Εχετε διαβάσει συχνά τελευταία για το «Διαδίκτυο των Πάντων» και το πώς οι μυριάδες αισθητήρες που θα απλωθούν στο περιβάλλον μας σαν «ψηφιακή σκόνη» θα εντάξουν την πραγματικότητα στον ψηφιακό ιστό των πληροφοριών που διακονούμε τούτον τον αιώνα. Αλλά πώς; Πώς θα συγχρονιστεί ο αναλογικός κόσμος της φύσης με τον ψηφιακό κόσμο των κυκλωμάτων; Πώς θα στοιχηθεί το βήμα οργανισμών και μηχανισμών που τους βαραίνει η τριβή και η βαρύτητα με το απόλυτο βήμα των δυαδικών διακοπτών (περνάει/δεν περνάει ρεύμα); Ποιου κόσμου το ρολόι θα «λέει σωστά την ώρα»;
Είναι ερωτήματα που ακούγονται υπέρμετρα φιλοσοφικά στον νεαρό που απλώς λαχταρά να αποκτήσει το νέο ψηφιακό ρολόι της Apple, με τους «τόσους βιοαισθητήρες μέσα του». Αλλά αν δεν τον πιάσει η περιέργεια να μάθει το πώς αυτοί οι βιοαισθητήρες συγχρονίζουν τις μετρήσεις τους με το παγκόσμιο ψηφιακό ρολόι του διαδικτυωμένου κόσμου μας, αυτός ο νεαρός θα ξοδέψει το υπόλοιπο της ζωής του ως ένας ακόμη καταναλωτής –που θα συνεχίσει να απορεί γιατί δεν υπάρχει ανάπτυξη στον τόπο του.

«Πριν από την πληροφορική και πριν και από τα μαθηματικά είναι οι αλγόριθμοι. Αυτούς πρέπει να διδάξουμε στα παιδιά» λέει ο Berry

Ενας νεαρός γεμάτος περιέργεια ήταν το 1967 ο Zεράρ Μπερί (Gérard Berry) όταν ξεκίνησε τις σπουδές φυσικομαθηματικού στη φημισμένη École Polytechnique του Παρισιού. Τότε δεν είχε αισθητήρες να του διαβάζουν το περιβάλλον και να του το μεθερμηνεύουν σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Τότε έπρεπε να δακτυλογραφεί την κάθε γραμμή του προγράμματος που θα διάβαζε ο υπολογιστής σε μια χάρτινη καρτέλα –σαν εκείνες των ραπτομηχανών ζακάρ –προκειμένου να λάβει απάντηση… κάποτε. Αλλά η περιέργειά του ήταν αυτή που έφερε τον συγκεκριμένο νεαρό στη θέση του ανθρώπου που εφηύρε τη «συγχρονισμένη» γλώσσα προγραμματισμού Esterel το 1982, του έδωσε την έδρα «Αλγόριθμοι, μηχανές και γλώσσες» στο Collège de France το 2012, τον έκανε μέλος τριών ακαδημιών και του χάρισε τη μεγαλύτερη επιστημονική διάκριση της Γαλλίας το 2014, το Χρυσό Μετάλλιο του Εθνικού Κέντρου Επιστημονικής Ερευνας (CNRS). Η έρευνα αυτού του ανθρώπου βρίσκεται πίσω από την τωρινή δυνατότητα του γκατζετάκια νεαρού να «αλληλεπιδρά ψηφιακά με το περιβάλλον του» και να βιώνει συγχρονισμένα τον σύμμεικτο κυβερνο-φυσικό κόσμο του 21ου αιώνα.

Η σημασία και οι μορφές του χρόνου
Η ομιλία του γάλλου δασκάλου της Πληροφορικής στο Μέγαρο την Τετάρτη 29 Απριλίου τιτλοφορούνταν «Πώς να μιλήσει κανείς για τον χρόνο, ακόμη και στους υπολογιστές;». Σκέφτηκα πως, αν είχε ζήσει στην Ελλάδα, ο Μπερί θα είχε βάλει αυτόν τον τίτλο για να καυτηριάσει εμάς, τους ανθρώπους που χαρακτηριστικά δεν σέβονται τον χρόνο –τόσο των συνανθρώπων τους όσο και του τόπου τους. Αλλά, όχι: ο Μπερί αναφερόταν στην πολυπλοκότητα του προβλήματος συγχρονισμένης λειτουργίας των εργαλείων της Κοινωνίας της Πληροφορίας, στη θεμελιώδη ανάγκη ύπαρξης ενός συστήματος αυτόματου συντονισμού των «τοπικών χρόνων» με τον παγκόσμιο χρόνο.
Αυτή η τελευταία φράση παραπέμπει βέβαια στο γνωστό σε όλους θέμα της «τοπικής ώρας». Οσο κι αν τα τωρινά ψηφιακά ρολόγια, τα κινητά τηλέφωνα και οι φορητοί υπολογιστές μας φροντίζουν να μας ενημερώνουν για τη «σωστή ώρα» ανάλογα με το σε ποια ζώνη της υφηλίου βρισκόμαστε, δεν θα πρέπει να ξεχνάμε το πόσο μεγάλη σπαζοκεφαλιά ήταν αυτό ως και πριν από ενάμιση αιώνα. Διότι τότε, στα τέλη του 19ου αιώνα, συμφωνήθηκε το σύστημα της Παγκόσμιας Ωρας. Οσο για την ακρίβεια μέτρησης του χρόνου… ως τα τέλη του 18ου αιώνα ήταν κλαυσίγελως –«ένα τσιγάρο δρόμος» ήταν η ατάκα που καθιέρωσαν στην Ευρώπη οι στρατιές που γύρισαν από τον πόλεμο της Κριμαίας.
Οι πρώτοι λοιπόν τομείς εφαρμογών της πληροφορικής που προέβαλαν ως κρίσιμο το θέμα του συγχρονισμού ήταν ακριβώς εκείνοι που υπερέβαιναν τα γεωγραφικά όρια μιας ζώνης «τοπικής ώρας»: αεροπορικές μεταφορές και διαστημικές πτήσεις ήταν οι περιοχές εφαρμογών που υπέφεραν περισσότερο από τους διαρκείς επανυπολογισμούς και μετρήσεις του χρόνου. Οπότε οι έρευνες εστιάστηκαν πολύ γρήγορα στο να αναπτυχθούν προγράμματα που θα «αυτοδιορθώνονται» επί τη βάσει των στοιχείων που λαμβάνουν κατά τη λειτουργία τους και τον συνεπακόλουθο επανέλεγχο του μοντέλου λειτουργίας. Ηταν αυτή η έρευνα που οδήγησε στην ανάπτυξη του κλάδου των «ενσωματωμένων συστημάτων πληροφορικής» (embedded systems) και έδωσε στον συμπατριώτη μας Ιωσήφ Σηφάκη το βραβείο Τιούρινγκ το 2007 για την εργασία του στο «model checking».
Επίσης όμως πολύ γρήγορα έγινε αντιληπτό ότι οι γλώσσες προγραμματισμού των υπολογιστών δεν είχαν προβλέψει το πρόβλημα διαφοράς του τοπικού χρόνου των δεδομένων με τον χρόνο αναφοράς του εκάστοτε προγράμματος, οπότε δεν μπορούσαν να το αντιμετωπίσουν με τη ζητούμενη ακρίβεια, ευελιξία και αμεσότητα. Αυτό οδήγησε σε μια νέα αναζήτηση που κατέληξε στην εφεύρεση από μεριάς του Zεράρ Μπερί της γλώσσας προγραμματισμού Esterel και τη γέννηση μιας ολόκληρης νέας κατηγορίας γλωσσών ονόματι «σύγχρονες γλώσσες» (synchronous programming languages –SPL).
Κατά τη διαμόρφωση της Esterel ο Μπερί εισήγαγε την «πολυμορφική έννοια του χρόνου» (Multiform Notion of Time), όπου η έννοια του φυσικού χρόνου αντικαθίσταται από την έννοια της τάξης: το ποιος είναι ο φυσικός χρόνος δεν έχει ιδιαίτερη σημασία, εφόσον γνωρίζουμε επαρκώς το με ποια διαδοχή συμβαίνει το καθετί και ποια είναι τα συμβάντα που λαμβάνουν χώρα ταυτόχρονα. Η προσέγγιση αυτή ήταν στην ουσία μια αφαιρετική αναγωγή, μια επιστροφή στη δύναμη ορισμού του αλγορίθμου από τον οποίο προκύπτει το οποιοδήποτε πρόγραμμα. Και η προσέγγιση του Μπερί αποδείχθηκε στην πράξη ότι ήταν επιτυχημένη: η Esterel και οι συναφείς με αυτήν γλώσσες προγραμματισμού που ακολούθησαν (Argos, Haskell-Atom, Averest, ChucK, LabVIEW, LEA, Lustre, PLEXIL, SCADE, SIGNAL, SOL, SyncCharts) έγιναν τα εργαλεία προγραμματισμού τόσο της αεροδιαστημικής και αεροπορικής βιομηχανίας όσο και κάθε βιομηχανίας που παράγει μηχανήματα χειρισμού χρονικά κρίσιμων καταστάσεων αλλά και της σύγχρονης μουσικής βιομηχανίας που θέλει τα μουσικά της μηχανήματα να «μιξάρουν» υπάρχουσες μουσικές με το τέμπο του εκάστοτε μουσικού-χειριστή τους.

Από την Esterel ως τα αυτοκίνητα-ρομπότ
Οπως είπε στο Μέγαρο ο καθηγητής Μπερί, «η ακριβής μέτρηση του χρόνου είναι εκ των ων ουκ άνευ για τη σύγχρονη πληροφορική. Υπολογιστές, τηλέφωνα και δρομολογητές των δικτύων συγχρονίζονται τώρα μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου με τη χρήση ειδικών πρωτοκόλλων δικτύου. Τα όποια σφάλματα χρονισμού μπορούν να επιφέρουν χάος στη δικτύωση. Επίσης ο συγχρονισμός είναι καίριας σημασίας σε μεγάλα πειράματα φυσικής όπως το LHC του CERN: πρωτόκολλα χρόνου βασισμένα σε υπολογιστές καθιστούν δυνατό τον συγχρονισμό σταθμών που απέχουν 10 χιλιόμετρα μεταξύ τους ως και μέσα σε 70 πικοδευτερόλεπτα –δηλαδή, τον χρόνο που χρειάζεται το φως για να διανύσει… δύο εκατοστά. Ακόμη, το γνωστό μας σύστημα γεωεντοπισμού GPS λειτουργεί μόνο χάρη στον επακριβή συγχρονισμό με το ατομικό ρολόι που βρίσκεται ενσωματωμένο στους δορυφόρους του δικτύου GPS. Τέλος, ο έλεγχος σε πραγματικό χρόνο των συστημάτων μεταφοράς (ηλεκτρονικά συστήματα, τρένα, αυτοκίνητα κ.τ.λ.) και γενικότερα πλέον κάθε είδους αντικειμένων έχει γίνει χάρη σε έναν τέτοιο συγχρονισμό μέρος της καθημερινότητάς μας. Οι δυσκολίες αυξάνονται όταν ο έλεγχος επιτελείται με κατανεμημένο τρόπο, όταν για παράδειγμα συνδεόμαστε διαδικτυακά με έναν πολύ μακρινό υπολογιστή. Η διατήρηση του αναγκαίου ντετερμινιστικού χαρακτήρα των εφαρμογών γίνεται τότε πολύ πιο δύσκολη, αλλά εξακολουθεί να είναι εφικτή με ειδικό σχεδιασμό και τεχνικές προγραμματισμού».

Πριν από 33 χρόνια ο Gerard Berry βρήκε τη λύση του συγχρονισμού με «αφαίρεση του φυσικού χρόνου»

Τον ρώτησα για το πώς αποτιμά τώρα τη συμβολή του, έπειτα από τα 33 χρόνια που πέρασαν αφότου πρωτοεισήγαγε την Εsterel και την πολυμορφική έννοια του χρόνου στην πληροφορική. Μου απάντησε:

«Η κύρια συμβολή μου ήταν ότι με την εργασία μου επέφερα μια πραγματικά ριζική αλλαγή στον προγραμματισμό συστημάτων πραγματικού χρόνου (real-time) και αντίδρασης (reactive). Τότε, στις δεκαετίες του ’80 και του ’90, αυτό το πεδίο ήταν κάπως άσχετο με την υπόλοιπη πληροφορική και τα συγκεκριμένα προγράμματα ελέγχου αναπτύσσονταν από παραδοσιακούς μηχανικούς που εργάζονται «με το μολύβι στ’ αφτί» –δηλαδή, κλασικούς μηχανολόγους ή ηλεκτρολόγους. Η μόνη διάκριση που τότε γινόταν κατ’ αυτούς ήταν τα ρεύματα «υψηλής τάσης» από τα «χαμηλής τάσης». Ο προγραμματισμός συστημάτων πραγματικού χρόνου εντασσόταν στα της «ασθενούς», οπότε και οι αντίστοιχοι μηχανικοί θεωρούνταν από το σινάφι… «ασθενείς μηχανικοί». Τώρα πια όμως τα συστήματα πραγματικού χρόνου επιτελούν λειτουργίες κρίσιμες για την ασφάλεια και οι σύγχρονες γλώσσες προγραμματισμού (SPL) έχουν γίνει πολύ σημαντικές για κάθε ηλεκτρονικό σύστημα με απαιτήσεις σοβαρής πιστοποίησης. Οι λόγοι αυτής της μεταστροφής είναι ότι οι σύγχρονες γλώσσες είναι οι μόνες που συνδυάζουν παραλληλισμό και ντετερμινισμό –δύο απαραίτητα συστατικά του κάθε συστήματος στον τομέα αυτόν -, το ότι έχουν πολύ καλά αποσαφηνισμένο νόημα και το ότι επωφελούνται από αποτελεσματικές υλοποιήσεις και συστήματα ελέγχου».
«Υπάρχουν περιοχές όπου ακόμη η αποδοχή τους δεν είναι επαρκής;» τον ρώτησα.

«Ναι, υπάρχουν δύο τομείς εφαρμογής που ακόμη χρειάζονται καλύτερη προσαρμογή: η αυτοκινητοβιομηχανία –η οποία θεωρεί τα προγράμματα των ηλεκτρονικών υπολογιστών «ελαφρύτερα μηχανικά μέρη» και δεν καταλαβαίνει ακόμη πραγματικά το τι εστί πληροφορική –και ο τομέας κατασκευής ιατρικών συσκευών. Η αυτοκινητοβιομηχανία θα αναγκαστεί να «ξυπνήσει» από τους… δικηγόρους: ο τρόπος που μέχρι στιγμής εισάγουν την πληροφορική στα αυτοκίνητα θα σημάνει τη μεταφορά των ποινικών ευθυνών της οδήγησης από τους οδηγούς στους κατασκευαστές των οχημάτων. Για παράδειγμα, έχουμε ήδη δραματικές περιπτώσεις στις ΗΠΑ από περιστατικά ελαττωματικού ελέγχου του κινητήρα από τον υπολογιστή του οχήματος σε μοντέλα της Toyota. Οι ιατρικές εφαρμογές, από την άλλη, παραμένουν ένα μυστήριο για μένα καθώς η πιστοποίησή τους φαίνεται να μην έχει καμία σχέση με το υπόλοιπο της πληροφορικής. Στο άλλο άκρο, μια ενδιαφέρουσα περιοχή εφαρμογών όπου οι τεχνικές μας έχουν πολλές δυνατότητες και είναι ήδη σε χρήση είναι η μουσική, η οποία είναι μια μεγάλη αγορά. Εννοιες όπως η συγχρονία και ο πολυμορφικός χρόνος είναι πολύ φυσικές για τους μουσικούς και δουλεύουμε ήδη με συνθέτες που αναζητούν νέους τρόπους για να συνθέσουν και να παίξουν μουσική, με βάση τις απόψεις μας».

Αλγόριθμοι, πληροφορική και εκπαίδευση
Οι αντιρρήσεις που άφησε να διαφανούν ο Zεράρ Μπερί για το πώς οδεύει η ενσωμάτωση της πληροφορικής στον νέο «κυβερνο-φυσικό» κόσμο μας υπήρξαν περισσότερο εμφανείς σε προηγούμενες ομιλίες του. Για παράδειγμα, η ομιλία του τον περασμένο Σεπτέμβριο στο διαθεματικό συνέδριο Digital Intelligence 2014 (βλ. http://webtv.univ-nantes.fr/fiche/5642/gerard-berry-why-informatics-generates-mental-inversions) έδειξε έναν Μπερί απογοητευμένο και οργισμένο από την πορεία των πραγμάτων. Θεωρεί ότι οδεύουμε ολοταχώς προς μια αυτοματοποιημένη κοινωνία όπου οι χρήστες των συσκευών θα είναι αδαείς καταναλωτές, χωρίς καμία δυνατότητα ελέγχου των συσκευών τους, και ανάγει το πραγματικό πρόβλημα ανάπτυξης της Γαλλίας σε πρόβλημα στρεβλής παιδείας: «Ο αλγοριθμικός τρόπος σκέψης είναι που πρέπει να διδάξουμε στα παιδιά» διατρανώνει. «Είναι ανώφελο να χαρίζουμε απλώς υπολογιστές στα σχολεία». Το θέμα είναι να μάθουν να σκέφτονται τα προβλήματα, να τα μοντελοποιούν και να χτίζουν αλγορίθμους επίλυσής τους. Αλλά για κάτι τέτοιο «χρειάζεται να αντιμετωπιστεί η επιστήμη της πληροφορικής ως κύριο μάθημα σε όλον τον κορμό της εκπαίδευσης και να παραχθούν φουρνιές ειδικά εκπαιδευμένων δασκάλων και καθηγητών. Και για να γίνει αυτό χρειάζονται γενναίες πολιτικές αποφάσεις». Πράγμα που για τη Γαλλία ο Μπερί δεν δείχνει να το ελπίζει. Ενώ για μας, εμείς…

ΕΝΤΥΠΗ ΕΚΔΟΣΗ