100 великих достижений в мире техники - Станислав Зигуненко

Ныне это новшество потихоньку начинают внедрять и на территории СНГ. Хочется верить, что вскоре загулявшего по весне кота Ваську или вашего Джульбарса тут же доставит на дом улыбчивый постовой. И вы получите возможность чмокнуть своего затерявшегося было любимца в его неповторимый нос.

Помощник Геракла

Если на заводе увидеть промышленного робота – не так уж сложно, то вот в сельском хозяйстве подобные механизмы – в диковинку. Почему?

В нашей стране за трудное дело роботизации сельского хозяйства одними из первых взялись сотрудники Академии инженеров сельскохозяйственного производства под руководством Валерия Ивановича Васянина. Еще в 80-х годах XX века они начали создавать первые сельхозроботы.

Одним из них был мобильный автономный робот МАР-1, который предназначался для ухода за животными. Конечно, чтобы как следует выполнять свои обязанности, такому роботу надо уметь различать и двери коровника, и самих коров, отыскивать необходимый инвентарь – лопату или ведро…

Роботы для сбора плодов

Человеческий мозг сравнивает увиденное с тем изображением, которое хранится в его памяти. Так должен поступать и робот, решили ученые. А роль памяти – хранительницы «галереи» образов – они доверили видеомагнитофону. Специальный прибор – телевизионная сравнивающая трубка – сличает изображение, принятое телекамерой, с записями на ленте видеомагнитофона. Если изображения совпадают, появляется электрический сигнал, который означает, что робот узнал увиденное. И тогда он берет нужный ему предмет, скажем, то же ведро.

Робот, наделенный магнитофонной памятью, оказался довольно сообразительным учеником. Обучать его новой работе не так уж сложно. К нему цепляют тележку с креслом, в нее садится кто-нибудь из сотрудников и, нажимая кнопки на пульте управления, заставляет робота выполнять необходимые операции: мыть полы, расставлять по местам ведра и доильные аппараты…

Каждая операция записывается на видеомагнитофон. Потом достаточно поставить кассету с нужной программой, и робот тотчас «вспоминает», что он должен сделать.

Робот МАР-1 успешно прошел серию испытаний, но на том все и кончилось. Причин тому было как минимум две. Во-первых, в лихие 90-е годы многим стало не до внедрения новой техники. Причина вторая заключалась в том, что создать робот-универсал, который бы один выполнял все работы на той же ферме, – задача архисложная. До конца она не решена и по сей день. А потому ныне инженеры предпочитают создавать узкоспециализированных роботов. Одни кормят коров, другие доят их, третьи убирают навоз…

Пожалуй, одна из самых неприятных, грязных работ – уборка. Вспомните, легендарный Геракл, чтобы не мучиться с уборкой авгиевых конюшен вручную, просто направил туда поток воды, которая и смыла весь навоз. Геракл, конечно, молодец, но зачем загрязнять сточные воды? Да и навоз, как известно, ценное удобрение, стоило бы распорядиться с ним по-хозяйски.

Вот, например, как это делает робот-уборщик Lely Discovery, разработанный финскими специалистами фирмы Lely. В конструкции такого уборщика есть некоторые характерные черты двух агрегатов. Во-первых, уборочных машин, в том числе и тех, что у нас наводят чистоту на станциях метро. Во-вторых, домашних пылесосов-роботов, которые, словно черепахи, ползают по квартире самостоятельно, тщательно выискивая сор по всем углам.

Но, конечно, на ферме есть своя специфика. Поэтому робот-уборщик может работать лишь на современной ферме, оборудованной щелевыми полами. Сквозь эти щели, по идее, и должен проваливать навоз в специальные канавы под полом, откуда он самотеком попадает в резервуары-сборники. А уж оттуда вывозится на поля.

Маршрут, по которому перемещается Lely Discovery, программируется с помощью пульта дистанционного управления. Возможно задание различных маршрутов с более интенсивной и частой чисткой отдельных участков в определенное время.

Самый простой и эффективный способ задания программы таков. Оператор с пультом дистанционного управления в руках однажды вместе с роботом проходит весь маршрут по коровнику, нажимая соответствующие кнопки в тех местах, где уборщику нужно поворачивать вправо или влево. Начинается и заканчивается маршрут у зарядной станции, которая устанавливается в определенном месте в коровнике и служит для автоматической подзарядки аккумуляторов робота.

По мере движения расположенные в нижней части робота щетки-шиберы проталкивают навоз через отверстия щелевого пола. Устройство приводится в движение и управляется двумя ходовыми колесами в задней части робота. Вместо видеокамеры тут используется более простой ультразвуковой датчик, который и обеспечивает перемещение робота на определенном расстоянии от стены.

Помогает движению Discovery и кольцо-ограничитель в передней части робота. Оно предотвращает его столкновение с ногами животными и другими препятствиями – он их объезжает.

Увидеть такое устройство уже можно не только на выставке. За рубежом роботы-уборщики уже работают на многих фермах. И у нас ООО «Фермы Ясногорья», расположенное в г. Подольске, предлагает их всем желающим. Были бы деньги! Кстати, стоит такой комплекс не дороже самого простого трактора, способен работать круглые сутки все 7 дней в неделю. По расчетам, он окупает себя за 2–3 года.

Чудеса быта

В заключение давайте поговорим о том, с чего, быть может, стоило бы начать эту книгу, – о премудростях быта. Уровень жизни человека во многом определяется тем, какую одежду он носит, что ест, тепло ли и светло ему в доме, не скучно ли…

Очаг XXI века

Дешевый дровяной «кухонный комбайн», объединяющий плиту, электрогенератор и холодильник, обещает в течение ближайших пяти лет разработать международная команда ученых, координируемая из Университета Ноттингема в Великобритании.

Сегодня около 2 млрд людей на земном шаре готовят пищу на открытом огне, используя костер или примитивную печь. А это, как полагают современные теплотехники, крайне неэффективно. Лишь около 7 % выделяемой от сжигания дров или другой органики энергии используется по назначению.

Кроме как к дополнительному загрязнению воздуха и окружающей среды, выделению углекислого газа и уничтожению растительности такая расточительность не ведет. Но тотальная нищета третьего мира пока не позволяет что-нибудь изменить.

Новый проект назвали SCORE (Stove for Cooking, Refrigeration and Electricity) – печь для готовки, охлаждения и получения электричества. Самое интересное, что комбайн основан на технологии термоакустических преобразователей, которые до сих пор использовались лишь в космосе или в военных целях для охлаждение электроники или генерации электроэнергии. Эти передовые технологии, надеются авторы проекта, позволят создать простое устройство почти без движущихся частей и не требующее обслуживания, цена которого (30–40 долларов) будет на порядок меньше, чем у электрогенераторов такой же мощности.

Демонстрационная модель печи SCORE для готовки, охлаждения и получения электричества

По-видимому, первыми с термоакустикой столкнулись стеклодувы, еще в XIX веке. Они иногда слышали чистый звук, издаваемый неравномерно нагретыми сосудами. Тогда же эффект генерации звука при наличии перепада температур был изучен и описан в трудах классиков науки. Но на практике с термоакустической неустойчивостью серьезно начали работать лишь в середине прошлого века создатели ракетных двигателей, в соплах которых большие перепады температур приводили к самовозбуждению звуковых колебаний, способных разрушить всю конструкцию. И лишь в 80-х годах было осознано, что можно использовать и обратный эффект перекачки тепла звуковыми волнами. На основе термоакустического эффекта стали разрабатывать тепловые насосы, то есть холодильники для спутников и радаров. Возник интерес и к термоакустическим генераторам электроэнергии.

Механизм работы термоакустического устройства легче всего понять на примере теплового насоса. В простейшем случае он состоит из настроенной в резонанс со звуковыми колебаниями трубы, в которую помещен кусок пористой керамики или пучок параллельных заполненных газом тонких трубок. С одной стороны трубы помещают динамик, похожий на тот, что используют в звуковых колонках. В возбуждаемых динамиком стоячих звуковых волнах газ колеблется взад и вперед, нагреваясь при сжатии и охлаждаясь при расширении. Этот перепад температур мал – всего две сотые градуса даже для громкого звука на болевом пороге нашего слуха (120 децибел). Но если правильно подобрать материал и размеры трубок, этого оказывается достаточно, чтобы обменивающийся с ними теплом газ создал в пучке необходимый градиент температуры.

Точно так же, но в противоположном направлении работает и термоакустический генератор, в котором звуковые колебания возникают при поддержании перепада температур в пучке трубок. А уже эти звуковые колебания нетрудно превратить в электрический ток с помощью того же динамика, который будет работать как микрофон, то есть линейный электрогенератор.