«Сезам, відкрий двері» — цими словами винахідливий і сміливий Алі-Баба відкривав чарівні двері в печеру з скарбами. Уявімо, що Алі-Баба вирішує задачу складнішу — намагається відкрити двері в іншу печеру, вхід в яку перекриває чарівний бочонок. Він може обертатися навколо вертикальної осі, а в його кришці пробито чотири однакових, симетрично розташованих отвори. Під кожним з них у бочонку знаходиться посудина, наприклад глечик. Просунувши руку в отвір, можна на дотик визначити, стоїть він догори або вниз горлечком. У печері темно, і через отвори бочонка нічого розгледіти неможливо.
Опустивши в бочонок обидві руки, можна перевернути один або два посудини. Після того як руки з отворів прибрано, бочонок починає швидко обертатися. Через деякий час він зупиняється у випадковому положенні. Через будь-які два отвори Алі-Баба може знову маніпулювати з посудинами до тих пір, поки їх не вдасться розташувати однаково — горлечками догори або вниз. Тільки тоді чарівні двері відкриються.
Спробуємо сформулювати алгоритм відкриття дверей — послідовність дій, які при будь-якому початковому розташуванні посудин і при будь-яких варіантах зупинок бочонка через деяку, заздалегідь відому, кількість ходів забезпечать відкриття дверей (приклад з бочонком та опис алгоритму запозичені з книги В. Касаткіна «Сім задач з кібернетики». Київ, «Вища школа», 1975).
Опускаючи руки в отвори бочонка, людина спочатку розпізнає положення двох посудин, а потім перевертає один або обидва (або не перевертає взагалі). Першу дію назвемо розпізнавачем, другу — оператором. Очевидно, що алгоритм відкриття дверей буде складатися з послідовності перших і других. Опишемо такий алгоритм у вигляді граф-схеми (рис. 1), в якій розпізнавачі позначені кружечками, а оператори — прямокутниками. Два йдучих один за одним таких символи назвемо тактом роботи.
Перше розпізнавання проведемо по діагоналі (кружечок № 1). Отвори, в які опущені руки, з’єднані рисочкою. Якщо горлечком догори розташований тільки один глечик, то другий треба перевернути; якщо у обох посудин горлечка дивляться вниз — перевертаються обидва; у нормальному положенні робити нічого не треба.
Друге розпізнавання (після обертання бочонка) проводиться за допомогою кружечка № 2 (руки пропускають у два верхні отвори). Порядок операцій при цьому аналогічний попередньому. Таким чином, після двох тактів роботи три з чотирьох глечиків займуть нормальне положення — два по діагоналі і один по одній зі сторін схеми.
Знову застосовуємо (після обертання та зупинки бочонка) розпізнавач № 1. Що там у нас у бочонку? Якщо один з посудин розташований горлечком вниз (останній з чотирьох), перевернемо його — і двері відкриті. Якщо ж горлечка обох посудин дивляться догори, то перевернути потрібно лівий верхній (за граф-схемою). Тепер на одній зі сторін два посудини розташовані горлечком догори, а на іншій — горлечком вниз.
Після чергового обертання бочонка застосовуємо варіант з кружечком № 2. Якщо обидва глечики поставлені однаково, їх перевертають (оскільки два інші посудини знаходилися в протилежному положенні). Двері відкриті.
Припустимо, що горлечком догори встановлений один з посудин. Тоді перевернути теж потрібно обидва посудини. Тепер по будь-якій з двох діагоналей вони будуть розташовані однаково.
Наступний такт починається з розпізнавача № 1. Незалежно від результату наших «досліджень» у бочонку застосовується оператор «перевернути обидва»: двері відкриті. Таким чином, користуючись описаним алгоритмом, вдається відкрити двері в печеру максимум за 5 тактів.
Знаючи принцип дії та алгоритм відкриття бочонка, сконструюємо аналогічний кібернетичний замок для сейфа (рис. 2).
У верхній частині корпусу знаходиться дверцята. Під нею вмонтовані чотири лампочки — вони грають роль посудин. Поруч з кожною виведена кнопка, натискаючи на неї (аналогічно опусканню рук у бочонок), можна з’ясувати, горить лампа (посудина горлечком догори) чи ні (посудина горлечком вниз). Крім того, біля кожної лампи знаходиться тумблер, перемикаючи який можна змінювати її стан (перевертати посудину).
Ще одна кнопка внизу корпусу. Натискаючи на неї, змушують бочонок «обертатися» (відбувається зміна станів ламп). На лівій бічній панелі під кришкою сховані ще чотири тумблери. За їх допомогою задається код замка — початковий стан ламп.
Дверцята сейфа відкриються тільки тоді, коли вдається підключити або відключити всі лампи.
Перш ніж розглянути роботу пристрою, познайомтеся з конструкцією обертових дисків. Вони виготовлені з фольгованого з обох боків гетинаксу або склотекстоліту. На одному боці (позначена цифрою 1) розташовані 4 концентричні кругові смуги. Інший бік диска розділений на 4 однакових сектори (металева фольга шириною близько 0,5 мм у проміжках між смугами та секторами видалена). Кожна кругова смуга на одному боці диска з’єднана з сектором на іншому, позначеним тією ж цифрою (рис. 3).
При обертанні диска по ньому ковзають щітки. На стороні 1 вони розміщені довільно, а на другій місця їх дотику рівновіддалені один від одного. Обидва диски посаджено на вал двигуна так, щоб кожен сектор першого диска знаходився точно навпроти відповідного сектора другого диска (якщо дивитися за напрямком вала двигуна).
Допустимо, що код сейфа задано тумблерами S10 і S11 (лампи Н2 і Н3 увімкнені). Людина натискає кнопку S13 «Хід сейфа» (назвемо цю кнопку, виходячи з того, що на кожен хід людини замок сейфа відповідає «своїм» ходом). Контакт S13.2 замикає ланцюг живлення електродвигуна M1, і закріплені на його валу диски починають обертатися. Поки вони рухаються, S13.1 розриває ланцюг живлення реле К1—К4. Припустимо, що перший диск зупинився таким чином (зупинка диска — випадкова подія, що залежить від часу натискання кнопки S13), що щітка Щ1 знаходиться на третьому, Щ2 — на четвертому, Щ3 — на першому і Щ4 — на другому секторі. Відповідно, на другому диску щітка Щ5 знаходиться на третьому, Щ6 — на четвертому, Щ7 — на першому і Щ8 — на другому секторі.
Коли кнопку S13 відпускають, замикається ланцюг живлення реле К1 і К4.
Згідно з алгоритмом застосовуємо розпізнавач № 1 — натискаємо на кнопки S1 і S3. Загоряється лампа Н3. Потім відповідно до граф-схеми застосовуємо оператор «обидва посудини горлечком догори»: перемикаємо тумблер S5.
Знову натискаємо на кнопку S13 і далі слідуємо вказівкам алгоритму.
Як тільки всі лампи будуть підключені (спрацюють реле K1—К4) або, навпаки, відключені (жодне реле не працює), через логічний ланцюжок, що складається з контактів К1.2, К2.2, К2.3, К3.2, К3.3, К4.2, до джерела струму підключається електромагніт Y1, і засув дверцят сейфа відкривається.
У нашому прикладі для цього достатньо, щоб були увімкнені тумблери S5 і S8 (горять всі лампи) або S6 і S7 (всі лампи погашені).
Можна змінювати код перед кожною демонстрацією роботи сейфа. А для того щоб при відкритті бічної кришки важко було підглянути код замка, вимикачі розташовують «вперемішку» (наприклад, S7, S5, S8, S6).
Після того як вимикачі, розташовані на лицьовій панелі, встановлені в початкове положення (ручки S5—S8 — внизу), замок сейфа готовий до подальшої роботи.
У пристрої застосовані наступні деталі: реле К1, К4 — РЭС9 (паспорт РС4.524.201); К2, К3 — РЭС22 (паспорт РФ4.500.131); M1 — електродвигун ДСД-60; кнопки S1 — S4 — K1, S13 — КМ-2; вимикачі S5 — S12 — МТ1, S14 — Т1; лампи Н1—Н4—СМ26-5.
Серцевина силового трансформатора набрана з пластин Ш20X20 мм. Мережева обмотка містить 2750 витків дроту ПЭЛ 0,15, обмотка II — 300 витків дроту ПЭЛ 0,5. Як електромагніт Y1 використовується обмотка реле РКМ. З якорем цього реле з’єднаний металевий стрижень, що грає роль засуву замка. На вісь дверцят надіта пружина, яка розкриває дверцята при втягуванні засуву.
У сейфа з кібернетичним замком є один недолік: пристрій не «стежить» за діями людини і сліпо слідує своїй програмі. Тому прилад легко «збити з пантелику», порушивши правила поводження з ним. Допустимо, людина натискає на дві кнопки, з’ясовує стан відповідних ламп і виробляє перемикання тумблерів. Потім, не натискаючи на кнопку «Хід сейфа» (тобто не змінюючи стану ламп), натискає на дві інші кнопки, з’ясовує стан інших ламп і перемиканням тумблерів приводить всі лампи в однакове положення. Таким чином, замок відкривається простим підбором положень вимикачів, і вся ідея алгоритму відкриття сейфа втрачає свій сенс.
Однак у схемі замка можна передбачити зміни, що не дозволяють стороннім порушувати правила поводження з сейфом, виключають можливість підбору комбінації положення вимикачів.
Схема ускладненого кібернетичного замка наведена на рисунку 4. Блокування невірних дій людини здійснюється наступним чином. Через 1—1,5 с (цей час підбирають при налаштуванні пристрою) після того, як людина натиснула на дві кнопки і побачила, горять чи ні відповідні лампи (здійснив розпізнавання), Н1 — Н4 відключаються. Якщо людина тепер і буде натискати на інші кнопки (порушуючи правила), вона не зможе отримати інформацію про стан інших ламп.
Одночасно з погасанням ламп Н1—Н4 увімкнюється електродвигун, що обертає диск: тим самим стан лампочок буде змінюватися. Двигун працює до тих пір, поки не натиснута кнопка «Хід сейфа». Після цього знову підключаються H1—Н4, і людина може продовжити процедуру відкриття сейфа — застосувати один з розпізнавачів. Якщо ж підібрана комбінація гасить або, навпаки, запалює всі лампи, то після натискання кнопки «Хід сейфа» двері відкриваються.
Розглянемо на конкретному прикладі, як працює такий пристрій. Допустимо, що код сейфа задано відключенням тумблерів S10 і S11 (лампи Н2 і Н3 під’єднані).
На сейф подають електроживлення, і людина згідно з алгоритмом застосовує розпізнавач № 1 — натискає на кнопки S1 і S3. При цьому замикається ланцюг живлення реле К5 і К7, вони спрацьовують і самоблокується контактами К5.1 і К7.1. Одночасно контакт К7.4 замикає ланцюг лампи Н3, і вона загоряється. Крім того, замкнуті контакти К5.2 і К7.3 під’єднують до джерела струму реле К9, яке через деякий проміжок часу, що визначається ємністю конденсатора С1, спрацьовує. Розімкнуті контакти відключають живлення ламп Н1 — Н4 і реле К1 — К4. Одночасно контакт К9.2 увімкнює двигун Ml, який починає обертати диски.
Таким чином, після натискання двох кнопок стан ламп змінюється і стає неможливим підібрати потрібну комбінацію вимикачів без використання всіх етапів алгоритму. Це відбувається тому, що контакт К9.1 відключає Н1—Н4 і К1—К4, завдяки яким можна отримати інформацію про стан ламп.
Продовжуючи відкривати сейф, людина застосовує оператор «обидва посудини горлечком догори» — перемикає S5. Тепер натискається кнопка «Хід сейфа» S13; при цьому розмикається ланцюг живлення реле К5 — К8. При цьому реле К5, К7, а за ними і К9 також відключаються.
Потім людина знову натискає на дві кнопки біля ламп і далі слідує вказівкам алгоритму.
Як тільки всі 4 лампи будуть підключені (спрацюють реле К1 — К4) або, навпаки, всі відключені, логічний ланцюжок з контактів К1.2, К2.2, К2.3, К3.3, К4.2 підключає до джерела струму реле К10, яке спрацьовує і своїм контактом К10.1 замикає ланцюг живлення електромагніта Y1. Його серцевина, з’єднана з засувом дверей сейфа, втягується, і він відкривається (після натискання на кнопку «Хід сейфа»).
Б. ІГОШЕВ