И Артоболевский - Знакомьтесь - роботы !
Такова вкратце идея устройства, которое получило название "экзоскелетон" и разрабатывается во многих местах.
Уже на первых этапах исследований стало ясно, что невозможно сделать экзоскелетон, сравнимый в отношении подвижности с живой "конструкцией". Следовательно, первая задача состояла в том, чтобы на основе биомеханических исследований выбрать расположение, вид и число подвижных сочленений, согласующие требование максимальной подвижности с возможностью практического осуществления, а затем экспериментально проверить и уточнить выбранную кинематическую структуру.
Даже когда фактически решались только вопросы геометрии и кинематики, исследователи встретились с большими трудностями. Не вдаваясь в подробности, поясним на простых примерах, какие вопросы приходится решать при разработке устройств типа экзоскелетон
Локтевой, коленный и другие суставы тела имеют сложное устройство. Головки костей, образующие их "кинематические пары", не просто шарниры с постоянной осью вращения. При относительных поворотах они перекатываются одна по другой, при этом мнимая ось вращения не остается неподвижной, а как бы перемещается по поверхностям контакта.
Принцип построения и геометрические свойства живых сочленений изучены мало. В экзоскелетонах, как и в манипуляторах, вместо таких сложных соединений применяют обычные шарнирные сочленения. Но если сочленения экзоскелетона движутся не совсем так, как естественные, значит, космонавт и его костюм будут двигаться по-разному. Не повредит ли это космонавту?
И наконец, пусть экзоскелетон изготовлен. Как его соединить с человеком? Как сделать так, чтобы эти соединения не мешали совместным движениям биотехнической системы? Как заставить двигаться футляр, чтобы его движения были мощными и быстрыми? Как разместить на экзоскелетоне двигатели, необходимые для приведения в движение всех подвижных сочленений?
Подобные и многие другие вопросы, решение которых представляет не только практический, инженерный, но и научный интерес, составляют содержание лишь одного из разделов исследований и работ, которые ведутся сейчас в ряде стран. В конечном счете оказалось, что можно построить экзоскелетон, который позволит человеку легко поднять полутонный груз и нести его со скоростью около 1,5 километра в час.
В одном из проектов, получившем название "Хардимен", оператор с надетой на него управляющей частью системы стоит внутри антропоморфной конструкции, состоящей из двух половин, соединенных в поясной части специальным разъемным устройством. Футляр воспринимает действие внешних нагрузок и свой собственный вес и повторяет все движения оператора, sa исключением движений кистей, взамен которых у акзоскелетона сделаны захваты, примерно такие же, как у обычного манипулятора. 30 степеней подвижности оказывается достаточным, чтобы машина могла выполнить множество задач, связанных с подъемом, переноской, укладкой самых различных грузов. Однако сведений о реализации этого проекта в печати не было.
В романе "Борьба миров" Герберт Уэллс описывает фантастическую картину высадки на Землю марсиан, передвигающихся с помощью шагающих машин. Есть все основания думать, что эта картина рисует будущее, как говорят, с точностью до наоборот, то есть не марсиане сделают попытку освоить Землю и приспособить ее для своих нужд, а жители Земли начнут осваивать Марс. Почему бы землянам при этом не использовать шагающие полуроботы? А возможно, удобнее будет направлять их действия и поступки с большого или очень большого расстояния, так что люди при этом будут оставаться в безопасной зоне?
В последние годы предполагаемую область использования устройств типа экзоскелетон не ограничивают космосом. Есть сообщения о возможности на их базе строить шагающие манипуляторы, использовать их для подводных работ и исследований. Самое удивительное, что при этом фантазия начинает разыгрываться все больше не только у писателей-фантастов - людей, склонных в силу своей профессии представлять невозможное действительным. Ученые, инженеры, которым "по штату" положено фантазировать в самых скромных пределах, все чаше кажущееся невозможным делают практически осуществимым.
БЕСЧУВСТВЕННЫЙ РОБОТ
У КОНВЕЙЕРА И СТАНКА
Вы видели когда-нибудь, как работает сборочный конвейер на автомобильном заводе? Как движется вдоль линии длиной в добрый километр с лишним сначала один только кузов автомобиля, как он по дороге обрастает десятками, сотнями, тысячами узлов, деталей, как со всех сторон, с боков и сверху на тележках и противнях, по транспортерам, установленным на полу, подвешенным к потолку, укрепленным на колоннах, поступают на сборку двигатели, трансмиссии и колеса, болты, гайки и прокладки, стекла, сиденья и задние мосты, рычаги, муфты, трубки? Не имеет смысла перечислять здесь и малую долю из сотен названий всего того, что нужно, чтобы с конвейера в конце концов сошел готовый автомобиль. Минута - автомобиль, еще минута еще автомобиль, автомобиль, автомобиль...
Вы были на таком конвейере? Ну тогда вы, конечно, видели, что автомобиль собирают люди, много людей - операторов-сборщиков. Весь процесс сборки до самой мелочи расписан и "разрублен", поделен на операции, каждая операция поручена отдельному оператору, иногда двум операторам.
"Минута - автомобиль" означает, что каждую минуту человек должен начать порученную ему операцию, а по истечении минуты закончить ее. Конвейер это вам не мастерская средневекового часовщика, который все делал сам. На конвейере специализация: минута - операция, еще минута - еще операция. Прошло два часа - десять минут отдыха, а затем: минута - операция, еще и еще.
За минуту много не сделаешь. Можно установить пару колес, надев их на шпильки и затянув гайки; можно присоединить рычаги педалей газа и тормоза; можно протереть стекла салона, поставить сиденье... Каждая операция рассчитана на то, чтобы человек мог ее выполнить за минуту.
Двигатели и колеса, кузова и задние мосты пришли на главный конвейер с других конвейеров, где их собирали из отдельных узлов и деталей. И там процессы сборки поделены на сравнительно простые, короткие операции: минута или две - операция, еще минута - операция... И там эти операции тоже выполняют люди - сборщики.
Узлы и детали, поступившие на сборку, были изготовлены в цехах автомобильного завода и на других заводах: электроаппаратуры и пластмасс, резиновых изделий и стекла. А процессы их изготовления тоже "разрублены" на простые, короткие операции.
Так же обстоит дело на заводах, где производят мотоциклы и велосипеды, телевизоры и радиоприемники, швейные машины и книги. И там процессы изготовления деталей и сборка узлов и изделий поделены на операции, на более короткие или менее короткие.
Но, конечно, современное производство не средневековая мастерская, где все делалось руками. В наше время основную, тяжелую, трудоемкую работу по изготовлению деталей и изделий делают машины и автоматы.
Однако невозможно построить одну такую машину или автоматическую линию, которая бы изготовила часы целиком, с начала до конца, совершенно без участия человека. Именно поэтому технологические процессы изготовления изделий, как и процессы сборки, поделены на операции, которые выполняют то люди, то машины.
Теперь часы, все их части и детали проходят через десятки, сотни машин и рук, так же как через сотни машин и рук проходят детали и узлы автомобиля, телевизора, пылесоса.
Миллионы разных деталей нужно обработать, миллионы разных операций нужно выполнить; обработать и выполнить их нужно миллионными "тиражами", чтобы произвести миллионы автомобилей, велосипедов, радиоприемников, других изделий массового производства, нужных миллионам людей.
Множество других изделий надо выпускать меньшими "тиражами". Но во всех случаях для их производства нужны машины, а для обслуживания машин нужны люди! люди!
Наш век - век автоматизации, но в то же время он век необычайного расширения производства. Автоматизация сделала уже много, чтобы освободить людей от тяжелых обязанностей по обслуживанию машин, но этого "много" еще очень мало, если учитывать потребности общества сегодня, а тем более завтра.
Миллионы людей сегодня работают у машин, станков, конвейеров, выполняя однообразные операции, утомительные своей монотонностью, подчас требующие значительных физических усилий: установил заготовку, снял изделие операция, еще минута или две - еще операция, и еще.
Машины становятся все более квалифицированными и наиболее сложную часть работы по изготовлению изделий выполняют автоматически. А человеческий труд, необходимый для их обслуживания, оказывается все более простым, менее квалифицированным. Чем шире развертывается механизированное и автоматизированное производство, тем большей оказывается потребность в таком труде - однообразном, утомительном.
