В Волгограде прошло заседание Совета Российской академии наук по робототехнике и мехатронике. Ученые со всей страны рассказали, на что способны железные помощники. Роботы приобретают все большее значение в нашей жизни. И на полях сражений, и на морях, и в заводских цехах.
Минимальная погрешность
Инженеры пытаются решить самые разные насущные задачи: как научить робота обходить статичное препятствие, как управлять движением дождевальной машины кругового действия при обработке прямоугольных полей, как осуществлять навигацию автономного подводного аппарата с помощью гидроакустической станции.
Участники прибыли на форум буквально со всей России. Например, из Владивостока, где активно развивается робототехника, а испытание ее проводят, в том числе, в Севастополе.
- Нужно было создать универсальную информационно-измерительную систему с открытой архитектурой. Структура такой системы может изменяться в зависимости от состава бортового оборудования, - говорит профессор Дальневосточного федерального университета Владимир Филаретов. - Робот сам формирует себе программу действия. Когда было необходимо экстренно выпускать подводные объекты для оборонной промышленности, робот выполнил некоторые операции так, что изделие прошло военную приемку.
Выглядело это так. Взяли конкретную деталь, сформировали ее цифровую модель, на основе которой машина сделала новую такую деталь. Важно, что измерения прошли без участия человека. Робот все сделал сам с погрешностью в пределах 0,2 миллиметра. Такой комплекс уже работает на заводе в Арсеньеве в Приморском крае.
"Восьминог" шагает под водой
Конечно, современные интеллектуальные машины совершенно не похожи на образы в кино. Но в этом никакой надобности и нет. Ни с Терминатором, ни с Оптимусом Праймом реальные роботы никогда и не будут иметь сходства. Антропоморфные черты есть смысл придавать машинам в сфере услуг. Так проще протекает коммуникация между человеком и машиной. Но при этом разработчики внимательно изучают как млекопитающих, так и насекомых. Ведь колесным и гусеничным типы движения роботов не ограничиваются. И в России вообще, и в Волгограде в частности большое внимание уделяют шагающим роботам. Да, они намного медленнее тех, которые перемещаются на шасси. Зато превосходят их в проходимости. Где нельзя проехать, всегда можно пройти. Но здесь нужно думать над тем, как повысить устойчивость механизма.
Так, для колеса и гусеницы не подходит подводный рельеф. А это очень перспективная сфера для извлечения полезных ископаемых. В Волгоградском гостехуниверситете совместно с режимным предприятием создали несколько опытных образцов: "Ортоног", "Восьминог", МАК-1. Кстати, под водой такие аппараты гораздо устойчивее, чем в воздушной среде. Разумеется, при выполнении конкретных задач нужно учитывать дополнительные факторы: течение, приливы и отливы.
Есть очень любопытная модель подводного робота, представляющего собой плавучую платформу с якорно-тросовым движителем. Чтобы было проще себе представить, запомните, что у роботов "рука" - это манипулятор, а "нога" - движитель. Корпус перемещается над самым дном. А шагает он по тому же принципу, как марионетка. Только здесь не кукловод за нитки дергает, а программа поднимает трос с грузом на конце, передвигает его вперед и опускает снова на дно. Если обычно тяговое усилие создается за счет силы трения (стопа ставится на землю и отталкивается от нее), то здесь - за счет веса якоря. Есть свои технические трудности. Например, у всех "многоногих" машин избыточное количество приводов (как у каждой конечности в живом организме есть свои мышцы), и управление ими должно проходить согласованно.
Кстати, сейчас идет разработка роботизированных мини-земснарядов для углубления дна в малых водоемах Волго-Ахтубинской поймы. Управление ими сильно затруднено практически нулевой подводной видимостью, но в этом и заключается научная новизна проекта. Как отметил его автор Ярослав Калинин, сейчас в мире насчитывается около двух тысяч лабораторных шагающих моделей (виртуальных, очевидно, намного больше). И Россия в этом направлении может считаться одним из лидеров, так как за рубежом больше занимаются системами управления и нейронными сетями.
Морской пылесос
Новой сферой применения роботов вскоре станет очистка морских судов. Владельцы аквариумов видели, как по стеклу ползают улитки и "пылесосят" его. К медленно плывущим или неподвижным кораблям самостоятельно прикрепляются микроорганизмы. Получается пленка, на которой потом образуются колонии живых существ покрупнее. Это называется биологическим обрастанием, на борьбу с которым в мире ежегодно тратится более 4,5 миллиарда долларов. Иначе падает скорость, увеличиваются расходы топлива. Для военного флота важен демаскирующий фактор.
Традиционно борта чистили в сухих доках. Но это дорого. И еще это простой транспортного средства, что в итоге тоже убыток. Кроме того, за последние 20 лет сухие доки в России приватизировали и распродали. Альтернативой стало использование водолазов. Но под водой не получается провести работы с ювелирной точностью: вместе с наростами часто удаляют и краску. Впрочем, моряки с русской смекалкой нашли третий способ. Корабль с Тихого океана отправляют в Средиземное море, там в непривычном климате биологическая оболочка отмирает и отпадает. Хотя с экологической точки зрения этот метод нельзя назвать безупречным: в экосистему заносятся чужие организмы. Классический пример - это кролики, которые попали на континент, где у них не нашлось естественных врагов, и чуть не съели сам материк. Да и логистика при перегоне судна из одного полушария в другое не выглядит идеальной.
А оптимальным выходом будет использование специального чистильщика. От магнитных держателей по ряду причин отказались. Крепиться к борту он будет на вакуумных присосках. Робот может действовать как над водой, так и под ней.
- Мы на сто процентов корпус не можем очистить из-за его сложной формы. Но когда все просчитали, оказалось, что это достаточно выгодно. Одновременно можно провести дефектоскопию. Пока есть только компьютерная модель, но через два года смогу показать в "железе", - пообещал профессор РАН Иван Ермолов.
Эта же разработка будет востребована в нефтедобывающей отрасли для покраски и технического обслуживания морских платформ. Например, в Арктике использовать для этого водолазов очень тяжело и дорого. А у спецстали, из которой сделаны платформы, слабые магнитные свойства. Так что робот на присосках тут без работы не останется.
Комментарий
Александр Зуев, заместитель директора по научной работе Института проблем морских технологий (Владивосток):
- Расширяется сфера использования роботов: не только на суше, но и под водой, и в космосе. Но остается проблема надежности и эффективности. Датчики могут ошибаться. Создано много методов обнаружения дефектов, но они не очень эффективны для роботов, они не все учитывают. Нужны новые методы, которые будут оценивать отклонения показателей от номинальных значений. Необходимо решить целый комплекс задач, сформировать математические модели.