Jak elektronik tvoří nové světy

V hluboké historii naši předkové věřili, že svět kolem nás tvoří čtyři základní živly – voda, vzduch, oheň a země. Možná, kdyby žili dnes, asi by s kusem nadsázky dodali, že to všechno řídí elektronika. Je až stěží uvěřitelné, jakým tempem proniká tento fenomén již desítky let do našeho života a dělá věci kolem nás užitečnější, rychlejší, přesnější či dokonce rozšiřuje naše smysly. Elektronika nám odebrala fyzickou námahu, sama sebe hlídá a ještě nás mezi tím baví, abychom se nenudili. Spolu s tím vytváří ovšem i velké množství otázek, na které často ještě neznáme odpovědi.

Včerejšek budiž zapomenut

Nástup elektroniky byl ve svých počátcích pozvolný a postupný a připomínal rozvoj mnoha jiných oborů lidské činnosti. Od objevu elektřiny, k jejímu využití alespoň pro točivé stroje nebo osvětlení, uběhl relativně dlouhý čas. O něco kratší krok byl k objevu elektronek, následně krůček k využití polovodičů a jejich integrace… První novodobé automaty a počítače, tak jak je chápeme dnes, pak

vznikly z historického hlediska v podstatě přes noc. Původně šlo o zcela samostatnou vývojovou větev využití elektroniky, a to ne pro ulehčení fyzické práce, kterou zefektivnil elektrický motor, ale pro ulehčení duševní práce. Pro výpočty modelování, předpovědi. Takto se zrodily první sekvenční automaty, počítače a řídicí systémy. Zpočátku velmi objemné a energeticky náročné, ale i tak dokázaly nahradit duševní práci mnoha lidí.

S vývojem polovodičů a jejich integrace se systémy pro ulehčení duševní práce neustále zmenšovaly a začala jejich integrace zpět do systémů pro ulehčení práce fyzické. A tak máme dnes motory, které mají v rotoru integrovaný mikročip pro sledování a nastavení provozních parametrů, a nemusíme se už tolik starat sami. Dalším krokem, a zcela samostatnou kapitolou, jsou pak systémy určené především pro naši zábavu, herní konzole apod.

Elektronika jako celek, jako obor založený na využití elektrické energie, dokázala jednu z nejneuvěřitelnějších věcí v lidské historii. Dokáže nám odebrat převážnou část fyzické námahy, sama si hlídat, plánovat a optimalizovat průběh své činnosti a mezitím nás ještě bavit, abychom se ve volném čase nenudili. Práci nám odebral možná i parní stroj, ale ten sám sebe uměl řídit jen omezeně a pobavit nás dokázal výbuchy a množstvím záhadných oprav.

V kombinaci těchto tří vlastností je elektronika výjimečným úkazem, který nemá možná v historii žádnou obdobu. Psychologové mi teď na chvíli odpustí, ale pokud bude v budoucnu vytvořena schopnost elektroniky rozvoje sebe sama, tak už stačí, aby ve volném strojovém čase začala přemítat o smyslu své existence, a těžko pak říci, čím se bude lišit od nás.

Má dnes elektronika schopnost získat další stupeň svého vývoje – schopnost rozvoje sebe sama? Nechme stranou futuristické vize, ale uvědomme si, že elektronika dnes tuto schopnost zčásti má. Jen zatím potřebuje pomoc vyzrálejší inteligence a tou je člověk. Ovšem jen díky jejím schopnostem – rychlosti, přesnosti, paměti, „trpělivosti“, schopnosti vizualizace, můžeme dnes pokračovat v jejím vývoji. Nebo jsme skutečně ještě schopni vyrobit nový čip s tužkou, hlavou, papírem a pak dlátem v ruce?

Obvody, spoje, software

Pokud si s trochou představivosti vezmeme inspiraci z procesů v živé přírodě, můžeme porozumět více i elektronice jako celku. Počátkem vývoje byly skutečně první hardwarové bloky ve formě obvodů či zařízení vykonávajících určitou činnost srovnatelné s bloky uvnitř živých buněk. Původně byly jednoúčelové a jejich možnosti byly vloženy konstruktérem při jejich návrhu. Nicméně už od počátku vznikaly mezi obvody i vzájemné spoje a to ať už pro komunikaci s okolím nebo pro jeho monitorování a řízení. Tyto s poje byly ovšem omezené a jednoúčelové.

S novými potřebami vyvstávaly ovšem nové požadavky na funkčnost bloků hardware, a to především v oblasti jejich použitelnosti pro různá zařízení a podmínky. A tak někdo poprvé napsal, či spíše prodrátoval, kousek software. Software pak přinesl do elektroniky nový evoluční stupeň. Umožnil přizpůsobit hardware potřebám beze změn v jeho konstrukci. Bez této vlastnosti by byl vývoj elektroniky beznadějně pomalý i dnes. Software měl i zpětný dopad na hardware, který začal směrovat k univerzálním jednotkám. Jedno a totéž hradlové pole nebo procesor může řídit výrobu železa, let raketoplánu, bavit vás novou hrou na PC nebo vám zprostředkovat obraz a zvuk v TV. Hardware a software však potřeboval ještě zpětně vylepšit jednu věc – spoje. Překonat omezení propojení lokálních obvodů a to přišlo v podobě komunikačních sítí. Lidé elektronice pomohli ze zcela sobeckého důvodu, aby jim ulehčila ještě více život, a vymysleli Ethernet, WiFi, optické spoje…

Tím se základní kruh elektroniky uzavřel. Tři základní stavební kameny zapadly na své místo. Základní elektronické bloky mohou být složeny do komplexní elektronické buňky ovládané přizpůsobitelným softwarem a buňka může jako celek interagovat s okolím díky spojům/ sítím. Zdá se to málo? Možná. Jedna buňka vašeho těla tvoří jen nepatrnou část vaší pokožky. Nicméně všechny buňky dohromady, propojené komunikačními kanály, tvoří vás jako člověka. Co pak tvoří vaši inteligenci, to je otázka spíše pro filozofy a ne pro nás, lidi z prostředí elektroniky.

Úhelný kámen i duch ve stroji

Z hlediska fungování a dopadu elektroniky na svět kolem nás je software nejen jedním ze základních stavebních kamenů elektroniky, ale přímo kamenem úhelným. Mnozí z nás už si nedokáží představit elektroniku, která software neobsahuje. Alespoň nějaký základní kód tam přece být musí. Je pravdou, že spínací FET v mém napájecím zdroji v sobě mnoho software nemá, ale to je jen otázka šíře pohledu. Jeho řídící obvod už možná ano.

Software je v elektronice synonymem pro variabilitu i duchem ve stroji. Jakkoliv se to nezdá, většina klíčových zlepšení se odehrává právě v oblasti software. Ano, software potřebuje pro svůj chod nové výkonnější svaly a oděv, více rychlejších a menších spínacích prvků, nové materiály či dokonce zcela nové principy jako memristor nebo kvantové systémy. Bez nových algoritmů, matematických principů nebo procesů zapsaných právě do software bychom dostali jen výkonnější parní stroj. A tak software oživuje čím dále dokonalejší těla elektroniky, ať už jde o koncový spínač dopravníku, CNC soustruh nebo síť Internetu. Rovnocennou potřebou je obojí, vývoj hardware i software.

Elektronika dnes tvoří jeden celek. Software už není jen záležitostí lidí od počítačů. Je to dnes integrální součást návrhu zařízení i nás elektroniků a jeho využití dává námi navrhovaným zařízením i nám zcela nové možnosti.

Stvoření nových světů

Dovolte mi jeden odstavec úvahy, která se vám může zdát hodně filozofická, ale ve skutečnosti je zcela přízemní. Lidé kolem elektroniky dělají už dlouhá léta něco, o čem jiné obory mnohdy jen sní, a to, že vytvářejí zcela nový svět. Vytvářet nový svět je často profánní klišé, které znamená spíše to, že už nejezdíme koňským povozem ale autem, nebo že nám několika šťastným na tomto světě teče doma teplá voda. Elektronika a jí tvořený nový svět je zcela něco jiného.

Naše snahy a následně i objevy v oblasti elektroniky jsou motivovány potřebou pro nás samotné, pro využití pro náš život a lidský svět. Při tomto snažení ovšem nevědomě a někteří zcela vědomě tvoříme svět, který může v budoucnu stát zcela mimo nás. Pokud dokážeme ke třem základním kamenům elektroniky přidat další – schopnost rozvoje sebe sama, bude stvoření dalšího nového světa dokončeno. Pak my lidé od elektroniky jednoduše předběhneme biology i filozofy. Není to přece jen něco, co stojí za to? Myslím, že ano.

Proč tady, v časopise orientovaném na základní elektroniku psát takový odstavec? Jednoduše proto, že nám to umožní pochopit dnešní dění kolem zárodků světa, které jsme již stvořili. Pravidel novodobé komunikace lidí propojených elektronikou, problémů bezpečnosti informací na Internetu, bezpečnostních hrozeb řídících systémů v průmyslu i změn zažitých pravidel a hodnot.

Používáme a věříme

Svůj život si většina z nás už bez elektroniky ani nedokáže představit. Pokud by nám někdo odebral internetový vyhledávač, či celý Internet, mnoho z nás by ani nenašlo recept na zajímavé jídlo na víkend, natož kdy jede autobus do kina a co tam hrají. To se zdá ovšem daleko od nás lidí v elektronice. A co kdyby nám ale někdo odebral ABS, EPS nebo počítač řízení motoru z auta. A co kdyby nám někdo vzal software pro návrh struktury čipů či plošných spojů a software pro řízení vrtání DPS. Brzdit bychom se snad naučili znovu, do motoru namontovali mechanický rozdělovač a plošný spoj navrhli s tužkou a papírem. Čip bychom asi museli oželet nebo ho vytvořit velký jako tác na koláče.

Právě proto, že používáme výdobytky světa elektroniky, můžeme i v našem světě lidí mnohem více, než bychom mohli jen my sami. Jen musíme přijít na to, že ve světě elektroniky, který jsme právě my stvořili a který rádi využíváme, platí možná jiná pravidla, než si představujeme. Zatím jsme se jednoduše rozhodli tomuto světu věřit, ve smyslu lidských pravidel, a divíme se ztrátě identity na internetu, napadení našich účtů nebo ukázkám ovládání našeho auta na dálku. Svět, který elektronika stvořila a my stvořili ji, má svá pravidla, která jsme nevědomky vložili na začátku do základního DNA kódu hardware, softwaru a komunikací. Je zajímavé, že dnes tomuto cizímu světu věříme více než sami sobě. Pokud vektorový počítač s podporou snímků z družic sdělí, že zítra bude pršet, budeme mu věřit více než člověku, který se podívá na nebe, zamyslí a řekne, že zítra bude hezky. Počítač bude předpovídat něco, co nepatří do jeho křemíkového světa, a člověk něco, co vidí spíše intuitivně. Kdo z nich překročí konečně mez 80% úspěšnosti není zatím jisté.

Obrana, útok a co dál

Jak přistoupit ke světu elektroniky, jak se bránit proti negativům, jak se vypořádat s těmi, kteří jej dokáží zneužít, je téma nejen na zcela samostatný článek, ale spíše na mnoho knih. To, co dnes diskutujeme, mnohdy vyplývá spíš z toho, co bychom si přáli, než z toho, co bychom mohli.

Chceme, aby svět elektroniky fungoval podle našich pravidel. Aby se nedal šířit závadný obsah po internetu, aby naše ekonomická data nebyla zcizitelná, aby průmyslový komplex nebyl napadnutelný po síti, abychom vždy ve vyhledávači dostali relevantní odpovědi. Svět elektroniky a s ním spojený svět informatiky však tyto pravidla nemá. Naše pravidla jsou pro svět, který jsme jako lidé v oboru elektroniky stvořili, zcela cizí a jejich umělá implementace do tohoto světa nemůže být dlouhodobě úspěšná. Proto se snažme tento svět rozvíjet a neklást mu omezení, která by vyhovovala nám samotným a naší civilizaci. Snažme se vytvořit nové struktury obvodů, dostat se pod nanometrovou hranici, vytvořit nové softwarové postupy. Každý z nás, ať vytváří nový koncový snímač náklonu obrobku nebo píše nový řídící systém chemické továrny, vytváří předpoklady pro něco, co ještě neumíme docenit a co žádný jiný lidský obor činnosti ještě nevytvořil a co je teď ještě těžké pojmenovat.

Co vlastně napsat na závěr. Držím neuvěřitelně moc palce lidem, kteří chtějí obor a svět elektroniky posunovat kupředu, i periodikům, které si vytkla za cíl tyto lidi a jejich znalosti spojovat.

Autor:

Autor je absolventem v oboru mikroelektroniky a laserové techniky a dlouhodobě pracuje jak v oblasti vývoje hardware, software a ICT bezpečnosti, tak i v oblastech souvisejících s lidským chováním a poznáním.