7.2 机械自我的成熟

海伦的调节器、德雷贝尔的恒温器,还有瓦特的调控装置为自己的脉管注入了自我控制、感知意识以及渴望的觉醒。调节系统感知自身的属性,关注自己是否发生了与上一次查看时不同的某些变化。如果有变化,就按既定目标调整自身。在恒温器这个特定的例子中,装了酒精的试管侦测系统的温度,之后决定是否应当采取行动调整火力,以保持系统的既定温度目标。从哲学的角度来说,这个系统是有目的的。

尽管这一点对于现在的人来说也许是显而易见的,但是,即使把最简单的自动电路,比如说反馈回路,移植到电子领域中,也花了世界上最优秀的发明家很长的时间。之所以会如此拖延,是因为电流从被发现的那一刻起,就首先被看成是能量而不是通信工具。事实上,在上个世纪(十九世纪),德国顶尖的电子工程师们就已经意识到电的本性其实是两面的,而这一崭露头角的差别意识,就是把相关电的技术分成强电和弱电两种。因为,发送一个信号所需的能量小得令人不敢相信,以至于电必须被想象成某种完全不同于能量的东西。对于那批狂野的德国信号学家来说,电与说话的嘴以及写字的手是兄弟,功用相同。这些弱电技术的发明者(我们现在要称其为黑客了)带给我们的,也许是史无前例的发明——电报。正是因为有了这项发明,人类之间的沟通,才能通过像闪电一样的不可见粒子载体飞速地传播。而正是因为有了电这个令人惊叹的奇迹的后代——弱电,才有了我们对整个社会的重新构想。

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尽管这些电报员们牢记着弱电模型,并且实现了精妙的改革创新,但是直到1929年8月,贝尔实验室的电话工程师布莱克[1]才调校出一条电子反馈回路。布莱克当时正在努力为长途电话线路寻找一种能够制造持久耐用的线路中继放大器的方法。早期的放大器,是用天然材料制成,而这种未经加工的材料往往会在使用的过程中逐渐分解,导致电流的流失。一个老化的中继器不单会把电话信号加以放大,还会错误地把任意拾得的各种频率的细微偏差与电话信号相混合,直到这些不断膨胀的错误充满整个系统,将系统彻底摧毁。所以,这里就需要某种类似于海伦的调节装置的东西,能够产生约束主信号的反向信号,缓冲不断重复的循环所带来的影响。幸好布莱克设计出了一个负反馈回路,它的作用就是用来抵消放大器的正回路所产生的滚雪球效应。单从概念上来看,这个电学负反馈回路,和抽水马桶的冲水系统或者恒温器的作用是完全一样的。这个起着刹车作用的电路,能够让放大器在不断的微调中保持在稳定的放大状态上,而其原理,跟恒温器能够通过不断的微调保持在特定温度上是一样的。只不过,恒温器用的是一个金属制动杆,而放大器用的则是一些可以自我交流的弱电子流。于是,在电话交换网络的通道里,第一个电学意义上的自我诞生了。

自第一次世界大战开始至战后,炮弹发射装置变得越来越复杂,而与此同时,那些移动着的预攻击目标也变得越来越精细,弹道轨迹的计算考验着人类的才智。在战斗的间隙,被称为计算员的演算人员要计算在各种风力、天气和海拔条件下那些巨炮的各种参数设置。而计算出来的结果,有时会印在一些口袋大小的表格上,便于前线的火炮手使用;或者,如果时间来得及,而且是通用火炮,这些表格就会被编码输入火炮装置,也就是通常所说的自动操作装置。在美国,与火炮演算有关的种种活动,都集中在海军位于马里兰州的阿伯丁试验场[2],在那个地方,房间里挤满了人类计算员(几乎全都是女性),使用手摇计算机来演算表格。

到了第二次世界大战,德国飞机——大炮竭力要攻打下来的东西——几乎飞得和炮弹一样快。于是就需要速度更快的即时演算。最理想的形式就是火炮在新发明的雷达扫描装置测出飞行中的飞机数据时即行引发。此外,海军的炮手有一个很关键的问题:即如何根据新射击表提供的精确数据转动这些怪物并使之对准目标。办法近在眼前,就在舰尾:一艘巨舰,是通过某种特殊的自动反馈回路,即伺服机制来控制它的方向舵的。

伺服机制[3]是一个美国人和一个法国人在相隔大洋的情况下,于1860年左右同时独自发明出来的。法国人里昂·法尔科[4]为这个装置取了一个很拗口的名字:伺服电动机。由于船只随着时间的推移发展得更大、更快,人类作用于舵柄的力量已经不足以抵抗水下涌动的水流了。海军的技术人员想出了各种油液压系统来放大作用在舵柄上的力量,这样只要轻轻地摇动船长舵仓内的小型舵杆,就可以对巨大的船舵产生些许影响。根据不同的船速、吃水线和其它类似的因素,对小舵杆所做的反复摇动,反映到船舵那里就表现为大小不同的舵效。法尔科发明了一个连通装置,把水下大舵的位置,和能够轻松操纵的小舵杆的位置联系到一起——也就是一个自动反馈回路!这样一来,舵杆就能够指示出大舵的实际位置,并且通过这个回路,移动舵杆这个指示器——也就是在移动大舵这个实体。用计算机领域的行话来说,这就是所谓的所见即所得!

二战时期的重型火炮的炮管,也是这么操作的。装着液压油的液压管把一个小的转动杠杆(小舵杆)连接到炮管转向装置的活塞。当操炮手把杠杆移动到预计的位置时,这一小小的转动,就会挤压一个小活塞,使得阀门打开,释放液压油去顶起一个大活塞,进而摆动巨大沉重的火炮炮管。反过来,当炮管摆动的时候,它又会推动一个小活塞,而这个小活塞则会引动那个手动的杠杆。所以,当炮手试图去转动那个小舵杆的时候,他也会感觉到某种温和的抗力,这种抗力,就是由他想移动的那个大舵的反馈产生的。

那时的比尔·鲍尔斯[5]还是个年轻的电子技师助手,责任是操纵海军自动火炮。后来他通过研究控制系统来探求生物的奥秘。他这样描述普通人通过阅读了解伺服机制时可能产生的错误印象:

我们说话或写作的手法,往往把整个行为伸展开来,使之看来好像是一系列截然分开事件。如果你试图去描述火炮瞄准的伺服机制是如何工作的,你可能会这样开头:「假设我把炮管下压产生了一个位差。那么这个位差就会使伺服电动机生成一个对抗下压的力,下压力越大,对抗的力也就越大。」这种描述似乎足够清晰了,但它却根本不符合实情。如果你真的作了这个演示,你会这样说:「假设我把炮管下压,产生了一个位差……等一下,它卡住了。」

不,它没有卡住。恰恰相反,它是一个优良的控制系统。当你开始向下压的时候,作用于炮管感应位置的微小偏移,使得伺服电动机转动炮管向上来对抗你下压的力量。而产生一个和你的下压力相等的抗力所需的偏移量非常之小,小到你根本看不到也感觉不到。这样一来,炮管在你感觉中僵硬得像是被浇铸在水泥里面一样。因为它重达200吨,所以让人感觉它跟那些老式的机器一样是不能移动的;但是,如果有人把电源切断,炮管会立刻砸到甲板上。

伺服机制给转向装置添加了如此神秘巧妙的助力,以至于我们现在(采用升级版的技术)还在利用它来为船只导航,控制飞机的副翼,或者摆弄那些处理有毒或者放射性废料的遥控机械臂的手指。

比起其它那些纯机械的自我,比如海伦的阀门、瓦特的调控装置以及德雷贝尔的恒温器,法尔科的伺服机制更进一步,它向我们开启了另一种可能性的大门:人机共栖的可能性——融合两个世界的可能性。驾驶员与伺服机制相融合。他获得了力量,它获得了实体。他们共同掌舵。控制与共栖——伺服机制的这两个方面激发了现代科学中某个更富色彩的人物的灵感,让他发现了能够把这些控制回路联结在一起的模式。

H.S.布莱克(H.S.Black):贝尔实验室的电话工程师,提出负反馈放大器。

阿伯丁试验场:Aberdeen Proving Ground

伺服机制(servomechanism):系指经由闭环控制方式达到一个机械系统设定的位置、速度、或加速度的系统。

莱昂·法尔科(Leon Farcot):法国工程师。

比尔·鲍尔斯(Bill Powers):美国感知控制论的创始人,美国西北大学教授。