控制论

不 知道各位有没有以下经验：当双眼被遮盖着的时候，即使杯子只是距离你两尺远，但你就是触不到它。表面上这是理所当然，但其实这个经验反映了人类运动的机 制。以伸手去拿杯子为例，大脑首先会借着眼睛所接收到的映像，判断手掌跟杯子的距离，然后大脑会送出指示，要将手向着杯子的所在位置移动，与此同时眼睛继 续观察手掌跟杯子的距离。直到当手掌触碰到杯子，和眼睛看见这个景象的时候，脑部便停止传送指示，手部亦因此停止活动。整个活动可以简化为下面的流程图。

以 上的例子让我们看到，当大脑明白现在的目标是拿杯子的时候，它便借着从感觉器官（眼睛、皮肤）所收集得来的信息（杯子的位置、手掌是否有拿着东西等等）， 决定下一步行动，而毋须再依靠额外的指令，亦懂得自行完成任务。在科学及工程学上，这种机制称为「反馈」（Feedback）。明显地，如果要制造一只能 够完成以上工作的机械臂，那就要在机械臂引用「反馈」机制。从宏观的角度来看，「反馈」是属于一门称为「控制学」（Control theory）的学说。

「控 制学」的应用范围由军事、工业生产、信息科技、医学等等，甚至连商业市场的运作也离不开它的「魔掌」，可说是无孔不入。学术上，「控制学」所涵盖的数学理 论亦很广泛，其中较重要的研究是一套系统（System）如何利用接收得来的信息，自行决定要如何执行下一项任务，亦即是所谓「自动 化」（Automation）概念。事业上，人类自有文明以来便希望制造懂得自动工作的机器，来替代人类的劳动需要。由中国北宋年间的水运仪象台到十八世 纪欧洲的工业革命，人们一直努力不懈地在这方面研究，但多年来却没有一套系统化的理论去解释有关自动化的概念。

直 到1948年情况终于有所转变。美国麻省理工学院数学教授诺伯特维纳（Norbert Wiener）撰写了《控制论──或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》（Cybernetics or Control and Communication in the Animal and Machine）一书。“Cybernetics”一词来自希腊语，意思为「掌舵术」，包含了调节、操纵、管理、指挥、监督等多方面的涵义。由于《控制 论》的内容涉及很多深奥的数学理论，因此笔者不打算介绍其内容。

虽然早在《控制论》面世前，相关的数学理论经已存在，不少科学家及数学家亦发表了有关的论文，但均未能为控制学提供一幅完整的蓝图。由于《控制论》是第一 套以数学方法，具体和综合地描述自动化和系统控制（System control）的运作概念，维纳教授因而被视为「控制学」的创始人。《控制论》所带来的影响无远弗届。在机械人的发展方面，《控制论》的影响就更加明 显。由汽车生产工场用的机械臂，到为人熟悉的ASIMO两足机械人用作平衡身体的控制系统，无一不是建基于「控制学」。由此可见，如果没有《控制论》，没 有维纳教授，机械人的发展，甚至社会的发展，还可能要滞延很长的时间。

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