Помогать по мере сил
Впрочем, сегодня очень многие компьютеры предназначены для ношения пользователем — ноутбуки, наладонники, карманные ПК. Стоит ли вообще выделять такой класс вычислительной техники, как носимые компьютеры? Специалисты отвечают на этот вопрос положительно. И вот почему. Попробуйте проанализировать, как именно используются сегодняшние портативные компьютеры. Большую часть времени они проводят в выключенном состоянии или состоянии ожидания — до того момента, пока пользователь не соизволит извлечь своего цифрового помощника из портфеля или пиджака, включить и задействовать его.
Поэтому точнее будет назвать все такие машины переносными. Главное же отличие носимых компьютеров (условимся называть их НК) — в постоянной активности. Строгое определение НК гласит, что такой компьютер во-первых, должен быть столь же необременительным для пользователя, сколь и элементы его одежды, а во-вторых, взаимодействовать с человеком в зависимости от контекста складывающейся ситуации. Попросту, носимый компьютер должен жить вместе со своим пользователем, работая в качестве нового органа чувств (или «расширителя» тех, что уже имеются), доставляя при этом минимум неудобств.
Естественно, что главной задачей для архитекторов такой техники стало построение интерфейса. Человек не может позволить себе таскать огромный монитор и громоздкое устройство для ввода информации. Слишком опередивший свое время Memex остался на бумаге, но прогресс неудержим — и определившись с задачей, компьютерные исследователи сравнительно быстро создали все основные элементы, необходимые для построения интерфейса носимых компьютеров. В 1966 году был сконструирован первый закрепляемый на голове компьютерный дисплей: устройство это, выполненное Bell Helicopter, состояло из двух стационарных ЭЛТ-мониторов, изображения с которых через систему зеркал проецировалось в глаза пользователя. Интересной деталью этой разработки являлось то, что поворот головы пользователя отслеживался автоматически, благодаря чему можно было изменять изображения, подаваемые на мониторы, создавая иллюзию погружения в виртуальную реальность.
Несмотря на явную псевдомобильность такого решения, именно по этому пути позже шли создатели носимых устройств отображения информации. А всего через два года Дугласом Энгельбартом была продемонстрирована клавиатура для работы одной рукой. Разработка, бывшая частью компьютерной системы под названием NLS, стала родоначальником т.н. аккордных клавиатур (chorded keyboard): в ней каждая клавиша обладала несколькими значениями, а выбрать правильное должен был сам компьютер (это во многом похоже на ввод текста в современных мобильных телефонах).
Конец 60-х принес и испытания первого носимого компьютера, предназначенного для практических нужд. Эд Торп и Клод Шеннон разработали аналоговое вычислительное устройство размером с пачку сигарет, призванное помочь… выигрывать на рулетке. Устройство ввода такого компьютера состояло всего из четырех клавиш, с помощью которых пользователь, наблюдавший за рулеткой, должен был вводить скорость ее вращения. Затем проводились некоторые вычисления, результаты в виде звуковых сигналов различной частоты передавались по радио на наушники второго пользователя, делавшего ставки. В дальнейшем эта идея была значительно усовершенствована и стала основой для первого массового носимого компьютера, производившегося компанией Eudaemonic Enterprises с 1978 года.
Можно сказать, именно продукт Eudaemonic и стал первым настоящим носимым компьютером, ибо был основан на микропроцессоре (6502 производства MOS Technology). Ввод информации — нажатие кнопки каждый раз, когда шарик запускался в рулетку — осуществлялся при помощи пальцев ноги (компьютер прятался в башмаке, см. рис. 1). Вывод — через три вибрирующих с разной силой электромагнита, позволявших различать девять комбинаций. В качестве механизма предсказаний использовалась физическая модель рулетки, основанная на нелинейной динамике. Компьютер, конечно, был не в силах точно предсказать куда попадет шарик, но в данном случае достаточно и приблизительного прогноза на попадание шарика в один из восьми сегментов рулетки, чтобы дать игроку преимущество. Поэтому носимый компьютер Euademonic вошел в историю и как единственное устройство, позволявшее закончить игру с некоторой прибылью (впрочем, насколько известно, больших выигрышей он своим пользователям не принес).
Были, конечно, и более серьезные разработки. Так аналоговый носимый компьютер Хуберта Аптона (Hubert Upton) 1967 года, был предназначен для помощи людям с ослабленным слухом (читающим по губам). Специальная схема фильтровала приходящие звуки, включая затем одну из нескольких жидкокристаллических панелей, крепившихся перед глазами пользователя — тем самым плохослышащему человеку было легче определить, что именно произнес его собеседник. Но в общем случае, уровень развития техники оставался еще слишком низким для создания универсальных помощников человека, о которых мечтали энтузиасты.

Три желания
Начало следующего этапа в эволюции НК знаменовал выход в 1989 году на массовый рынок головного дисплея Private Eye от компании Reflective Technology. Он обладал монохромной LED-матрицей (с электромеханической разверткой — изображение формировалось быстро колеблющимся зеркальцем) с разрешением 720х280 и хорошо подходил для отображения текста. Именно с использованием этой разработки выполнялись многие экспериментальные НК 90-х годов. Нынешние модели носимых дисплеев во многом похожи на Private Eye, отличаясь лишь типом системы отображения и дизайном. Напоминающие в большинстве случаев гипертрофированные очки, такие дисплеи основаны на жидкокристаллических панелях (но до сих пор производятся и ЭЛТ-продукты), с графическим разрешением несколько ниже или эквивалентным стандарту VGA. Линейные размеры экранов в них невелики (единицы сантиметров), но благодаря вспомогательной оптической системе (а попросту — нескольким линзам), изображение проецируется на сетчатку глаза — и ощущение, возникающее у пользователя, эквивалентно тому, как если бы перед ним установили огромный проекционный монитор. Так, используя CyVisor (рис. 2), человек ощущает себя сидящим в паре метров от 44-дюймового экрана. Средняя стоимость таких дисплеев колеблется около 3 тыс. долларов, хотя на самом деле разброс цен очень широк и составляет от сотен долларов за устаревшие модели до десятков тысяч за профессиональные решения. Производством их занимается, по меньшей мере, два десятка компаний по всему свету — ведь используются носимые дисплеи не только для НК, но и во множестве прочих областей компьютерной техники (прежде всего в системах виртуальной реальности).
Примерно в те же годы был совершен и рывок в области ввода информации: на смену механическим устройствам в носимых компьютерах пришел голосовой интерфейс. Одна из первых типичных разработок здесь — система распознавания речи Talkman, уходящая корнями в 1987 год. Она способна воспринимать голосовые команды, освобождая руки и глаза человека. При этом система умеет подстраиваться под особенности речи каждого конкретного пользователя, требуя на свое обучение лишь около 15 минут, после чего процент совершаемых ошибок не превышает одной на 10 тыс. слов. Проблемой этой и других подобных ей систем остается их сравнительная ограниченность: если научить компьютер распознавать отдельные команды легко, то построение системы для полного распознавания человеческой речи пока остается нерешенной задачей.
Впрочем, механические инструменты для ввода информации в носимые компьютеры все же остались. Часть из них пошла по пути совершенствования идеи аккордных клавиатур (например, WearClam, см. рис. 3). Другая встала на путь исключения реальных механических клавиш, отслеживая лишь движения рук пользователя в пространстве (хороший пример — недавно представленная виртуальная клавиатура SenseBoard).
Наконец, последним компонентом, необходимым для вывода носимых компьютеров на массовый рынок, было специальное программное обеспечение, способное задействовать все это причудливое железо. Эта задача решалась уже самими производителями НК: объедините мысленно все описанное выше — и вы получите образ типичного носимого компьютера общего назначения, выпускаемого сегодня промышленно. Производством массовых НК занимается множество компаний, самые известные из которых — Via, Phoenix Group и Xybernaut. Наиболее продвинутой в техническом смысле считается именно продукция Xybernaut: ее последняя модель Poma (прием заказов на которую уже ведется, а продажи должны начаться в марте), представляет собой системный блок, умещающийся на поясе или в кармане брюк, с двумя неизменными атрибутами каждого НК — головным дисплеем (SVGA 800x600) и специальным ручным манипулятором, облегчающим работу с графическим интерфейсом. Сердце устройства — 128-МГц RISC-процессор, работает Poma под управлением Windows CE, причем может быть постоянно подключена к Сети через беспроводную связь. Poma и подобные ей машины используются весьма ограниченным кругом людей специфических профессий — складскими работниками, ремонтниками и т.п. Так же, как в конце 70-х прогресс тормозилось массовое производство НК, сегодня слаборазвитой технической базой ограничивается их функциональность.
Однако фантазию исследователей не ограничивает ничто. Если с момента описания Memex и вплоть до появления первых массовых носимых компьютеров, устройства этого класса были ориентированы на реализацию лишь одного принципа — уже упомянутой нами augmented memory — то теперь пришло время развить идеологию универсальных цифровых помощников, распространив ее не только на память, но и на все восприятие человеком окружающего мира. Теоретические и практические работы в этом направлении неразрывно связаны всего с одним именем — Стивом Манном из MIT.

Человек широких взглядов
Стив Манн (Steve Mann) — настоящая легенда мира носимых компьютеров. Свои первые разработки в этой области он выполнил еще студентом в 70-х годах (собственноручно создав фантасмагоричный — но работающий — НК для помощи в проведении фотографических съемок, см. рис. 4). Он был в первых рядах исследователей, проверявших на практике самые смелые идеи — жизнь в постоянном контакте с носимым компьютером и кинофильм про нее, очки-дисплей и голосовой интерфейс для опосредованной реальности (мы вспомним об этом ниже), интеграция НК в одежду, и многое другое. Фактически, мимо его внимания не прошло ни одно направление в этой области. Он продолжает работу над новыми проектами и сегодня, и тем более ценны его взгляды на эволюцию носимых компьютеров. Разработанная Манном классификация выделяет четыре основных поколения этих устройств. Согласно ей усилия исследователей, работавших над носимыми компьютерами первого и второго поколений (вплоть до начала 90-х), были посвящены главным образом миниатюризации электронных компонентов, снижению их энергопотребления, а также преодолению негативного отношения со стороны общества — считавших энтузиастов НК сперва просто сумасшедшими, а потом буйными фантазерами. Но, пожалуй, еще более важным является то, что первые два поколения носимых компьютеров (именно ко II поколению следует отнести все носимые компьютеры, производимые сегодня массово) были предназначены для решения только одной задачи — расширения памяти человека. Главный принцип их работы остался неизменным со времен Memex: облегчить и ускорить доступ к огромным массивам информации. И самое интересное только начинается: в настоящее время исследователи завершают работу над формированием облика третьего поколения НК. Представители этого класса устройств ориентированы на решение более сложной задачи, названной — с легкой руки Манна — опосредованной реальностью (mediated reality). Устройства же четвертого поколения должны стать идеальными инструментами, которые наделят человека опосредованным восприятием (mediated perception). Впрочем, обо все по порядку.
Для того, чтобы понять, что такое опосредованная реальность, достаточно вспомнить картинки из первой серии «Терминатора»: когда робот видел не просто окружающий его мир, но и одновременно полезную информацию о тех предметах, что удалось распознать его компьютерному мозгу. Совершенно так же выглядит она и в понимании энтузиастов носимых компьютеров. Представьте себе механизм восприятия вами окружающего мира. Человек использует свои органы чувств как устройства для сбора информации, поступающей от внешних источников, а головной мозг — в качестве процессора, обрабатывающего собранные данные и на основе этого формирующего ощущения и реакции. А представив эту цепочку, попытайтесь добавить к ней параллельное звено — компьютер. Например, между внешним миром и органами чувств. Получая информацию параллельно с человеком, компьютер получает возможность обработать ее и почти в тот же момент предоставить пользователю готовый результат. Конечно, для этого компьютер должен быть наделен инструментами, позволяющими собирать информацию — в простейшем случае, это может быть видеокамера и микрофон. Именно так действует один из носимых компьютеров Манна — использующий видеокамеру для распознавания образов окружающего мира и дополнения их связанной по смыслу информацией.
Пользователь такого НК, обращая внимание, например, на витрину продуктового магазина, увидит рядом с ней синтезированное компьютером напоминание о необходимости купить хлеба (см. рис. 5). Но важный момент опосредованной реальности заключается в том, что компьютер не замещает ощущений человека, а только дополняет их. Это, в свою очередь, означает необходимость использования нового типа устройств вывода информации, к примеру, в случае с визуальными образами, полупрозрачных очков, на которых изображение с компьютера накладывается на окружающие предметы. Кстати, это показывает и еще одну важную черту носимых компьютеров III поколения — их полную незаметность для внешнего наблюдателя. Устройства ввода/вывода информации, и сам компьютер встраиваются в детали одежды, либо стилизуются под другие элементы облачения современного человека.
Конечно, понятие опосредованной реальности не ограничивается только лишь обработкой визуальных образов. Точно так же могут подвергаться преобразованию и звуки. Кроме того, раз уж компьютер получает в свои «руки» инструменты восприятия окружающего пространства, это дает возможность построения новых интерфейсов, основанных, например, на жестах. Пользователь может указывать машине на интересующие его объекты или управлять виртуальными элементами при помощи простого движения руки — которое будет отслежено и понято компьютером. Такие работы успешно ведутся многими исследовательскими группами (в частности, из IBM). Все вместе это составляет облик носимых компьютеров III поколения, переход которых в коммерческую стадию, вероятно, следует ожидать уже в ближайшие годы. Надо полагать, именно с появлением массовых носимых компьютеров третьего поколения из нашей жизни уйдут наладонные, карманные и переносные компьютеры.
Но, упомянув про аудиовизуальное взаимодействие, не забыли ли мы о других органах чувств? Ведь их у нас целых пять. Проблема в том, что обрабатывать информацию, которую человек получает посредством осязания, обоняния и вкусовых рецепторов, нынешние технологии не в состоянии. Однако заглянуть в будущее и попытаться представить, как будет выглядеть компьютер такого уровня нам никто запретить не может. Тем более, что эту тропинку уже давно топчет знакомый нам Стив Манн. Именно вычислительные устройства, способные работать параллельно со всеми органами чувств человека, эффективно дополняя их по мере надобности, отнесены им к носимым компьютерам четвертого поколения. Именно они смогут наделить человека способностями mediated perception.
Опосредованное восприятие — всего лишь логическое развитие опосредованной реальности, когда компьютер обретает возможность оккупировать все органы чувств человека — причем не только в смысле помощи в их работе, но, возможно, и в смысле полного замещения. В этом случае компьютер получает право модифицировать поступающую извне информацию по своему усмотрению -иногда пропуская часть ее к человеку, но чаще полностью замещая на результаты своей работы. Такой переход должен произойти по простой причине постоянного стремления человека к расширению круга задач, решаемых компьютерами, а также возрастающих требований к удобству использования машин. Но в то же время это может привести и к вытеснению синтетических материалов биологическими. По мнению Манна, НК III поколения вполне могут быть основаны на биологических процессорах — легко интегрируемых в живые ткани, или даже выращиваемые внутри них.
Все эти перемены открывают совершенно фантастические перспективы — объединенный с организмом человека компьютер может управляться и выдавать результаты своей деятельности через прямое взаимодействие с головным мозгом и сознанием пользователя. Управлять курсором, выбирать интересующие объекты человек сможет простым усилием мысли. В свою очередь, обработанные данные будут подаваться прямиком на нервную систему, минуя собственно органы чувств.
Помимо повышенных удобств для обычных пользователей, носимые компьютеры III поколения помогут людям с нарушенным восприятием обрести пусть не полноценную, но качественную замену своему зрению, слуху или обонянию. Человек превращается в кибернетическое создание, и выглядит это одновременно и пугающе (человек-машина!), и привлекательно (сама идея персонального компьютера вырождается, превращаясь в нечто максимально полезное и близкое для человека), и при этом совершенно нереально. Но вспомните, как относились к самой идее носимых компьютеров на этапе их рождения. История повторяется и единственное, чего мы не можем предсказать точно — как скоро смелые фантазии энтузиастов обретут электронную плоть.