14 лет назад 20 октября 2004 в 0:02 114

Сегодня мы слишком привязаны к обычному образу компьютера – монитор, системный блок, клавиатура и мышь. Между тем очень скоро изменится не только внешний вид компьютеров, но и сам подход к передаче данных.

ГОЛОСОВОЙ ВВОД ДАННЫХ
Обычный ввод данных в компьютер при помощи клавиатуры далеко не совершенен. Это медленно, довольно утомительно и не всегда надежно. Еще в 2000 году группа ученых Массачусетского университета на семинаре, посвященном проблемам взаимодействия человека и компьютера, искала альтернативу клавиатуре. В то время был предложен некий анимированный образ человека, с которым пользователь мог бы вести интерактивное общение при помощи голоса, а не производить обычный обмен командами.

Впрочем, ученые часто черпали темы для своих изобретений у фантастов, и идея создания голосового интерфейса, непременного атрибута фантастических романов и фильмов, возникла еще на раннем этапе развития компьютерной техники, когда не было даже клавиатуры.

Однако сегодня, когда технические возможности вроде бы уже позволяют реализовать эту идею, оказывается, что и такой способ управления далек от идеала. Даже самый оптимальный алгоритм не позволит избежать ошибок при трактовке голосовых команд, а в некоторых случаях управление голосом будет происходить даже медленнее, чем ввод данных привычными способами.

В результате идея создания голосового интерфейса сегодня существует только в виде немногочисленных разработок для людей с ограниченными возможностями. Тем не менее именно этот интерфейс является тем, что нас ждет в будущем, более того – альтернатива ему отсутствует. Некоторое падение интереса со стороны практиков не значит ровным счетом ничего – теоретические исследования в этой области будут продолжаться до тех пор, пока не увенчаются успехом или пока люди не перестанут говорить.

Проблему распознавания человеческой речи искусственной системой принято разбивать на две задачи – компьютер должен воспринять полезную информацию, содержащуюся в человеческой речи и преобразовать ее в понятную ему форму. В общем случае есть и третья задача, заключающаяся в реализации блока вывода информации, но она уже давно и успешно решена – говорить компьютер умеет. Разумеется, инженеры будут работать над техническим совершенствованием этой функции, но исследователи уже потеряли к ней большую часть интереса.

Основная сложность в решении первой задачи заключается в том, что пока нет четкого и ясного понимания того, каким образом вычленить из общего потока звука, производимого говорящим человеком, ту его часть, которая является осмысленной речью. Однако на сегодняшний день уже существуют технологии, которые позволяют распознавать речь примерно на том же уровне, на каком несколько лет назад оптические устройства могли распознавать текст. Стало быть, можно считать, что этот этап рано или поздно все же будет пройден.

А вот для решения второй задачи ученые ждут появления квантового компьютера, который даст “вторую жизнь” системам искусственного интеллекта. Увы, но опыт показывает, что на том оборудовании, которое имеется в наличии сейчас, задачу решить не удастся.

При этом важно понимать, что реальное использование системы речевого ввода требуется только для решения принципиально новых задач на принципиально ином оборудовании. В противном случае, несмотря на теоретическую важность проекта, целесообразность его практического применения будет весьма сомнительна – скорость ввода текста “с голоса” не намного превышает обыкновенный машинописный способ.

НЕЙРОИНТЕРФЕЙС
Все манипуляторы имеют один общий недостаток – небольшую, по сравнению со скоростью мысли, быстроту передачи информации. Если предположить, что давать команды компьютеру можно при помощи мысли, то необходимость в использовании каких бы то ни было манипуляторов отпадает вовсе. И какой бы фантастической ни казалась эта идея, сегодня уже есть реальные предпосылки того, что совсем скоро человек сможет мысленно отдавать приказы компьютеру.

Однако самый первый интерфейс, который получал информацию “напрямую” от человека, реагировал вовсе не на мысли, а на эмоции. Это был изобретенный в тридцатых годах прошлого века полиграф или “детектор лжи”. Несмотря на то что это устройство вряд ли кто-то согласится использовать добровольно, принципиальных противопоказаний для его использования “в мирных целях” нет – важно, чтобы появились задачи, которые потребуют необходимости контроля эмоционального состояния пользователя.

Как ни странно, такую задачу смогут поставить разработчикам геймеры, которым, может быть, захочется, чтобы состояние управляемого ими виртуального персонажа зависело от реального состояния игрока. (По крайней мере, одна такая компьютерная забава уже имеется – в AffQuake играют, облепившись датчиками.)

От детектора эмоций всего один шаг до полного нейроинтерфейса. И этот шаг был сделан еще в 1967 году. Именно тогда группа добровольцев научилась управлять амплитудой альфа-ритма собственного мозга (эксперимент завершился тем, что его участники заставили электроэнцефалограф при помощи азбуки Морзе написать слово “кибернетика”).

Естественно, с тех пор утекло немало воды – теперь при помощи нейроинтерфейса можно не только перемещать курсор по экрану, но и управлять несложными роботами. При этом практика показала, что для большинства практических задач никакого вживления электродов в мозг не потребуется – вполне хватает прикрепляемых к голове датчиков. Так что проблем психологического характера при переходе на нейроинтерфейс не возникнет.

Правда, инженерам для этого пришлось изрядно потрудиться. Дело в том, что человеческая электроэнцефалограмма подобна человеческой речи – сигнал, несущий полезную информацию следует сначала выделить. Для этого, пользователю придется продемонстрировать системе несколько устойчивых состояний, по которым и будет производиться калибровка. У среднестатистического человека вся эта процедура занимает не меньше двух часов, поэтому о plug’n’play пока остается только мечтать.

Более тонкий эксперимент в области “мыслеуправления” компьютером провели американские ученые из Дьюкского университета, сумевшие расшифровать нейронный код, с помощью которого мозг посылает сигналы конечностям. Эти же ученые провели уникальную операцию, во время которой одиннадцати пациентам, страдающим болезнью Паркинсона, было вживлено под 32 сверхтонких электрода в ту область головного мозга, которая отвечает за координацию движений человека.

Во время операции пациенты играли в компьютерные игры, а данные с электродов поступали на компьютер, который производил анализ информации. На основе полученного и расшифрованного нейронного кода ученые разработали алгоритм, позволяющий трансформировать мысль человека в команду, которая отдается компьютеру.

ВЗГЛЯД И ЖЕСТ
Другой альтернативой привычным средствам ввода данных является система Quick Glance, представленная в конце прошлого года испанскими разработчиками. С ее помощью можно управлять компьютером при помощи глаз. При этом камера в режиме реального времени фиксирует положение зрачка и с помощью специального программного обеспечения преобразовывает полученную информацию в координаты курсора.

Для ввода символа или команды необходимо несколько раз моргнуть. Разработчики утверждают, что освоить необычный способ управления может любой человек после непродолжительной тренировки. Но, во-первых, система не обеспечивает достаточно быстрого ввода данных, а во-вторых, без вреда для здоровья использовать ее можно не более 5-6 часов в день.

Впрочем, Quick Glance непременно найдет свое применение в разработках компьютерных устройств ввода данных, но области применения этой технологии будут весьма специфическими. Проще говоря, она будет использоваться там, где применение иных методов будет попросту невозможным. Компания Iriscom, разработавшая это устройство, полагает, что одни из самых очевидных пользователей этого интерфейса – инвалиды. Но мало ли у человека занятий, при которых его руки заняты, и подать голосовую команду тоже нельзя. Достаточно вспомнить космонавтов, которые во время стартовых перегрузок практически обездвижены.

При разработке радикально новых интерфейсов для ввода данных ученые часто задумывались над тем, как избавиться от неудобств, связанных с использованием проводов и механических устройств. Наиболее удачным экспериментом в этой области стала разработка, которая получила название Light Glove. Модель этого устройства представляет собой браслет, надеваемый человеком на запястье.

С нижней стороны устройства расположено пять источников света, которые фиксируют движения пальцев и кисти. Каждое движение пальцами является идентичным нажатию определенной клавиши. Изменение положения кисти используется для управления курсором на экране и заменяет стандартные манипуляторы (джойстик, трекбол, мышь). Таким образом, при помощи Light Glove можно печатать просто в воздухе.

По заявлениям разработчиков, Light Glove помогает избежать профессиональных заболеваний кистей рук, которые возникают в результате постоянного использования мыши и клавиатуры. В будущем разработка может заменить не только клавиатуру, но и практически любое устройство ввода. Light Glove можно использовать в самых разных сферах: в медицине, для управления автомобилем, для бесшумного передачи информации и т. д.

А вот следующая новинка, устройство под названием Virtual Keyboard, позволяет использовать в качестве клавиатуры любую плоскую поверхность.

На поверхности лазером создается рисунок клавиатуры. Касаясь пальцами нарисованных кнопок, пользователь вводит данные точно так же, как с обычной клавиатуры. Virtual Keyboard уже завоевала огромную популярность среди владельцев карманных компьютеров и лэптопов.

Компьютерная одежда

Отдельную категорию устройств ввода-вывода данных составляют приборы, выполненные в виде элементов одежды. В предыдущем номере Upgrade Special писал о выпущенной фирмой Infineon недавно MP3-куртке, которая представляет собой целую компьютерную систему. Она изготовлена из токопроводящего материала, который соединяет наушники, микрофон и матерчатую клавиатуру на рукаве.

Другая разработка в этой области – перчатка CommanderGauntlet, представленная в конце прошлого года компанией Network Anatomy. С помощью этого не совсем обычного предмета одежды можно вести переговоры по мобильному телефону, работать с электронной почтой и передавать данные по интернету. Перчатка имеет встроенный монитор, а также средства видео- и аудиозаписи.

ВСТРОЕННЫЕ ЧИПЫ
В будущем человек не просто будет обмениваться с компьютером информацией, но и сам станет его частью (хочется думать, что все будет не так мрачно, как в “Матрице”). Первые шаги в этом направлении уже сделаны.

Еще в начале 2002 года американская компания Applied Digital Solutions (ADS) впервые имплантировала в организм человека микрочипы, содержащие идентификационные данные. Чип размером с рисовое зернышко вживляется под кожу и способен хранить, а также передавать информацию любого рода. Процедура вживления чипа безболезненна, а обнаружить имплантированное устройство невооруженным глазом невозможно. Популярность чипов с каждым годом растет. Об этом свидетельствует то, что число их носителей постоянно увеличивается, а география его применения – расширяется.

Что даст такая интеграция с электронным устройством человеку? Прежде всего, возможность обходиться без документов и кредитных карт, мгновенное получение любой информации о человеке, своевременное оказание медицинской помощи тем больным, которые не могут сообщить о своем состоянии. Кроме этого, подкожные чипы могут сообщить о местонахождении человека в случае стихийного бедствия или катастрофы.

Несмотря на широкие перспективы, которые открывает перед человеком вживление микрочипов в организм, у этой разработки немало противников. Многие считают, что использование подкожных чипов означает тотальную слежку и нарушает права человека.

ТЕЛО КАК ПРОВОДНИК
В ближайшем будущем интеграция компьютера с человеком станет необычайно тесной. Подтверждением этому может служить недавнее приобретение Microsoft патента, дающего компании право на методы и аппаратуру для передачи энергии и информации с использованием человеческого тела.

Устройства, которые будут использовать эту технологию, позволят человеку обмениваться информацией при помощи простого рукопожатия. Не исключено, что в будущем будут созданы устройства, которые смогут питаться непосредственно от человеческого тела.

Запатентованная технология передачи данных по коже человека не нова. Еще в 1996 году компания IBM продемонстрировала возможность передачи информации при помощи рукопожатия. Тогда два человека передали друг другу фрагменты географической карты. В 2002 году японская корпорация NTT представила подобный способ передачи, но уже на гораздо более высоких скоростях – 10 Мбит/с.

Использование кожи в качестве электропроводника продемонстрировала и немецкая компания Ident Technology. Она представила систему, состоящую из защитных очков и электрической дрели. При надевании очков в дрель поступает сигнал, и она может быть использована. Когда же очки снимаются, дрель автоматически отключается. В будущем планируется также создание подобных систем для открытия дверей и управления другими электрическими устройствами.

ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ МОНИТОРЫ
Профессор Аризонского университета Гасан Джаббур предложил использовать в качестве устройства вывода информации так называемые тонкопленочные мониторы, которые будут внешне почти неотличимы от традиционных жидкокристаллических. Базовым элементом таких мониторов станет тонкая полимерная пленка с введенными в нее органическими молекулярными светодиодами.

Удивительно, но тонкопленочные мониторы дешевле жидкокристаллических, и их проще производить. Но это не является их единственным достоинством. Во-первых, такие мониторы можно устанавливать практически на любую ровную поверхность, хоть просто приклеить на стену или стекло автомобиля. Во-вторых, пленка сама отражает свет и поэтому может работать при любом освещении и качество изображения практически не зависит от угла обзора.

Тонкопленочный монитор состоит из нескольких сверхтонких полимерных слоев. Светодиоды каждого слоя имеют различный спектральный диапазон и могут выдавать картинку, гамма которой включает более шести миллионов различных цветов.

Однако тонкопленочные мониторы – это не единственный вариант перспективного устройства для вывода визуальной информации. Так, очень большой объем информации могут выдавать так называемые “электронные таблетки” созданные на основе хиральных жидких кристаллов. У этих кристаллов есть одно любопытное свойство – они могут менять тип симметрии в зависимости от ориентации подложки, при этом их окраска, очевидно, тоже изменится. Поскольку подложка может быть гибкой, пользоваться такими “мониторами” очень удобно – свернул, положил в тубус, перенес куда нужно и снова развернул.

ТРЕХМЕРНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ
Одной из особенностей визуального интерфейса будущего наверняка станет 3D-графика. Такой внешний вид оболочки более информативен и легче воспринимается пользователем. Псевдотрехмерные элементы интерфейса разработчики программного обеспечения старались применять в своих проектах задолго до появления мощных компьютеров. Даже в таких старых оболочках, как Norton Commander, использовались трехмерные эффекты отбрасывания теней от окон меню. В Windows трехмерные элементы тоже присутствуют – взгляните хотя бы на кнопки на панели задач.

Скорее всего, оболочка операционной системы, в которой будет работать пользователь, будет представлять собой трехмерное виртуальное пространство с объемными пиктограммами, ссылками и т. д. Внешний вид запущенных приложений будет изобиловать трехмерными эффектами.
Один из наиболее перспективных проектов в этой области – “Зеркало” (Project Looking Glass), который принадлежит компании Sun Microsystems.

Созданный ими трехмерный рабочий стол выглядит как реальное пространство, в котором можно приближать, удалять, поворачивать объекты, располагать их друг за другом, а также управлять прозрачностью окон. В основе разработки лежит использование технологии Java. Одним из достоинств этого проекта являются низкие системные требования к компьютеру, на котором может быть установлена эта оболочка.

Другой не менее интересный вариант трехмерного представления операционной системы был предложен французскими разработчиками. Виртуальная оболочка Metisse использует технологии Open GL и тоже позволяет совершать различные манипуляции с объектами на рабочем столе: вращать окна в трехмерном пространстве, делать их прозрачными, размещать друг за другом.

Впрочем, вполне может случиться, что программные 3D-решения так и не смогут стать популярными. Дело в том, что уже сегодня потребитель, который в состоянии за это заплатить, имеет возможность выбрать аппаратное решение. Последней новинкой в этой области стал трехмерный жидкокристаллический монитор, созданный компанией Sharp.

Принцип работы этого устройства основан на использовании так называемого эффекта барьера параллакса, когда на одном дисплее формируются две незначительно отличающиеся друг от друга картинки. Каждый глаз человека воспринимает свое изображение, благодаря чему оно кажется объемным. При этом для того чтобы увидеть трехмерную картинку, не требуется специальных стереоочков.

Но и такие мониторы вскоре могут оказаться морально устаревшими – компания Actuality Systems уже изготовила и продемонстрировала монитор в виде шара. При этом оказалось, что потенциальные покупатели даже не дали разработчику времени на доводку изделия до полной кондиции, поскольку заявили о своей готовности купить то, что есть, немедленно.

Технология, на основе которой изготовлен этот монитор, весьма проста. Это выгодно отличает его от аналогичных устройств, которые используют для создания картинки довольно сложную систему, состоящую из лазеров и спиральных экранов.

Монитор производства Actuality Systems представляет собой обыкновенный прозрачный шар, внутри которого находятся ЖК-проектор и вращающийся пластиковый диск, отражающий свет. При этом за качество картинки отвечает не оптическая система, а процессор, который пересчитывает каждый кадр, согласуя его с углом наклона экрана.

Пользователь же видит не стереокартинку, а самый настоящий трехмерный объект, который можно обойти кругом и рассмотреть со всех сторон. В настоящее время этот монитор более всего интересует медиков и фармацевтов. Но демократичная технология позволит со временем сделать такое устройство вывода информации общедоступным.

Если предположить, что давать команды компьютеру можно при помощи мысли, то необходимость в использовании каких бы то ни было манипуляторов отпадает вовсе.

Не вызывает сомнения, что в будущем человек не просто будет обмениваться с компьютером информацией, но и сам станет его частью.

Пользователь монитора Actuality Systems видит не стереокартинку, а самый настоящий трехмерный объект, который можно обойти кругом и рассмотреть со всех сторон.