(Post 22/02/2006) Đứng trước một mớ dữ liệu dày đặc, kiểu như gần chục trang báo rao bán nhà đất, làm sao con người có thể so sánh hơn thiệt một cách chi li? Tiêu chí “tốt” cho hai căn nhà trở nên không khách quan nữa. Đứng trên quan điểm này thì tốt hơn, đứng trên quan điểm kia thì lại tồi hơn. Gọi là điều khiển mờ, nhưng không phải là mù mờ hay mờ mịt. Nhiệm vụ của nhà khoa học là phải làm rõ ra: mờ đấy, nhưng mờ đến mức nào, phải có con số hẳn hoi. Họ có một công cụ sắc bén là chiếc máy vi tính. Nó giúp họ chạy đi chạy lại chương trình, thử thật nhiều phương án khác nhau, trước khi đúc kết thành tri thức.

Chương 8: Bước vào thế giới điều khiển mờ

Xong chiếc tủ, tôi cứ nghĩ là ông Côổng sẽ nhờ bà Côổng ra giới thiệu cho tôi các “cổ vật”. Không ngờ, ông hăng hái tự đảm nhiệm luôn. Song lúc này, ông Côổng đã thay đổi trang phục. Ông bận một chiếc áo cổ tròn khuy vải kiểu Nhật màu cánh kiến nhạt. Khi nói, ông không vung tay dứ dứ vào không khí như lúc trước, mà từ tốn, khoan thai, ý chừng đôi bàn tay ông luôn ở tư thế sẵn sàng chắp lại trước ngực để vái như các nhà sư ở chùa Quán Sứ vẫn hay làm. Ông nói chậm rãi đại ý, khoa học ngày nay đã thay đổi nhiều, và nhân lực là chìa khóa để phát triển đất nước. Các giáo trình đại học cần thay đổi theo hướng thực dụng hơn nữa. Nhìn những giáo trình giảng dạy ngày nay mà phát ớn: người ta đang nhồi nhét cho lớp trẻ những kiến thức (cổ học tinh hoa?) cách đây n năm. Và không chừng, “lớp trẻ” theo đường mòn định sẵn, sẽ lại nhồi nhét những thế hệ kế tiếp. Phải phá vỡ cái vòng luẩn quẩn chết người ấy. Ông khuyên, đừng dạy cho lũ học trò lớp một chi tiết phép cộng, phép nhân phức tạp làm gì. Mọi cái đã có máy lo. Hãy dạy chúng hai khái niệm cơ bản là đầu vào và đầu ra (input và output). Với những thanh niên hiếu học, hai khái niệm này sẽ theo họ suốt cả cuộc đời.

Ông vẽ phác rất nhanh lên tấm bảng sau lưng ông một “chiếc máy” hình chữ nhật, có hai mũi tên tượng trưng cho hai đầu vào, thêm một mũi tên tượng trưng cho đầu ra, và tới tấp lấy ví dụ:

- Cho các đầu vào là 1 và 2, đầu ra là 3. Cho tiếp tục các đầu vào là 3 và 4, đầu ra là 7. Thế là xong phép cộng. Phép nhân hoàn toàn tương tự.

Ông vẽ một quả trám cũng với 2 đầu vào và 1 đầu ra.

- Đây nhá, cho các đầu vào là 4 và 5, đầu ra sẽ là 20. Lại cho tiếp 8 và 4, được 32. Xong chưa?

Thú thật là tôi bắt đầu thấy đỡ buồn ngủ. Ông Côổng quả có khiếu về môn sư phạm tiểu học. Chưa hết, tôi thấy ông vẽ tiếp một chiếc máy hình tròn lên bảng.

- Còn bây giờ, anh hãy nói cho tôi xem, máy gì đây. Cho các đầu vào là 6 và 6, đầu ra là 12. Cho tiếp tục các đầu vào là 9 và 7, đầu ra là 10. Nếu cho các đầu và là 8 và 5, đầu ra là bao nhiêu nhỉ?

Tôi toát mồ hôi hột. Mười phút trôi qua. Tôi đành đưa ngang cánh tay quệt đại những giọt mồ hôi đang thánh thót vã ra như suối trên vầng trán. Bất ngờ, tôi nghe ông Côổng khen tôi bằng tiếng Mỹ: “Very good!”, khiến tôi bối rối vô cùng. Tôi đồ rằng ông ta giễu cợt tôi chưa “phổ cập” hết lớp một. Nhưng thật rõ ràng, ông đang nhìn chằm chằm vào chiếc đồng hồ đeo tay của tôi. ơ-rê-ca! Tôi chợt hiểu ra, hình tròn ông vẽ trên tấm bảng tượng trưng cho mặt đồng hồ và phép tính mà ông thiết lập chính là phép tính thời gian đồng hồ chỉ từ mấy giờ đến mấy giờ.

Sau đó, ông Côổng giới thiệu sơ qua cho tôi những đồ gia dụng Fuzzy ông mang từ Nhật Bản về. Fuzzy không phải là thương hiệu, mà chỉ là một khái niệm, hay là một công nghệ, gọi là công nghệ mờ. Nói chung, người Nhật có cái đức đáng quý là luôn biết cách biến cái mớ bòng bong lý thuyết mù mờ của Âu, Mỹ thành thứ vật chất sờ thấy được, mó vào được. Người Mỹ thì được cái đức giỏi giang tâng giá bán hàng lên tận mây xanh. Tôi nghe lõm bõm, những năm 1965-1970, nhóm nghiên cứu lý thuyết mờ do một nhà bác học người Mỹ gốc Âu khởi xướng đã đặt nền móng cho ngành điều khiển mờ ngày hôm nay. Điều khiển mờ là gì?

Thời xa xưa, con người sử dụng các mô hình toán học để phản ánh đời sống thực tại: những mảnh ruộng ven bờ sông Nin được vẽ thành những hình vuông, chữ nhật, đa giác... trên nền cát. Rồi con người lại dùng các mô hình toán học này để xây dựng các mô hình vật lý: phương trình chuyển động này, phương trình chuyển động nọ, tít mù. Ô tô, máy bay, tên lữa, tàu vũ trụ... đều phải chuyển động tuân theo các phương trình cơ học Niu-tơn cổ điển. Tư duy nó ăn sâu mãi, đâm ra khi gặp các vấn đề tự nhiên cũng như xã hội, con người lao như con thiêu thân vào đống lửa đốt trên đầm lầy “mô hình toán-lý”, “phương trình vi phân”, “hệ phương trình vi phân phi tuyến bậc cao”...

Xuất phát điểm ban đầu của Lý thuyết mờ có lẽ ở những so sánh cực kỳ trực quan, đơn giản: biết bao quá trình điều khiển trong cuộc sống, con người không dùng đến lý thuyết mà dùng đến kinh nghiệm: “nếu như thế này... thì tôi xử lý như thế này”. Hoàn toàn định tính, không một chút định lượng. Những kinh nghiệm này diễn giải thành mô hình toán học phải nói là rất khó. Mà có lẽ, cũng không thể khiên cưỡng bắt mọi thứ phải tuân theo mô hình toán học. Người chuyên gia giỏi (hoặc nhóm chuyên gia giỏi) sẽ liệt kê ra được hầu hết các khả năng khả dĩ có thể xảy ra và họ cho một đối sách, một giải pháp “có lẽ là tốt nhất”, theo cái nghĩa “nếu giải pháp của anh tốt hơn giải pháp của tôi thì lập tức, chúng ta cùng bổ sung giải pháp của anh vào danh sách kia, đồng thời loại bỏ giải pháp tồi hơn ra”.

Câu chuyện của ông Côổng dắt tôi trở về quá khứ, cách đây hơn hai chục năm. Hồi ấy, ở phân xưởng nhuộm nơi mẹ tôi làm việc, người ta hay phải nấu hóa chất trong những chiếc chảo gang to và dày. Khi đạt đến nhiệt độ sôi, nếu người công nhân không nhanh tay bớt lửa thì trong tích tắc, cả chảo hóa chất sẽ bùng lên, trào hết ra ngoài, phải đun lại, vừa tốn tiền vừa tốn thời gian. Các kỹ sư hóa chất ở viện nghiên cứu cấp trên xuống hiện trường ghi ghi chép chép cả tháng trời, đã thử nghiệm chất này chất nọ vào trong chảo, nhưng không sao chế ngự được cái sự trào. Cho đến khi... một nữ công nhân vừa tậm toẹ được nhận vào học việc rụt rè nêu ý kiến là ở quê cô ta, lúc nấu kẹo mạch nha cũng hay xảy ra hiện tượng này, và người dân quê cô chế ngự nó bằng một biện pháp dân gian cực kỳ đơn giản: úp một cái bồ đựng rác lộn ngược vào trong chảo. Ban quản đốc phân xưởng sau khi hội ý đã cho làm thử và thẩm định kết quả đúng như vậy. Ngày hôm sau, bà lão bán bồ đựng rác ở cổng chợ được một phen ‘trúng quả đậm”, nhưng bà lão vô cùng sửng sốt, thậm chí bị ngơ ngơ ngác ngác mất một hồi không hiểu gì, vì thấy các cô công nhân hễ cứ mua xong bồ đựng rác là mượn luôn con dao của bà để khoét rỗng đáy bồ.

Đối với những bài toán phức tạp, danh sách các giải pháp của các chuyên gia có thể dài dằng dặc, và đi cùng với nó, việc lựa chọn một giải pháp cụ thể sẽ tốn nhiều thời gian. Để chụp ảnh, lẽ nào mọi lúc mọi nơi phải cần tới chiếc máy tính xách tay kè kè bên người? Người ta lại phải tìm cách đơn giản hoá danh sách các giải pháp đi bằng cách cắt xén, lược bớt những yêu cầu “quá đáng” trong quá trình điều khiển. Một máy bơm nước, nếu bơm lỡ 2 xăng-ti-mét nước thì cũng chả làm sao! Một máy nghiền xi-măng lỡ có chạy quá 2 phút cũng không bị coi là lầm lỡ. Nhờ thế, danh sách các kinh nghiệm điều khiển thiết bị trong phân xưởng vài trăm công nhân cuối cùng đã được nạp vào một con chíp to cùng lắm là bằng ba ngón tay.

Sau khi đã có lý thuyết Âu-Mỹ soi sáng, vào năm 1973, nhờ công nghệ mờ, lần đầu tiên người Nhật lắp đặt thành công những thiết bị theo dõi và điều khiển đèn xanh đèn đỏ trên các xa lộ vành đai thành phố Sendai, giúp cho việc điều phối các xe công-ten-nơ chở hàng cồng kềnh được trôi chảy. Nói nôm na là khỏi cần cảnh sát giao thông chỉ đạo hiện trường 24/24 giờ, nếu xe vắng, đèn đỏ tự bật lên, nếu xe đông, thời gian đèn xanh sẽ được kéo dài thêm ra. Sau ba tháng thử nghiệm, các hãng vận tải đều nhiệt liệt hoan nghênh thành tựu rực rỡ của điều khiển mờ, vì năng suất vận tải của họ tăng rõ rệt. Không cần đến các mô hình toán-lý phức tạp cồng kềnh, chỉ cần áp dụng những luật ứng xử đầy chất kinh nghiệm, giản đơn và dễ hiểu.

Nhật Bản vốn rất mạnh về các thiết bị điện tử. Trong lần ra mắt này, hãng Hitachi đã huy động đến cả những thiết bị quan sát điện tử, tính đếm số lượng xe công-ten-nơ lưu thông trên đường từ xa, rất xa, trước khi đoàn xe chở hàng dài dằng dặc bò tới chân các cột đèn giao thông và truyền thông tin về bộ điều khiển. Điều khiển mờ chính thức gây được sự chú ý với tư cách như là một công nghệ tiên tiến, một giải pháp mới của ngành công nghiệp. Trong suốt chặng đường dài nghiên cứu khoa học của mình, đây có lẽ là trường hợp đạt tốc độ kỷ lục khi con người mang lý luận áp dụng vào thực tiễn.

Từ năm 1989 đến 1995, những nhà công nghệ Nhật Bản thiết lập một phòng thí nghiệm, đúng ra là tổ hợp nghiên cứu-ứng dụng công nghệ điện tử kết hợp điều khiển mờ, mang tên LIFE (the Laboratory for International Fuzzy Engineering). Sự khai sinh của Tổ hợp này là sáng kiến của Chính phủ. Kinh phí tạo dựng ban đầu phần lớn do Chính phủ đài thọ, song các hãng điện tử lớn đều được vận động tham gia đóng góp về nhân lực và tài chính với tư cách thành viên tập thể. Chính các hãng trực tiếp biến các sản phẩm của phòng thí nghiệm thành sản phẩm hàng hóa. Các kết quả nghiên cứu bao giờ cũng được chia sẻ một cách công bằng cho mọi nỗ lực đóng góp.

Cũng chính bởi sự giản đơn gọn nhẹ có chủ ý trong mô hình hóa, người Nhật gắn các bộ điều khiển mờ vào các mạch IC chuyên dụng, làm cho mọi việc cứ như là đang được tiến hành bởi các chuyên gia đầy kinh nghiệm. Máy chụp ảnh du lịch vì sao dễ chụp thế, đến cả đàn bà con gái hay học sinh tiểu học cũng chụp được? Là vì những thao tác lấy ánh sáng, đặt tiêu cự, mở góc ống kính... (quanh đi quẩn lại, giỏi lắm chỉ độ vài ba chục động tác!), đến cả các “chuyên ra chụp ảnh” ở bãi biển Sầm Sơn cũng thuộc vanh vách, nên việc đưa sẵn vào con chíp IC dễ ợt. Các máy rữa ảnh thông minh không kém. Máy giặt Fuzzy cũng vậy, hầu như tự động hoàn toàn các khâu kiểm tra nước vào, độ nóng của nước, độ kiềm (xà phòng đã đủ chưa?), vắt khô quần áo..., đều nhờ một chú IC. Đâu có cần điều khiển tối ưu. Chỉ cốt điều khiển được.

Tất nhiên, đồ dễ dùng thì có nhiều người mua, hàng dễ bán. Vả lại, nếu luật điều khiển mờ đơn giản thì giá thành của máy móc gia dụng sẽ đỡ đi cho người tiêu dùng: làm sao một con IC bé như cái kiến lại cao giá được? Ông Côổng có vẻ bức xúc: các máy móc trong gia đình, ai cũng điều khiển được, tại sao máy tính không điều khiển được? Có người đã ví von trêu tức ông: một tài xế tắc xi trung bình dễ dàng chọn phương án lách xe vào giữa 2 chiếc xe to tướng ở bãi đỗ xe, trong khi “nhờ” đến “các ông” toán học cộng “các ông” công nghệ thông tin ra tay thì chắc sẽ phải huy động tới vài cụm siêu máy tính khổng lồ.

Quan điểm của ngành điều khiển mờ đã ảnh hưởng to lớn tới tư duy về thông tin. Con người, trước khi đi đến một quyết định nào đó, phải chăng đã nắm bắt đầy đủ thông tin? Còn lâu. Nhưng anh ta vẫn phải ra quyết định. Những người lái xe máy trên đường phố chả còn thì giờ đâu để nghĩ đến tối ưu. Phù phiếm quá. Họ buộc phải xử lý tức thời, tăng ga cho xe máy tránh thật xa, hoặc nhanh chóng phanh kít lại, khi thấy một bác xích-lô ầm ầm lao từ trong ngõ ra. Nếu anh chàng nào lúc ấy vẫn còn mê mải tính đếm con đường ngắn nhất, lộ trình tốn ít nhiên liệu nhất, số lượng thao tác phải thực hiện ít nhất, thì chắc chắn anh ta sẽ phải giải bài toán điều khiển tối ưu đó trong... bệnh viện.

Đứng trước một mớ dữ liệu dày đặc, kiểu như gần chục trang báo rao bán nhà đất, làm sao con người có thể so sánh hơn thiệt một cách chi li? Tiêu chí “tốt” cho hai căn nhà trở nên không khách quan nữa. Đứng trên quan điểm này thì tốt hơn, đứng trên quan điểm kia thì lại tồi hơn. Gọi là điều khiển mờ, nhưng không phải là mù mờ hay mờ mịt. Nhiệm vụ của nhà khoa học là phải làm rõ ra: mờ đấy, nhưng mờ đến mức nào, phải có con số hẳn hoi. Họ có một công cụ sắc bén là chiếc máy vi tính. Nó giúp họ chạy đi chạy lại chương trình, thử thật nhiều phương án khác nhau, trước khi đúc kết thành tri thức. Công việc này ngược lại hẳn so với công việc của một vài quan chức: các ông bà này cố tình làm mờ bớt đi những thông tin đã rõ như ban ngày. Hoặc cách xử lý thông tin mờ mịt của những viên chức lười động não: trước một kho dữ liệu lớn, họ sẽ chọn phương án xử lý, tùy theo cách chọn phương án của những ông X, ông Y nào đó nằm trong một công đoạn khác. Cả xã hội đành phải xếp hàng chờ nhau.

Điều khiển mờ cũng kiến nghị những cách xử lý thông tin tế nhị. Thay vì cho điểm trực tiếp các thí sinh dự thi hoa hậu, Ban giám khảo hoàn toàn có thể đưa ra ý kiến đánh giá của mình trong những cuộc đấu tay đôi, tức là cho ý kiến về tương quan giữa hai ứng cử viên Mơ và Mận. “Theo tôi, cô Mơ có khả năng đoạt hoa hậu hơn cô Mận”, hoặc là “nếu cô Mận là hoa hậu thì cô Mơ phải là á hậu”...v.v... Máy tính sẽ nhanh chóng tổng hợp các ý kiến đánh giá theo những sơ đồ đánh giá định sẵn: nếu theo sơ đồ đánh giá 1, cô Mơ sẽ là hoa hậu; còn nếu theo sơ đồ đánh giá 2, cô Mận sẽ là hoa hậu.v.v... Nếu muốn cho khách quan công bằng hơn nữa, (sự này thường hiếm), thì có thể vận dụng 10 sơ đồ đánh giá cùng một lúc và lấy trung bình cộng của cả 10 sơ đồ này.

Ông Côổng cho biết thêm, một trong 9 đề tài nghiên cứu chính của phòng thí nghiệm LIFE là xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ việc buôn bán trao đổi ngoại tệ bằng những dự báo các tỷ giá hối đoái, dựa trên các ước lượng bằng kinh nghiệm của các chuyên gia, nhằm nâng cao hiệu quả của cả hệ thống kinh doanh. Hệ thống hỗ trợ ra quyết định này chứa trong mình cả thảy 5.100 luật suy diễn mờ. Ghê thật.

Phạm vi ứng dụng thực tiễn của điều khiển mờ trong các lĩnh vực khác nhau hết sức rộng: sản xuất công nghiệp, nghiên cứu và dự báo kinh tế, quản lý môi trường, xã hội học, y học, toán học, công nghệ tin học... từ điều khiển lò nung xi-măng đến quản lý các bãi đỗ xe, điều khiển vận hành hệ thống tàu điện ngầm, quản lý các nhóm thang máy trong khách sạn, điều chỉnh việc hòa khí cờ-lo trong các nhà máy lọc nước, điều khiển chế độ đóng mở các máy bơm làm sạch nước thải, điều khiển hệ thống cung cấp năng lượng và kể cả điều khiển lò phản ứng hạt nhân. Gần đây là ứng dụng vào bộ phận tự lái của máy bay trực thăng thám sát các sự cố trên đường cao tốc, quản lý bay, bẻ ghi đường sắt trong các nhà ga và điều khiển hệ thống cần cẩu công-ten-nơ ở cảng... Nền công nghiệp sử dụng công nghệ mờ ở Nhật Bản năm 1993 có tổng doanh thu khoảng 650 triệu USD, tới năm 1997 đã vươn tới 6,7 tỷ USD và hiện nay, số tiền chi hằng năm cho nghiên cứu và phát triển lý thuyết mờ và công nghệ mờ tại Nhật Bản ước khoảng 500 triệu USD.

Ông Côổng nói, ngoài kiến thức, còn phải dạy cho lớp học sinh sinh viên cách thức tổ chức công việc của người Nhật. Tuy nhiên, ông có vẻ chế nhạo những nét văn hoá hơi thái quá của người Nhật: những buổi sinh nhật rầm rộ của từng nhân viên trong công ty; “Sếp” chưa rời nhiệm sở thì nhân viên cũng chưa được rời nhiệm sở, cho dù đã quá giờ làm việc; Ai xài hết toàn bộ số ngày phép trong một năm sẽ bị đánh giá là “chưa nhiệt tình với công ty”.v.v...

Tôi rời bảo tàng trong ý nghĩ mông lung: A-la-đanh, ngày mai tôi phải làm gì?

(theo Tin học Đời sống – còn nữa)