Текст книги "Юный техник, 2006 № 06"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

ШКОЛА «ПБ»
Зачем нужна третья рука?

Представьте, на столе закреплено на особой подставке некое подобие человеческой руки из деталей и блоков от конструктора «Лего»! От этой конструкции тянутся провода к перчатке, надетой на руку конструктора – старшеклассника Романа Климова. И когда он шевелит пальцами, киберрука послушно повторяет его движения.

Зачем такое устройство? Когда я попытался выяснить это у самого Романа, оказалось, он практически ничего не слышит с раннего детства. И если понять то, что ему говорят, он еще может, читая по губам, то вот его ответы понимает лишь мама, Галина Михайловна. Вот так втроем мы и разговаривали. Я надавал вопрос, Роман на него отвечал, а Галина Михайловна разъясняла мне.

Оказалось, что заинтересовался кибернетикой Роман благодаря папе Сергею Александровичу. Сам «технарь», он и сыну постарался привить инженерные навыки.

Впрочем, по воспоминаниям мамы, сын с раннего детства отличался тем, что старательно… ломал игрушки. Именно старательно – аккуратно и не торопясь; таким образом он пытался понять, как игрушка устроена. А став старше, начал не только разбирать, но и собирать всевозможные устройства. Особенно он увлекался конструктором – сначала обычным, а затем и с применением электронных блоков, компьютерной техники.

– Но ведь чтобы хоть как-то разобраться в электронике, нужно знать хотя бы основы физики, – стал рассуждать я. – Обычно этому учат в школе. А где учился Роман?

Оказалось, тоже в школе. Только не в обычной, а заочной или даже виртуальной. В нашей стране теперь появились первые заочные школы, обучение в которых ведется через Интернет. В частности, Роман через Центр информационно-научных технологий и учебного оборудования при Комитете образования Москвы получает напрокат все необходимое для максимально эффективного обучения дома, начиная от портативного ноутбука и кончая последними, самыми совершенными обучающими программами по тем или иным предметам.

Но и этого ему показалось мало. Кибернетикой Роман занимается сверх программы и добился в этом деле немалых успехов. Его разработки представлялись на выставках НТТМ 2004 и 2005 годов, причем в прошлом году его разработка была даже удостоена медали и почетного диплома. Более того, недавно Роман со своей киберрукой побывал в Таиланде, где проходил очередной международный конкурс киберразработок, регулярно проводимый под эгидой компании «Лего». В соревнованиях участвовало 350 человек, представлявших 120 команд из 13 стран.

Приятно отметить, что даже в столь большой компании наши ребята под руководством Юрия Ивановича Разумова не ударили в грязь лицом. Роботы, вездеходы и прочие киберсамоделки российской разработки выглядели не хуже других и были удостоены нескольких призов и наград.

Идея же, которую Роман Климов заложил в «третью руку», такова. Своей разработкой он хотел бы помочь тем людям, которым приходится в жизни еще тяжелее, чем ему самому. Лежит такой человек годами в постели и способен разве что только руками пошевелить. Ну, хорошо, телевизионные программы он может переключить с помощью дистанционного пульта управления, а вот для компьютера такого пульта пока не предусмотрено. Тогда больной просто шевелит пальцами в перчатке, а киберрука дублирует его действия, задавая команды компьютеру с помощью клавиатуры. Вполне может пригодиться такое дистанционное управление и здоровым людям.

Р.Климовдемонстрирует работу своей «третьей руки».

Аналогичные системы, насколько мне известно, используются для дистанционного управления механической рукой в космосе, – пояснил Роман. – Проводят первые эксперименты и по осуществлению дистанционных операций. Хирург находится в одном городе, пациент в другом, а операция проводится дистанционно управляемым роботом…

В будущем, как надеется Роман Климов, ему удастся довести свою конструкцию до такого совершенства, что киберрукой можно будет управлять биотоками мозга. Мысленно прикажет человек сделать то и то, и рука послушно исполнит его приказ.

Однако, чтобы эта мечта стала реальностью, Роману нужно еще многому научиться. Прежде всего достойно закончить курс средней школы. Затем он хотел бы поступить опять-таки на заочное, точнее – виртуальное обучение в один из вузов, где капитально учат основам кибернетики и вычислительной техники – например, в МГТУ имени Баумана, ЗуШФИ или на мехмат МГУ.

Впрочем, он не только мечтает, но и предпринимаем все, что в его силах, для осуществления своей мечты. Используя опять-таки Интернет, он интересуется специализированными программами того или иного вуза, наряду со школьной программой старается осилить задачи, например, ЗФТШ при МФТИ, использует другие возможности для повышения качества собственной подготовки.

Так давайте же пожелаем ему успеха в исполнении всего того, что он задумал. Ей-ей, этот парень вполне того заслуживает своим упорством, трудолюбием и настойчивостью.

В. ПЕТРОВ

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Самолет разрабатывался для грузовых и транспортных перевозок на местных региональных воздушных линиях, но, как сочли военные эксперты, по тактико-техническим характеристикам он вполне подходит для использования в составе ВВС России в качестве легкого военно-транспортного самолета, поскольку его можно отнести к классу самолетов с короткими взлетом и посадкой – длина разбега при взлете и пробега при посадке не превышает 600 м.

Семейство Су-80 включает следующие модификации: грузопассажирский (Су-80ГП), пассажирский (Су-80П), патрульно-транспортный (Су-80ПТ) и патрульно-разведывательный (Су-80ПР).

Техническая характеристика:

Длина самолета… 18,26 м

Высота… 5,52 м

Размах крыльев… 23,17 м

Крейсерская высота… 7600 м

Дальность полета… до 2700 км

Максимальный взлетный вес… 13 500 кг

Коммерческая загрузка… 3300 кг

Крейсерская скорость… 470 км/ч

Количество пассажиров… до 30

Экипаж… 2 человека

Lexus– одно из подразделений японской фирмы Toyota Motors Corporation, но ее автомобили имеют европейский облик. И это не случайно. Все модели фирмы, начиная с самой первой – Lexus LS400– были предназначены для рынков Европы и США.

Казалось, молодой фирме будет трудно конкурировать с такими производителями автомобилей Класса «люкс», как BMW, Mersedesили Jaguar, но японцы тщательно готовили премьеру своей мoдели. Над проектом работали 1400 дизайнеров и инженеров, перед которыми была поставлена задача: создать автомобиль высшего класса, доставляющий наибольшее удовольствие от вождения и превосходящий лучшие автомобили Европы при меньшей цене. И эта задача была успешно решена.

Техническая характеристика:

Тип кузова… седан

Длина… 5,000 м

Ширина… 1,330 м

Высота… 1,44-0 м

База… 2,820 м

Объем двигателя… 3969 см ³

Мощность… 245 л.с.

Максимальная скорость… 250 км/ч

Снаряженная масса… 1796 кг

Вместимость топливного бака… 85 л

Разгон до 100 км/ч… 8,5 с

Средний расход топлива… 11 л

ПОЛИГОН
Что может быть лучше паруса?

Парус известен человечеству более пяти тысяч лет. Придумать что-нибудь лучше очень трудно, и все же его недостатки заставляют ученых искать ему альтернативу.

Прежде всего, парусом очень трудно управлять. Вспомните, например, кадры из кинофильмов, где матросы бегают по вантам и реям, расположенным на высоте десятков метров. Опасное и тяжелое дело!

Кроме того, парус не может плыть прямо против ветра. (Обычаю парусники движутся против ветра, лавируя под острым углом к нему.)

В 1714 году неизвестный французский изобретатель предложил поставить на судно колесо ветряной мельницы и сделать от него передачу на поперечный вал, вращавший гребные колеса. Он утверждал, что такое судно сможет плыть прямо против ветра. Однако в силу низкого уровня техники проект осуществить не удалось, а само движение против ветра, дующего «в лоб», долгое время считалось физически не осуществимым.

Судно с колесом ветряной мельницы.

Модель винтопарусного катамарана.

Однако в 1911 году французский ученый Константэн опроверг это мнение при помощи простой модели. Вдоль нее был наклонно расположен вал, на переднем приподнятом конце которого был посажен пропеллер диаметром 15 см, а на заднем, спущенном под кормой в воду, располагался гребной винт. Модель, поставленная носом против ветра, послушно двигалась прямо вперед, благодаря тому, что гребной винт отбрасывает большую массу воды и без больших затрат энергии создает значительную тягу, которой достаточно для преодоления силы ветра, действующей на пропеллер и на корпус модели. (Движение подобных устройств навстречу потоку в сплошной среде возможно лишь при наличии дополнительного притока или оттока тепла.)

Десять лет спустя Константэн построил небольшую лодку с ветродвигателем, который был связан с водяным винтом двумя угловыми шестеренчатыми передачами. Она показала прекрасную управляемость и способность двигаться против ветра, но скорость ее из-за потерь в шестеренках была значительно меньше, чем у аналогичной парусной.

Модель Константэна с пропеллером.

Лодка Константэнас ветродвигателем.

Полноразмерное судно Константэна построено так и не было. Однако, в связи с ростом цен на нефть, возрос интерес и к разного рода судам, движимым ветром. Есть среди них и такие, где вместо парусов используются воздушные винты. Но в современных проектах винтопарусных судов предполагается два режима движения. Один из них – с передачей энергии ветра, как это предлагал Константэн. Правда, передача должна быть электрической: это позволит подобрать, независимо от скорости ветра, наилучшую скорость вращения гребного винта.

Но такой режим движения встречается редко и лишь тогда, когда нужно двигаться прямо против ветра. Не исключается, что судно будет избыток энергии накапливать в аккумуляторах на случай полного безветрия. Однако чаще всего судно должно двигаться в режиме авторотации. Вот что это такое. Если свободный, ничем не заторможенный винт поставить под некоторым углом к потоку, то он раскрутится и начнет давать боковую тягу, как крыло или парус. Это и есть авторотация. Она используется, например, для создания подъемной силы автожира, несущий винт-ротор которого механически не связан с мотором, а вращается лишь за счет набегающего потока воздуха.

В режиме авторотации винтопарусный корабль ставит роторы под углом к ветру, дующему сбоку, и движется, как на парусах.

Возникает вопрос: чем ротор лучше паруса, не слишком ли это сложно? Оказывается, у ротора много преимуществ. Начнем с того, что все попытки создать парусное вооружение, которым легко управлять с капитанского мостика без помощи человека, привели к очень сложным и ненадежным конструкциям со множеством электролебедок. Но, чтобы повернуть ротор, достаточно лишь одного электромотора.

Чтобы парус при боковом ветре мог давать тягу, ему нужен упор, сила, препятствующая его смещению вбок. При движении судна ее создает либо киль, либо весь корпус судна в целом, отбрасывая некоторую массу воды вбок. У парусов знаменитых чайных клиперов сила тяги была в 3–4 раза больше, чем сила упора. Эту величину принято называть аэродинамическим качеством.

Ротор в режиме авторотации способен иметь качество более девяти, приближаясь в этом отношении к парусу рекордной яхты, развивающей скорость до 50 км/ч. Как показали исследования, он должен иметь профиль винта автожира. Но лопасть должна быть не много дополнительно закручена навстречу потоку.

Первые работы в этой области следует начать с модели винтопарусного катамарана. В первых экспериментах для того, чтобы почувствовать возможности ветродвижителя, ротор следует закреплять намертво под различными углами к ветру. Впоследствии для поворота ротора можно приспособить рулевую машинку с приемником от игрушечного радиоуправляемого автомобиля.

Модель состоит из двух пенопластовых поплавков, соединенных на деревянной платформе при помощи сквозных винтов с шайбами. Такой несколько громоздкий способ соединения позволяет получить надежную и в то же время разборную конструкцию, несмотря на рыхлость пенопласта.

На пластине укреплена съемная мачта. Она может быть сделана из тонкостенной пластиковой трубы для электропроводки. На верхнем конце ее крепится тяговый авторотирующий винт. Мачта может поворачиваться относительно своей продольной оси. На концах вставлены два металлических сухаря (см. схему крепления винта). Один из них, нижний, служит для креплении мачты к платформе. Он имеет резьбу М4 для установки крепежного винта. На нижнем сухаре укреплен поводок, позволяющий поворачивать и закреплять мачту под нужным углом.

Верхний сухарь служит для крепления вала воздушного винта. В нем для облегчения вращения винта желательно установить пару шариковых подшипников. (Их можно заменить бронзовыми втулками.)

Схема крепления винта.

Этапы изготовления винта.

Самая важная часть модели – воздушный винт. Для первых проб его можно сделать из отрезков пластика от бутылки, закрепленных гвоздями в деревянной бобышке. Однако тягу такой винт создаст небольшую. Значительно лучше будет работать винт, вырезанный из дерева. Винт можно вырезать из бруска липы или сосны, как показано на рисунке.

Точность изготовления винта будет значительно выше, если в качестве заготовки взять пачку деревянных пластин, например, канцелярских линеек, склеенных веером.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

ФОТОМАСТЕРСКАЯ
Пауки побеждают циклопов

Представьте себе картину: мифический циклоп вступил в схватку с гигантским пауком. Размеры и силы противников равны. Кто победит?

Задача пусть и фантастическая, все же имеет решение. Победит, скорее всего, паук, и не только потому, что у него больше лап. Все дело в том, что у него больше… глаз. А это значит, что он лучше ориентируется в пространстве и, следовательно, лучше координирует свои движения.

Какое-то время после изобретения подзорной трубы в роли циклопов оказались моряки. Смотреть в нее приходилось одним глазом, и капитаны сажали свои корабли на рифы.

Еще античные ученые знали, что правый и левый глаза видят предметы в разных ракурсах, и это позволяет понять, какой из них ближе, а какой дальше. Чтобы как-то помочь морякам, пробовали ставить две подзорные трубы параллельно, но наблюдаемый в них мир опять становился плоским. Это связано с тем, что расстояние между нашими глазами слишком мало. И на больших расстояниях правильной оценки дальности не получалось.

Чтобы увеличить расстояние между глазами, немецкий ученый Г. Гельмгольц создал телестереоскоп (рис. 1), прибор, состоявший из системы плоских зеркал. Он чисто оптическим путем увеличивал расстояние между глазами наблюдателя, и мир для него делался удивительно объемным. Этот прибор дополнили парой подзорных труб и получили стереотрубу (рис. 2) и призматический бинокль. Они полностью вернули морякам и военным объемное зрение на больших расстояниях.

Но роль стереоскопического зрения одной лишь оценкой расстояния не исчерпывается. На поверхности предметов почти всегда есть блики – зеркально отраженные изображения источника света. Расположение и форма их для правого и левого глаз различны.

Игра бликов, как писал аргентинский ученый М.Инвар, преобразуется нашим сознанием в отдельный пространственный образ, некий световой кристалл, налагающийся на образ предмета и дающий представление о его материальной природе. Только по этой игре, глядя обоими глазами, можно отличить бриллиант от стекла или бронзу от золота, ядовитый гриб от съедобного.

В 1838 году англичанин Витстон изобрел стереоскопическую фотографию. Снимки делались поочередно с двух точек при помощи специального приспособления для перемещения фотоаппарата. Полученную таким способом пару снимков (стереопару) рассматривали при помощи стереоскопа – прибора, устроенного таким образом, что каждый глаз видит только один, предназначенный именно для него снимок.

Впоследствии появились «двуглазые» – двухобъективные фотоаппараты. Расстояние между объективами обычно равнялось среднему расстоянию между осями глаз – около 65 мм. В таких аппаратах получается стереопара, два снимка. Один из них соответствует точке зрения правого, а другой – левого глаза.

Стереоснимки часто делают в форме слайда. Комплекты выполненных таким способом стереоснимков музейных экспонатов и городских достопримечательностей сегодня можно купить во многих городах вместе со стереоскопом. Стоят они недорого.

Стереоснимки делают и в виде отпечатков на бумаге. Их рассматривают через стереоскоп более простой конструкции (рис. 3). Он состоит из держателя и укрепленных на подвижном щитке двух линз с фокусным расстоянием примерно 10 см.

В последнее время огромные успехи сделаны в области цифровой фотографии и телевидения. Четкость изображения приближается к пределу, обусловленному природой света. Практически во всех странах существуют клубы любителей стереокино и фотографии.

В Петербурге продолжает работать клуб любителей стереоскопической фотографии. На рисунке 4 представлена одна из разработок клуба – установка для высококачественной съемки пейзажей и больших помещений. Она состоит из двух зеркальных фотокамер и трех синхронизированных с ними импульсных сетевых фотоламп. Камеры подвижно укреплены на легкой станине, которая, в свою очередь, устанавливается на штативе. Расстояние между камерами – стереобазу можно изменять для получения максимальной выразительности снимка.

Известны и специальные насадки, позволяющие делать стереоснимки при помощи обычных зеркальных фотоаппаратов. Наиболее полно воплощает эту идею комплект оптики к фотоаппарату «Экзакта», показанный на рисунке 5.

Он состоит из укрепляемой перед объективом призматической насадки, дающей на обычном кадре размером 24x36 мм два снимка размерами 18x24 мм. Камера дополняется специальным стереоскопом, позволяющим видеть на матовом стекле фотоаппарата объемное изображение.

Цифровые фотоаппараты, благодаря наличию у них жидкокристаллического дисплея, позволяют делать подобные системы очень компактными. На рисунке 6 – проект цифрового стереофотоаппарата, предложенный одним из наших читателей.

На его передней панели размещены два фотоблока, состоящие из объективов и размещенных за ними ПЗС-матриц, воспринимающих изображение. Расстояние между фотоблоками можно менять в зависимости от характера съемки. Каждая матрица соединена со своим дисплеем. Эти дисплеи вместе с линзами образуют стереоскоп, дающий объемное изображение будущего стереоснимка. Любопытно, что такой аппарат может быть использован для съемки кинофильмов, а также и в качестве бинокля.

Изготовление такого фотоаппарата со временем станет доступным для любителя, который рискнет, например, из двух аппаратов обычных собрать один стереоскопический. Но сегодня из-за отсутствия сборочных чертежей и другой технической документации по цифровым аппаратам это невозможно.

На рисунке 7 – устройство зеркальной стереонасадки конструкции С.П. Иванова, применявшейся на фото– и киноаппаратах. (Ею были сняты многие наши стереофильмы.)

Приставка состоит из двух плоских зеркал, расположенных под углом 170°. Она устанавливается так, что одно из зеркал оказывается под углом 46° к оси объектива (рис. 8).

Применять в приставке обычные зеркала с отражающим слоем на задней стороне стекла нежелательно. В них по краям возникает переотражение света между зеркальным слоем и наружной поверхностью стекла. Это выглядит как ряд светлых каемок на контуре предмета, и это очень часто портит снимок.

Надежно избавиться от этого можно, применяя зеркала с наружным отражающим слоем. Их можно найти в старых школьных эпидиаскопах. Наружная поверхность такого зеркала покрыта слоем алюминия. Ее легко поцарапать, и потому с ней нужно обращаться бережно. Самая ответственная часть работы – это нарезка кусочков зеркал в соответствии с размерами, указанными на чертеже. Во избежание царапин на зеркальном слое стекло следует резать с чистой стороны. Крепятся кусочки зеркал в жестяном коробе. Для этого ко дну короба припаяна специальная жестяная пластина, допускающая небольшой изгиб с целью регулировки угла между зеркалами. Для этого же служат и регулировочные винты. Зеркала крепятся к пластине на клею, а на их стыке должен остаться небольшой зазор, который устанавливается при помощи прокладки из чертежной бумаги. Он нужен при регулировке угла между зеркалами. Сам короб установлен на станине, которая крепится к фотоаппарату при помощи штативного винта, соединенного со станиной винтами.

При установке насадки на аппарат поставьте короб так, чтобы стык зеркал приходился точно на центр кадра, после чего закрепите винты. Эту работу необходимо выполнять при визуальном контроле: на «зеркалках» – по матовому стеклу, на цифровых аппаратах по дисплею.

Установка такой насадки на «мыльнице» затруднена из-за невозможности визуального контроля положения стыка зеркал.

Размеры и конструкция современных цифровых фотоаппаратов весьма разнообразны, поэтому насадку для каждого типа придется конструировать отдельно, но угол между зеркалами, принципы их крепления и регулировки остаются неизменными. Важно лишь определить размер зеркал. Для этого поставьте перед аппаратом лист бумаги и сделайте на нем у границ поля зрения объектива карандашные метки. При этом фокусное расстояние его должно быть минимальным.

А. ВАРГИН

Рисунки автора