Kā izgudrotājs, par kuru jūs, iespējams, nekad neesat dzirdējis, veidoja mūsdienu pasauli

Daudzi izgudrotāji, kas veicināja digitālo revolūciju, ir kļuvuši par plaši pazīstamiem vārdiem. Un pamatoti. Novatori, piemēram, Stīvs Džobss, Bils Geitss un Marks Cukerbergs, visi ir devuši milzīgu ieguldījumu tehnoloģijās, kas ir pārveidojušas mūsu ikdienas dzīvi un sabiedrību.

Tomēr, ja jūs neesat inženieris, jūs, iespējams, nekad neesat dzirdējis par izcilo izgudrotāju Rūdolfu Kālmanu, Budapeštā dzimušu inženieri un matemātiķi, kurš 2. jūlijā nomira Geinsvilā, Floridā, 86 gadu vecumā. Viņa fundamentālais ieguldījums ir algoritms Kalmana filtrs padarīja iespējamus daudzus būtiskus tehnoloģiskos sasniegumus pēdējo 50 gadu laikā. Tie ietver aviācijas un kosmosa sistēmas, piemēram, datorus, kas nosēdināja Apollo astronautus uz Mēness, robotizētos transportlīdzekļus, kas pēta mūsu pasauli no dziļjūras līdz ārējām planētām, un gandrīz jebkuru darbu, kas nepieciešams, lai novērtētu pasaules stāvokli no trokšņainiem datiem. Kāds reiz aprakstīja visu GPS sistēmu — Zemi apņemošu satelītu, zemes staciju un datoru konstelāciju kā vienu milzīgu Kalmana filtru.

Savā profesionālajā sabiedrībā Kálmán bija labi pazīstams un ļoti apbrīnots, daudzu apbalvojumu un apbalvojumu saņēmējs. 2009. gadā prezidents Obama viņam piešķīra Nacionālo zinātnes medaļu. Ja pēdējo četru gadu desmitu laikā esat studējis jebkāda veida robotiku, vadību vai kosmosa inženieriju, tad Kalmana tāda paša nosaukuma filtrs jūsu darbā bija tikpat svarīgs kā Pitagora teorēma vidusskolēniem, kuri gatavojas SAT.

Lūk, kāpēc. Vadības inženieri zina, ka jūs varat kontrolēt tikai to, ko varat izmērīt. Jo precīzāk jūs varat to izmērīt, jo labāk jūs varat to kontrolēt.

Apsveriet izaicinājumu, ar kuru saskārās inženieri, kuru uzdevums bija izstrādāt Apollo lidojumu datorus 1960. gadu sākumā. Datoru neapstrādātie dati — mērījumi no sensoriem, piemēram, žiroskopiem, akselerometriem un radariem — pēc būtības bija trokšņaini, pilni ar nejaušām kļūdām un nekārtīgām neprecizitātēm. Braucot lielā ātrumā pret akmeņainu mēnesi, šīs kļūdas var sabojāt jūsu dienu.

Kaut kādā veidā jums ir jāspēj izfiltrēt šo troksni no mērījumiem un veikt vislabāko iespējamo aplēsi par to, kur atrodaties un cik ātri pārvietojaties. Jums arī jāzina, cik labi vai slikti ir jūsu aprēķini statistiskā nozīmē, jo var būt postoši domāt, ka jums klājas labāk nekā patiesībā. Un tam visam jānotiek sekundes daļās, kad kosmosa kuģis virzās uz Mēnesi, mēģina nolaisties uz Mēness vai iegriež ieejas koridora adatu, kad tas atkal iekļūst Zemes atmosfērā.

Šeit ienāca Rūdolfs Kālmāns. Viņš 1960. gadā publicēja ģeniālu rekursīvās novērtēšanas algoritmu. Filtrs sasniegtu mērķi precīzi novērtēt un paredzēt kritiskos mainīgos, piemēram, atrašanās vietu, virzienu un ātrumu trokšņainu mērījumu klātbūtnē, un pat novērtēt troksni. . Citi, piemēram, kibernētikas izgudrotājs Norberts Vīners, šo problēmu bija risinājuši jau iepriekš, bet Kálmán pielāgoja savu risinājumu jaunajai digitālo datoru un reāllaika apstrādes pasaulei.

Kad Mēness modulis Apollo 11, kuru kontrolēja Nīls Ārmstrongs un programmatūras programma, veica savu sirdi apturošu nolaišanos miera jūrā, Kalmana filtrs nodrošināja, ka reāllaika atrašanās vietas dati, kas iegūti no Zemes radara izsekošanas, cieši vienojās ar borta ierīci. sensori. Klausieties kasetes un dzirdēsiet, kā Buzs Oldrins izsauc Kalmana filtra aprēķinus, kad Ārmstrongs nolaidās.

Gandrīz tas pats aprēķins ar modernizētiem Kalman filtriem regulāri notiek jūsu mobilajā tālrunī. Tālruņa GPS sensors nodrošina reālās pasaules koordinātas uz Zemes virsmas, savukārt tā akselerometri uztver straujas, nelielas kustības. Katrā no tiem ir dažāda veida troksnis un neprecizitāte; Kalmana filtrs apvieno tos, lai iegūtu labāko no abām pasaulēm. Piemēram, iebrauciet tunelī un pazaudējat GPS, taču Kalmana filtrs joprojām sasniedz diezgan labus miršanas rādītājus, līdz iznākat no otras puses un iegūstat jaunu GPS labojumu.

Bet tas ir tikai sākums ietekmei, ko Rūdolfa Kālmāna darbs atstās uz pasauli. Nākamās desmitgades laikā Kalmana filtrs darbosies patērētāju tehnoloģijās, kas tikpat dziļi mainīs jūsu dzīvi.

Tās pašas vadības un navigācijas problēmas, ar kurām saskārās Apollo inženieri pirms 50 gadiem — kā precīzi noteikt objektu atrašanās vietu plašajā kosmosa plašumā —, mūsdienās izaicina inženierus, izstrādājot pašbraucošas automašīnas, kas var droši pārvietoties viedpilsētās, paplašinātās realitātes datorspēles, un robotu kompanjonus, lai strādātu rūpnīcas stāvā un jūsu mājās.

Visiem šiem izgudrojumiem ir nepieciešama precīza informācija, ko mēs saucam par mikrolokāciju, dažos gadījumos līdz pat milimetriem, lai nodrošinātu, ka jūsu pašbraucošā autostāvvieta atrodas jūsu garāžā, nevis zālienā, lai jūsu virtuālās realitātes spēļu austiņas liktu jums lidot, nevis vemt. , un ka jūsu uzticamais robots lej kafiju jūsu tasītē, nevis klēpī. Tas nozīmē miljoniem un, iespējams, miljardu Kalman filtru.

Bet tad ir lietu internets, ļoti gaidītā savienotās, viedās nākotnes pasaules infrastruktūra. Lietu internetam būs nepieciešami Kalman filtri triljonos viedo objektu, lai tos novirzītu tur, kur un kad mēs tos vēlamies, mūsu darbavietās, mājās un citur mūsu dzīvē.

Tad varbūt Kálmāns beidzot pievienosies Džobsam, Geitsam un Cukerbergam kā populārs vārds.

Deivids Mindells ir MIT profesors un Humatics dibinātājs, Kembridžas, Masačūsetsas štatā, mikrolokācijas uzņēmums, kas izmanto Kálmán filtru. Frenks Moss, MIT Instrumentācijas laboratorijas absolvents, kas uzbūvēja Apollo datorus, ir bijušais MIT Media Lab direktors un Humatics valdes loceklis.

paslēpties