pondělí 5. října 2015

MALÁ KOSMOLOGICKÁ HLÍDKA -- JAK STEPHEN HAWKING KOMUNIKUJE A PUBLIKUJE




Malá kosmologická hlídka.jpg
Jak Stephen Hawking komunikuje a publikuje
Počítačový systém těžce zdravotně postiženého profesora S. Hawkinga
Speciálně pro mimořádnou osobnost světové vědy - silně handicapovaného  britského teoretického fyzika, známého profesora Stephena W. Hawkinga, vyvinula společnost Intel Corporation, ve spolupráci s jinými organizacemi, počítačový systém se softwarovým vybavením, které mu ve větší či menší míře nahrazuje řadu funkcí a možností běžných u zdravých lidí. Především jde o komunikace s okolím, ale i mnoho jiných činností a tvůrčích aktivit. Softwarové produkty se nyní veřejně publikují v internetu pro možnost jejich dalšího šíření a zdokonalování.
Představitel společnosti nemocných amyotrofickou laterální sklerózou ve Spojeném království v interview BBC uvedl, že asociace vysoce hodnotí tento krok. Při silném rozvinutí nemoci totiž nemocný člověk ztrácí schopnost komunikovat hlasem i používat ruce k jakékoli činnosti. Tvůrci hardwaru a především softwaru Hawkingova počítačového systému věří, že i jiní specialisté získají možnost dalších prací nad produkty a jejich přizpůsobování potřebám a zvláštnostem konkrétních pacientů.

Zvláštní situace

Specializovaný počítačový systém známého vynikajícího astrofyzika Stephena Hawkinga umožňuje, aby se mohl, nehledě na svůj pokročilý věk (73 roků) a strašlivou těžkou chorobu - amyotrofickou laterální sklerózu, která ho připoutala do speciálního invalidního křesla-vozíku a zbavila možnosti normálně komunikovat, pracovat a tvořit, v rámci omezených možností věnovat své vědecké práci i pedagogické a publikační činnosti.
Systém s důmyslným softwarem dokáže interpretovat vizuální signály člověka a přetvářet je do slov a vět, které pak hlasový syntezátor počítače pronáší místo něho. Výzkumní a vývojoví tvůrci navrhují programátorům možnost modifikace softwaru i pro jiné mimořádné situace.
V Hawkingově případě systém interpretuje především pohyby svalů tváře člověka a uskutečňuje jejich převod do prvků přirozeného jazyka. Analogicky však by mohly být využity i vizuální signály generované jinými částmi lidského těla (včetně očí).
Program pomáhá uživateli nejen “mluvit”, jeho pomocí je možné např. prohlížet webové stránky, používat textový editor a využívat řadu dalších možností, o kterých bude řeč níže.

Jak psal o svém počítačovém systému sám S. Hawking

Od roku 1997 začala práce na jeho komunikačně orientovaném počítačovém systému sponzorovat a zajišťovat firma Intel Corporation. Počítačový systém tabletového typu byl nainstalován na rameno jeho kolového invalidního vozíku. Elektricky byl napájen z vozidlové baterie, přitom interní baterie tabletu jej v případě potřeby mohla udržet v provozním stavu.

Hawking - The Computer-02.jpg
Stephen Hawking se svým počítačovým systémem na invalidním vozíku
(Marco Grob/WIRED UK)

Fungování systému

Hlavní uživatelské rozhraní jeho počítače zajišťoval program s názvem EZ Keys vytvořený firmou Words Plus Inc. Jednotka zajišťovala na obrazovce monitoru softwarovou klávesnici. Kursor automaticky skenoval klávesnici v řádcích nebo sloupcích. Uživatel mohl vybrat pohybem své tváře znak tím, že zastavil kursor. Pohyb tváře byl detekován infračerveným senzorovým spínačem připevněným na brýlích uživatele. Uživatelským rozhraním na počítač je vlastně jen tento senzor. EZ Keys zahrnoval algoritmus pro predikci slov, takže uživatel pouze napsal prvních pár znaků a pak vybral celé slovo. Když uživatel vytvořil větu, mohl ji poslat do svého hlasového syntezátoru. S. Hawking používal separátní syntezátor vyrobený firmou Speech+. Bylo to nejlepší co slyšel, i když se vyznačoval akcentem, který býval označován různě (jako skandinávský, americký nebo skotský).

Možnosti pro uživatele

Pomocí EZ Keys mohl S. Hawking také ovládat myš ve Windows. To mu umožňovalo cele využívat počítač. Vyzkoušel svoji elektronickou poštu s použitím e-mailového klienta Eudora, surfoval na internetu s použitím FireFox, nebo psal přednášky s použitím Notepadu. Jeho počítač od Intelu pracoval s procesorem Intel CoreTM i7 a polovodičovým diskem řady 520. Obsahoval rovněž webovou kameru, kterou používal se Skypem pro udržování kontaktu se svými přáteli. Pro ty, kteří ho dobře znali, mohl podle výrazu tváře vyjádřit i své pocity.
Mohl také vystupovat s přednáškami. Přednášku si mohl napsat předem a uložit si ji na disk. Pak celé věty odesílal do hlasového syntezátoru používajícího software Equalizer napsaný firmou Words Plus. Pracoval velmi dobře a před tím, než S. Hawking přednášku přednesl, mohl ji ještě doladit.
Hawking - The Computer-05.jpg
Stálý proces inovace počítačového systému Stephena Hawkinga
(Obrázek: Intel)
S. Hawking stále sleduje nové asistenční technologie. Intel např. sponzoroval práci týmu odborníků, kteří navrhli nový systém pro rozpoznávání pohybů tváře s cílem zvýšení rychlosti jeho komunikování. Objevily se i některé nové ideje týkající se softwaru uživatelského rozhraní a bylo zajímavé seznámit se s jejich výsledky. Vypadalo to slibně. Experimentoval rovněž s uživatelským rozhraním jeho počítače ovládaným mozkem, avšak to dosud nepracovalo takovým praktickým přijatelným způsobem jako senzor využívající pohyby svalů tváře.

Inovace počítačového systému S. Hawkinga

Dalších prací na softwaru Hawkingova počítačového systému od Intelu se ujal mladý kolektiv tvůrčích pracovníků londýnské technologické firmy SwiftKey. V posledních dvou letech spolupracoval tým SwiftKey se S. Hawkingem i s firmou Intel na tom, aby mohl vědec snadněji psát a komunikovat (dnes již je SwiftKey součástí Intelu). Technologie SwiftKey byla integrována do existujícího systému tak, aby mohla při tvorbě textu pto syntézu hlasu přesně predikovat spíše celá slova než jednotlivé znaky. Takže čas a úsilí profesora Hawkinga při psaní se mohlo podstatně snížit a umožnit mu využívat své znalosti a zkušenosti z předchozích prací mnohem snadněji a rychleji.
Hawking - The Computer-01.jpg
Tým pracovníků SwiftKey se S. Hawkingem v profesorově Cambridgeské pracovně
(Stephen Spencer, Joe Osborne-vedoucí týmu a James Hay)
SwiftKey vlastně vytvořil personální “model jazyka” pro profesora Hawkinga založený na jeho rozsáhlých pracích, včetně dokumentů, které nikdy nebyly publikovány. Software ze z nich “učí” jak provádět predikci kontextově relevantních slov. Je rovněž schopný analyzovat obsah určité knihy nebo přednášky, s kterou se má pracovat a stále přizpůsobovat a vylepšovat své predikce, případně automaticky provádět i určité opravy.
Vývojáři SwiftKey mj. pracují i v oblasti smartphonů s Androidem a iOS. Shledali, že chyby profesora Hawkinga jsou od základu jiné, než ty jichž se dopouští běžný uživatel smartphonu. Většina z uživatelů rychle a ledabyle píše texty nebo tweety. S. Hawking je skvělým znalcem pravopisu a používá svůj systém k psaní podrobných přednášek a knih. Cílem bylo umožnit mu snadněji psát a vyjadřovat se delší dobu, a přitom minimalizovat chyby tisku.
Joe Osborne, který vedl tento projekt se vyjádřil tak, že to byla skvělá zkušenost úzké spolupráce jeho týmu s profesorem Hawkingem při integraci nové technologie do jeho komunikačně orientovaného počítačového systému. Predikční technologie SwiftKey se může “učit” od každého individuálního uživatele porozumět stylu jeho personálního jazyka.
Členové tvůrčího kolektivu vytvořili “zákaznickou” verzi pro Stephena tak, aby odpovídala specifickému výrazu jeho obličeje při pronášení přednášky, psaní kapitol nové knihy nebo poutavosti obsahu sdělení při konverzaci. Odhaduje se, že technologie SwiftKey přibližně zdvojnásobila rychlost mluveného projevu profesora Hawkinga. Pochopením způsobu jak S. Hawking používá jazyk bylo možné zrychlit a usnadnit komunikaci a ponechat více času na vědcovo uvažování o tajemstvích vesmíru.

Dnes a dále

Současný Hawkingův počítačový systém používající predikční softwarovou technologii SwiftKey má dnes označení ACAT (Assistive Context Aware Toolkit).
Hawking - The Computer-porovnání.jpg
Současný počítačový systém S. Hawkinga (vlevo) a první provedení počítače - hlasového syntezátoru (vpravo)
(Obrázek vlevo - Intel Corp., obrázek vpravo Photo Studio/Getty Images, 1999 London Science Museum)
Kromě kontextuálních nabídek, které vědci umožňují časově ovládat doručování vhodných výrazů během řeči, je počítač vybaven zvláštním ovládačem utlumení zvuku, který vypne hlasový syntezátor. Jelikož je syntetizovaný zvuk ovládán pohyby svalů tváře, může syntezátor, například při jídle nebo cestování, vytvářet chaotické zvuky. Stalo se například, že při náhodném napsání písmen ‘x x x x’ vydal syntezátor na výstup ‘sex sex sex sex’.
V rámci projektu Intelu je u monitoru umístěna kamera nasměrovaná na Stephenův obličej, sledující ani ne pohyby jeho tváře, ale jiné pohyby v obličeji. Může pohybovat svými bočními čelistmi nahoru a dolů a ovládat myš, a dokonce potenciálně ovládat svůj invalidní vozík. To je příklad nápadu připravovaného k možnému využití až pro něj nadejde čas.
Dalším experimentálním projektem navrhovaným výrobcem Hawkingova vozíku je joystick připoutaný k Hawkingově bradě, který by mu umožnil nezávisle navigovat jeho vozík. Někdy je Stephen velmi dychtivý a uvažuje o kontaktu mezi jeho bradou a joystickem. Jelikož nemůže pohybovat krkem, je však obtížné joystick aktivovat a deaktivovat.
Pokud jde o software pro syntézu Hawkingovy řeči, realizující výše popsané vymoženosti, je dnes volně dostupný (jako open source). Intel publikoval software a uživatelskou příručku na Git-hubu. Kdokoli si jej může stáhnout a bezplatně využívat.
S využitím statí Stephena Hawkinga “The Computer“, Stephen Hawking Official Website, “Stephen Hawking’s new communication system revealed”, SwiftKey Blog, Dec. 2, 2014, “How Intel Gave Stephen Hawking a Voice”, WIRED UK, Jan. 13, 2015, Jamese Tempertona “Stephen Hawking’s speech software is now open source”, WIRED UK, Aug. 19, 2015 a dalších pramenů.