Читающие и говорящие машины

В нашей стране производится огромная работа по изданию книг для слепых, печатаемых шрифтом Брайля. Ежегодно издаются все учебники для начальной, неполной средней и средней школы, а также и для школ рабочей молодежи. Печатается основная литература, главным образом общественно-политическая, для студентов высшей школы. Обширным списком издается научно-популярная и художественная литература как для внеклассного чтения, так и наиболее заметные или значимые произведения советской и иностранной литературы.

Однако само собой разумеется, что при всей широте размаха издательство по Брайлю не может охватить даже незначительной доли того, что непрерывно выпускается многочисленными издательствами для зрячих. Тем более наше издательство не может выпускать книг по многим специальностям, которые найдут среди слепых лишь немногих потребителей, работающих, скажем, в области философии, юриспруденции или техники. А вместе с тем культурные запросы большого числа слепых выходят далеко за рамки возможностей нашего издательства. Для удовлетворения этих запросов слепые вынуждены обращаться к зрячему чтецу.

Зрячий чтец, конечно, является незаменимым помощником, но работа с ним сопряжена с рядом существенных неудобств. Во-первых, оплата чтеца ложится довольно ощутительным бременем на бюджет слепого; во-вторых, работа с ним строго ограничена рамками обусловленного времени как в смысле числа часов, так и в отношении распорядка дня. Слепой должен слушать чтение не тогда, когда он свободен или расположен делать это, а тогда, когда наступит ранее назначенный час. Наконец, в-третьих, слепой находится в постоянной зависимости от исполнительности, состояния здоровья чтеца и от всяких случайностей, обусловливающих поведение последнего (а это тем более значимо, что чтецами слепых в основном оказываются пожилые люди и инвалиды).

Из сказанного понятно то значение, которое придают слепые механическому чтецу и тот интерес, который проявляют они к изобретательству в этой области техники. Механический, или вернее автоматический чтец не только устранит многие из упомянутых выше неудобств, но окажет совершенно незаменимую помощь тем из многих слепых, которые по той или иной причине с трудом пользуются брайлем, или вовсе лишены возможности пользоваться им. Изложим здесь основные линии, по которым идет конструирование читающих и говорящих машин.

Читающие машины

Идея читающей машины заключается в том, чтобы обыкновенный черный печатный знак, недоступный восприятию слепого, преобразовать в сигнал, доступный его восприятию.

Полезно заметить, что термин “читающая машина” сложился исторически и укоренился в литературе. Но многие считают (и не без основания) его неправильным. Читающую машину они склонны называть установкой или аппаратом для чтения слепыми обыкновенного типографского текста. Существуют и другие названия, но мы будем придерживаться более простого и общепринятого.

Первую в мире читающую машину для слепых изобрел наш соотечественник В. Тюрин в девяностых годах прошлого столетия. Макет его машины под названием “Машина для чтения слепыми обыкновенного текста и рукописей” демонстрировался на первом всероссийском электротехническом съезде в 1894 году. Машина эта по состоянию современной ей техники, конечно, не могла работать так, как того хотел ее автор, но она имела все основные черты, присущие современным аппаратам этого рода, и потому является подлинным прототипом последних.

Ярко освещенная печатная строка в машине В. Тюрина продвигалась перед направленным на нее объективом. Изображение буквы отбрасывалось на экран, состоящий из пяти селеновых фотоэлементов, расположенных в один вертикальный ряд. При таком расположении первый и пятый фотоэлементы скользили над и под строкой и улавливали только надстрочные и подстрочные части букв, тогда как три промежуточные скользили непосредственно по строке, рассекая каждую букву на три горизонтальные зоны. По одному варианту, в электрическую цепь каждого фотоэлемента был включен электрический звонок, который звучал, когда данный фотоэлемент покрывала тень надвигающейся буквы. А так как звонки имели различную высоту тона, каждая буква вызывала своеобразное, только ей присущее сочетание тонов, своеобразный звуковой рисунок.

По другому варианту, на столике машины имелась площадка, внутри которой были заключены маленькие выдвигающиеся пестики (штифтики), каждый из которых был включен в цепь соответствующего ему фотоэлемента. Едва тень буквы покрывала тот или иной фотоэлемент, как над столиком выдвигался соответствующий штифтик, и общая комбинация пестиков грубо воспроизводила очертание буквы или иного печатного знака, как только она проходила перед фотоэлементами, и слепой мог ее прочитать посредством осязания. По мысли В. Тюрина, при наличии большого числа штифтов можно было воспроизвести целую страницу печатного текста.

Со времени работ В. Тюрина прошло более полувека, в течение которого многие авторы с большим или меньшим успехом пытались сконструировать и построить читающую машину.

Мы могли бы назвать здесь не менее двадцати фамилий изобретателей различных читающих машин, более половины которых являются нашими соотечественниками. Подробный обзор всех этих конструкций и тщательный анализ теории преобразования печатных знаков в сигналы, доступные восприятию слепых, сделал М. М. Германов¹, к работе которого мы и отсылаем интересующихся. Здесь мы дадим лишь самый общий обзор -принципов построения читающих машин и сравнительную их оценку для того, чтобы лица, занятые идеей конструир01вания читающих машин для слепых, имели перед собой определенную перспективу того или иного метода построения.

Каждая машина вне зависимости от ее конструкции обязательно имеет две части: преобразующую печатный знак в электрические импульсы и преобразующие эти электрические импульсы (предварительно усиленные) в сигналы, воспринимаемые слепым посредством кожной чувствительности или слуха.

Преобразование печатного знака в электрические импульсы производится различными способами

а) Способ развертки (принцип телевизионной системы): буква проицируется на единственный фотоэлемент, но так, что контур ее последовательно обегает световой луч. На выходе машина дает ритмичные прерывистые сигналы, подобные сигналам азбуки Морзе. Типичным представителем является машина проф. Б. Л. Розинга (рис. 96).

Впервые этот способ предложил Е. Горин (1901 г.), но не получил возможности реализовать его. Этот автор опубликовал

¹ Германов М. М., Преобразование типографских знаков в доступные слепому сигналы, “Известия Академии педагогических наук РСФСР”, 1957.

свою идею во всеобщее сведение; ею воспользовался Фурньс Д'Альб, который в 1913—1918 годах, видоизменив схему Е. Горина, построил свою читающую машину — оптофон (смотри ниже).

Пользуясь тем же принципом обегающего луча, Наумбург Р. Е. (1927 и последующие) построил свой “Визограф”. В этом аппарате движение обегающего луча повторял штифт, который, по принципу пантографа, выдавливал контур буквы на тонком алюминиевом листе, в результате чего получалась копия текста, выполненная увеличенными рельефными буквами. Ни один из этих аппаратов практического значения не получил.

б) Изображение знака проецируется на группу фотоэлементов числом 5—8, расположенных в один вертикальный ряд.

Рис. 96. Читающая машина Б. Л. Розинга (экспериментальная установка 1933 года).

В электрическую цепь каждого фотоэлемента включен либо генератор звука определенного тона, либо вибратор, либо подвижной штифт. Продвигаясь перед фотоэлементами, печатный знак покрывает их либо все сразу, либо отдельные их группы. В соответствии с этим приходят в действие все или отдельные группы сигнализаторов: звуковых, вибрационных или тактильных.

По этой схеме, впервые предложенной В. Тюриным, были построены читающие машины украинского института экспериментальной медицины (ВУИЭМ) и Свердловской тифлопедагогической лабораторией НИИД АПН РСФСР. На такторном столике машины ВУИЭМ помещались 8 кнопок, расположенных в горизонтальный ряд. В центре каждой имелся вибратор. Слепой ставил пальцы обеих рук на кнопки и по сочетанию действующих вибраторов распознавал продвигающуюся перед фотоэлементами букву. Машина эта была уничтожена во время Отечественной войны и никаких сведений о ее работе не сохранилось.

Л1ашина И. А. Соколянского в окончательном ее виде построена в 1957 году в тифлотехнической лаборатории АПН в Свердловске. Она имеет пять фотоэлементов. На ее такторном столике помещается “медальон” с пятью отверстиями, расположенными в форме брайлевской буквы “и”. При продвижении буквы перед фотоэлементами из этих отверстий поднимаются штифты, повторяя комбинации фотоэлементов, покрытых в данный момент изображением буквы. Фотоэлементы, соответствующие штифтам № 4 и № 5, скользят над строкой и под ней. Поэтому названные штифты поднимаются только тогда, когда перед фотоэлементами проходят надстрочные или подстрочные части букв, например верхняя часть заглавной буквы или хвостик буквы “ц”. Штифты 1, 2 и 3, поднимаясь последовательно, воспроизводят контур проходящей перед фотоэлементами буквы, например, буква “ш” вырисовывается за пять приемов: 1 — поднимаются все три штифта, 2— два первых опускаются и остается только третий, 3 — в действие приходят все три штифта, 4 — остается только один третий, 5 — снова действуют все три штифта. Буква “н” вырисовывается за три приема: 1 — выдвигаются все три штифта, 2 — остается только один второй, 3 — действуют все три штифта.

Читающая машина И. А. Соколянского будет незаменимой для глухих слепых. В левой части помещается электронное устройство, в правой —механизм, продвигающий книгу, читающую головку, и удерживающий в нужном положении книгу.

Полифоническая читающая машина построена в этой же лаборатории, в том же 1957 году. Она имеет 8 фотоэлементов и соответственно 8 звуковых сигнализаторов. Действует она так же, как и машина И. А. Соколянского, с той лишь разницей, что при прохождении буквы перед фотоэлементами вместо поднимающихся под пальцем штифтов в репродукторе слышатся музыкальные аккорды звуков, сочетания которых соответствуют сочетанию фотоэлементов, покрытых в данный момент изображением продвигающейся перед ними буквы. В левой части помещается электронное устройство и репродуктор, в правой — читающая головка с движущим ее механизмом и пюпитр для книги.

Экспериментальное обучение слепых работе с обеими читающими машинами И. А. Соколянского и М. М. Германова показало полную практическую их пригодность. Систематически занимавшиеся с ними слепые освоили чтение с предельной для данной конструкции скоростью — до трехсот знаков в минуту. Следует ожидать дальнейшего совершенствования этих машин, которое, нам кажется, должно пойти по пути уменьшения габаритов за счет замены электронных ламп полупроводниками, удешевления их стоимости; в полифонической машине следует уменьшить число сигнализаторов с восьми до пяти, что несомненно облегчит восприятие аккордов и узнавание букв.

К разряду полифонических машин следует отнести и упомянутый ранее оптофон Д'Альба. Но полифоническое звучание в нем осуществлялось не за счет многих фотоэлементов и сигнализаторов, а посредством быстро вращающегося перед одним фотоэлементом диска с пятью концентрическими рядами отверстий разной густоты. В то время оптофон не дал практических результатов, но к принципу этой машины теперь возвращаются спустя почти сорок лет.

в) Способ фотоэлектрической мозаики. Печатный знак проецируется на большую группу фотоэлементов числом до нескольких или даже многих десятков. На тактарном столике поднимается соответственное число штифтов, которые воспроизводят пунктирный контур печатного знака. Такие машины были теоретически разработаны и предложены в разное время рядом советских и зарубежных авторов. Построена была только одна машина этого типа А. Тома (Франция).

А. Тома применил в своей машине 42 фотоэлемента (Крылове своей конструкции проектировал 170 фотоэлементов, а Михали даже 400). По состоянию техники тридцатых годов машина получилась громоздкая, и, хотя достаточно хорошо передавала рисунок буквы, разбирать последнюю на ощупь было очень трудно. Основная причина этого заключалась в том, что рельеф штифтов был неустойчив: они опускались под давлением пальца. Кроме того, когда одна буква сходила со столика, на нем появлялось начало изображения другой — следующей — буквы, что очень путало читающего.

В последнее время идея читающей машины, основанной на принципе мозаичного воспроизведения печатного знака, воскрешена у нас В. В. Золотовым, в Венгрии — Ласло Зеленко. Применение современной полупроводниковой техники позволило последнему построить портативный аппарат. Читающая головка в нем имеет вид увеличенной автоматической ручки и весит сто граммов. Этой головкой читающий должен водить по строкам книги от руки. Его палец лежит на медальоне в крышке футляра с основной аппаратурой. Рисунок печатного знака воспроизводится пунктиром поднимающихся над поверхностью медальона штифтов.

Принцип свободной читающей головки типа “читающего карандаша” был предложен в США Зворыкиным В. К., у нас Венковым и НИЛТ. Такой способ чтения едва ли оправдает себя на практике, но снабдить читающую головку соответствующими направляющими не представит существенных затруднений. И хотя разбирать рисунок обычного печатного знака посредством осязания представляет серьезные затруднения, учитывая уровень современной техники, способ мозаичного воспроизведения печатного знака заслуживает внимания.

Стремясь уменьшить размеры и облегчить неудобные для употребления книги для слепых, напечатанные рельефным шрифтом Брайля, некоторые предлагали печатать для слепых книги мелким черным шрифтом Брайля, который затем переводить в рельефный шрифт Брайля нормального размера посредством читающей машины способом, подобным описанному выше.

Из предложенных вариантов машин реализованы были два: А. Тома (Франция) и В. В. Золотова (СССР). Наиболее совершенной является машина В. В. Золотова, построенная в 1957 году. Книги для слепых, по мысли этого автора, должны печататься черным шрифтом Брайля, сколь угодно мелким, точки в котором должны располагаться по одной вертикальной прямой, что существенно ускоряет перевод их в рельеф. Машина В. В. Золотова достаточно компактна, дает- четкий рельеф и может подавать буквы с разной скоростью. Пользоваться ею может каждый грамотный по Брайлю слепой без какого-либо предварительного обучения. Однако, несмотря на все это, система печати и чтения подобного типа на практике неприменима. Дело в том, что книги для слепых, напечатанные таким шрифтом, становятся предельно портативными, но читать их в любых условиях, как это имеет место с современными книгами Брайля, невозможно, так как пользование ими связано с далеко не портативной машиной, нуждающейся к тому же в источнике питания. Кроме того, основным требованием, предъявляемым слепыми к читающей машине, является возможность читать любую книгу по любому вопросу, книгу, которой нет в издании по Брайлю и, вероятно, никогда не будет ввиду, скажем, узко специальной тематики. Рассматриваемая же система требует опять-таки книг, напечатанных специально для слепых, специально для них изготовленными литерами. Это последнее обстоятельство является тем же ограничивающим возможности слепых читателей фактором, который действует в отношении и существующих книг для слепых.

г) Существует и еще ряд способов, кроме описанных, трансформировать плоскопечатный типографский знак (букву) в электрический сигнал с тем, чтобы последний был преобразован в сигнал, доступный восприятию слепых. В их числе: способ конгруэнции, способ селекции по точкам, интегрального светового потока, светового штриха и способ рассечения.

Из этих последних реализован и испытан на практике был только один способ конгруэнции. Заключается он в том, что между печатным знаком и объективом аппарата помещается диск или бесконечная лента из непрозрачного материала, на которой имеются прозрачные изображения всех печатных знаков. Диск вращается с такой быстротой, что пока перед объективом проходит только одна буква текста, перед ним успевают пробежать все знаки диска, и в тот момент, когда печатный знак совпадает с его изображением на диске, произойдет замыкание электрической цепи и на выходе машины появится соответствующий сигнал.

Разработкой такой читающей машины занимались Г. Шутковский (Германия), Н. Н. Грибков, Е. А. Михайловский, А. Ф Михайленко (СССР), А. Р. Шарльз (США); все они работали независимо один от другого в тридцатых годах.

Способ этот принципиально применим, но практически неприемлем. Дело в том, что существует много различных шрифтов, разнящихся как по величине, так и по очертаниям букв. Для того чтобы можно было читать их, нужно было бы изготовить соответствующее число дисков или лент с “масками” знаков. Но и этого мало; печатные знаки на практике имеют искажения формы; некоторые искажения получаются при отбрасывании увеличенного изображения знака на фотоэлемент. Все это и исключает возможность практического использования способа конгруэнции на практике.

Мы не будем останавливаться на рассмотрении других приемов преобразования, так как и они неприменимы по тем “ли иным причинам. Интересующиеся найдут их анализ в работе М. М. Германова, на которую мы уже ссылались ранее. Этот автор отмечает как наиболее перспективный метод светового штриха, но последний еще не разработан настолько, чтобы обсуждать его здесь.

д) Совершенно особое место в ряду читающих машин занимает машина, в которой плоскопечатные знаки преобразуются в звуки человеческого голоса: машина на выходе произносит фонему той буквы, которая в данный момент находится перед ее объективом.

Идея такой установки появилась вместе с появлением кибернетики, и осуществление ее всецело зависит от прогресса этой отрасли знания. Будущее, вероятно, принадлежит именно ей.

В нашей стране общая схема такой машины была предложена еще К. В. Васильевым и А. А. Михайловским. Несколько лет назад более подробно разработал ее инженер Курдов. Но машина этого автора, основанная на применении электронных ламп, должна быть непомерно большой и сложной при соответствующей стоимости.

В Соединенных Штатах Америки такая машина была построена по проекту В. К. Зворыкина и известна под маркой РЦА А-2. (Ранее ее описали М. Манн, Флори и Пайк.) В настоящее время эта машина совершенствуется в лаборатории Хэйскинса в Нью-Йорке. К разработке некоторых частных вопросов, связанных с осуществлением этой очень сложной конструкции, привлечены и другие научно-исследовательские учреждения США. Сколько нам известно, там разрабатываются одновременно две модели: одна, видимо, для коллективного пользования (так называемая— библиотечная), вторая, менее совершенная, для индивидуальной работы. Пока достигнуты очень скромные результаты. При помощи этой машины лишь немногие слепые смогли читать со скоростью от 15 до 30 слов в минуту.

Нам кажется, что перед нашей лабораторией тифлотехники стоят следующие задачи в этой области:

1. Дальнейшее совершенствование полифонической машины по линии упрощения звукового сигнала, увеличения скорости движения читающей головки и упрощения управления.

2. Разработка способа преобразования печатного знака в сигнал, доступный восприятию слепых, по методу светового штриха, и построение соответствующего аппарата, который обещает быть наиболее портативным.

3. Концентрация всех материалов и накопление всевозможных сведений о работах в области всех других читающих машин, в том числе и особенно о машине, читающей человеческим голосом, с тем, чтобы быть во всеоружии и ориентировать, когда наступит соответствующий момент, на разработку и построение такой машины другие научно-исследовательские учреждения, способные заняться разработкой достаточно сложных вопросов, связанных с реализацией этой установки.