В 1788 г. Джеймс Уатт изобрел центробежный регулятор для поддержания постоянства хода паровой машины – вероятно, первый механизм, управляющий процессом автоматически. 80 лет спустя Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) создал математическую теорию регулятора – основу науки об автоматическом управлении современными машинами – от бытовых до сверхзвуковых лайнеров. Наивысшим достижением было бы создание андроида – электронно-механической копии человека. Но функции человеческого мозга столь сложны, а пути, по которым мозг и другие органы регулируют жизнедеятельность организма человека, столь запутанны, что даже самая примитивная механическая копия человека пока только мечта.

Открытый и замкнутый циклы

Различают две категории автоматических систем управления – с открытым и замкнутым циклами. Система с открытым циклом не имеет обратной связи – передачи информации с выхода устройства на вход основного компонента, управляющего работой всего устройства. Посудомоечные машины, механизмы для смены грампластинок, стиральные машины работают по заранее заданной программе в системе с открытым циклом, выполняя в определенной последовательности ряд операций в зависимости от целей.
В автоматических системах управления с замкнутым циклом обратная связь отрицательная. Она возвращает систему к стабильному режиму. Так, электрический терморегулятор «следит» за температурой электронагревателя: как только температура достигает установленной предельной величины, терморегулятор отключает ток. Положительная же обратная связь делает систему нестабильной.
Человеческий организм – система с множественными биологическими обратными связями. Благодаря гомеостаэу в организме поддерживаются благоприятные условия для процессов жизнедеятельности и создается устойчивое состояние.
Системы с обратной связью нашли широкое применение в технике только в XX в., когда с изобретением триода и других типов электронных ламп появилась возможность усиливать слабые сигналы, вырабатываемые электронными преобразователями различных видов.

Преобразователи и сервомеханизмы

Сейчас создаются электронные схемы, способные обнаруживать самые незначительные изменения сигналов преобразователей, встроенных в приборы домашнего обихода, промышленное и медицинское оборудование: они регистрируют изменения яркости света, температуры (холодильники), потока жидкости («искусственная почка»), давления газа (аппарат искусственного кровообращения), толщины (прокат) и цвета (производство красок). Усиливая и нормализуя сигналы «ошибка», «мало», «много», поданные преобразователями, и направляя их в управляемую линию, добиваются автоматизации управления.
Сервомеханизмы, как и другие системы обратной связи, предназначены для автоматического управления. Это устройства, поддерживающие соосность двух разобщенных в пространстве валов. Они применяются в артиллерийских орудиях и ракетных установках с радарным управлением, для автоматического управления судами, в автопилотах и механизмах с цифровым программным управлением.
Сервомеханизмы обнаруживают самые незначительные изменения взаимного положения валов и также вырабатывают сигналы «ошибки», которые после усиления передаются к сервомотору для выравнивания валов. Чтобы преобразовать едва заметный сигнал ошибки в импульс, достаточный для вращения корректирующего устройства, необходимо значительное усиление. Сигнал радиолокатора, отраженный от цели, измеряется в микроваттах (мкВт), а мощность, необходимая для поворота ствола артиллерийского орудия, составляет киловатты (кВт).

Кибернетика и роботы

Кибернетика не имеет четко очерченной области применения – она касается управления и связи вообще, включая и технические, и биологические системы с обратной связью. Основывается она на различных аспектах математики, электротехники, вычислительной техники, физиологии и психологии.
Среди достижений прикладной кибернетики есть и самоуправляемые устройства, позволяющие инвалидам самостоятельно передвигаться. Англичанин Мередит Тринг (род. 1915) разработал ряд таких аппаратов, в частности подъемник, с помощью которого сидячий больной может двигаться по лестнице, и движущееся кресло для парализованных. Идея создания робота занимала умы человечества с момента рождения инженерной мысли, но стала возможной сравнительно недавно благодаря применению микроминиатюрных интегральных схем. Сейчас производятся машины и бытовые приборы, по своим действиям очень похожие на роботов, но сохраняющие привычные для человека внешний вид и габариты.