Текст книги "Разумные машины (Автоматы)"
Автор книги: Олег Дрожжин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 9 (всего у книги 17 страниц)
«Ультрафиолетовый швейцар»
Изобретение фотоэлементов с повышенной чувствительностью и применение катодных ламп для их усиления позволили создать множество «видящих» аппаратов – видящих роботов, которые выполняют самые различные действия.
Видящие роботы призваны освободить человека от многих утомительных обязанностей в повседневной жизни, в производственной практике и даже в научной работе.
Вот некоторые примеры. В августе 1930 г. Всеобщая электрическая компания демонстрировала в одной из больших гостиниц Нью-Йорка механического швейцара, который открывал двери перед всяким входящим или выходящим из гостиницы.
Робот этот состоял из лампы, испускающей ультрафиолетовые лучи, и фотоэлектрического элемента, который при помощи промежуточных реле управлял работой небольшого электромотора. Лампа и фотоэлектрический элемент были расположены по обеим сторонам двери на расстоянии двух метров от нее. Световые лучи лампы были затенены светофильтром, пропускавшим только ультрафиолетовые лучи. Поэтому лучистая перегородка перед дверью была совершенно не видна.
Всякий раз, когда человек пересекает этот барьер, фотоэлемент пускает в ход электромотор, который действует на гидравлический затвор и таким образом открывает дверь. Спустя две секунды дверь сама закрывается.
В этом «ультрафиолетовом швейцаре» нет ничего нового– по сравнению с автоматическим световым счетчиком. В обоих случаях применяются одинаковые лампы и одинаковые фотоэлектрические элементы, светочувствительный слой которых состоит из лития или натрия. Различны лишь «рефлексы» – ответные действия, что зависит от различия присоединенных к фотоэлементам приборов.
В настоящее время «ультрафиолетовые швейцары» применяются во многих гостиницах и общественных зданиях США. Встречаются они и в Европе.
В июле 1933 г. «световой швейцар» был поставлен к эскалатору (самодвижущейся лестнице) на малопосещаемой станции «Инструккер Платц» берлинского метрополитена. При отсутствии пассажиров эскалатор неподвижен. Но стоит только кому-либо, подходя к эскалатору, пересечь невидимый световой барьер, как эскалатор начинает движение, которое прекращается, когда пассажир сойдет с другого конца лестницы.
Фотоэлектрический пуск эскалатора.
Такой же «световой швейцар» будет установлен и в Московском метрополитене имени Л. М. Кагановича у эскалаторов станции «Охотный ряд». Составление проекта и изготовление самой установки поручено электротехнической лаборатории Всесоюзной промышленной академии имени Сталина.
«Световой швейцар», как показал опыт Берлина, сокращает на одну треть расход электрической энергии на движение лестниц.
«Инфракрасный сторож»
Робота-швейцара легко можно превратить в сторожа, который будет охранять как отдельные комнаты, так и целые дома. Такой робот-сторож в случае опасности может сделать все что угодно: поднять оглушительный трезвон, пустить отравляющие газы, открыть стрельбу, закричать громовым голосом: «держи его, лови его!» Все будет зависеть от того, с какими приборами связать фотоэлектрический элемент.
Для сторожевых роботов применяют инфракрасные лучи, так как лучистый барьер приходится протягивать на большое расстояние, на котором ультрафиолетовые лучи были бы полностью поглощены воздухом. Для охраны дома пучок инфракрасных лучей выходит из окна дома наружу, отражаясь от ряда зеркал, огибает дом два раза и снова входит через то же окно внутрь помещения.
«Инфракрасный сторож» охраняет комнату. Инфракрасный луч испускается лампой на столике слева – Е. Многократно отразившись и перегородив всю комнату невидимыми барьерами, луч попадает в приемник… под комодом справа. Малейшего затемнения луча в любом месте достаточно, чтобы робот поднял тревогу.
Внутри дома пучок инфракрасных лучей падает на фотоэлектрический цезиевый элемент. При этом через элемент проходит слабый ток, удерживающий при помощи электромагнитов все исполнительные органы от действия. Прекращение тока хотя бы на одно мгновение пускает в ход все механизмы.
Кто же может прервать ток? Да любое лицо, прошедшее через невидимый барьер. Такие «инфракрасные сторожа» уже установлены во многих банках для охраны несгораемых шкафов. Ими же пользуются в больших магазинах.
Сделаны вполне успешные попытки применить «инфракрасных сторожей» у станков на фабриках и заводах для предохранения рабочих от попадания в машину. Опасная зона (часть) ограждается инфракрасным барьером. Как только за этот барьер попадает нога или рука человека, робот моментально останавливает машину и спасает человека от увечья или от гибели.
Такой защитный робот, получивший название «Альфа», сконструирован еще в 1933 г. нашим всесоюзным трестом «Техника безопасности» для быстродействующих прессов. В первое время после его установки рабочие часто забавлялись, подкладывая руку под пресс.
На обычном станке рука была бы раздавлена. Но «Альфа» работает надежно и всякий раз, когда руке грозит опасность, мгновенно останавливает пресс. Подобные же защитные аппараты сконструированы Ленинградским институтом организации и охраны труда.
Шкаф со всеми аппаратами, составляющими «инфракрасного сторожа».
В 1932 г. в некоторых американских городах появились «магические фонтаны» – колонки, соединенные с водопроводом. Если прохожий хочет напиться воды, ему достаточно нагнуться к такой колонке, и из нее тут же начнет бить небольшой фонтанчик. Но стоит приподнять голову, и вода перестанет бить.
Кто же так любезно командует фонтанчиком? Все тот же видящий робот. По обеим сторонам колонки расположены фотоэлемент и источник инфракрасных лучей, которые образуют невидимый барьер над колонкой. При пересечении пучка лучей непрозрачным предметом – головой, рукой – фотоэлемент открывает кран фонтана.
«Магический фонтан». Бьет только тогда, когда кто-либо наклоняется, чтобы напиться.
Подобная же установка в одной из нью-йоркских больниц (Реконструктивный госпиталь) использована для помощи таким тяжелым больным, которые не могут двигать руками. Над головой больного, лежащего в постели, проходит невидимый световой (инфракрасный) барьер. Если больному хочется позвать сестру, перевернуть страницу книги или включить радио, ему достаточно только чуть-чуть приподнять голову. Луч будет затенен, и фотоэлемент приведет в движение барабан указателя, на котором последовательно появляются надписи: «звонок», «радио», «перевернуть страницу», «открыть окно», «зажечь лампу». Заметив нужную надпись, больной опускает голову, и фотоэлемент через специальное реле выполняет желаемое действие.
Фотоэлектрический робот помогает больному.
Электрические сортировщики
За последние годы удалось создать такие фотоэлектрические установки, которые свободно различают цвета – синий от желтого, голубой от зеленого – и даже различные оттенки одного и того же цвета.
Это обстоятельство позволило построить видящих роботов-сортировщиков. Одного из таких роботов демонстрировал инженер Бриски на своей лекции в Нью-Йорке. Механизм состоял из небольшой бесконечной ленты, перекинутой через два валика. Этот маленький конвейер приводится в движение электромотором. Над конвейером были помещены электрическая лампа и фотоэлектрический элемент, воспринимающий желтый цвет.
На конвейер были положены маленькие пакетики дрожжей с желтыми ярлыками, наклеенными поверх оловянной оболочки. Несколько пакетиков было без ярлыков. Повернув выключатель, Бриски пустил в ход всю установку. Конвейер медленно двинулся, пронося мимо фотоэлемента пакетики дрожжей. Первые три пакетика прошли благополучно – на них все было в порядке. На четвертом не хватало ярлычка. Лишь только этот пакетик появился под фотоэлектрическим элементом, как в мгновение ока оказался сброшенным с ленты конвейера. Это сделала металлическая ручка, расположенная возле электрического глаза.
Сбрасывание с конвейера повторялось всякий раз, как только перед фотоэлектрическим элементом оказывался пакетик без ярлыка.
Такие электрические сортировщики по цвету делаются для различных целей – для обогащения руд, для сортировки сигар, фруктов, кофе и тому подобного, причем электрический глаз более тонко различает оттенки одного и того же цвета, чем человеческий глаз.
Так, например, опытные сортировщики сигар в лучшем случае различают семь оттенков, а фотоэлектрический элемент легко обнаруживает тридцать оттенков.
Одна из американских сельскохозяйственных компаний в 1933 г. установила на своем складе сотню аппаратов с фотоэлементами для сортировки бобов, которые движутся на лентах перед аппаратами. Белые бобы пропускаются дальше, а цветные или камешки и грязь сталкиваются с ленты. За один рабочий день эта сотня механических сортировщиков выбирает до двадцати тонн белых, чистых, высокосортных бобов.
Очень ловко работают электросветовые обогатители руд. Первые опыты с такими роботами были произведены в 1928 г. в Мичиганском колледже горного дела и технологии. Автомат состоял из фотоэлектрической установки и конвейера-отборщика.
Фотоэлектрический обогатитель руды. Л – лампа; СЭ – селеновый элемент; М – электромагниты; Б – бункер с рудой; Н – второй бункер с обогащенной рудой.
Из питающей воронки-бункера руда (в данном случае золотоносный песок) подается на конвейер. Поперек конвейера располагается несколько фотоэлектрических элементов. Их число зависит от ширины конвейера. Руда непосредственно под элементами освещается сильной электрической лампой. Далее над конвейером помещено несколько всасывающих трубочек. Их число равно числу фотоэлементов. Трубочки эти при помощи магнитов могут пригибаться к ленте конвейера и засасывать песок с золотыми крупинками. Кажется, что они клюют его, как куры зерно. Трубочки соединены с большим закрытым со всех сторон чаном, из которого насосом выкачивается воздух. В этот чан и попадает «проглоченный» трубочками песок. Этот песок будет более богат золотом, чем тот песок, который попадает на конвейер.
Работа электросветового обогатителя руды оказалась настолько удовлетворительной и выгодной, что теперь его уже применяют практически на разработках золотоносных и алмазных россыпей.
Помощник кочегара, сидящий в трубе
Что это за странный помощник кочегара, которому понадобилось сидеть в фабричной трубе?
А это все тот же фотоэлектрический элемент, на который возложена задача следить за правильным и полным сгоранием топлива. При хорошем сгорании топлива дыма не получается. Дым ведь и есть не что иное, как несгоревший углерод топлива.
Фотоэлектрический элемент в трубе следит за дымом. Основная его часть устроена так же, как и в автоматическом тушителе пожара. На противоположных концах диаметра трубы в особых углублениях помещены источник ультрафиолетовых лучей (они сильно поглощаются дымом) и фотоэлектрический элемент. С этим элементом связан регулятор подачи топлива в топку котла.
Как только в трубе появится дым в большем количестве, чем это полагается, робот тотчас же уменьшает подачу топлива.
Прибор, находящийся в трубе, измеряет степень непрозрачности проходящего через него воздуха. Такие приборы в физике называются опасиметрами – измерителями непрозрачности.
Опасиметры находят различные применения.
В только что описанном случае опасиметр превратился в неутомимого, очень добросовестного кочегара. В виде автомата-огнетушителя опасиметр служит пожарником.
Робот-химик
Но опасиметр может стать и химиком.
В различных химических производствах и в лабораторной практике химикам часто приходится определять количество кислот или щелочей в различных водных растворах. С этой целью вливают в исследуемый раствор каплю лакмусовой настойки. От этого жидкость в стакане окрашивается в красный цвет, если она содержит кислоту, и в синий при наличии щелочи.
Предположим, что исследуемая жидкость – кислота и окрасилась, следовательно, в красный цвет. Тогда в стакан с этой жидкостью начинают приливать по каплям раствор щелочи. Щелочь, как говорят химики, нейтрализует кислоту, превращая ее в соль и воду. Когда вся кислота будет нейтрализована, жидкость из красной станет светло-фиолетовой. Прибавка только одной капли щелочи к этой жидкости изменит ее цвет в синий, а прибавка одной капли кислоты вызовет ее покраснение.
Вместо лакмуса можно прилить к кислоте каплю фенолфталеина. Фенолфталеин бесцветен сам по себе и остается бесцветным в кислоте. В щелочном же растворе фенолфталеин окрашивается в красный цвет. Приливая щелочь к кислоте, можно дойти до такого момента, когда прибавка только одной капли щелочи превратит жидкость из бесцветной в красную. При обратном вливании в красноокрашенную щелочь кислоты наступает такой момент, когда жидкость обесцвечивается.
Робот-химик. Справа – лампа, слева, возле сосуда – фотоэлемент внутри ящика.
Зная количество прилитой щелочи, можно легко определить, сколько кислоты было в исследуемом растворе. Такой способ определения количества кислоты или щелочи называется титрованием.
Чего-либо сложного в титровании нет. Однако, это довольно кропотливое дело, отнимающее у химика много времени. Возникло желание передать эту работу автомату. На помощь пришел опасиметр.
В химический стакан наливают щелочь, окрашенную фенолфталеином в красный цвет. По обеим сторонам стакана помещают лампу и фотоэлектрический элемент, соединенный при помощи реле с электромагнитным зажимом. Пустив аппарат в ход, химик может заняться любым другим делом. Робот сам прекрасно доведет работу до конца: лишь только жидкость обесцветится, он прекратит приток кислоты, зазвонит и зажжет красную лампу на штативе. Звонок сообщает химику, что анализ окончен, а красная лампа указывает на аппарат, где это произошло. Таким образом один человек получает возможность следить за многими роботами-химиками и значительно повысить производительность своего труда.
С помощью опасиметра с фотоэлементом теперь следят за жесткостью воды, происходящей от растворенных в ней веществ. При кипячении жесткой воды эти вещества откладываются на стенках кипятильника, образуя накипь. С течением времени слой накипи становится все толще. В самоваре накипь никакой опасности не представляет. Но в котле паровой машины накипь может привести к катастрофе.
Происходит это оттого, что, когда отваливается в котле кусок накипи, вода в этом месте начинает соприкасаться с раскаленной стенкой котла, температура которой выше, чем температура накипи всей остальной поверхности. Получается быстрое и усиленное парообразование, которое приводит ко взрыву котла. Наибольшее число взрывов котлов вызывается именно отпадением накипи.
Поэтому понятно, почему так внимательно следят за жесткостью воды, подаваемой в котлы, в особенности в паровозные. Контроль за жесткостью оказалось возможным тоже передать роботам. С этой целью к испытуемой воде приливают растворы таких веществ, которые окрашивают воду или вызывают ее помутнение. Потом пробирку (стаканчик) с водой помещают перед фотоэлементом на пути узкого светового луча. По густоте окраски или помутнения воды автомат определяет степень жесткости и, если она больше положенной нормы, дает предупредительный звонок.
Американский инженер Эдриен сконструировал аппарат, который с помощью фотоэлемента определяет степень напряжений в стекле бутылок. Такой робот позволяет браковать бутылки по внутренним качествам их стекла.
Фотоэлектрический браковщик бутылок инженера Эдриена. Слева, в большом цилиндрическом сосуде – лампа. Справа, рядом с бутылкой – фотоэлемент. Аппарат обнаруживает внутренние напряжения в стекле бутылок.
Всеукраинский институт геологии и минералогии в СССР сконструировал в 1935 г. аппарат с фотоэлементом, который определяет прозрачность и блеск фарфоровых изделий. Этот аппарат может быть применен для сортировки фарфоровых вещей.
Электрический глаз «взвешивает» бумагу
Опасиметр с фотоэлементом нашел применение и в бумагоделательной промышленности.
Бумага изготовляется из древесной массы и из тряпья. И то и другое в результате специальной обработки измельчается, смешивается с водой и превращается в жидкую кашицу. Кашица эта сливается на мелкосетчатые сита, шириною в метр и больше, находящиеся в непрерывном колебательном движении из стороны в сторону. На ситах масса освобождается от воды, уплотняется и передается на сушильные барабаны, обогреваемые паром. Барабанов этих много. Соприкасаясь с ними, бумажная масса спрессовывается, высушивается и превращается в обычную бумагу, которая широкой лентой сбегает с барабанов бумажной машины. Эта лента навертывается на большую катушку.
Бумага делится на различные сорта в зависимости от употребленного сырья (древесная масса или тряпье) и от плотности. Если бумажная машина установлена на какой– либо определенный сорт бумаги, то она должна давать именно этот сорт бумаги, не уклоняясь ни в сторону понижения, ни в сторону повышения качества бумаги. Увеличенная плотность бумаги требует большего количества сырья, и поэтому ее себестоимость будет выше установленной величины. Наоборот, при уменьшении плотности бумаги потребитель получает продукт худшего качества.
Чтобы этого не было, у бумажной машины постоянно дежурит специальный мастер, который время от времени отрывает от бумажной ленты кусок бумаги и, вырезав из него квадрат определенных размеров, взвешивает его. Для каждого сорта бумажный квадрат должен иметь вполне определенный вес.
Если вес в какой-либо пробе получается другой, то мастер изменяет приток на сита бумажной массы, увеличивая его, если вес пробы оказался ниже положенного, и уменьшая в обратном случае.
И все же, несмотря на контроль, бумага получается не вполне однородной. Поэтому возник естественный вопрос– нельзя ли и здесь как-нибудь устроить автоматическую регулировку.
Эта задача разбивалась на две части: во-первых, нужно было найти способ автоматически определять плотность бумаги и, во-вторых, связать этот автомат с другим, регулирующим, автоматом.
Первая часть задачи была разрешена двумя способами – световым и электрическим. Пока более удобным оказался световой, или оптический, способ контроля бумаги. Сущность его очень проста. По одну сторону бумажной ленты помещается яркая лампа, по другую – фотоэлектрический элемент. В зависимости от плотности, бумага пропускает свет то больше, то меньше. Электрический глаз это замечает и приводит в действие самопишущее перо, указывающее все колебания плотности бумаги.
Мастер, следя за записью, может своевременно принять меры к выравниванию плотности. Таким образом работа мастера упростилась. Но этим работа была автоматизирована только наполовину.
В середине 1929 г. к опасиметру, определяющему плотность бумаги, был присоединен автомат, регулирующий подачу бумажной массы. Теперь надобность в особом мастере возле бумажной машины отпала.
Практическое разрешение обеих этих задач было делом далеко не легким и потребовало от изобретателя, американского инженера Ф. Пирсона, пяти лет работы. Трудности встречались на каждом шагу. Лампу и фотоэлектрический элемент нельзя было оставить неподвижными – это давало бы плотность только одной части ленты: глаз и лампа должны двигаться поперек бумажной полосы. В этом совместном движении глаза и лампы нужно было добиться того, чтобы обе эти части робота всегда находились точно одна над другой. Это первая трудность. Вторая заключалась в том, чтобы лампа все время давала свет одинаковой яркости. Изменение яркости света вводило бы электрический глаз в заблуждение: более яркий свет он воспринимал бы как уменьшение плотности бумаги, и, наоборот, более слабый свет прибор «истолковывал» бы как увеличение плотности бумаги. Все это приводило бы к неправильной регулировке машины. Для поддержания постоянной яркости света лампы Пирсону пришлось поработать над вопросом о сохранении напряжения в питающей лампу цепи.
Были еще и иные трудности. Но все они теперь преодолены, и робот мастер-бумажник «научился» работать безупречно. Первые такие роботы были установлены у двух бумагоделательных машин мощной Вестоновской бумажной компании в США. Результаты получились прекрасные. После этого такие же контрольные автоматы были поставлены и к другим машинам.
Еще один брат телевокса – телелюкс
Еще в 1929 г. у телевокса появился «видящий» брат – телелюкс. Его «отец» – американский инженер Филиппс Томас – работает у той же Вестингаузовской компании, что и инженер Венсли. Слово «телелюкс» составлено подобно слову «телевокс». «Теле» – далекий, «люкс» – свет. В то время как телевокс выполняет приказы, отдаваемые звуками, телелюкс делает то же, подчиняясь световым сигналам.
Основную часть телелюкса составляют два фотоэлектрических элемента. Один из них соединен с селектором (распределителем) того же устройства, что и у телевокса, другой – с исполнителем. Распределитель имеет четыре контакта. Один из них нулевой, от остальных трех идут провода к электромоторам, производящим желательные действия. Эти электромоторы питаются от батареи аккумуляторов.
В спокойном положении контактная ручка распределителя лежит на нулевом контакте. Предположим, что нам необходимо пустить в ход мотор номер второй. Тогда мы освещаем два раза фотоэлектрический элемент распределителя. Изобретатель это делает с помощью карманного электрического фонарика. При каждом освещении ручка передвигается на следующий контакт. При первом освещении ручка переходит с нулевого контакта на первый, при втором освещении – с первого контакта на второй.
Положение ручки селектора на любом контакте не вызывает работы мотора, так как ток еще не включен. Включение тока делается другою частью прибора – исполнителем, управление которым производится от второго фотоэлектрического элемента. Достаточно осветить этот глаз робота, и избранный мотор начнет работать.
Брат телевокса – телелюкс – робот, исполняющий приказания, отдаваемые световой сигнализацией. Рядом с телелюксом его изобретатель – Филиппс Томас.
Телелюкс Томаса имел всего три рабочих контакта и поэтому мог выполнять три различных действия: зажигать и гасить три группы ламп в той аудитории, где делался доклад.
Освещая попеременно то один, то другой глаз робота светом карманного фонарика, Томас зажигал и гасил любую группу ламп аудитории. Световую сигнализацию роботу можно было производить с расстояния до 20 м.
Схема устройства телелюкса. А и Б – фотоэлементы; В – электромагнитное реле; Г – аккумуляторы; Р – исполнительное реле; К – переключатель.
Телелюкс Томаса является еще только «новорожденным младенцем». В нем много несовершенств. Число его действий очень ограничено. Однако, в этом «младенце» заключаются огромные возможности. Дальность управления им может быть доведена до нескольких километров. Вместо видимого света для управления им можно пользоваться невидимыми инфракрасными лучами. Круг его деятельности может быть очень разнообразным.
