОВА НАУЧНО ПОСТИ- ЖЕНИЕ Е ВАЖНО? „Надушването” на наистина развалената храна ще предотврати изхвърлянето на годни за консумация храни.
КОГА СЕ ОЧАКВА? Поне пет години ни делят от появата в аптеките на потребителски опаковки от този продукт. Може би по-рано ще се появят по-скъпи продукти за еднократна употреба.

MICROSOFT RESEARCH
LucidTouch

Изследователите от Microsoft старателно проучват това, което те наричат „зашеметяващо количество неефективно използвано пространство при джобните устройства“. Къде, прочее, са открили те това пространство? На гърбовете на джобните устройства. Представете си миниконзола за игра или телефон, които ви дават възможност да използвате пръстите си за въвеждане с помощта на един специален пад, който ще се намира зад екрана. При все че пръстите ви ще са скрити, докато въвеждате, ще знаете какво правите, защото техните силуети ще се виждат на екрана отпред – все едно устройството, което държите, е прозрачно!

Патрик Бодиш прегърна идеята за LucidTouch, след като установи, че пръстите му пречат да виждат чувствителния на докосване екран на неговия смартфон. За щастие той е на такава позиция, че може да направи нещо по този въпрос. Той е един от четиримата изследователи от научноизследователската група Adaptive Systems and Interaction към Microsoft Research. През последните няколко години изследванията му са били насочени към взаимодействие с мобилни устройства, най-вече към проблема с преодоляването на ограниченията на малкия размер на екрана. Ние винаги сме искали устройствата ни да са колкото се може по-малки, но малките екрани, чувствителни на докосване, по природа са по-малко полезни. От 2006 година г-н Бодиш работи в тясно сътрудничество с Mitsubishi Electric Research Labs (MERL) върху LucidTouch – и то толкова тясно, че един изследовател наскоро напусна MERL и постъпи на работа в Microsoft Research.

При все че за „прозрачни пръсти“ не може и дума да става поне докато Microsoft не развие невидимостта, Бодиш реши, че задната страна на устройство е идеалното място за интерфейса, чувствителен на докосване. Но потребителят все пак ще трябва да вижда пръстите си, за да може да управлява устройството. Затова Бодиш изобрети технология, която нарече „псевдопрозрачност“ – цифровият силует на пръстите на потребителя, който създава илюзията, че устройството е прозрачно.

„Благодарение на взаимодействието на нашите пръсти със задната страна на устройството те няма да ни пречат. Докосвате задната страна и гледате документа на екрана и виждате пръстите си там, където се намират в момента. Все едно докосвате екрана отпред“, казва той. Управлението откъм задния панел на устройството означава, че размерите на пръстите на потребителя не са от значение. Дори най-дебелите пръсти могат да управляват устройството, без да закриват екрана.

„Потребителите бързо ще разберат какво означава това“, казва Бодиш и добавя, че псевдопрозрачността е толкова интуитивна че няма нужда да се обяснява на един нов потребител как се управлява устройството. Едно цветно петно на екрана показва точката на взаимодействие на всеки пръст. Все едно че управлявате осем курсора на мишка едновре- менно. Цветното петно може да бъде съвсем малко – с големина един пиксел – и може да променя цвета си, за да проличи, че пръстът докосва пада на гърба на устройството.

Как LucidTouch реализира тази псевдопрозрачност на екрана на джобното устройство? Прототипите използват доста обемиста приставка с камера, която е насочена към пръстите на потребителя и изображението й се визуализира на екрана отпред. В края на краищата същият ефект би могъл да се постигне и с помощта на комплект капацитивни или оптически сензори. Номерът е да извлечеш достатъчно данни от сензора, които да показват положението на възглавничките на пръстите.

Все още е висящ въпросът точно какво ще прави потребителят с пръстите си. Раз- войният екип е изпитал LucidTouch с екранна клавиатура, управлявана само с показалец. Проведени са изпитания и със стандартна QWERTY клавиатура, но с обърнато разположение на клавишите, така че латинската буква А попада под малкия пръст на лявата ръка. Все още предстои да се направи преценка кой метод е най-удобен за потребителя.

Мечтата на Бодиш за LucidTouch надминава въвеждането на текст в мобилни устройства. Представете си, че можете да използвате контролите на гърба на PlayStation Portable за една стратегическа игра в реално време. А с добавянето на филтри и на технология за изглаждане управлението с няколко пръста едновременно би било много полезно за инвалидите, особено тези с моторни нарушения, като боледуващите от болестта на Паркинсън. LucidTouch би могла дори да се превърне в основа за интерфейс с клавиатура/мишка, който да се използва с което и да било устройство – от най-миниатюрния телефон до повечето мощни компютри.

LUCIDTOUCH
ЗНАЧИТЕЛНА ИНОВАЦИЯ Превръща безполезното засега пространство на гърба на джобните устройства в пад за въвеждане на информация.
ЗАЩО ТОВА НАУЧНО ПОСТИЖЕНИЕ Е ВАЖНО? Управление и въвеждане с много пръсти, което ще промени драстично взаимодействието на потребителите с телефоните, портативните игри и други мобилни устройства.
КОГА СЕ ОЧАКВА? 2009 г.
 
MIT MEDIA LAB
Graspables
Представете си джобно устройство, което работи като телефон, когато го доближите до ухото си; като фотоапарат, когато го доближите до окото си; и като конзола за игри, когато го хванете здраво откъм обратната страна. Едно-единствено устройство, което да може да променя функционалността си, без да прекъсва работа, в зависимост от това как го държите – това е идеята, залегнала в основата на Bar of Soap, прототип на подобно устройство, създаден от Брандън Тейлър. Тейлър е абсолвент в Лабораторията по медии към Технологичния институт на щата Масачузетс (Massachusets Institute of Technology (MIT) Media Lab). Той работи под ръководството на професор Майкъл Боув, директор на Лабораторията по потребителска електроника към MIT.

Bar of Soap е пример за устройство от типа на тези, които Боув нарича „graspables“ (чувствителни на държане) – неща, които „могат да се държат в ръка – като волан на автомобил, бейзболна бухалка и други подобни – и усещат точно как ги държите“. Той вижда бъдеще, в което заобикалящите ни обекти, които ни заобикалят, ще са наясно за това, как ги използваме. Например обектът, който държите, ще може да познава, дали предизвиква усложнение на някое заболяване (например синдром на канала на китката) и ще може да се самонастрои така, че да компенсира дразненето. Или когато вдигнете халба бира, вашият аватар в Second Life също ще вдига чаша за наздравица.

Тейлър нарича прототипа на Bar of Soap „чувствително към режима многофункционално устройство“. В сравнително елементарния прототип един акселерометър измерва движенията, които прави устройството. На повърхността му има екран, чувствителен на докосване покрит със 72 капацитивни сензора, „усещащи“ ръцете, които държат устройството. „Ние обучихме потребителите да държат устройството по различни начини – каза Тейлър – и отчетохме, каква трябва да бъде ориентацията за различните режими на ползването му.“

Естествено, всеки човек държи ВСЕКИ продукт по различен начин – не само мобилния телефон. Bar of Soap записва начина, по който е ползван, за да се определи как хората по принцип държат джобното устройство, когато го използват в режим телефон (или фотоапарат или за игри). Bar of Soap може да различи кога се използва като телефон, а не например като дистанционно управление (това е друга функция, вградена в прототипа на Bar of Soap наред с тази на личен цифров помощник и някои игри). „Bar of Soap притежава доста усложнени възможности за разпознаване на образци, при все че е сравнително евтино“, казва Боув.

Разбира се, вие сигурно ще очаквате от подобно устройство да се нагажда само към специфичния начин, по който го държите. Това би било по-лесно осъществимо, ако хардуерът бе снабден с огромен комплекс от данни (data set) за различните варианти на ползване на устройството. Но Тейлър отбелязва, че потребителите, които не са успели да превключат устройството на желаната функция чрез начина, по който го държат, сами са се адаптирали, така че да могат да извикват други функции. „Искахме да видим как хората държат устройството и как превключването на режимите на ползване в зависимост от начина му на държане се извършва при различните потребители. Повечето хора не желаят да извършват много операции, за да превключат от една функция на друга. При това устройство не се налага да извиквате менюто Camera. То само си знае какво трябва да направи. Например Bar of Soap само усеща кога трябва да проведете телефонен разговор и не ви досажда с друга информация, която няма отношение към това.“

Когато тази статия излезе от печат, Тейлър вероятно вече ще се е дипломирал, разбира се, след като е завършил и защитил дипломна работа – познайте на каква тема. Естествено „Устройства, чувствителни към начина, по който ги държите (graspables), и разпознаване на начина на ползването им“. Според него Bar of Soap е само първата стъпка в това отношение. „Следващата стъпка ще бъде реализацията на идеята за graspables в различни геометрии, а не само в многофункционално джобно устройство.“

Лабораторията по медии към Технологичния институт на щата Масачузетс вече демонстрира това първо устройство, чувствително към начина на държане, пред много спонсори от индустрията. Възможностите му бяха обект на дискусия, но поне засега на хоризонта не се вижда нито един потенциален комерсиален продукт. Това е направо непростимо, тъй като в лабораторията по медии към Технологичния институт на Bar of Soap не са внедрени никакви нови или специални технологии – само интелектът, необходим за тяхното използване. „Алгоритмите и необходимите компоненти вече са налице – казва Боув. – Нямате нужда от 5 кг непостижими неща, за да изградите Bar of Soap. При него са използвани принципи, приложими и днес за подобни продукти. Затова Bar of Soap е вероятно много близко до реализацията си на пазара.“

 

УСТРОЙСТВА, ЧУВСТВИТЕЛНИ КЪМ НАЧИНА, ПО КОЙТО ГИ ДЪРЖИТЕ
ЗНАЧИТЕЛНА ИНОВАЦИЯ Функцията на устройството – цифров фотоапарат, телефон или личен цифров помощник – ще се определя от начина, по който го държите.
ЗАЩО ТОВА НАУЧНО ПОСТИЖЕНИЕ Е ВАЖНО? При наличие на достатъчно информация устройството би могло да се научи да се подчинява на потребностите на потребителя, вместо потребителят да се адаптира към устройството.
КОГА СЕ ОЧАКВА? При наличие на интерес от страна на големите компании до една-две години.  

CARNEGIE MELON UNIVERSITY
Системи за компютърно зрение
Екранчето на арматурното табло на вашата кола някой ден може да върши много повече неща, отколкото да показва само изминатите километри като красива графика. Ще ви показва например това, което е скрито в мъглата пред вас.

Преди появата на Xbox 360 и геймърските системи с четириядрени процесори добавянето на визуалния ефект „мъгла“ към видеоигрите се считаше за голямо постижение. Премахването на мъглата обаче не беше нито трудно, нито нещо особено. Но какво ще кажете за премахването на мъглата в реалния свят, например когато карате кола по път, обхванат от мъгла (или от валеж на дъжд, сняг или лапавица)?

Нямаме предвид управление на климата и промяна на времето. „Не можем да премахнем мъглата в реалността – казва Сриниваса Нарасимхан, асистент към университета Carnegie Melon University, където преподава дисциплината Компютърно зрение и графични системи. – Става дума за премахване на мъглата от изображения.“ Той с готовност потвърждава, че „двата проблема, добавянето на мъгла към компютърни изображения и премахването на мъглата от изображения на реални пейзажи, са с различна степен на сложност“. По-лесно е да добавиш мъгла. При все това той вече може да прави по-ясни мъгливите и неясни изображения.

Тайната е в осветлението. „Осветете с прожектори една мъглива сцена. Това е най-лошото нещо, което бихте могли да направите, защото светлината се отразява, разсейва се обратно и целият контраст се губи“, казва Нарасимхан. Мъглата, ръмежът и дъждът се считат за „разсейващи среди“, що се отнася до визуалните ефекти. Той обяснява, че вместо да осветявате мъглата, трябва да сканирате осветеността на цялата сцена, за да намалите обратното разсейване (backscattering). След това резултатът може да се подаде на камера, която да състави едно ясно изображение.

Например ако сте в кола, можете да карате в мъгла, без да включвате дългите светлини; светлината само прави мъглата по-наситена и по този начин скрива всичко. Затова именно халогенните фарове за мъгла обикновено са с къси светлини и по-ниско разположени, близо до пътя, т.е. по възможност под нивото на мъглата. Според списание „Нейчър“, когато карат в мъгла, шофьорите подсъзнателно увеличават скоростта, защото липсата на визуални ориентири ги кара да възприемат скоростта на движение като по-малка, отколкото е в действителност. Видимостта определено играе голяма роля за безопасността на шофьорите, но шофьорите не винаги могат да изчакат да се вдигне мъглата или да спре дъждът.

Основна цел на изследванията на Нарасимхан са системите за транспорт, и то не само в коли. Той възнамерява да разшири изследванията си и в областта на безопасността на самолетните полети и на плаванията на подводниците. Пилотите на реактивни самолети и капитаните на подводници ще използват визуални ориентири и визуално подобрение, много по- голямо, отколкото това на сонара. Възможно е и създаването на джобни системи за виждане (vision systems) за пожарникари и миньори (или за всички, които влизат в помещение, в кое то видимостта е нарушена не само от тъмнината). Тази технология може да се окаже полезна и в кинематографията, когато на снимачната площадка време то се развали и стане неблагоприятно. На уебсайта на професора (www.cs.cmu.edu/- srunavas) е публикувана сцена от филма „Форест Гъмп“, в която от заснетия материал е премахната цяла буря с дъжд.

Групата на Нарасимхан сега разработва програмите, необходими за превръщане на това в действителност. За осветление те засега използват проектори, които лесно могат да бъдат програмирани, за да показват различни образци (patterns). В реалния свят най-простият източник на светлина може да е специализиран светодиод, но би могъл да се използва и лазер.

Една от рожбите на изследванията на Нарасимхан и неговия екип е технологията за реконструкцията на сцени. Вместо просто да ви предлагат директно сцена с това, което е пред вас, но е скрито в мъглата, сканиращите светлини и камери ще могат да заснемат и пресъздадат в триизмерен вид всичко, скрито зад нея. Друга рожба на екипа е превръщането на камерата в уред за измерване на времето (климатичните условия). Става дума за нещо подобно на това как човек поглежда улична лампа и разбира, че вали, по ореола около лампата. Така една електронна система за виждане може моментално да определи точното количество на валежа.

„Комерсиализацията на една технология е ограничена не само от самата нея, но и от маркетинга“, казва Нарасимхан. „Например фаровете за автомобили, които ще могат да работят с интелигентна система за транспорт, може да бъдат готови за пазара след пет години, но това съвсем не означава, че компаниите – производителки на автомобили (които имат натрупани количества от фарове за мъгла), ще ги приемат с охота,“ добавя той.

При наличието на спонсори, като американската Агенция за напредничави и модерни научноизследователски отбранителни проекти, Националната научна фондация (National Science Foundation), той е спокоен, защото знае, че пътят на изследванията му е открит, поне в предвидимо бъдеще.

СИСТЕМИ ЗА КОМПЮТЪРНО ЗРЕНИЕ
ЗНАЧИТЕЛНА ИНОВАЦИЯ Ще изобразява в реално време обекти, скрити в мъглата.
ЗАЩО ТОВА НАУЧНО ПОСТИЖЕНИЕ Е ВАЖНО? Би могло да помогне на шофьорите на коли и на пилотите на самолети да виждат в мъглата, а на подводничарите – да изследват морските дълбини. Както и да осигури възможности за обезопасяване на бъдещите транспортни системи.
КОГА СЕ ОЧАКВА? За подводниците – до една-две години. При автобусите, влаковете и самолетите – до пет години. Що се отнася до производителите на автомобили – при тях то ще дойде много по-късно.

ТЕХНОЛОГИЧНИЯТ ИНСТИТУТ НА ЩАТА ДЖОРДИЯ
Машинно слушане
Ако някога сте работили с програми за разпознаване на реч, сигурно знаете, че те не могат да работят добре в шумна среда. Но ако кажете нещо на човек в същата шумна среда, той (или тя) ще ви чуе, и то доста добре. Нарушена реч, пропуснати думи – човек се справя сравнително лесно с всичко това. Но не и компютърът.

„Стана ми ясно, че ако искаме да възпроизведем това как човек се справя с определени задачи, ще ни е нужна повече изчислителна мощност“, казва Дейвид Андерсън, професор в катедра Обработка на цифрови сигнали и компютърен инженеринг на Технологичния институт на щата Джорджия. Но компютърният слух (hearing) не изисква толкова изчислителна мощност, колкото компютърното слушане (listening).

Работейки в тясно сътрудничество със своя колега Пол Хеслър, Андерсън провежда експерименти с процесори със свръхниска мощност, с аналогови входове, чрез които се надява да реализира „машинното слушане“. Използвайки консумирана мощност само от 5 до 30 микровата, неговият колектив успя да извърши анализ на най-разнообразни звуци, в това число на човешка реч. При все че тази технология не е гъвкава и многостранна (за разлика от възможностите на човешкото ухо), тя се справя достатъчно добре с различаването на фоновия шум от звуците, които трябва да се чуват. Поради ниската консумирана мощност на тази технология Андерсън е на мнение, че подобен сензор би могъл да работи с една батерия АА, и то в продължение на една-две години. А една малка слънчева батерия би могла да осигури вечен живот.

Използвайки аналогови масиви с полево програмиране (field-programming analogue arrays, FPAA), Андерсън и неговият екип са създали прототипи на усъвършенствани цифрови процесори на сигнали, които работят с аналогов вход. „Цифровият вход е предвидим и лесен за програмиране – казва Андерсън. – Но при него плащате цената на мощността.“

Разузнавателното оборудване за подслушване, което не се състои от нещо повече от един микрофон и чип за машинно слушане, може да „подслушва“ различни събития: счупване на стъкло, изстрел на огнестрелно оръжие или мърморенето на минувач в коридор. Всички тези шумове могат да бъдат различени. След като веднъж бъде открит определен звук, чипът задейства програмата за сигурност.

Една от интегралните схеми е чип за потискане на шума, който може да извлича сигналите на речта от фоновия шум, като използва front-end обработка. „Той се справи много ефективно с намаляването на шума, без да внася изкривявания на речта,“ казва Андерсън. Но същинското разпознаване на казаното е съвсем друга работа.

Машинното слушане не е като разпознаването на реч, но двете, взети заедно, са като парченца от пъзел. Днес е трудно един компютър да извърши пълен анализ на сигнала, който чува в реално време. По-голямата част от анализа се извършва чрез използване на всички ресурси на един-единствен персонален компютър, при все че понякога са нужни цели часове за постигане на резултат. Андерсън казва, че има и по-добър начин: „Ние винаги се опитваме да наподобим начина, по който работи мозъкът“. Колкото повече научният екип на Андерсън се старае да емулира сивото вещество на човешкия мозък с помощта на компютър, толкова по-добри резултати се получават. Според Андерсън дейността на неговия екип може да се сравни с тази на художник, който копира майсторите, за да разбере художествените техники, използвани от тях.

Мозъкът на човек може да разбере дума или изречение дори когато сигналът или звукът са частично заличени, тъй като мозъкът не притежава само един начин за разбиране на това, което се случва. С днешния софтуер и хардуер е трудно (ако не и невъзможно) да накараш една традиционна програма за разпознаване на реч да се справи с множество методи на анализ.

При все това остава си целта да се намери начин да научим един компютър да извършва анализ на аудиото по същия начин, както това се прави от човешкия мозък. Ще да са нужни хиляди, дори милиони часове, за да обучим една система с достатъчно примери за този вид разпознаване. Андерсен се надява, че тук ще помогне някоя техника, подобна на тази за подобряване на компютърни изображения. Тя би могла да усили сигнала на базата на малки, разпознати части от него, като изходът ще бъде претеглен и комбиниран отново, така че компютърът да може да слуша по-точно.

При все че някои прости приложения на чипа за машинно слушане са готови и вече работят, от по-сложните и тъй дълго мечтани – както компютърното разпознаване на човешки глас, като във филма „Стар Трек“ – все още ни делят години. Първо трябва машината да ни чуе, а чак след това – да ни разбере.

МАШИННО СЛУШАНЕ
ЗНАЧИТЕЛНА ИНОВАЦИЯ
Смесване на аналогов вход с ниска мощност, за анализ на звука.
ЗАЩО ТОВА НАУЧНО ПОСТИЖЕНИЕ Е ВАЖНО? Първите приложения, които ще се възползват от тази нова технология, ще са тези за защита и за разпознаване на глас.
КОГА СЕ ОЧАКВА? Разпознаване на глас като във филма „Star Trek” може да се очаква след пет до осем години.