ماشین هایی که فکر می‌کنند، نگاهی به تحقیقات ادوارد کالیس برکلی

ادموند کالیس برکلی (۱۹۰۹-۱۹۸۸) یک دانشمند برجسته در زمینه علوم کامپیوتر، ناشر و فعال اجتماعی آمریکایی بود که در تلاش بود تا شرایطی را ایجاد کند که خطرات ناشی از جنگ هسته‌ای کاهش یابد. اولین آشنایی او با کامپیوترها در سال ۱۹۳۹ رخ داد، زمانی که برای مشاهده کامپیوتر اعداد مختلط جورج استیبتز به آزمایشگاه‌های بل رفت. در سال ۱۹۴۲، پس از پیوستن به نیروی دریایی ایالات متحده، به عنوان ریاضیدان در آزمایشگاه دالگرن مشغول به کار شد.

در آن زمان، او به آزمایشگاه هاروارد هاوارد آیکن اعزام شد، جایی که شاهد پروژه مارک ۱ بود و در ساخت ماشین حساب ترتیبی مارک ۲ مشارکت داشت. در نوامبر ۱۹۴۶، او مشخصات اولیه ماشین‌های حساب کنترل‌شده با توالی را برای شرکت پرودنشال نوشت که به انعقاد قرارداد با شرکت کامپیوتر اکِرت-ماکلی در سال ۱۹۴۷ برای ساخت یکی از نخستین کامپیوترهای یونیوَک منجر شد، برای ادامه مطلب با ما در آی لرن همراه باشید.

ادموند کالیس برکلی در ۲۲ فوریه ۱۹۰۹ در منهتن، نیویورک به دنیا آمد. پدرش ویلیام ناتانیل برکلی، پزشک آسیب‌شناس و مادرش کلارا هلن (الن) برکلی بود. علاوه بر ادموند، یک دختر به نام الا کاترین نیز در خانواده برکلی وجود داشت.

ادموند کالیس برکلی دوران ابتدایی خود را در مدرسه پسرانه سنت برنارد، یک مدرسه خصوصی نخبگان در منهتن گذراند. او از سال 1918 تا 1923 در این مدرسه تحصیل کرد و سپس از سال 1923 تا 1925 در آکادمی فیلیپس اکستر، یکی از مدارس پیشرفته برای پسران در نیوهمپشایر ادامه تحصیل داد. در این دوران، استعداد فوق‌العاده او در ریاضیات شناسایی شد و به او آموزش انفرادی داده شد. در این زمان، ادموند فردی بسیار باهوش اما اجتماعی دست و پا چلفتی بود که نتواسته بود ارتباط خوبی با همکلاسی‌های خود برقرار کند، بسیاری از آنها از او بزرگتر و از خانواده‌های نخبه بودند.

مروری جامع بر تاریخچه هوش مصنوعی

ادموند در سن 16 سالگی از آکادمی فیلیپس فارغ التحصیل شد. پس از فارغ‌التحصیلی، والدینش تصمیم گرفتند به او یک سال استراحت دهند تا قبل از شروع دانشگاه کمی استراحت کند. در این مدت، او در خانه خانواده‌اش در نزدیکی دانشگاه کلمبیا زندگی کرد و به عنوان مربی در مدرسه سنت برنارد مشغول به کار شد.

در سال 1926، ادموند وارد کالج هاروارد شد و در سال 1930 با افتخار در رشته ریاضیات و منطق فارغ التحصیل گردید. رویای او در کودکی مهندس معدن شدن بود، اما در هاروارد تصمیم گرفت که به عنوان یک ریاضیدان خلاق به کار خود ادامه دهد. او ریاضیات را چیزی بیشتر از استدلال دقیق می‌دید، او آن را جادویی می‌پنداشت. با این حال، به دلیل رکود بزرگ اقتصادی و فشار خانواده‌اش برای به دنبال شغل عملی و تجاری بودن، پس از فارغ‌التحصیلی، به جای ادامه دادن به مسیر خلاقانه‌اش در ریاضیات، به عنوان حسابدار در یک شرکت بیمه مشغول به کار شد.

در سال 1934، ادموند به خوشحالی‌های شخصی نیز رسید؛ او با روث پیرکل، یک دکترای زیست‌شناسی و معلم کالج هانتر در منهتن ازدواج کرد. این ازدواج همزمان با دریافت ارثی بیش از ۸۰۰۰ دلار از عمه‌اش بود. این دو تصمیم گرفتند برای ماه عسل سه و نیم ماهه‌ای به اروپا سفر کنند و از کشورهای مختلفی از جمله ایتالیا، یونان، ترکیه، نروژ و اتحاد جماهیر شوروی بازدید کردند.

پس از بازگشت از سفر، ادموند در پاییز 1934 شغلی در بخش اکچوئری شرکت بیمه پرودنشال آمریکا در نیوجرسی یافت و به تدریج به مشاور ارشد تحقیق تبدیل شد. در سال 1937، او مقاله‌ای در مجله “The Record of the American Institute of Actuaries” منتشر کرد که در آن از منطق نمادین برای حل مسائل بیمه مانند تحلیل ریسک و تدوین قوانین برای نوشتن سیاست‌ها استفاده کرد.

در طول جنگ جهانی دوم، ادموند برکلی به خدمت نظامی فراخوانده شد و در سال 1942 به عنوان افسر ذخیره نیروی دریایی ایالات متحده به نیروی دریایی پیوست. او به مدت سه سال و نیم خدمت کرد و در ابتدا به عنوان بازرس تدارکات مشغول به کار بود. بعدها او تحت نظر هاوارد آیکن در آزمایشگاه محاسبات هاروارد قرار گرفت و به کمک در راه‌اندازی کامپیوتر مارک 1 منصوب شد. این تجربه کار با مارک 1 برای او بسیار انگیزشی و آموزنده بود.

پس از جنگ، در سال 1946، برکلی به کار خود در شرکت پرودنشال بازگشت و به عنوان تحلیلگر ارشد روش‌ها و سپس مشاور ارشد تحقیق ارتقا یافت. او مأمور شد که نحوه استفاده از تجهیزات الکترونیکی خودکار جدید را برای پردازش داده‌ها بررسی کند.

با این حال، در سال 1948 تغییرات مدیریتی در شرکت باعث کاهش دامنه مأموریت او شد و برکلی پس از بروز اختلافات در مورد کتابی که در حال نوشتن بود، تصمیم گرفت که کسب و کار خود را به عنوان مدرس، مشاور محاسب، ناشر و توسعه‌دهنده کامپیوتر شروع کند. او شرکت جدید خود، برکلی انترپرایزز، را راه‌اندازی کرد که بیشتر به مباحثی مانند منطق نمادین، کامپیوترها، روبات‌ها، ریاضیات، تحقیق در عملیات و زبان‌های برنامه‌نویسی علاقه‌مند بود.

در سال ۱۹۴۹، زمانی که از سوی پرودنشال از ادامه کار بر روی پروژه‌هایی که به هدف کاهش خطرات جنگ هسته‌ای مرتبط بودند، حتی در اوقات فراغت، منع شد، ادموند برکلی تصمیم گرفت به عنوان مشاور مستقل فعالیت کند و شرکت خود به نام برکلی اَسوشیتس را تأسیس کرد.

بلافاصله پس از تأسیس شرکتش در سال ۱۹۴۹، برکلی یکی از اولین کتاب‌ها در مورد کامپیوترهای الکترونیکی را برای عموم مردم نوشت که باعث شهرت او شد. این کتاب با عنوان «مغزهای غول‌پیکر یا ماشین‌هایی که فکر می‌کنند» منتشر شد. در این کتاب، او به توضیح اصول ماشین‌های محاسباتی پرداخت و یک مرور فنی، اما قابل فهم از نمونه‌های مهم آن زمان، از جمله ماشین‌آلات مختلف در موسسات معتبر مانند موسسه فناوری ماساچوست، هاروارد، آزمایشگاه‌های بل و دیگر مراکز علمی، ارائه داد. او پیش‌بینی کرد که در آینده سوابق کتابخانه‌های “خودکار” (automated library) (و در نهایت اسناد) روی میکروفیلم ذخیره شده و توسط کامپیوترهای دیجیتال بازیابی خواهند شد.

در سال 1948، برکلی از همسر اول خود، روث پیرکل، که یک دختر به نام لورا هلن داشتند، طلاق گرفت. سپس در سال 1949 با سوزان اسلوکوم والاس از نیوتونویل، ماساچوست ازدواج کرد و سه فرزند او را به فرزندی پذیرفت.

در اکتبر ۱۹۵۰، مجله رادیو-الکترونیک را منتشر کرد که در آن، برکلی در کتاب خود اولین طراحی از کامپیوتر شخصی جهان را معرفی کرد. این ماشین که به نام سایمون شناخته می‌شود، به گونه‌ای طراحی شده است که بسیار ساده باشد و بتواند تفکر انجام دهد. این مدل آنقدر کوچک است که می‌تواند در فضایی حدود چهار فوت مکعب جای گیرد. برخلاف تصور، سایمون با وجود سادگی، در آموزش مفاهیم پیچیده مانند تفکر و درک، همانند مجموعه‌ای از آزمایش‌های شیمیایی ساده کاربرد دارد.

در دهه 1950، برکلی به شدت روی توسعه روبات‌ها کار کرد و آنها را در اختیار عموم قرار داد، به طوری که هر کسی که توان پرداخت هزینه‌ای اندک برای خرید کیت پستی را داشت، می‌توانست آنها را دریافت کند. در سال 1950، برکلی مقاله‌ای منتشر کرد که مقدمه‌ای بر سایمون و منطق رله بود و بعدها 12 مقاله دیگر نیز در مجله رادیو الکترونیک منتشر شد که در آنها روش‌های ساخت کامپیوتر و وضعیت هنر کامپیوتر توصیف شده بود.

در این مجله، علاوه بر شرح پروژه سایمون، یک مجموعه ۱۳ مقاله‌ای نیز منتشر شد که به تشریح نحوه ساخت این کامپیوتر و وضعیت آن زمان کامپیوترهای الکترونیکی پرداخته است. اولین مقاله به معرفی سایمون و منطق رله پرداخته است. سایمون یک دستگاه با معماری هاروارد است که از ۱۲۹ رله، یک سوئیچ پله‌ای و یک فیدر نوار کاغذی پنج سوراخه تشکیل شده است. برنامه‌های آن مستقیماً از روی نوار کاغذی اجرا می‌شوند. این نوارهای کاغذی که برای استفاده با تله‌تایپ استاندارد قبل از پیدایش ASCII طراحی شده بودند، شامل دستورالعمل‌ها و داده‌ها هستند.

ماشین سایمون همچنین شامل ثبات‌های مختلفی برای ذخیره داده‌ها و اهداف خاص می‌باشد. ثبات‌ها و گذرگاه‌ها ترکیبی از داده‌های ۲ و ۴ بیتی هستند، و پردازنده (ALU) آن نیز به صورت ۲ بیتی عمل می‌کند. خروجی از طریق پنج لامپ متصل به ثبات‌های خروجی نمایش داده می‌شود. عملیات‌هایی که توسط سایمون انجام می‌شود شامل جمع، نفی، مقایسه بزرگتر از، انتخاب و برخی عملیات بیتی دیگر است.

برای برنامه‌نویسی این دستگاه، باید نوار کاغذی با دستورالعمل‌ها و داده‌ها آماده شود، زیرا سایمون دستورالعمل‌ها را به صورت متوالی از روی نوار می‌خواند و اجرا می‌کند. نوارخوان فقط در یک جهت عمل کرده و تمامی دستورالعمل‌ها را به ترتیب اجرا می‌کند، بدون امکان رد کردن یا تغییر ترتیب آنها. اما این ماشین امکان ایجاد حلقه‌ای با تبدیل کل نوار به یک حلقه پیوسته را نیز فراهم می‌کند.

یکی از ویژگی‌های جالب در طراحی سیستم‌های اولیه مانند سایمون این بود که امکان توقف‌های برنامه‌ریزی‌شده را فراهم می‌کرد. در این حالت، اجرای برنامه متوقف می‌شد و دستگاه منتظر نشانه دستی برای ادامه کار می‌ماند. در این فاصله، می‌شد وضعیت لامپ‌های خروجی را مشاهده کرد یا داده‌ها را از طریق پنل جلویی وارد کرد.

سایمون عمدتاً به عنوان ابزاری آموزشی برای توضیح اصول منطقی و محاسبات باینری و معرفی مفاهیم محاسباتی خودکار به مردم طراحی شده بود، نه برای برنامه‌نویسی پیچیده. بنابراین، امکان برنامه‌نویسی آن محدود بود. این دستگاه، که به عنوان یک ماشین حداقلی شناخته می‌شود، از نظر قابلیت‌های اجرایی، تنها در صورت استفاده از نوار کاغذی به اندازه یک حد مشخص محدود می‌شد. این ویژگی باعث می‌شد که سایمون به عنوان یک مدل آموزشی جالب و مقرون به صرفه برای زمان خود، بیشتر مورد توجه قرار گیرد.

در ابتدا، هزینه ساخت سایمون حدود ۶۰۰ دلار بود و اولین مدل آن با کمک دو دانشجوی دانشگاه کلمبیا ساخته شد. تا سال ۱۹۵۹، بیش از ۴۰۰ واحد از این دستگاه به فروش رفت.

ویژگی‌های منحصر به فرد سایمون شامل مواردی است که ادموند برکلی خود به آن اشاره کرده است. این دستگاه کوچک‌ترین مغز مکانیکی است که در آن زمان ساخته شده و تنها قادر به درک اعداد ۰، ۱، ۲ و ۳ است. همچنین، این دستگاه به اندازه‌ای ساده و کوچک است که می‌تواند در یک دست حمل شود، در حالی که منبع تغذیه آن در دست دیگر قرار می‌گیرد. سایمون به راحتی توسط یک نفر قابل درک و استفاده است و ابزاری ایده‌آل برای آموزش و سخنرانی است.

پس از طراحی سایمون، ادموند برکلی چندین دستگاه محاسباتی و روبات‌های ساده دیگر طراحی و به فروش رساند، از جمله اسکویی (روبات سنجاب الکترونیکی)، ژنیاک (کامپیوتر تقریباً خودکار نابغه)، تینیَک (کامپیوتر کوچک)، وینیَک، برینیاک (کامپیوتر تقلید کننده مغز) و رِلی مو (ماشین تیک-تاک-تو با استراتژی‌های متغیر). یکی از پروژه‌های مشهور او، روبات سنجاب الکترونیکی به نام اسکویی بود که در دسامبر ۱۹۵۱ روی جلد مجله رادیو-الکترونیک منتشر شد. این روبات شامل چهار اندام حسی و سه اندام عامل بود و به یک مغز کوچک متشکل از نیم دوجین رله مجهز بود.

ربات اسکویی طراحی شده بود تا به طور خودکار “مهره” را شکار کند. این مهره در واقع یک توپ تنیس است که توسط یکی از تماشاگران با تاباندن نور چراغ قوه روی آن مشخص می‌شود. اسکویی سپس به سمت این توپ حرکت کرده و آن را با استفاده از “دست‌های” خود (که در واقع اسکوپ‌هایی شبیه به دست هستند) برداشته و به سمت “لانه” خود می‌برد.

پس از قرار دادن مهره در لانه، ربات دوباره به جستجو برای مهره‌های بیشتر می‌پردازد. این فرایند هیجان‌انگیز، نمونه‌ای از عملکرد رباتیک است که در عین حال محدودیت‌هایی نیز دارد. برای عملکرد صحیح، اسکویی به شدت به شرایط نوری محیط حساس است و معمولاً باید در اتاقی با ابعاد ۸ در ۱۰ فوت و نور کم، که دیوارهای آن پرده‌ای سیاه دارند، کار کند.

در سال ۱۹۵۶، ادموند برکلی مقاله‌ای منتشر کرد که در آن به معرفی ایده‌های خود در زمینه ربات‌های کوچک پرداخت. این مقاله شامل معرفی دستگاه‌های رباتیکی او و همچنین دو کیت ساخت مغز الکترونیکی بود که می‌توانست به علاقه‌مندان امکان ساخت چنین دستگاه‌هایی را بدهد.

برکلی تأثیر زیادی بر توسعه علوم کامپیوتر داشت. او ۱۶ کتاب در زمینه کامپیوتر و ریاضیات نوشت و در بسیاری از کشورها در مورد نقش اجتماعی و مسئولیت‌های دانشمندان کامپیوتر سخنرانی کرد. کارهای او نه تنها به پیشرفت‌های علمی در این زمینه کمک کرد، بلکه بر بسیاری از پیشگامان برجسته کامپیوتر از جمله ایوان ساترلند و وسلی کلارک تأثیرگذار بود.

برکلی که به عنوان یک نابغه شناخته می‌شد، سرانجام در 7 مارس 1988 به دلیل ابتلا به سرطان کبد در بوستون درگذشت. او در قبرستان نیوتن، ماساچوست به خاک سپرده شد. همسرش، سوزان، دو پسر، یک دختر و یک نوه از او به یادگار ماندند.