Текст книги "Юный техник, 2011 № 06"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 5 страниц)

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»
_{НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ}
№ 6 июнь 2011

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

ВСТРЕЧИ
Каникулы людей и роботов

Каникулы, оказывается, бывают не только у школьников. Недавно Лаборатория робототехники и искусственного интеллекта Политехнического музея пригласила всех желающих па Открытый робототехнический турнир, который так и назывался «Каникулы роботов». В музее среди других участников побывал и наш специальный корреспондент Станислав ЗИГУНЕНКО.

Вот что там увидел.

Илья Муромец и Змей Горыныч

…Ну и злобное все-таки это существо – Змей Горыныч! Стоило лишь к нему приблизиться, как он начинал шипеть и делать лихорадочные движения всеми своими тремя головами, так и норовя укусить. Но богатырь Илья Муромец никого не даст в обиду. Взмахнул мечом раз, другой, третий – и полетели змеиные головы…

Этот своеобразный аттракцион, представленный зрителям ребятами из Санкт-Петербургского физико-математического лицея № 239 и их руководителем С.А. Филипповым, пользовался, пожалуй, наибольшим вниманием у всех, пришедших на турнир. И хотя оба они – и Змей Горыныч и Илья Муромец – представляли собой всего лишь демонстрационных роботов, работа по их созданию была проделана весьма серьезная. Программисты Егор Суворов и Денис Никитин, дизайнеры Николай Вьюгинов и Семен Лапко, а также их многочисленные помощники (всего около 20 человек) решили немало проблем, как технических, так и математических, прежде чем оба героя одной былины стали исполнять свои роли.

В самом деле, согласно былине, Илья Муромец 33 года на печи лежал, а потом встал и пошел. Чудо такое случилось. Ребятам пришлось это «чудо» осуществлять на практике. А создать шагающего робота – такая задача по плечу лишь крупной корпорации. Поэтому в данном случае Илья Муромец не ходит, а ездит – колесное шасси создать намного проще.

Другая задача – богатырь должен обнаружить своего противника. В былине Илья Муромец делает это, прослышав от народа про злодейства, творимые чудищем.

В данном случае видеокамера и сенсоры помогают богатырю найти Горыныча по свету и звукам, которые он издает. Так же и Змей Горыныч с помощью сенсоров реагирует на свет и движения при приближении к нему. Он начинает шипеть и двигать головами…

В общем, эта забавная игрушка потребовала решения нескольких проблем, с которыми ребятам пришлось повозиться. Но все получилось, кроме Ильи Муромца и Змея Горыныча, ребята привезли с собой несколько спортивных роботов.

Собачка с высшим образованием

Она шустро бегала между участниками турнира, и не сразу можно было понять, что всеми передвижениями этой киберсобачки управляет симпатичная девушка, сидящая поодаль за своим ноутбуком. Вот такие они, оказывается, «дамы с собачками» XXI века…

Знакомимся, и студентка 6-го курса кафедры математического моделирования факультета «Фундаментальные науки» МГТУ имени Н.Э. Баумана Маргарита Королькова рассказывает, для чего вполне взрослым людям понадобилось возиться с почти игрушечной собачкой.

– Ныне люди возлагают на роботизированные системы все больше обязанностей, – пояснила она. – Прежде всего, все более широкое распространение получают системы автоматического управления транспортом. Автопилоты и авторулевые давно уже используются в авиации, судовождении, даже в космонавтике. А вот на улице вы пока киберводителя не увидите. А все потому, что нынешние роботы-шоферы еще недостаточно оперативно реагируют на быстро изменяющуюся дорожную обстановку. Их этому учить и учить…

Строители роботов из г. Санкт-Петербурга – Василий Громов, Кирилл Тарасов и Григорий Бартош.

Так вот, алгоритмы движения, отработанные на игрушечном псе, потом вполне могут пригодиться и для дел вполне серьезных. Транспортные роботы в цехах, автомобили без водителей на улицах и дорогах, планетоходы на Луне, Марсе, Венере – вот лишь некоторые примеры возможных применений.

Роботы для улицы, дома и офиса

Роботы, способные самостоятельно двигаться, были продемонстрированы тут же, в зале Политехнического музея, представителями группы компаний R.BOT, которые занимают разработкой и производством роботов вполне профессионально.

Так, например, интерактивные мобильные роботы R.BOT 100 оснащенные видеокамерами, микрофонами и датчиками, препятствующие их столкновению с людьми и предметами, сновали по залу, общаясь с людьми, позволяя оператору ощущать себя полноценным участником событий.

– Не бойтесь, – говорил робот женским или мужским голосом, подкатываясь к тому или иному посетителю. – Давайте знакомиться… Чем могу помочь?..

«R.BOT 100 позволяет на расстоянии участвовать в совещаниях, собраниях, конференциях, выставках, врачебных консилиумах, выбирать товары в гипермаркете, проводить экскурсии и т. д.», – пояснил один из разработчиков, начальник отдела технической поддержки компании Виталий Кулыгин.

Кроме того, специалисты R.BOT разрабатывают робота-полицейского R.ВОТ-001 «РПС» – первый действующий патрульный робот, способный контролировать ситуацию на улицах города. В 2007 году R.ВОТ-001 «РПС» уже проходил опытную эксплуатацию в г. Перми, наводя порядок в общественных местах. Опыт применения робота показал его широкие возможности.

Еще один робототехнический комплекс «РИФ» контролирует ныне соблюдение правил дорожного движения на многих участках столичных магистралей, оперативно фиксируя все нарушения и присылая нарушителям вместе с квитанцией о штрафе фото того момента, как, например, нарушитель выехал на встречную полосу, с указанием, где и когда это было.

Таким образом, как видите, роботы принимают все большее участие в жизни людей. А что будет завтра? Представить это тоже попытались участники данного мероприятия.

Мы строим орбитальную станцию

– Извините, наш проект еще в самом начале своего осуществления, – начал свои объяснения руководитель кружка робототехники средней школы № 185 г. Москвы Андрей Назарович Будняк. – Этот фанерный диск в будущем превратится в изображение нашей планеты, над которой будет вращаться наша орбитальная станция…

Идея здесь такая. Как известно, уже несколько десятилетий энергетики пытаются отказаться от ГЭС и АЭС и перейти на альтернативные источники энергии. Одним из таких источников является Солнце. На орбите солнечные батареи широко используется уже пол века. На Земле батареи менее эффективны, поскольку в пасмурные дни их КПД резко падает, а ночью так они и вообще не работают.

Как выйти из положения? Юные техники школы № 185 полагают, что приемники солнечной энергии надо выносить за облака, на околоземную орбиту. А чтобы обеспечить круглосуточную подачу энергии, необходимо построить не одну станцию, а как минимум три, через каждые 120 градусов по окружности. Тогда в любое время, по крайней мере, две станции из трех будут освещены Солнцем. Передавать же энергию со станцию на станцию и со станций на Землю можно с помощью лазерных и микроволновых лучей.

Как все это будет выглядеть в действии, авторы проекта пообещали представить через полгода, на одном из очередных смотров достижений юных техников.

База на Луне

Представьте себе: середина нынешнего столетия, Луна, космическая станция. На нее прибывает очередной планетолет. Он аккуратно «прилуняется» на посадочную платформу. К нему тут же подъезжает кран-манипулятор и перемещает планетолет в закрытый ангар, освобождая посадочную площадку для следующего корабля. В ангаре планетолет разгружают, затем заполняют его трюмы добытым на Луне гелием-3 или иными полезными ископаемыми. Затем робот-манипулятор аккуратно выставляет планетолет на ту же платформу. И тот вскоре взлетает, доставляя свой груз на Землю или околоземную орбиту.

Это кресло для космонавтов соорудил 8-классник Александр Лезжов. Он, возможно, читал в нашем журнале о подобном кресле для Луны, которое испытывал в свое время космонавт А.А. Серебров.

Пока космическая база сделана из элементов игрушечного конструктора…

Такую вот картину обрисовал мне второклассник Темирхан Санджиев, который вместе со своими друзьями под руководством учителя информатики Натальи Валентиновны Кадыковой и построил эту модель космической базы.

Отзвуки «Звездных войн»

Хозяева данного турнира – работники Лаборатории робототехники и искусственного интеллекта Политехнического музея – тоже нашли, что показать. Один из представленных ими роботов выполнял роль лектора, демонстрируя на большом телеэкране последние достижения мировой робототехники.

Ну, а другой робот будто бы сошел с кино– или телеэкрана. Помните страшного командира завоевателей в черном плаще и непроницаемой маске со шлемом на голове из знаменитой саги «Звездные войны»?

– Ну, при ближайшем рассмотрении не такой он уж страшный, – сказал по этому поводу руководитель технических проектов музея Дмитрий Анатольевич Добрынин. – Во всяком случае, посетители нашего музея его не боятся.

…В заключение стоит отметить, что турнир роботов не зря носил такое название. Рассказав друг другу о своих достижениях, участники вскоре вступили в противоборство друг с другом. Построенные ими роботы носились по заранее обозначенным маршрутам, поднимались и спускались по лестницам, играли в теннис и даже атаковали друг друга по правилам японской борьбы сумо.

ИНФОРМАЦИЯ

РАКИ-ЧИСТЮЛИ, УЛИТКИ-ЭКОЛОГИ. Контроль за экологией в районе завода по сжиганию осадка сточных вод в Петербурге полностью доверен представителям животного мира. За чистотой воды здесь следят речные раки, которые живут в аквариуме, заполняемым очищенными сточными водами. И если очистка недостаточна, то раки тут же начинают болеть.

А вот контролировать чистоту воздуха поручено гигантским африканским улиткам. Зоологи предприятия «Водоканал Санкт-Петербурга» на Юго-Западных очистных сооружениях на Волконском шоссе рассказали, что брюхоногие моллюски ахатина – таково научное название африканских улиток – дышат воздухом с примесью дыма, выходящего из трубы завода. К их раковинам прикреплены оптоволоконные датчики сердцебиения и двигательной активности.

Показания приборов о функциональном состоянии улиток автоматически считываются с помощью специальной программы. Если со временем все улитки станут хуже себя чувствовать, а это будет понятно по измерениям, система просигнализирует об этом, после чего специалисты выяснят причины ухудшения состояния воздуха.

Биоэлектронная система разработана учеными Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности РАН. Город на Неве стал первым мегаполисом в мире, где проблема утилизации осадков сточных вод решена полностью. Первый завод по сжиганию осадков здесь был построен еще в 1997 году.

ПОЗВОНИ… БЕСПИЛОТНИКУ. Аспиранты-математики Санкт-Петербургского госуниверситета Наталья Граничина и Константин Амелин провели испытания нового беспилотника, которым управляли при помощи разработанной ими математической программы с многофункционального мобильного телефона.

Беспилотник создан на базе легкого планера. Размах его крыльев – 2 м, вес – 2 кг, полезная нагрузка – 0,5 кг, скорость – до 60 км/ч, дальность полета – 200 км. Аппарат оснащен электродвигателем, миниатюрной видеокамерой и бортовым микрокомпьютером. Связь между микрокомпьютерами разных аппаратов осуществляется за счет встроенного радиоприемника. Причем компьютеры в беспилотниках могут одновременно принимать и отправлять информацию как с Земли, так и друг другу.

Подобные аппараты можно использовать для разведки полезных ископаемых, поиска потерявшихся любителей зимней рыбалки, мониторинга и прогнозирования техногенных катастроф, патрулирования.

НА ОЧЕРЕДИ – КВАДРИЛЬОН. Специалисты МГУ имени М.В. Ломоносова начали работу над созданием ЭВМ, способной выполнять до одного квадрильона операций в секунду, сообщил ректор университета Виктор Садовничий. Такие суперкомпьютеры есть в США, Китае и Германии.

В 2009 году Россия вышла на 12-е место в мире среди стран, имеющих суперкомпьютеры. Теперь Китай потеснил нашу страну на 13-е место. Садовничий убежден: «Есть задачи, которые под силу только супервычислителям. Если мы хотим быть в числе стран-лидеров, без такой вычислительной базы нам не обойтись».

РАССКАЖИТЕ, ОЧЕНЬ ИНТЕРЕСНО…
«Чернильные» танки

Я слышал про некие «чернильные» танки, которые будут практически невидимы на местности. Откуда такое странное название? О чем вообще шла речь?

Аркадий Ксенофонтов,

г. Севастополь

Британские специалисты из компании BAE Systems недавно пообещали, что через пять лет совершенно изменят внешность военной бронетехники. Каждую бронированную машину оденут в новый камуфляж, способный изменять свой внешний вид в зависимости от окружающей среды. Танк или бронемашина, словно хамелеоны, на снегу будут белыми, в пустыне – желтыми, а в лесу – зелеными.

Здесь стоит отметить» что подобное заявление звучит далеко не впервые. Создание маскирующих поверхностей, обладающих мимикрией – способностью менять свой цвет и свойства в зависимости от окружающей среды, издавна является мечтой военных разных стран. В частности, Министерство обороны США выделило 6 млн. долларов на четыре года ученым, которые изучают умение маскироваться таких животных, как осьминог, кальмар и каракатица. Исследователи хотят скопировать их умение и при этом возлагают основные надежды на наноструктуры и метаматериалы.

Что касается британских исследователей из ВАЕ Systems, то они в своем проекте под названием E-camouflage решили базироваться на разработках, связанных с электронными чернилами. Напомним, что сама по себе эта технология разрабатывалась для электронных книг. Экран такой книги имеет в своей структуре множество крошечных шариков-капсул, один бок которых темный, а другой белый. В зависимости от знака электрического заряда, капсула поворачивается к поверхности дисплея темным или светлым боком, образуя черную или белую точку. Из этих точек и формируется изображение черных букв на белом фоне.

Система удобна тем, что достаточно надежна и экономична. Однако до недавнего времени экраны оставались черно-белыми. А для маскировки ведь нужны цветные покрытия. И вот недавно ридер с цветной электронной бумагой был продемонстрирован китайской компанией Hanvon Technology. Здесь уже точки не черно-белые, а трех основных цветов – красного, синего и желтого. Их сочетание способно дать все семицветье радуги.

Интересная разработка сделана недавно и в США. Электронная бумага, превосходящая предшественников по контрастности, разрешению и быстродействию, создана группой ученых под руководством профессора Джейсона Хейкенфельда из университета Цинциннати.

Авторы фактически придумали новый принцип работы электронной бумаги. Каждый ее пиксель теперь представляет собой пустотелую герметичную гексагональную ячейку, в основе которой лежит алюминиевая пластинка, отражающая свет. А в центре ячейки – крошечные полимерные колодцы, заполненные углеродными чернилами в черно-белом варианте. Сверху же конструкцию прикрывает тонкопленочный прозрачный электрод.

Напряжение, приложенное к электроду и подложке, заставляет чернила мгновенно вытечь из колодца и заполнить всю ячейку. После снятия напряжения чернила собираются обратно в колодец. А поскольку резервуар занимает порядка 5 % от общей видимой площади, в «свернутом» состоянии чернила почти не видны.

Для получения цветных пикселей разработчики решили применить светофильтры, наложенные поверх ячеек. Ширина одной точки в новом дисплее составила 100 микрометров, а разрешение экрана – 300 точек на дюйм. Это, по словам Хейкенфельда, больше, чем у большинства моделей электронных книг.

Второе преимущество новинки – время переключения пикселей между черным и белым состояниями. Оно составляет всего одну миллисекунду, что даже быстрее, чем у хороших ЖК-экранов, и намного лучше, чем у традиционных электронных книг (там – десятки и сотни миллисекунд). Следовательно, новая бумага куда лучше приспособлена для воспроизведения видео.

Наконец, дисплей американских ученых очень тонок и гибок. А потому нет ничего удивительного в том, что им заинтересовались военные. Ведь подобный дисплей позволяет показывать на броне танка чуть ли не любую маскировочную «картинку». Причем появление экспериментального прототипа E-camouflage для армии Великобритании ожидается уже к 2013 году.

Каждый танк будет оборудован датчиками для анализа окружающей местности. Сенсоры, смотрящие во все стороны, позволят определять и передавать данные о внешней среде на матрицу с электронными чернилами, покрывающую броню танка. Та будет воспроизводить внешнюю среду на поверхности машины, и танк как бы сольется с окружающим ландшафтом.

Г. МАЛЬЦЕВ

У ВОИНА НА ВООРУЖЕНИИ

Новые технологии для «невидимок»

В России созданы стеллс-технологии, которые на равных могут конкурировать с лучшими зарубежными образцами. Об этом было сказано на заседании Президиума РАН, где обсуждались самые современные: плазменные, лакокрасочные, дуговые, плазменно-вакуумные и прочие технологии, способные сделать невидимыми для радаров противника не только самолеты, но и танки, корабли и другую военную технику.

Толщина покрытия, количество слоев для разных частей летательного аппарата определяются с помощью методов математического моделирования. Для создания интеллектуальной обшивки самолета будущего требуется решить еще немало проблем. Однако имеющиеся технологии позволяют уже вплотную приблизиться к созданию самолетов пятого поколения.

Наиболее перспективные методы уже проверены в ходе испытаний самолета с крылом обратной стреловидности Су-47 «Беркут» (на фото).

Экипировка для штурма

Время от времени звучат сообщения, что бойцы спецназа взяли штурмом дом или квартиру, где засели боевики или террористы. Ну, а как, интересно, бойцы умудряются остаться в живых под градом пуль? Помогает им современная экипировка, созданная отечественными специалистами. В ряде случаев она не имеет аналогов за рубежом.

«Главное для бойца – уберечь голову от пули, – начал свой рассказ представитель Центра высокопрочных материалов «Армоком» Центрального НИИ спецмашиностроения Роман Самофалов. – А значит, прежде всего ему нужны каска или шлем».

Первые бронзовые шлемы появились еще во времена античности. Однако они защищали голову лишь от удара мечом, а против огнестрельного оружия были бесполезны. Пришлось заменять их стальными касками. Однако даже бронированная каска времен Первой и даже Второй мировых войн могла уберечь голову бойца от вражеского свинца и прочих смертоносных металлов далеко не всегда. Лишь на излете пуля или осколок небольшого размера рикошетировали от каски, оставляя на ней вмятины. При прямом попадании каска не спасала.

Для того чтобы стальная каска на 100 процентов защищала голову бойца, необходимо было увеличить ее толщину. Однако при этом каска становилась слишком тяжела. И обычные-то каски бойцы надевали лишь при самой острой необходимости. А с полупудовым грузом на голове много не навоюешь.

Наши специалисты нашли выход из положения, использовав для шлемов дискретно-тканевую броню. Не вдаваясь особо в подробности, чтобы не раскрыть военную тайну, скажем, что в основу такой брони положены современные, особо прочные и в то же время легкие материалы на основе углепластиков, кевлара и других синтетических волокон.

В итоге появился шлем ЛШЗ-2ДТ второго класса защиты, который способен защитить от прямого попадания пистолетных пуль на расстоянии 5 м. Шлем прошел испытания и был принят на вооружение.

Впрочем, противник может быть вооружен не только пистолетом. С учетом этого «Армоком» в 2006 году по заказу одного из силовых ведомств России начал разработку шлема, способного уберечь бойца от выстрелов из автоматического оружия, в том числе из автомата Калашникова с пулями, имеющими стальной упрочненный сердечник.

В итоге был создан шлем из органокерамической брони, аналогов которой нет в мире. По словам начальника лаборатории Центра высокопрочных материалов ЦНИИ специального машиностроения Ильи Гаврикова, этот шлем – многослойный. Снаружи – высокотвердый керамический экран, внутри – подложка из кевлара, пропитанного эластичным связующим веществом.

Механизм защиты таков: керамический экран, принимая на себя удар пули, разрушает сердечник, дробя его на части. А подложка окончательно останавливает осколки. Конечно, прямое попадание пули не проходит для бойца бесследно. От удара он может даже потерять сознание, однако останется жив. При этом общая масса бронешлема всего 1,2 кг, а не 8, как если бы каска была из стали.

Сейчас наши ученые и инженеры работают над созданием легких шлемов из сверхпрочного и недорогого полиэтилена, разрабатывают шлемы со встроенной радиогарнитурой, которая не требует использования наушников. Обратная же связь осуществляется за счет ларингофона; услышать бойца не помешает даже грохот боя.

Кроме шлемов, древние рыцари обязательно использовали и щиты. Не забыта эта традиция и в наши дни. Спецназ тоже применяет щиты, причем опять-таки различных конструкций и назначения. Наиболее простые металлические и пластиковые щиты предохраняют от камней, бутылок и всего того, что попадется под руку разбушевавшейся толпе. А в серьезных спецоперациях используют пуленепробиваемые щиты. Бронещит «ВЕЕР» разработки Центра «Армоком», например, имеет внешний слой из высокотвердой керамики, изнутри – кевлар. В щите есть смотровая щель, которую при необходимости можно прикрыть дополнительной накладкой.

Кроме того, щит имеет пулестойкий фартук, прикрывающий ноги, и специальное крепление, позволяющее держать щит как левой, так и правой рукой. Правда, весит пока такой щит многовато – около 19 кг, но конструкторы вскоре обещают представить и облегченные варианты.

Наконец, в кино и на телеэкране довольно часто можно увидеть, как бойцы спеподразделений врываются в здание прямо сквозь застекленные окна. Прикрываться при этом щитом они не могут, а ранения и порезы от осколков стекла могут быть весьма серьезные.

«Для таких случаев, – пояснил мне Роман Самофалов, – мы предлагаем противопорезный костюм, не имеющий отечественных аналогов. А также кольчужные спецперчатки, позволяющие без порезов выхватить нож из руки преступника.

Костюм КМПП прекрасно защищает от порезов стеклом.

В основе костюма опять-таки комбинированная металлокевларовая нить. Созданная из нее ткань не только защищает от порезов, но и позволяет в буквальном смысле проскочить сквозь огонь, поскольку обладает еще и высокотемпературной стойкостью. Этот костюм уже выпускается серийно и поставляется в силовые структуры России.

По заданию Министерства обороны специалистами «Армокома» разработан и маскировочный костюм с оптико-визуальной и радиолокационной защитой. «В одном костюме нам удалось разрешить сразу несколько проблем», – пояснила заместитель генерального директора Центра «Армоком» Елена Кормакова.

Непосредственное наблюдение противнику затрудняет маскировочная раскраска костюма с нашитыми на него пучками псевдотравы. Причем в краситель добавлен специальный состав, который рассеивает инфракрасное излучение, делая бесполезными приборы ночного видения. А защиту от радиолокационных средств обнаружения обеспечивает радиорассеивающий материал.

На испытаниях человека, одетого в этот костюм, пытались обнаружить с помощью специальных приборов и на фоне леса, и в чистом поле. Не нашли. Причем надо отметить, что одним из первых в мире ЦНИИ специального машиностроения разработал углеродную нить бикарболон. Полотно из этой нити и использовали для пошива костюма. В итоге получился весьма легкий маскировочный комплект, который весит всего 1 кг, не теряет своих свойств под дождем, как обычный кевлар, и может быть надет поверх обычной экипировки, что дает возможность использовать его зимой и летом.

С. НИКОЛАЕВ