Thiên nhiên có biết bao nhiêu điều kỳ diệu. Nhưng kỳ diệu nhất có lẽ vẫn là bộ não người.

Suốt mấy ngàn năm nay, hoạt động của bộ não vẫn được coi là một điều vô cùng bí ẩn đối với con người. Mãi đến đầu thế kỷ thứ 20, nhà sinh lý học Nga vĩ đại Páp-lốp mới mở được những đợt tấn công thắng lợi đầu tiên vào cái thành trì tưởng như “bất khả xâm phạm” này. Những công trình nghiên cứu về hoạt động thần kinh cao cấp của ông đã hé mở cho con người thấy nhiều điều bí mật về bộ não của mình.

Não người chính là một bộ máy vô cùng tinh vi và phức tạp. Cả hộp sọ có thể tích chỉ bằng 1,5 đề-xi-mét khối mà chứa được tới -15 tỉ tế bào thần kinh gọi là nơ-ron. Tính ra, số nơ-ron còn nhiều gấp 5 lần số dân trên trái dất hiện nay. Phỏng sinh học khó mà sáng tạo nổi bộ não máy, nếu chưa hiểu thấu được từng “viên gạch” để xây dựng nên bộ não người. Vấn đề có tầm quan trọng lớn lao này đã xâm chiếm rất nhiều thời gian và sức lực của các nhà khoa học.

Đến năm 1963, ba nhà bác học Hốt-dơ-lin, Hác-sly và Éc-cơ-lơ đã đạt được thành công rực rỡ trong những cuộc “mổ xẻ” tế bào thần kinh, mở đường cho sự hiểu biết về cấu tạo và hoạt động phức tạp của nơ-ron.

Mỗi nơ-ron đều có nhiều bộ phận tinh vi, đảm nhiệm những chức năng khác nhau. Nom hình dạng của nơ-ron tựa như chiếc đèn ông sao có nhiều cánh và tua ngù của thiếu nhi chơi trong ngày rằm tháng tám vậy. Ngọn nến thắp ở phía trong đèn tương ứng với nhân của nơ-ron. Xung quanh nhân là nguyên sinh chất. Những sợi nhánh tỏa ra bốn phía tương tự như những ngù tua tỏa ra từ các cánh sao. Còn sợi trục thì giống như cán đèn. Chỉ có điều khác là chiếc “cán” này không bọc bằng giấy xanh đỏ mà bọc bằng chất mi-ê-lin màu trắng. Màng này vừa có tính chất là lớp vỏ cách điện, lại vừa có khả năng tăng tốc độ truyền lan của các xung thần kinh.

Sợi trục của tế bào thần kinh trong não người rất mảnh. Đường kính thường chỉ khoảng từ 1-20 mi-crông, nghĩa là chỉ bằng sợi tóc chẻ làm trăm lần. Có sợi chỉ ngắn chưa đầy một mi-li-mét; nhưng cũng có sợi dài đến nửa mét, chạy dọc suốt cột sống xuống đến các chân. Liệu trên quãng đường đi dài và hẹp như vậy các xung có bị yếu đi không? Thiên nhiên đã giúp cho nơ-ron vượt qua được khó khăn này một cách dễ dàng. Trên màng mi-ê-iin dọc sợi trục, cứ cách khoảng 1-3 mi-li-mét lại có một rãnh răng-vi-ê. Chính chúng đã đóng vai trò của trạm tiếp phát, đảm bảo cho xung truyền theo sợi trục, dù dài đến mấy cũng không bị giảm dần di.

Đặc biệt, cuối sợi trục lại phân ra rất nhiều sợi nhỏ, nom hệt như một bệ rễ cây. Những rễ này được coi là sợi dây liên lạc từ nơ-ron đến các “bạn bè thân thích” ở xung quanh. Hễ nhận được “tin tức” gì mới là rễ nơ-ron lập tức truyền ngay cho các sợi nhánh của các nơ-ron khác qua cầu giao hình cúc áo gọi là xi-náp. Khác với cầu giao thông thường, xi-náp không bao giờ cho xung điện truyền ngược lại. Vì vậy dòng điện truyền trong “hệ mạch” thần kinh chỉ theo một chiều nhất định.

Nơ-ron

Đội quân khổng lồ nơ-ron tuy đã cố gắng dàn ra khắp bộ não và tủy sống, nhưng cũng không sao chiếm được tất cả mọi vị trí trong hệ thần kinh. May thay, các tế bào thần kinh đệm là nơ-rôn-gli đã đến lấp đầy tất cả lỗ trống này. Sở dĩ nơ-rôn-gli làm nổi việc này vì quân số của nó đông gấp hàng chục lần so với nơ-ron. Như việc sắp xếp, bố trí sít sao như vậy, nên cả hệ thần kinh có hàng trăm tỉ tế bào các loại, vẫn chỉ chiếm một thể tích rất nhỏ bé trong cơ thể con người.

Các nơ-ron chính là đội quân chủ lực trong hệ thần kinh. Chúng đảm nhiệm những nhiệm vụ rất phức tạp và phải phản ứng rất linh hoạt với mọi tác động của điều kiện bên ngoài. Vì thế, cần phải có cả một đội hậu cần rất lớn nơ-rôn-gli để phục vụ cho hoạt động của các nơ-ron. Nhưng, nơ-rôn-gli không đơn thuần chỉ làm nhiệm vụ của “người cấp dưỡng” cung cấp thức ăn lấy từ mao mạch cho nơ-ron. Nó còn kết hợp chặt chẽ với nơ-ron trong mọi hoạt động của hệ thần kinh.

Khác với nơ-rôn-gli và các tế bào khác trong cơ thể, nơ-ron không có khả năng phân chia và không biến đổi trong suốt đời người. Vì vậy, trong quá trình “chiến đấu” có nơ-ron nào bị “hy sinh” thì sau khi “xỏa sổ”, bộ não không có cách gì để bổ sung quân số được. Đội quân nơ-ron trong não người từ khi sinh ra đến khi nhắm mắt xuôi tay sẽ bị tiêu hao dần mòn đi. Tính ra, sau 30 năm “chiến đấu” liên tục, bộ não phải mất đến nửa quân số. Rất may là số quân còn lại vẫn đủ nhiều để tiếp tục thực hiện được những nhiệm vụ được giao phó.

Học tập nơ-ron

Từ bao đời nay, loài người vẫn hằng mơ ước có được loại người máy biết cả suy nghĩ, tính toán và hành động để giúp mình trong công việc, lao động trí óc và chân tay. Khó khăn lớn nhất mà rất nhiều thế hệ đã qua không vượt nổi là việc chế tạo bộ não máy thông minh như não người.

Mãi tới khi đèn điện tử ra đời, người ta mới dám nghĩ đến việc làm ra bộ não máy. Công việc khó khăn, phức tạp này được bắt đầu từ việc chế tạo nguyên tố cơ bản của bộ não là nơ-ron.

Dựa trên mô hình của tế bào thần kinh ở người, các nhà khoa học đã tiến hành ghép hai đèn điện tử trong mạch điện, làm thành loại nơ-ron nhân tạo đơn giản gọi là tri-ge.

Loại nơ-ron này đã đạt được một số liêu chuẩn của tế bào thần kinh như tính chất chỉ cho dòng điện qua một chiều và hoạt động được theo nguyên tắc “Tất cả hay không có gì”. Như vậy là mỗi tri-ge có hai trạng thái “đóng” và “ngắt” mạch nên nó cũng có thể trả lời “có” hoặc “không” tương tự như tế bào thần kinh.

Tuy nhiên, tri-ge còn phải cải tiến nhiều mới đạt được sự hoàn thiện của nơ-ron thiên nhiên. Trong khi tri-ge chỉ có mỗi một mạch vào và ra thì nơ-ron có tới hàng ngàn mạch vào ra. Tuổi thọ của tri-ge kéo dài lắm cũng chỉ được năm năm cùng. Còn nơ-ron thì có thể sống lâu đến 60 - 70 năm. Thậm chí chúng còn có khả năng kéo dài đời sống tới 160 năm hoặc hơn nữa.

Một điều không, kém phần quan trọng là nơ-ron biết tiết kiệm năng lượng đến mức tối đa. Khi nào có xung nó mới hoạt động. Còn bình thường thì nó ở trạng thái nghỉ ngơi. Ngược lại, trong suốt quá trình hoạt động, tri-ge đòi hỏi sự cung cấp năng lượng cả lúc có xung và lúc không có xung. Nó tiêu tốn năng lượng lớn hơn nơ-ron rất nhiều nhưng lại phung phí cho cả hoạt động không cần thiết.

Ngoài ra, tri-ge lại còn một nhược điểm là kích thước quá lớn. Chỉ riêng một tri-ge đã choán mất thể tích là 2 đề-xi-mét khối. Thế mà 15 tỉ nơ-ron cũng chỉ cần đến ba phần tư thể tích đó mà thôi.

Nhà vật lý kiêm loan học người Anh Mê-ta-na đã tính rằng, nếu xây dựng một bộ não nhân tạo bằng tri-ge thì nó phải to bằng cả một dẫy phố toàn là những tòa nhà cao năm tầng, rộng 100 mét và chạy dài suối 3 ki-lô-mét. Bên cạnh đó lại phải xây thêm một nhà máy điện lớn mới đủ cung cấp năng lượng cho não điện tử hoạt động.

Cho dù người ta có xây dựng được bộ não khổng lồ này chăng nữa thì thời gian làm việc của nó cũng chẳng được là bao. Do số bóng đèn quá lớn mà tuổi thọ lại không cao nên tính trung bình, máy cứ hoạt động được một giây lại phải ngừng để thay bóng mới.

Ngay trong một giây hoạt động ngắn ngủi đó, não điện tử cùng không đạt được mức “thông minh” như não người. Bởi lẽ, tri-ge có cấu tạo quá đơn giản so với tế bào thần kinh. Nó không thể đảm nhiệm chức năng phức tạp của nơ-ron.

Như vậy, muốn đạt được tính chất của nơ-ron thiên nhiên, chỉ có biện pháp duy nhất là tăng thêm các chi tiết cho nơ-ron nhân tạo. Nhưng nếu vẫn sử dụng đèn điện tử thì kích thước của não nhân tạo sẽ trở nên quá lớn. Những khó khăn lớn về kỹ thuật rồi cũng dần dần được giải quyết.

Năm 1951 nhà vật lý Mỹ Sô-cli đã chế tạo thành công chiếc đèn bán dẫn đầu tiên trên thế giới. Phát minh này đã giúp cho các nhà chế tạo nơ-ron và não nhân tạo tìm ra được lối thoát. Kỹ thuật chế tạo đèn bán dẫn được cải tiến và hoàn thiện rất nhanh. Nó có kích thước nhỏ gọn hơn đèn điện tử hàng ngàn lần. Hơn nữa, đèn bán dẫn lại tiêu tốn ít năng lượng, tuổi thọ kéo dài hơn đèn điện tử rất rõ rệt.

Nhờ đó, Crây-nơ đã chế tạo được loại nơ-ron mới từ đèn bán dẫn gọi là Nơ-ri-xto. Nó đã “học” được ở nơ-ron cách tiết kiệm năng lượng rất triệt để. Cũng như nơ-ron, nơ-ri-xto có một ngưỡng hưng phấn xác định. Khi kích thích đạt đến ngưỡng, nó mới hoạt động và tiêu thụ năng lượng. Còn khi kích thích ở dưới hưng phấn hoặc không có thì nơ-ri-xto không hoạt động và cũng không tiêu thụ năng lượng.

Trong khi ở tri-ge mới chỉ có một mạch vào và một mạch ra thì ở nơ-ri-xto tăng lên đến 8 mạch vào ra. Nhờ đó, mối liên hệ giữa các nơ-ron nhân tạo kiểu mới này được mở rộng và tăng cường gấp bội. Trong các mạch của nơ-ri-xto, một số mạch đảm nhiệm việc truyền các kích thích. Còn một số khác thì đảm nhiệm việc truyền kìm hãm.

Trong bộ não nhân tạo mới, nơ-ri-xto được bố trí kết hợp với nhau thành từng nhóm. Nhờ vậy, các kích thích được truyền lan nhanh chóng sang các nơ-rixto khác. Điều này, trước kia chỉ có hệ thống các nơ-ron trong não thiên nhiên mới làm nổi.

Ngày nay, nhờ sự giúp đỡ của kỹ thuật vi điện tử, kích thước của nơ-ron nhân tạo còn giảm xuống nhiều hơn nữa. Nếu một hệ thống gồm 20.000 đèn điện tử phải xếp đầy một toa tàu hỏa thì với số lượng đèn vi điên tử như thế, sắp xếp lại vừa đúng bằng một cái... tem. Do đó, một bộ não xây dựng bằng hệ thống 15 tỉ nơ-ri-xto vi điện tử sẽ nhỏ hơn bộ não làm từ tri-ge đèn điện tử hàng chục vạn lần.

Điều này đã mở ra một triển vọng to lớn cho việc chế tạo những bộ não máy nhỏ, gọn và thông minh trong tương lai gần đây.

Muốn chế tạo được bộ não thông minh, cần phải nắm vững được hoạt động ghi nhớ ở não người. Tuy nhiên, việc nghiên cứu, khám phá những bí mật về trí nhớ của một bộ phận tinh vi, phức tạp như bộ não người không phải là điều dễ dàng. Vì thế, các nhà phỏng sinh học đã phải tiến hành nghiên cứu thí nghiệm ở một số loài động vật có bộ não đơn giản như giun dẹp và những động vật có bộ não phức tạp hơn như chuột. Qua thí nghiệm các nhà bác học nhận thấy rằng trí nhớ của sinh vật có bản chất hóa học. Việc hình thành trí nhớ liên quan đến quá trình tổng hợp loại prô-tê-in mới.

Vậy thì “kho” trí nhớ của sinh vật có mấy loại? Sức chứa của chúng là bao nhiêu? Các nhà phỏng sinh học lại tiếp tục khảo sát thực nghiệm trên não các động vật và đã đi đến kết luận là: trong não người có hai “kho” trí nhớ ngắn hạn và dài hạn,

Sức chứa của “kho” trí nhớ ngắn hạn tuy không lớn nhưng tương đối ổn định. Thông tin đi vào não chỉ được giữ trong “kho” này một thời gian rồi chuyển ngay sang “kho” trí nhớ lâu dài bằng một vòng thần kinh gọi là vòng păng-xép. Nó gồm một chuỗi thần kinh của gò thị, vùng cá ngựa[1] và nhiều phần khác của nó. Thông tin là một đại lượng toán học chính xác. Nó được biễu diễn bằng một đơn vị đặc biệt gọi là bit. Như vậy ta có thể dùng đơn vị thông tin để đo khối lượng trí nhớ chứa trong kho.

Thông thường, não người có thể thu nhận được 20 bit thông tin trong một giây. Nếu một người làm việc mỗi ngày 14 giờ thì sau 60 năm sống người đó thu nhận được khoảng 22 tỷ bít. Qua đây chúng ta thấy khối lượng trí nhớ của một con người thu thập suốt cả đời cũng có một giới hạn nhất định, có điều rất may là giới hạn này cũng đủ để cho mỗi người có một khả năng hiểu biết rất lớn lao. Theo tính toán của nhà vật lý Pháp Lê-vi thì chỉ cần một phần nghìn số tế bào của hệ thần kinh, cũng đủ sức đảm nhiệm việc giữ gìn lượng thông tin khổng lồ như vậy.

Hàng ngày, não thu thập các thông tin từ thế giới bên ngoài và cất kỹ trong “kho” trí nhớ. Khi cần hồi tưởng lại điều gì, não chỉ tốn một vài phần mười giây là tìm thấy nó trong kho trí nhớ. Điều này cho thấy não đã sắp xếp rất ngăn nắp và trật tự khối lượng thông tin khổng lồ trong “kho”. Nhờ vậy tốc độ tìm kiếm kiến thức trong đó đã đạt được mức độ 50 tỷ bít trong một giây.

Vụ trộm kho “trí nhớ”

Trong việc chế tạo các bộ não máy, các kỹ sư cũng thiết kế hai “kho” trí nhớ như trong não người.

Để xây dựng kho trí nhớ ngắn hạn hay còn gọi là trí nhớ hoạt động, người ta đã sử dụng ống điện tử. Hình ảnh của xung do tia sáng vẽ nên đã được lưu lại trong một thời gian khoảng một giây đến một phần mười giây. Vì tia sáng chuyển động rất nhanh nên ống có thể nhớ được nhiều tài liệu trong một thời gian ngắn.

Người ta thường không dùng một màn ảnh đơn giản mà bố trí cả màng lưới những “mắt” điện dung giống như lỗ tổ ong vậy. Sau khi qua “kho” trí nhớ ngắn để xử lý, những thông tin cần thiết như kết quả tính toán sẽ được chuyển vào kho trí nhớ lâu dài.

Tia sáng sau khi quét trên mắt điện dung sẽ biến điện tích của chúng thành các xung của dòng điện. Dòng này sẽ tác dụng lên đầu của máy ghi âm từ. Thông tin sẽ được ghi lại trên băng từ. Khi cần đến những thông tin này thì thông tin trên hăng lại biến ngược trở lại thành xung điện.

Trí nhớ lâu dài kiểu này còn kém xa kho trí nhớ ở não người. Nếu tài liệu cần tìm lại ở giữa hoặc đầu trong của cuộn băng thì phải cuốn hết cuộn băng sang trục khác mới lục được nó trong kho. Rõ ràng việc tìm tài liệu kiểu này không thể đảm bảo tốc độ nhanh chóng tuyệt vời như trong não người. Ấy là chưa kể những khi kho chứa một lượng kiến thức khổng lồ như của một người thu thập được cả một đời thì việc tìm kiếm càng trở nên khó khăn và phức tạp hơn hội phần.

Những năm gần đây, nhiều máy tính điện tử đã được trang bị loại kho trí nhớ phe-rít. Vật liệu này là hợp chất của ô-xit sắt với kim loại khác. Phe-rit có từ tính rất tốt. Các số được lưu trữ dưới dạng trạng thái từ của những vòng phe-rit nhỏ li ti được lồng vào trong một mạng lưới đặc biệt. Loại “kho” này có khả năng tác động nhanh, lưu trữ được hàng ngàn số.

Ngày nay, người ta đã thay những vòng phe-rít bằng các tấm vật liệu này có đục lỗ. Nhờ vậy, kích thước của “kho” trí nhớ đã giảm được vài lần. Lượng số lưu trữ có thể tăng lên đến hàng chục hàng trăm lần. Kho trí nhớ khổng lồ và đáng tin cậy của máy tính đã khiến cho khả năng lưu trữ tài liệu trở nên rất lớn lao. Tuy nhiên, ở một số nước tư bản, việc lưu trữ tài liệu trong kho trí nhớ của máy đã có nhiều nguy cơ bị đe dọa.

Cách đây không lâu, một công tý hóa chất lớn của Mỹ bỗng nhiên bị mất cắp công thức chế tạo một loại thuốc trừ sâu mới. Việc này có thể làm cho công ty thiệt hại hàng chục triệu đô la. Vì vậy bọn chủ công ty phải lập tức mở một cuộc điều tra xem kẻ nào đã dám cả gan lấy trộm hoặc đem bán bản tài liệu mật này. Trong cả công ty, chỉ có nhà phát minh ra loại thuốc trừ sâu mới này là nắm được toàn bộ bí quyết của quá trình sản xuất. Thế nhưng, cả nhà phát minh lẫn tài liệu mật đều được bảo vệ rất chu đáo, kẻ gian có tài thánh cũng không làm gì nổi.

Mãi về sau, công ty mới tìm được thủ phạm của vụ trộm lạ lùng này. Đó là một nhà toán học kiêm gián điệp của một công ty cạnh tranh khác. Còn kẻ cung cấp tài liệu mật không công cho hắn chính là… máy tính điện tử của công ty. Tên gián điệp biết là không thể lấy nổi cặp tài liệu của nhà phát minh. Vì nó luôn được canh phòng cẩn mật. Hắn xoay sang mở “kho” trí nhớ của máy tính điện tử để khai thác tài liệu. Tất nhiên, máy không hề phân biệt nổi kẻ gian với người ngay.

Sau vụ trộm nổi tiếng này, kho trí nhớ của máy tính điện tử ở khắp các công ty đã được canh phòng cẩn mật không kém gì các két bạc.

Mới đây, người ta đã bắt đầu dạy thử cách tính toán theo hệ nhị phân cho những nguyên tử của các nguyên tố khác nhau. Trạng thái nguyên tử bị kích thích tương ứng với ký hiệu “1”. Còn số “0” tương ứng với trạng thái bình thường của nguyên tử. Chắc chắn, khi chế tạo thành công kho trí nhớ bằng loại vật liệu mới này, kích thước sẽ giảm được tới mức lý tưởng.

Những kho trí nhớ hiện đại nhất hiện nay đã có dung lượng và tốc độ tìm kiếm không kém gì não người. Tất nhiên, về mặt này, máy sẽ vượt người trong một tương lai gần đây.

Tuy vậy, tất cả các loại trí nhớ vẫn còn dừng lại ở mức độ hoạt động theo địa chỉ. Thông tin đưa vào được sắp xếp theo từng ô có số nhất định. Còn trí nhớ của não người lại hoạt động theo kiểu liên tưởng. Chỉ cần một sự kiện hoặc Sự vật nào đó gợi đến ký ức là nó sẽ lần lượt làm sống lại tất cả những điều có liên quan đã cất kỹ trong “kho” trí nhớ từ rất lâu.

Đây chính là vấn đề rất lý thú. Nó đòi hỏi các chuyên gia về phỏng sinh học phải cố gắng nhiều để tiến tới xây dựng những kiểu kho trí nhớ mới, hoàn hảo như của thiên nhiên.

Hệ thống tinh vi

Khả năng trí tuệ của con người phụ thuộc vào cấu tạo và hoạt động của hệ thần kinh, nhất là “kho” trí nhớ.

Trước hết, ta hãy theo dõi một cậu học sinh lớp bốn giải bài toán trên bảng như thế nào. Bước đầu tiên là cậu phải đọc kỹ bài toán mà giáo viên đề ra. Những dữ kiện của bài toán sẽ được truyền lên não nhờ mắt và hệ thần kinh thị giác. Sau đó, não mới căn cứ vào yêu cầu của đầu bài để tiến hành xây dựng chương trình giải bài toán. Trên cơ sở đó, họ sẽ lựa chọn các số liệu có liên quan và sắp xếp chúng lại. Bấy giờ mới đến lượt bộ phận phụ trách tính toán hoạt động, ở đây cậu học sinh phải lục trong “kho” trí nhớ lâu dài để khai thác các quy tắc và kinh nghiệm thu được trước kia. Chỉ cần cậu quên bảng cửu chương là không làm nổi một con tính nhân trong chương trình. Đồng thời, những kết quả tính toán trung gian lại được cất vào kho trí nhớ ngắn hạn. Kết quả tính toán cuối cùng được coi là đáp số của bài toán. Tất cả quá trình giải loán trong óc đều được truyền xuống bàn tay cầm phấn để viết lên bảng.

Như vậy là trong hệ thần kinh có đến ba nhóm nơ-ron đảm nhiệm các chức vụ khác nhau. Nhóm nơ-ron thu nhận cảm thụ các kích thích hoặc tín hiệu về môi trường ngoài do giác quan nhận được. Sau đó, nhóm nơ-ron liên hợp trong não tiếp tục làm nhiệm vụ phân tích và tổng hợp những thông tin nhận được từ nơ-ron thu. Cuối cùng la nhóm nơ-ron tác dụng, phụ trách việc truyền tín hiệu điều khiển tới các bộ máy sử dụng như bắp thịt, tuyến lệ, tuyến nước bọt...

Trong cả hệ thống thần kinh thì nhóm nơ-ron liên hợp phải đảm đương nhiệm vụ nặng nề và khó khăn nhất. Tuy nhiên, việc giải quyết mọi vấn đề đều phải tiến hành theo một chương trình nhất định trong các bộ phận của não.

Đầu tiên là việc tách các thông tin cần thiết ra khỏi khối thông tin cảm thụ được. Trong việc giải bài toán thì đó là việc chọn các con số và ý cần thiết trên đầu bài. Việc lựa chọn này đựa trên các tiêu chuẩn do mục đích cuối cùng quy định, tiếp đó, bộ phận xác định mẫu sẽ sắp xếp thông tin thành từng loại, với sự tham gia của trí nhớ mới tích lũy và trí nhớ thu được qua các lần giải quyết trước kia. Bộ phận đánh giá khả năng chọn lựa dựa vào sự đánh giá sơ bộ tình hình và một loạt các tiêu chuẩn khác để tiến hành chọn lần cuối cùng.

Mô hình và quá trình hoạt động của não người đã giúp cho các nhà bác học và kỹ sư đạt được nhiều thành công rực rỡ trong việc sáng tạo những bộ não và người máy.

Dòng họ thông minh

Việc chế tạo cả bộ não thực hiện được đủ mọi chức năng phức tạp như não người, không thể một sớm một chiều mà thực hiện được. Chính thiên nhiên vĩ đại cũng phải mất hàng triệu năm mới hoàn thiện được tác phẩm tinh vi và tuyệt diệu này. Những nhà bác học biết tự lượng sức mình đã chuyển sang chế tạo những bộ não đơn giản hơn và chỉ thực hiện được một hay vài chức năng của não người.

Mùa xuân năm 1946, nhà bác học Ê-đi-ê đã cho ra đời một bộ não biết tính toán đầu tiên. Mọi người liền đặt tên cho đứa con đầu lòng của Ê-đi-ê là nhà toán học máy Giê-ni[2] để tỏ lòng khâm phục trước tài năng xuất sắc về toán học của cậu.

Giê-ni là một “nhà toán học” có thân hình khổng lồ, chiếm cả một căn phòng rộng lớn. Bộ não của Giê-ni được xây dựng toàn bằng bóng đèn điện tử. Nó có một bộ phận nhận chương trình đưa từ ngoài vào và đưa kết quả tính toán ra ngoài. Bộ số học tiến hành làm các phép tính đơn giản là cộng, trừ, nhân, chia. Còn kho trí nhớ lâu dài để lưu trữ những kết quả tính toán cuối cùng. Kho trí nhớ ngắn hạn chứa những con số trong quá trình tính toán. Bộ điều khiển. đảm bảo phối hợp hoạt động của tất cả các bộ phận để thực hiện toàn bộ chương trình.

Vì đèn điện tử chỉ có hai trạng thái “bật” và “tắt” nên Giê-ni cũng chỉ biết được hai chữ số là “1” và “0”. Trạng thái đèn “bật” tương ứng với số “1”. Còn trạng thái đèn “tắt” tương ứng với số “0”.

Để khắc phục tình trạng “ngôn ngữ bất đồng” giữa người máy và người thật, khi dạy toán cho Giê-ni, Ê-đi-ê phải dịch từ hệ thập phân sang hệ nhị phân.

Nhờ bộ não cấu tạo tinh vi và phương pháp sư phạm thích hợp của thầy Ê-đi-ê, Giê-ni học hành rất tấn tới. Chẳng bao lâu, cậu đã giải thành thạo các bài toán khó của chương trình toán sơ cấp và cao cấp.

Sau khi “tốt nghiệp” đại học tổng hợp toán, Giê-ni được “cử” đến phục vụ ở một đơn vị pháo binh. Cậu tỏ ra rất xứng đáng với công lao dạy dồ của Ẻ-đi-ê. Với tài năng tính toán nhanh chóng và chính xác, Giê-ni đã thay thế được hàng tram pháo thủ loại giỏi trong việc điều khiển đường đạn tới mục tiêu.

Ít lâu sau, nhà toán học Mỹ nổi tiếng Rô-bớc Vi-ne cũng tiến hành dạy toán cho một người máy có khả năng làm 200 phép tính trong một giây. Ngoài chương trình bình thường, Vi-ne còn nghiên cứu giảng thêm cho người máy một chương trình toán đặc biệt dựa trên cơ sở hệ điều khiển trong hệ thần kinh của người. Khi vào phục vụ trong quân đội, “học trò” của Vi-ne đã xây dựng được hệ điều khiển cho một loạt trận địa pháo cao xạ của quân Anh để chống máy bay oanh tạc Đức. Nhờ vậy mà khả năng bảo vệ những vị trí quan trọng trên mặt đất đã tăng lên gấp bội.

Từ đó, gia đình các nhà toán học máy ngày càng trở nên đông đúc. Chỉ trong vòng chưa đầy 30 năm, mà đã có đến 4 thế hệ máy ra đời. Điều thú vị là các thế hệ càng về sau càng thông minh và tài giỏi hơn nhưng thân hình lại càng bé nhỏ gọn gàng hơn.

...dòng họ thông minh...

Nếu như mỗi nhà toán học máy thuộc thế hệ đầu đồ sộ, đứng chật cả một căn phòng lớn thì đến thế hệ con được làm bằng đèn bán dẫn chỉ nhỏ bằng cái đàn dương cầm mà thôi. Sang đến thế hệ cháu thì một nhà toán học máy đã thu nhỏ mình lại chỉ bằng một cái đài bán dẫn có thể xách tay dễ dàng. Trong loại máy mới này, đèn bán dẫn đã được thay bằng màng mỏng. Còn thế hệ thứ tư thì được xây dựng từ mạch rắn, nên kích thước vừa bằng chiếc đồng hồ để bàn. Nhà toán học tí hon này có tài giải toán nhanh hơn “cụ tổ” khổng lồ của mình hàng vạn lần.

Điều này khiến cho gia đình các nhà toán học máy càng thêm vui vẻ phấn khởi. Bởi vì họ đều hiểu rằng “Con hơn cha là nhà có phúc”.

...ngày càng trở nên đông đúc...

Ngày nay, những nhà toán học máy thuộc thế hệ mới đã vượt xa người thật về tốc độ tính toán. Để giải một hệ phương trình có 800 ẩn số, 100 nhà toán học phải làm việc cật lực suốt 5 năm liền mới tìm được đáp số. Nhưng nếu giao việc này cho nhà toán học máy thì chỉ mất tất cả 4 phút 10 giây thôi. Tính ra; trong mỗi giây, nhà toán học máy có thể thực hiện được một triệu phép tính số học.

Với tốc độ tính toán nhanh như vậy, các nhà toán học máy ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kinh tế, quốc phòng, giao thông vận tải, khí tượng, sản xuất công, nông nghiệp...

Người máy toàn tài

Tài năng của người máy không chỉ bó hẹp trong phạm vi toán học mà còn thể hiện trong lĩnh vực hoạt động sáng tạo nữa.

U-ran là một trong những nhà toán học máy xuất sắc ở Liên Xô. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ tính toán quỹ đạo của các con tàu vũ trụ, U-ran đã được tuyển vào nhạc viện Mát-xcơ-va để học âm nhạc. Giáo sư nổi tiếng Da-ri-pốp được giao trách nhiệm đào tạo U-ran thành “nhạc sĩ sáng tác”. Ông đã dạy cho U-ran cả phần nhạc lý cơ bản và những quy luật sáng tác ca khúc do chính mình tìm ra.

Chẳng bao lâu, U-ran đã học thành tài. Anh ta sáng tác được những bản nhạc du dương trầm bổng không kém gì của các nhạc sỹ chuyên nghiệp. Với thói quen khi làm toán, nhạc sĩ máy U-ran sáng tác với tốc độ nhanh chóng kỳ lạ. Cứ sau 4-5 phút, anh ta lại cho ra đời một ca khúc mới. Điều đáng khâm phục là U-ran có “cảm hứng” dồi dào đến mức có thể sáng tác liên tục suốt ngày đêm không nghỉ.

Nhà thơ máy RCA-301 cũng có những khả năng độc đáo. Tuy vốn liếng về chữ nghĩa của anh ta chỉ vẻn vẹn có 130 từ, nhưng nhà thơ máy vẫn sáng tác được khá nhiều bài thơ ngắn. Thơ của RCA-301 chưa hay, nhưng khó có nhà thơ nào địch nổi anh về tốc độ sáng tác. Chỉ trong một tiếng đồng hồ, nhà thơ máy có thể hoàn thành... 9000 bài thơ.

Sự ra đời của độc giả máy mới đây cũng được mọi người rất hoan nghênh. Anh ta có thể đọc một mạch hết sạch cả kho sách lớn chứa 104 nghìn cuốn sách, mỗi cuốn dầy 300 trang. Tính ra, anh đã đọc hết 41,2 triệu trang sách mà chỉ mất có 21 phút. Trong khi đó, 1200 người phải ra sức đọc suốt một tháng trời mới đọc xong kho sách khổng lồ đó. Trong thời đại ngày nay, số lượng kiến thức loài người tích lũy được trong sách vở ngày càng nhiều. Chắc hẳn tài đọc nhanh của người máy sẽ giúp ích nhiều cho việc tra cứu nhanh chóng các tài liệu cần thiết.

...anh ta có thể đọc một mạch...

Gần đây, trong các cuộc hội chẩn ở bệnh viện, người ta thấy có sự tham gia của các bác sĩ máy. Sau khi được biết những triệu chứng của bệnh nhân, bác sĩ máy Ki-ép chỉ mất hai phút để chẩn đoán bệnh.

Để xác định khả năng chẩn đoán của bác sĩ máy chính xác đến mức nào, nhà điều khiển học Pháp Pây-sa đã tổ chức cuộc thi khá lý thú. Ông cho bác sĩ máy biết 800 triệu chứng khác nhau của chứng viêm giác mạc cùng những thông báo chi tiết về trạng thái của bệnh nhân. Sau đó ông nhờ một bác sĩ giỏi về mắt đến khám cho bệnh nhân ấy. Kết quả chẩn đoán của hai bác sĩ đều phù hợp với nhau. Hơn nữa, bác sĩ máy còn sung thêm vào kết quả 4 tên bệnh hiếm có mà bác sĩ thật quên khuấy mất.

Không nghi ngờ gì nữa, khả năng của người máy ngày càng được nâng cao và mở rộng không ngừng. Ngày nay, người máy không chỉ biết làm công việc lao động chân tay đơn giản mà còn biết làm cả những việc lao động trí óc phức tạp nữa. Thậm chí, về một số mặt như tốc độ tính toán, mức độ chính xác, trí nhớ minh mẫn... người máy đã vượt hẳn con người. Nhưng dù sao người máy cũng chỉ là sản phẩm của trí tuệ loài người. Tất cả cấu tạo, khả năng, hoạt động... của máy đều phải tuân theo dự liệu của người chế tạo hoặc điều khiển.

Hiện thời, người máy còn thua xa con người về khả năng tự học, tự điều chỉnh và sửa chữa, khả năng sáng tạo cái mới, phản ứng linh hoạt và thích nghi nhanh chóng với sự thay đổi của môi trường bên ngoài… Tuy vậy, các nhà phỏng sinh học vẫn tin chắc rằng, những phát hiện mới trong cơ thể sống sẽ giúp rất nhiều cho việc hoàn thiện và tăng cường hơn nữa khả năng của người máy. Những người máy của tương lai sẽ tập hợp trong mình nhiều tài năng như kiểu thiên tài toàn năng Lê-ô-na đờ Vanh-xi-vày. Họ phải là nhà toán học, vật lý học, hóa học kiêm bác sĩ, kỹ sư và nhà thơ...

Những nhà “thông thái” được sản xuất hàng loạt này sẽ phục vụ được ở rất nhiều các lĩnh vực hoạt đọng khác nhau của xã hội loài người.

Mặc dù vậy, những người máy đó cũng khó lòng vươn tới nhiều khả năng kỳ diệu của trí tuệ con người nếu họ không vượt qua được sự hạn chế của trí tuệ vật lý để chuyển lên loại trí tuệ sinh vật học.

Rồi đây, tất sẽ có ngày các nhà bác học tổng hợp được chất prô-tê-in, một chất đặc trưng cho sự sống, từ các chất vô cơ. Một kỷ nguyên hoàn toàn mới sẽ mở ra trước mắt loài người. Những cơ thể sống sinh ra không phải do thiên nhiên mà là do bàn tay và khối óc của con người.

Khi ấy, các nhà phỏng sinh học sẽ còn tạo ra được những sinh vật có khả năng và phẩm chất đặc biệt, nhằm phục vụ cho hạnh phúc của loài người.

Cuộc chạy đua không kết thúc

Chúng ta vừa cùng nhau lướt qua vùng đất mới khai phá của phỏng sinh học. Trên mỗi bước đi, bạn đã gặp lại những bóng dáng thân quen: các chú cá heo, dơi, ong, ếch, đại bàng... Song, dưới ánh sáng của phỏng sinh học, các sinh vật bình thường đó đã phải để lộ những bản năng kỳ lạ. Đó chính là những bài học quý báu của thiên nhiên. Nghiên cứu và bắt chước các bản năng này, con người đã và đang sáng tạo ra những cỗ máy kỳ diệu, không ngừng tăng năng suất lao động, không ngừng tăng quyền lực cho con người trước thiên nhiên.

Thiên nhiên đã phải bỏ ra hàng triệu năm để sáng tạo ra những chiếc máy sống, mà đỉnh cao nhất là con người. Các máy móc nhân tạo đang ráo riết đuổi theo các máy sống. Chúng đang gắng sức vươn tới trình độ tự tổ chức và tự thích nghi với môi trường. Đó là những khả năng mà cách đây không lâu người ta tưởng các máy sống sẽ vĩnh viễn giữ độc quyền.

Cuộc chạy đua giữa người và thiên nhiên ngày càng khẩn trương và mở rộng.

HẾT

[1] Vùng cá ngựa: vùng tế bào thần kinh đặc biệt ở đại não.

[2] Có nghĩa là thiên tài.