Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2012 № 08
Нам как-то довелось видеть такую «шестиножку» в действии. Она по очереди уверенно переставляла свои ноги, не опрокидывалась даже, когда ей на пути разбрасывали кубики, заставляли преодолевать иные препятствия. Ведь ног-то у нее целых шесть!
Шагоход с погрузчиком на поле. Вверху: в Волгограде ведется разработка нового отечественного шагохода.
Однажды научившись, человек потом ходит, бегает и прыгает не задумываясь. Но это не значит, что его действия бесконтрольны. Движением нашего тела, в том числе рук и ног, управляет спинной мозг, давая возможность мозгу головному заниматься более важными делами — прежде всего, конечно, думать.
Транспортные роботы тоже нуждаются в управлении. Инженеры разработали несколько способов управления шагающими машинами.
Американские специалисты, например, однажды поручили это человеку-оператору. Пусть сидит в кабине и нажимает на рычаги и педали. Нужно шагнуть передней ногой — передвинет рычаг, задней — нажмет на педаль…
Устроили испытания. И что же? Выяснилось, что такое управление машиной очень утомительно для человека. Он гораздо меньше бы устал, если бы шел просто пешком.
Петербургские конструкторы, построившие шагающую машину ШАМА, поступили по-другому. Управление шагоходом они доверили вычислительной машине, «электронному мозгу».
Глаз телекамеры осматривал окружающее пространство и сообщал компьютеру о препятствиях на дороге.
Вычислительная машина принимала нужные решения, и транспортный робот соответственно то удлинял шаг, перебираясь через канаву, то приподнимался на «цыпочки», чтобы не задеть туловищем-корпусом большой камень, лежащий на пути.
Московские инженеры попробовали управлять движением шагохода третьим способом. У сконструированной ими в 1975 году под руководством академика Дмитрия Евгеньевича Охоцимского «шестиножки» вообще не было «электронного мозга». Его заменило более простое устройство — релейное. Не было и телеглаза; маршрут движения выбирал человек-водитель. Но ему не нужно было думать, какую ногу транспортный робот должен поставить сначала, а какую потом. «Шестиножка» делала это сама, при помощи релейной схемы. А потому управлять такой машиной оказалось не сложнее, чем обычным автомобилем.
Что делается?
У новой машины наших ученых и инженеров уже восемь ног, высотой почти в полметра каждая. Этого оказалось вполне достаточно, чтобы «шагалка» брала самые трудные препятствия, не переваливалась с ноги на ногу, не раскачивалась из стороны в сторону, а плавно шла легкой «походкой».
Экологически безопасная машина незаменима в местах, где нет дорог, там ей цены нет. В первую очередь на «северах», где под гусеницами вездеходов гибнет хрупкая растительность тундры. Как утверждают экологи, след от тяжелого грузовика в тундре отпечатывается чуть ли не на 100 лет. И если мы хотим сохранить, оставить после себя в полной красе северную природу, нужны именно такие аппараты. Робот ступает аккуратно, не повреждая почву. Его можно научить ходить даже по болотам.
Финансировало работы по созданию новой машины Министерство образования и науки в рамках программы «Разработка нетрадиционных средств передвижения». Когда дело дошло до стадии «железа», к делу подключились и специалисты Волгограда. Там над новинкой основательно поработали заведующий кафедрой теоретической механики профессор Волгоградского государственного технического университета Е. Брискин, генеральный директор ЦКБ «Титан» В. Шурыгин и его заместитель В. Серов.
Шагоход для заготовки лесоматериалов.
Что же касается электронной «начинки», то тут свою долю работы выполнили москвичи. Именно они решили множество задач по геометрии и кинематике, чтобы выработать алгоритм движения, создать соответствующее программное обеспечение для шагохода.
На каждой ноге, точнее — шагающем модуле, установлено как минимум пять сенсоров (всего их 20). Сигналы от них поступают в бортовой компьютер. Он анализирует поступающую информацию, моментально обрабатывает и задает ритм движению шагающего робота — как бы проектирует его походку.
Скоро к «ногам» добавятся еще и «руки» — ведь робот должен не только шагать, но и что-то по ходу делать.
Значит, появятся новые сенсоры и сигналы. Алгоритм управления шагающей машины еще более усложнится.
«В режиме реального времени предстоит обрабатывать от 20 до 50 сигналов несколько раз в секунду, — полагает профессор Павловский. — Тогда робот будет двигаться со скоростью в 3–5 км/ч, не задумываясь, какую ногу куда поставить…»
По сути, речь идет о создании зачатков системы искусственного интеллекта. Наличие такой системы позволит водителю просто сказать машине: «Давай-ка сейчас вправо, а метров через 500 поверни налево». И машина выполнит команду с точностью до метра.
Где нужны «шагалки»?
Насколько это сложно, говорит и такой факт. Сегодня в мире лишь несколько ведущих лабораторий — в Японии, США (НАСА) и отчасти в Германии — занимаются разработкой таких сложных систем управления.
Наши исследователи не уступают зарубежным коллегам, а в 80-х годах прошлого века даже опережали их.
И с каждым годом конструкции транспортных роботов становятся все совершеннее. Специалисты придумывают шагающие машины для геологов и полярников, лесников и тружеников сельского хозяйства. Они помогут людям доставлять грузы через топкие болота и лесные вырубки, усеянные пнями, через ледяные торосы, трещины и горные перевалы, по узким, обрывистым тропинкам. Обычные колесные или гусеничные вездеходы здесь не годятся, они безнадежно застрянут на первых же метрах пути. Иное дело — шагающие роботы. Словно лось, такой шагоход пройдет по болоту; гигантским кузнечиком перепрыгнет овраг; как заправский альпинист, взберется по крутому склону. Кроме того, ныне уже есть роботы, способные, словно пауки, взбираться по лестницам, передвигаться по стенам и потолку.
Возможно, одним понадобятся две ноги, другим — четыре, третьим — восемь… Словом, каждый раз ровно столько, сколько им нужно, чтобы хорошо выполнить порученную работу.
Управлять «шагалками» тоже будут по-разному, в зависимости от их назначения. Если потребуется, их оснастят «электронным мозгом», а может быть, будет достаточно и релейной схемы. Каким-то роботам не обойтись без водителей, другие смогут работать самостоятельно.
Многим из них найдется дело на Земле, а некоторые отправятся в дальние путешествия на борту космических кораблей-разведчиков, их следы появятся на поверхности неизведанных планет.
ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Зеленая архитектура
Не секрет, что в современном мегаполисе остается все меньше места для зеленых насаждений. А без них многие города попросту начинают задыхаться, по их улицам впору ходить с кислородными масками.
Что делать? Ответ на этот вопрос наш корреспондент Виктор СЕРЕДИН попытался найти на специализированной выставке «Комплексный подход к благоустройству территорий города», прошедшей недавно в Москве.
Газоны на крышах
Если посмотреть на современный город с вертолета, то становится очевидно: треть городской площади, а в некоторых районах и до половины занимают… крыши.
Как сказал Александр Мацегора, специалист по озеленению домов, в Москве общая площадь крыш составляет 3,5 млн. кв. м. Каждый год приходится ремонтировать примерно 300 тысяч квадратных метров, то есть примерно одиннадцатую часть. А что, если одновременно с ремонтом крыш вести и их озеленение?
Мысль не так уж парадоксальна, как может показаться на первый взгляд. Сейчас на крыши кладут синтетические покрытия, которые разрушаются лет за восемь: мороз и солнце, дождь и ветер исправно делают свое дело. Но если прикрыть синтетику землей, на которой посеять траву, то срок службы покрытия увеличивается. Причем намного — до 30–40 лет. Покрытие защищено от солнца и негативного воздействия погоды. Вода же синтетику не разрушает. Плюс к этому горожане получают новую зеленую территорию. «На такой крыше можно гулять, загорать, дышать воздухом», — подчеркнул А. Мацегора.
Этой идей весьма заинтересовался один из заместителей московского мэра, посетивший выставку. Правда, насколько быстро проект «зеленых» крыш начнет внедряться, пока неизвестно. Говорят, что такая технология опробована лишь на малых частных домах, а вот на муниципальных зданиях ее еще не испытали. Кроме того, если обычная кровля стоит 290 рублей за кв. м, то «зеленая» обойдется в 350 рублей за «квадрат».
Между тем за рубежом зеленых крыш на домах с каждым годом становится все больше. Так, например, компания FedEx, промышленный гигант, как бы раскаиваясь за свои грехи по выбросу диоксида углерода, соорудила зеленую лужайку на крыше своего главного офиса в Чикаго.
