Цифровой журнал «Компьютерра» № 194 - Коллектив Авторов

Иными словами, аппаратная база для создания даже космической техники доступна в современном мире практически всем. Дело в том, чтобы суметь её правильно использовать. А правильно — это значит с той эффективностью, которую дают стандартные решения. Ведь почему завоевал весь мир классический персональный компьютер? Да потому, что он был открытой системой со стандартными шинами. И именно стандартизацией шин сегодня активно занимаются разработчики микроспутников. 

Перспективный микроспутник NEOSSat на базе Multi Mission Microsatellite Bus, разрабатываемый Канадским космическим агентством для «охоты» на астероиды.

Вот один из таких разработчиков — канадская фирма Microsat Systems Canada Inc. (MSCI). Она, будучи ещё космическим подразделением Dynacon Inc., получила известность как создатель первого канадского космического телескопа Microvariability and Oscillations of STars telescope, обычно сокращаемого до MOST. Этот аппарат с 15-сантиметровым телескопом оптической схемы Максутова на борту весил 53 кг и был запущен носителем «Рокот» с разгонным блоком «Бриз-КМ» с космодрома Плесецк в 2003 году. Ну а выделившиеся в самостоятельную фирму разработчики из Microsat Systems Canada Inc. (обратим внимание: «микроспутник» вынесен в название) сосредоточились на создании базовой структуры для общедоступных космических аппаратов. 

И тут тоже появляется МММ. На этот раз это Multi Mission Microsatellite Bus. Унифицированная шина для многоцелевых микроспутников. Как видим — вполне компьютерный подход! Она создана как результат стандартизации аппаратуры для микроспутников и дальнейшее развитие шины Commercial Microsatellite Bus (CMB). Сами канадцы говорят о том, что применение Multi Mission Microsatellite Bus кардинально изменяет динамику рынка космических услуг, позволяя создавать микроспутники различного назначения подключением стандартных устройств к стандартной же шине. Подчёркиваются широта предоставляемых возможностей, гибкость, ценовая эффективность и малое время, необходимое для создания нового образца. Microsat Systems Canada Inc. создала специализированную фирму COMMStellation™, которая уже занимается непосредственной разработкой специализированных микроспутников под конкретные задачи. Естественно — используя стандартную архитектуру Multi Mission Microsatellite Bus, разработанную родительской фирмой. Сейчас ведётся работа по развёртыванию на низких околоземных орбитах группировки из 72 коммуникационных спутников, которая будет завершена в 2018 году. 

Спутниковая группировка COMMStellation будет опираться на ценовую эффективность стандартной шины.

Подведём итоги. Микроспутники, порождённые доступностью мощной и надёжной цифровой электроники, прошли путь от бюджетных научных экспериментов и студенческих лабораторных работ до полноценных систем. Интерес к ним военных показывает надёжность и возможности таких систем, а коммерческое использование демонстрирует экономическую эффективность. Причём ключевой инновацией, похоже, стоит считать внедрение типичной для информационных технологий стандартной шины. Там нет ничего такого, что не было бы возможно применить в нашей стране (ну, взглянем ещё раз на канадский MOST: там телескоп схемы ленинградского оптика, отечественный носитель, российский космодром).

К оглавлению

Свой робот ближе к телу: экзоскелет с поддержкой мелкой моторики и точная роборука

Андрей Васильков

Опубликовано 10 октября 2013

Сегодняшние роботы не только обретают новые качества: они всё теснее взаимодействуют с человеком, расширяя его возможности. Появилось даже целое новое направление в носимой робототехнике — экзоскелеты.

При разработке экзоскелетов приходится искать компромисс между целым рядом параметров. Среди них сила и точность движений, скорость выполнения манипуляций и степень их разнообразия, надёжность и сложность конструкции, время автономной работы и масса. Последние два особенно актуальны для всех носимых роботизированных компонентов.

На втором ежегодном коллоквиуме по робототехнике в Гарвардском университете доцент кафедры механической и биомедицинской инженерии Конор Уолш (Conor Walsh) представил экзоскелет с роботизированными перчатками для спасателей и военных. Он не только защищает суставы от избыточной нагрузки и усиливает движения крупных мышц, но также помогает при совершении мелких манипуляций.

Профессор Конор Уолш (слева) и доктор Панайотис Полигеринос обсуждают роботизированную перчатку (фото: Kirstin Hagelskjær Petersen).

Многочисленные моторы усиливают движения пальцев, позволяя орудовать рукой в перчатке как универсальным и необычайно удобным инструментом. Человек, чьи возможности расширены при помощи такого экзоскелета, получает дополнительную силу без ущерба для ловкости, как это обычно происходит с другими подобными изобретениями. 

Солдаты смогут увеличить массу носимого снаряжения и переносить тяжёлые грузы на большие расстояния, оставаясь всё время готовыми к бою. Во многих ситуациях спасатели получат возможность действовать в экстремальных условиях, не дожидаясь подхода тяжёлой техники, и в одиночку эвакуировать раненых.

Прототип мягкого экзоскелета (фото: Harvard Biodesign Lab.).

Исследование финансировалось DARPA, однако экзоскелет найдёт применение и в реабилитационной медицине, помогая пациентам быстрее восстанавливаться после инсульта и различных травм. Для этих целей команда Уолша разработала вариант мягкого эластомерного экзоскелета. Он аккуратно выполняет упражнения на восстановление подвижности пациентов с любыми поражениями нервной и опорно-двигательной систем, кроме паралича. 

Это ограничение обусловлено необходимостью совершения хотя бы минимальных усилий самим пациентом. Экзоскелет берёт на себя роль тренера, который помогает правильно дозировать нагрузку и постепенно увеличивать амплитуду движений, но не станет выполнять упражнения вместо человека.

Аналогично баланс между массой параметров необходимо соблюдать и при создании манипуляторов для автономных роботов, потребность в которых растёт с каждым днём. Хотя манипуляторы для всех видов работ создавались десятилетиями, в этом направлении каждый год появляется что-то принципиально новое.

На том же коллоквиуме другой гарвардский профессор, Роберт Хау, представил i-HY — роботизированный манипулятор с открытой архитектурой, обеспечивающий высокую точность движений. 

Прототип манипулятора i-HY (Harvard-Yale). Фото: biorobotics.harvard.edu.

В своём выступлении профессор Хау так прокомментировал важность разработки:

Представьте, что ураган разрушил энергоблок. Ремонтнику со стандартным оснащением будет трудно устранить неполадки и опасно находиться в этой зоне. Обычные роботы окажутся бесполезными из-за своей неуклюжести. Робот с таким манипулятором — самый предпочтительный вариант.

На протяжении многих лет группы исследователей тщетно пытаются создать робота с манипуляторами, обладающими достаточной силой, но в то же время способными быстро и точно выполнять мелкие движения, так необходимые при ремонте и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Называя разработку «роботизированной рукой для реального мира», Хау комментирует историю её создания:

С начала восьмидесятых были опубликованы сотни диссертаций на эту тему. Пока никому так и не удалось сделать робота, выполняющего разные операции в реальных условиях, а не на стенде. Поэтому мы отринули все прошлые концепты и перестали пытаться скопировать руку человека.

Манипулятор i-HY ловко захватывает крупные предметы и мелкие детали практически любой формы (фото: biorobotics.harvard.edu).

Универсальный манипулятор получился больше похожим на клешню омара. Это трёхпалая роботизированная рука, прототип которой создан методами 3D-печати. Она снабжена сенсорами, благодаря которым постоянно подстраивается под меняющиеся условия и дозирует усилия на каждый искусственный палец отдельно.

Совсем недавно основная масса роботов представляла собой тяжёлое автоматизированное оборудование для выполнения рутинных производственных процессов. Тяжёлые промышленные роботы производили сборку автомобилей и различной техники, с каждым поколением всё сильнее вытесняя людей с их прежних рабочих мест. Большинство людей вообще старалось не приближаться к ним без особой нужды из-за риска производственной травмы и психологической боязни, а операторы ограничивались дистанционным управлением.