אל תאמינו במחשב

המחשב אינו כל יכול - הוא רחוק מלהיות כזה. זהו, בתמצית, המסר של פרופסור דוד הראל, חתן פרס ישראל למדעי המחשב.

בימים שבהם הבטיח האינטרנט להפוך כל דלפון למיליארדר, והכל ריחפו בבועה המפורסמת, אנשים התקשו לשמוע על חסרונות המחשב, המולך הכל יכול המודרני. כיום, לאחר הנפילה הכואבת אל קרקע המציאות, הראל תובע יחס מציאותי יותר, רומנטי פחות, ומזהיר לא להתייחס לטכנולוגיה כאל קסם.

"עלינו להמשיך ולשאוף לדברים גדולים וטובים יותר - אך יש מקום למידה של ענווה", הוא מדגיש. בדיוק בזה, כלומר במגבלות המחשב, עוסק ספרו החדש של הראל, "המחשב אינו כל יכול", שיצא באנגלית בשנת 2000, ומופיע עכשיו בעברית.

המחשבים טועים, קורסים ונדבקים בווירוסים - זה ידוע. אבל הראל מתייחס בספרו למגבלות הפנימיות, שלא ישתנו לעולם. "שימו את התוכנה הנכונה במחשב - והוא יעשה עבורכם כל מה שתרצו", מצטט הראל הנחה מקובלת, ומיד מפריך אותה:

"זה ממש לא נכון. אנחנו, החוקרים בתחום מדעי המחשב, לא עשינו די כדי לחשוף, להמחיש ולהבהיר את יסודות המדע שלנו בכלל, ואת ההיבטים השליליים שלו בפרט. כך נותר הקהל הרחב מאושר בשאננותו, חופשי לעקוב ביראת כבוד אחר הפיתוחים הטכנולוגיים, להתענג על יישומים חדשים ולהתלהב מן האפשרויות העתידניות הגלומות בנושאים כמו תקשורת מיידית, מציאות וירטואלית, אינטליגנציה מלאכותית, והאופי הגלובלי של מהפכת האינטרנט".

יש תוכנה מושלמת?

הכוח האמיתי של המחשבים, לדבריו, לא טמון במעבד אלא באלגוריתמים, מלה שנגזרה משמו של המתמטיקאי הערבי פרסי מוחמד אל חוואריזמי. מדובר בסדרת פעולות המבוצעות על ידי המחשב, ופותרות בעיה. הראל מדמה את האלגוריתם למתכון, את החומרה לתנור ולכלי אפייה ואת המתכנת לאופה.

המתכנת (או בונה האלגוריתמים) הוא בעצם זה שכתב את המתכון. כפי שתנור ותבנית לא יכולים להכין עוגה ללא המתכון, כך הם המחשבים בלי האלגוריתמים: דלים ביכולתם ומוגבלים למספר פעולות בסיסיות.

אבל אלגוריתם מבריק ככל שיהיה עלול להוביל לתוצאות הרסניות, למשל עקב כתיבת קוד עם שגיאות. פרופסור הראל מזכיר, למשל, את התפרקות הטיל הצרפתי אריאן 5 ביוני 1996, פחות מדקה אחרי שיגורו. הסיבה היתה שגיאה בשורת קוד, שניסתה לטעון מספר בן 64 סיביות במחשב שגודלו 16 סיביות בלבד, וגרמה לתוכנית לקרוס. 

חרק לוגי

כשתוכנית (רכיב של תוכנה) לא פותרת בעיה אלגוריתמית ייתכן שיש שגיאה לוגית, שלפעמים ניתנת לאיתור באמצעות הרצה חוזרת של התוכנית ובדיקת התוצאות. התהליך הזה קרוי דיבוג (Debugging), שם שהתקבע לפני שנים כאשר אחד מן המחשבים הראשונים בעולם הפסיק לעבוד, ובין הרכיבים שלו התגלה חרק (באנגלית באג).

מאז קרויות שגיאות תוכנה בשם החיבה באגים. אך לא כל באג יוכל להתגלות על ידי בדיקות שכאלה. האם הבאגים הם תופעת לוואי הכרחית של תוכנות מחשב, או שייתכנו תוכנות מחשב מושלמות וחפות משגיאות?

"התשובה לשאלה זו היא כן ולא", אומר פרופסור הראל, "כן, כי הרי מה זו תוכנת מחשב? זה יצור מתמטי, ואפשר באופן עקרוני להוכיח שתוכנה עושה את מה שמתבקש ממנה לעשות. אך מצד שני, קשה להקיף את כל האפשרויות שעמן תתמודד התוכנה. ייתכן שבעתיד נרכוש תוכנות, שמוודאות כי המוצר מגשים את הבטחת היצרן.

"עם זאת, רוב התוכנות שנכתבות הן שגויות, מאחר שלא סביר שיהיו מיליוני שורות קוד ללא באג".

חלונות או לינוקס?

פרופסור דוד הראל (54), זוכה פרס ישראל במדעי המחשב לשנת תשס"ד, הוא ממדעני המחשב הבולטים בארץ ובעולם. הוא מתמחה במגוון נושאים בתיאוריה של מדעי המחשב, ובכלל זה בלוגיקה של תוכניות, שהיא הבסיס המתמטי של תיכנות ואימות תוכנה, ושימוש בשפות גרפיות בתכנון ובבנייה של מערכות מורכבות.

"יש להעלות על נס את תרומותיו הרבות של הראל לפיתוח מדעי המחשב וטכנולוגיית המחשבים במדינת ישראל", קבעו חברי ועדת הפרס, והוסיפו כי הישגו המחקרי הגדול של הראל מבחינת היקף ההשפעה בעולם האקדמי ובעולם התעשייתי הוא בתחום של הנדסת תוכנה והנדסת מערכות.

את הדוקטורט שלו השלים הראל במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT), ובעבר עבד כחוקר במעבדת המחקר של IBM, במעבדות בל ובנאסא. כיום הוא דיקן הפקולטה למתמטיקה ומדעי המחשב במכון ויצמן.

בשנת 1983 נקרא הראל לייעץ בפרוייקט הלביא, ואז המציא את שפת ה-- Statecharts שפה גרפית, שהפכה לכלי נפוץ בטיפול במערכות תוכנה גדולות ומורכבות. "הגישה שלי לטיפול בבעיה היא פיתוח דיאגרמות חזותיות, הדומות לשרטוט של ארכיטקט. אך להבדיל מארכיטקטורה של בית, אני מצייר ציורים, שמתארים את ההתנהגות הדינמית של מערכת מיחשוב. בהקשר זה, הקביעה שתמונה שווה אלף מילים נכונה בהחלט".

איך ייתכן שתוכנה כמו אאוטלוק אקספרס קורסת תכופות, ואילו תקלות טכניות כמו זו שגרמה להתרסקות הטיל אריאן הן נדירות יחסית?

"זה בגלל שמשקיעים יותר כסף בפיתוח מערכות מורכבות, החל מהטלפון הסלולרי וכלה במטוס קרב, וייתכן גם שאנשים יותר מוכשרים בודקים אותן. בנוסף, בפיתוח של מערכות קריטיות משתמשים בטכניקות של 'עודפות'. למשל, החלטות מסויימות של מערכת המיחשוב במטוס קרב נבחנות כמה פעמים, בניסיון להימנע משגיאות ולהגיע להחלטה הטובה ביותר. לא סומכים רק על חישוב אחד".

"ההבדלים בכמות השגיאות בין תוכנה לתוכנה נובעים מגישות שונות בפיתוח תוכנה. המתכנתים של מיקרוסופט, למשל, מונעים על ידי האינטרס המסחרי להוציא גירסה חדשה כמה שיותר מהר, אז הם מעגלים פינות", אומר הראל.

"לינוקס ו-UNIX, לעומת זאת, הן מערכות הפעלה הרבה יותר בטוחות, כי הן פותחו בצורה יותר "נקייה", בעוד שבמיקרוסופט שמו דגש על מוצר הרבה יותר נוצץ".

"אם מישהו שאתה אוהב זקוק לקוצב לב, והיית מתבקש לבחור בין קוצב המתבסס על תוכנה שנכתבה בסביבת לינוקס לבין סביבת Windows - אני בטוח שהיית בוחר בלינוקס".

מיקרוסופט הצהירה לא מכבר על כוונותיה לשלב את Windows במגוון מערכות מיחשוב חיוניות, כמו כספומטים ומכוניות. האם אנחנו צריכים להתחיל לדאוג?

"אם האאוטלוק אקספרס היה צריך להניע את הקרביים של כורים אטומיים, אני בטוח שמיקרוסופט היתה משקיעה יותר כסף כדי להפוך את המערכות שלה בטוחות יותר, ואני משוכנע שהם יכולים לעשות את זה".

האם המחשבים מושלמים?

מקובל לחשוב שבני אדם אינם מושלמים, בניגוד למחשבים, שהשלמות עבורם היא רק עניין של זמן, מקום איחסון וכוח מיחשוב. הראל מערער על כך: גם מחשבים, הוא קובע בספרו, אינם מושלמים ולא יהיו כאלה לעולם, בגלל שיש בעיות שעבורן אלגוריתמים פשוט לא קיימים.

אחת הבעיות, למשל, היא לגרום לתוכנות לאתר, לתקן ולשפר תוכנות אחרות. על פי הראל, הדבר פשוט בלתי אפשרי. לדבריו, אפילו מחשבים מולקולריים לא צפויים להביס את מגבלות המחשב, ואילו מחשבי קוונטים עדיין רחוקים מפריצת הדרך שלהם.

גם כאשר משימה מסויימת ניתנת עקרונית למיחשוב, לפעמים הפתרון כרוך במיליארדי שנות ריצת מחשב, או בנפח עצום בזיכרון, שהופך את הפעולה ללא כדאית. לדברי הראל, יש מקרים שבהם אפשר לעקוף את הקושי, תוך שימוש בפתרונות לא מושלמים, אך עם אחוזי טעות קטנים.

הוא מדמה את הסיכוי הקטן לטעות לרולטה רוסית עם אקדח, שבו יש סיכוי אפסי, של 2 בחזקת 100, להיהרג מהכדור. הסיכוי להיהרג במשחק הזה קטנים יותר מהסיכוי שיקרה לנו משהו רע בדרך לעבודה.

האם בני אדם טובים ממחשבים?

האם מחשבים מסוגלים לחשוב? הראל מתרעם על השאלה, שדומה בעיניו לשאלה האם צוללות שוחות. "כפי שהשחייה מיוחסת ליישויות אורגניות בלבד", הוא אומר, "כך החשיבה מקושרת לבני אדם ואולי גם ליונקים מפותחים אחרים, כמו דולפינים או שימפנזות - אך לא לסיביות עשויות סיליקון".

עם זאת, הראל לא מוציא מכלל אפשרות שמחשבים יחקו בהצלחה אינטליגנציה אנושית, אך זה לא יהיה קל. הבינה האנושית כרוכה בצבירת ידע, יכולת למידה וקישור המידע לידע, הסקת מסקנות חדשות והבנת חוש הומור.

"שואלים אותי אם מחשב יכול לקום על יוצרו, והתשובה היא כן, בוודאי. גם תוכנת הדואר שלך עלולה לעשות משהו לא צפוי. לאחרונה קיבלתי הודעה ממס הכנסה, לפיה אני חייב להם 220 אלף שקל. זו היתה טעות מחשב, שקם עליי להורגני. אני מודע לשאלה הפילוסופית מה אם יהיה למחשבים רצון משלהם. אך אני מעדיף להתייחס לשאלות המעשיות, הטכניות - כמו מה אפשר לגרום למחשבים לעשות ומה אינם יכולים לעשות. חשוב לזכור כי אפשר לגרום למחשבים לעשות דברים רעים גם בלי שתהיה להם מודעות

משלהם". 

מחשב המשדר ריחות

לפני מספר שנים זכו פרופסור לנצט והראל לכותרות עולמיות כשהצליחו לפתח סדרת אלגוריתמים שמעבירים ריחות מלאכותיים באופן דיגיטלי.

איך ניתן לתרגם ריח לביטים ובייטים? הראל מסביר, כי הדבר דומה להליך ערבוב צבעי היסוד אדום, ירוק וכחול בלכידת תמונה והדפסתה או בהפקת תמונות צבע בטלוויזיות ובמסכי מחשב. לשם כך יש צורך באף אלקטרוני, שמריח ריח מסויים, והתקן פלט, שיודע לשחזרו מחדש באמצעות ערבוב ריחות מבין 150-100 ריחות יסוד.

תוכנת Sense It, המותקנת במחשב הנמען, שולחת פקודה להפיק ריח מסויים ל-iSmell, התקן בגודל מודם, שמתחבר למחשב וכולל מחסניות ריח בסיסי, שניתנות להחלפה, בדומה למדפסת הזרקת דיו. iSmell מערבב את הריחות הבסיסיים במחסניות, יוצר את הריח הרצוי ופולט אותו.

הראל מסביר, כי הקושי האמיתי הוא לצלם ריחות בלתי צפויים מהעולם הגדול. "נניח שאתה הולך בשוק במרקש, מרוקו, ואתה רוצה להעביר בדואר האלקטרוני את הריח באופן שישוחזר באופן מדוייק בצד השני. לא ניתן לעשות זאת, ודרושים עוד מחקר ובדיקות".

Sense It נרכשה על ידי חברת דיג'יסנטס, שנסגרה באפריל 2001, עם זאת הראל ממשיך בפיתוח המדעי.