Юный техник, 2012 № 08

«Мы подготовили проект многофункционального устройства с автоматическим управлением, после установки которого лампочки будут гореть нормально у всех», — сказал профессор.

СНОВА НА ЛУНУ? Роскосмос планирует объединить имеющиеся в стране наработки по освоению Луны с помощью автоматических космических аппаратов и планы пилотируемых экспедиций к спутнику Земли в единую программу, сообщил журналистам руководитель Федерального космического агентства Владимир Поповкин. По его мнению такое объединение целесообразно, поскольку необходимо «посадить оба направления на единую технологическую базу.

В. Поповкин напомнил, что в ближайшие годы государство выделяет на космонавтику рекордные суммы: 150 млрд. рублей в 2012 году, 175 млрд. руб в 2013 и 200 млрд. рублей в 2014 году, и задача наших специалистов — использовать эти средства с наибольшей эффективностью.

СОЗДАНО В РОССИИ

Куда идут шагоходы?

Шагающие машины начали изобретать еще в XIX столетии, припоминает ведущий научный сотрудник института, доктор физико-математических наук, профессор МГУ Владимир Павловский. Более того, есть легенда, что некий «механический мужик» существовал при дворе Ивана Грозного…

Но легенды легендами, а сегодня различные модели шагоходов разрабатывают ученые ведущих стран мира, потому что уверены — за ними будущее. Дело в том, что даже сейчас около 70 % земной поверхности недоступны для колесной и даже гусеничной техники. Туда можно добраться лишь пешком или верхом на лошади.

Шагающее существо не только в состоянии пробраться через чащобу, но и в состоянии само выбирать точки контакта ноги с поверхностью, учитывать ее неровности. Поэтому не только люди и лошади, но и шагающие машины способны преодолевать пересеченную местность, довольно крутые подъемы, пробираться среди валунов и завалов…

На своих двоих ногах мы уверенно ходим по земле, ловко поднимаемся по лестницам и прыгаем через лужи. Зато лошадь, скачущая на четырех ногах, легко обгоняет бегущего человека. А шестиногие мухи и восьминогие пауки без видимых усилий ползают по стенам и даже по потолку.

Какое же количество ног предпочесть?

Посоветовавшись, инженеры решили сначала построить шестиногую шагающую машину. «Потому что шесть — это два раза по три, — рассудили они, — а стол на трех ножках никогда не качается. Значит, и транспортный робот должен получиться весьма устойчивым».

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.

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.