Владимир Бусленко - Наш коллега - робот
Многие попытки возродить "эру парусов" на морях продиктованы лишь ностальгией по быстроходным - клиперам прошлого. Но есть и другие мотивы. Одна из английских фирм начала разработку парусной оснастки для современных торговых судов в качестве вспомогательной "силовой установки". По заявлению руководства фирмы при проектировании используются последние достижения в аэрокосмической промышленности и судостроении. Ставится цель создать систему парусов, полностью управляемую ЭВМ, что обеспечит постоянную наивыгоднейшую их установку с помощью сервомоторов.
Таким образом, не потребуется большой команды для ее обслуживания. По расчетам, внедрение этой системы позволит судовым компаниям экономить до 20 процентов топлива.
Уже год на регулярных торговых линиях в Китайском море ходит танкер "Син Аитоку мару" с автоматизированными парусами и двигателем. Обследованы разные комбинации скорости танкера и мощности двигателя - паруса всегда оказывались выгодными. Так, по одной из записей в вахтенном журнале: при скорости 20,4 км/ч при убранных парусах от двигателя требовалась мощность 612 кВт (834 лошадиные силы), при поднятых - скорость повышалась на 2,8 км/ч, а мощность уменьшалась на 73,5 кВт, то есть на 12 процентов. Топлива за год сэкономлено на 180 тысяч долларов.
Две мощные железнодорожные компании США - "Берлингтон Нортерн" и "Чесси Систем Рейлроуд" - в настоящее время серьезно заняты проблемой внедрения паровозов нового поколения на угольном топливе в качестве перспективной альтернативы дизелям и электровозам. В основе такой переоценки поездной тяги лежат два соображения: высокая стоимость нефти и техническая возможность создания совершенно новых паровозов с использованием автоматики и электроники.
Новый локомотив "АСЕ 3000" будет иметь мощность 2200 киловатт, длину пробега без пополнения топливом 800 километров, скорость 130 километров в час. Он не будет дымить, как прежде. Это будет достигнуто благодаря двухступенчатому циклу с применением оптимального четырехцилиндрового парового двигателя и управлению процессом сжигания топлива с помощью микропроцессора. Так удастся избежать потерь пара, тепла, а значит, и потерь энергии. Существующие паровозы даже при благоприятных условиях имели к.п.д. 7 процентов. У нового он будет достигать 13.
РОБОТЫ ВНУТРИ НАС
Несколько лет назад 22-летняя Нэн Дэвис из Детройта, штат Огайо (США), попала в автомобильную катастрофу, следствием которой стал поперечный миелит.
Нэн была обречена на неподвижность, сообщает журнал "Изобретатель и рационализатор" (1983, No 6). "С помощью компьютера д-р Дж. Петровский вновь научил девушку ходить. К ножным мускулам были прикреплены 30 электродов и сенсорных датчиков. Электрические импульсы, посылаемые компьютером, стимулируют мышцы. С мускулов сигналы снова возвращаются на ЭВМ, чтобы машина могла координировать движения ног. Сейчас изобретатель работает над компактным компьютером размерами не больше 25X15 сантиметров, чтобы больной мог носить его с собой на спине. В дальнейшем д-р Петровский собирается вживлять микропроцессоры непосредственно в мышцы больных".
Идея создания искусственных "запчастей" к организму человека для замены больных или поврежденных органов не нова. Но только в наши дни тесное сотрудничество специалистов различных областей - от химии полимеров и аэрокосмической техники до микроэлектронной роботологии и биологии позволило предоставить медикам набор технических "чудес": искусственную кожу, искусственную кость и искусственную кровь, управляемые микропроцессором конечности, внутриглазные линзы, миниатюрные насосы, заменяющие поджелудочную железу, искусственные почки и кровеносные сосуды.
Здесь робототехническое моделирование человеческой природы становится опять самой природой.
Однако то, что выглядит легким в теории, на практике часто оказывается неимоверно трудным. Сердце, например, - это, попросту говоря, обыкновенный насос.
Однако он "обслуживает" около ста тысяч километров кровеносных "трубопроводов", делая по сто тысяч ударов ежедневно все 365 дней в году. И так в продолжение семидесяти лет и более! Несмотря на два десятилетня интенсивных и дорогостоящих исследовательских работ, достойное искусственное сердце все еще не стало реальностью. В университете штата Юта было разработано полностью искусственное сердце "Джарвик", насос из полиуретана и алюминия, приводимый в движение воздухом, но применяться на практике оно сможет самое раннее после 1987 года.
"К 1996 году бегуны на марафонские дистанции, снабженные "высокоэффективными искусственными сердцами, могут быть дисквалифицированы из-за своего несправедливого преимущества над остальными", - говорит доктор У. Колф из университета штата Юта.
Появились и другие не менее интересные изделия.
Электрокардиостимуляторы (электронные стимуляторы сердечной деятельности) уже носят в себе сотни тысяч пациентов, которым их вживили в организм для регулирования сердечных сокращений. Искусственные кровеносные сосуды из полиэфирного волокна используются для помощи пациентам, страдающим сужением просвета артерий. Многим делается замена больного тазобедренного сустава искусственным. Эта операция теперь почти всегда проходит успешно после того, как начали применяться конструкционные материалы из акриловой пластмассы и высокопрочных сплавов. Другим общеупотребительным устройством является искусственное стремечко из нержавеющей стали и тефлона (фторопласта) для замены крохотной ушной косточки, по форме похожей на стремя и располагающейся внутри среднего уха. С его помощью восстанавливают слух больным, страдающим глухотой из-за отосклероза (патологического разрастания костной ткани).
С появлением микроэлектроники стали возможными революционные изменения в области создания искусственных конечностей. У истоков кибернетического протезирования стояли советские специалисты. Первая биоэлектрическая рука, созданная А. Кобринским, с успехом демонстрировалась на многих международных конференциях. Развитие этого направления в наши дни также не остается незамеченным. Оно воплощено в новом изобретении студентов и молодых инженеров МВТУ имени Н. Баумана, получившем премию Ленинского комсомола за 1981 год, - механической руке, управляемой биопотенциалами мышц. Рука послушно и точно повторяет движение своего повелителя-оператора. Тот, в свою очередь, при перегрузке робота ощущает электрические сигналы. Почувствовав, что машине приходится слишком тяжело, оператор может вовремя уменьшить нагрузку.
Это уже второе, очувствленное поколение биорук.
Активно ведутся эксперименты по созданию запчастей человеческих конечностей и за рубежом. Были разработаны так называемые "рука из Юты" и "бостонский локоть" (в создании которого участвовали четыре университета и исследовательских центра города Бостона).
Эти искусственные конечности, имеющие привод, изготовлены преимущественно из легких композитных материалов на основе графита и пластмасс. Они снабжены аккумуляторными батареями, микроэлектронными схемами и наборами электродов, которые прикрепляются к плечевым мышцам. Люди с ампутированными руками учатся управлять этими устройствами в значительной мере так же, как естественными конечностями, - используются биологические обратные связи. Мозг посылает мышцам команду двигаться. Сокращаясь в ответ на эти сигналы, мышцы вырабатывают импульсы биотоков, которые можно зарегистрировать с помощью электродов на поверхности кожи. Отсюда сигналы передаются к искусственной конечности и преобразуются в движения.
Чтобы поднять тяжелый предмет, весящий, скажем, 20 килограммов, инвалид просто напрягает мышцу.
"С помощью этой руки нельзя играть на фортепиано или на скрипке, говорит разработчик "руки из Юты" С. Джекобсен, - однако многим она эффективно заменяет утраченную конечность".
Инженеры-биомеханики создали также управляемый ЭВМ коленный сустав с голенью, известный под названием "колено МТИ" (МТИ - Массачусетский технологический институт). Внутри его имеется встроенный микропроцессор, осуществляющий приспособление устройства к индивидуальной походке человека.
Быстрый прогресс микроэлектроники является причиной революции в медицинской технике, которая приведет к созданию новых искусственных органов. Программируемые "инсулиновые насосы", которые носятся на ремне или вживляются в организм, заменяют поджелудочную железу, контролируя уровень сахара в крови у диабетиков. Также создано экспериментальное "электронное ухо" для больных, страдающих некоторыми разновидностями глухоты. Во внутреннее ухо им вживляются электроды, которые соединяются с крошечным микрофоном и интегральной схемой, носимыми на теле. Звук, преобразованный в электросигналы, возбуждает слуховой нерв, посылая в мозг электрический образ, воспринимаемый им в виде речи.
