Уголок изобретателя №20. Новые физические принципы в роботостроении

Привет.

В предыдущих выпусках было несколько интересных комментариев, так что начнем с них.

Обратная связь

В выпуске, где мы патентовали управляющую систему, которая бы пришлась по душе жильцам, недовольным односторонней выгодой при оказании услуг управляющими компаниями, было замечание в истинно русском духе:

«Запихать пустую коробку, для полного заполнения бака и все радостно будут выкидывать мусор рядом в ожидании подарков. Мусор вывозят по заполнению бака, т.е. по объему. Систему с весами и подъемом сломают, завалят мусором и вообще дорого. Зальет водой, снегом засыплет, дренажный насос замерзнет, провода сгрызут крысы. За сброс дренажных стоков вас экологи сожрут».

Если не запомнили, то мы рассматривали пример с подземными мусорными баками, которые по достижении определенного веса вывозятся соответствующими службами. В комментарии выше можно видеть типовые технические тонкости, которые также должны решаться. Но также заметно и чутье на выгоду. Этого у нас не отнять. Как-то слышал историю про условия работы вроде на японском конвейере, где при обнаружении ошибки заметившему полагалась разовая выплата. Это способствовало улучшению качества выпускаемой продукции. Наши специалисты сразу предложили японским коллегам нарочно делать ошибку, а премию заметившего делить с ним пополам.

Другим дельным комментарием были слова уважаемого Lecron’а касательно того, что успех попытки придумать технологическое решение, учитывающее все чаяния пользователя, менее вероятен, нежели попытки формализовать таковые чаяния. И здесь на самом деле есть о чем порассуждать. Например, вернемся к той самой коробке, которая заблокирует возможность сброса мусора в подземный мусорный контейнер. Можно прописать в договоре об оказании услуг, что выброс крупногабаритного мусора допустим только посредством самовывоза или заказа специального транспорта. Но кто будет это делать ради, например, табуретки? Поставят рядом с баками, и все. Кода на мусорном мешке, как в оригинальной идее, на ней нет, так что понять, кто ее выбросил, не получится. Потребуется еще один пункт в договоре. И так далее. Техническое решение, которое бы ограничило воображение человека в стремлении нарушить утвержденные правила, мне видится более логичным шагом. Каким именно оно будет, я рассказывать не стану. Сегодня поговорим о другом.

Проблема

Уверен, вы слышали о Дэвиде Копперфильде. Это иллюзионист, шоу которого лично я впервые увидел в 90-е годы, будучи еще ребенком. Фокусы забавляли. Почему-то масштабные, вроде исчезновения статуи Свободы, не особо цепляли. Видимо, из-за сквозившей постановочности и монтажа. Но вот прорезание всяких купюр карандашом надолго врезалось в память:

Оказалось, очень многие рады, когда глаза их обманывают. Видели бы вы лица моих одногруппников, когда я показал им фокус с «втиранием» пятирублевой монетки в локоть. Бьюсь об заклад, вы и сегодня сможете им многих удивить. Вспомнил я Копперфильда потому, что иллюзионисты представляют собой людей, ремесло которых по сложности сопоставимо разве что с творчеством тех, кто послужил прообразом персонажей из фильма про Дэниела Оушена. Если кто не понял, то это значит, что над выступлениями трудятся десятки специалистов в самых разных областях. И чтобы обеспечить успех, необходимо продемонстрировать то, чего зрители еще не видели. И именно в этом месте и вспоминается Копперфильд. У него есть трюк, где публике демонстрируются его невероятные способности, проявляющиеся в умении летать. Разоблачители в один голос заявляют, что человек без самолета и парашюта может летать только одним способом. Копперфильд же в разговоре с разоблачителем его фокусов Тимуром Абдуловым утверждал, что знает четыре. И именно вот эти неочевидные способы и являются тем самым толчком для развития технологий.

Если пример кажется вам притянутым за уши, то вот вам научный из моей практики. Сегодня в мире существует несколько способов получения металлических деталей: литье, ковка/штамповка, мехобработка и 3D-печать. Для прутов, труб и профилей есть прессование и волочение. Я изучал литье, поэтому скажу несколько слов о новых физических принципах применительно к нему. У него также есть несколько способов, но большинство из них основывается на гравитации. Металл либо выливается в форму, либо подается в нее под давлением. И даже если форму заранее вакуумируют, то гравитационное воздействие всегда учитывается. А теперь давайте вспомним эпические сериалы про космос. «Экспансия», например. Добыча полезных ископаемых на астероидах. Судоверфи прямо в безвоздушном космическом пространстве. Звучит классно. Но! Как вы делаете сложные корпусные детали двигателей?

Литье — краеугольный камень таких устройств. Никакая механическая обработка не позволит получить точной внутренней полости сложной обтекаемой геометрии. Трехмерная же печать никогда не даст стопроцентной гарантии качества поверхности в каждой точке. И здесь как нельзя кстати новые физические принципы. Как всем известно, жидкость в космическом безгравитационном пространстве вдали от массивных объектов вроде планет стремится принять форму капли. Аналогично происходит и с расплавленным металлом. Здесь следует отметить, что металл льется не как лава (многим именно так и представляется), а как самая настоящая вода. И если убрать ощущения жара, то визуально от окрашенной воды его отличить не получится. Выдавать его, пожалуй, будет одна деталь (будет шумно):

Все верно. Он магнитен. И именно подобная концепция могла бы послужить решением для изготовления сложных корпусных деталей в отсутствие гравитации. Формирование у расплавленного металла заданной геометрии посредством магнитных полей — не новость. Схожие способы уже патентуют:

Выше представлена иллюстрация из патента на способ электромагнитного удерживания расплавленного металла в горизонтальных литейных машинах. Но, разумеется, есть и другие интересные варианты применения новых физических принципов в знакомых отраслях, например, вот в этой:

И если резюмировать проблему, то звучать она будет так: старые способы для старых идей.

Уровень техники

Из уровня техники нам известно несколько вариантов конструкций роботов. Наиболее впечатляющей можно назвать ту, которую сегодня продвигает Илон Маск:

Это так называемый антропоморфный тип робота. Визуально он очень близок к человеку. А если приложит руку способный дизайнер, то такое устройство еще и станет эстетически привлекательным, несмотря на свою техническую природу.

Правда, как отметили в комментариях к статье, ссылка на которую расположена выше, подобный форм-фактор уместен тогда, когда роботу необходимо взаимодействовать с инструментами, разработанными для человека. Ну или заполнять социальные пробелы:

В остальных же случаях разработка не требует точного соответствия конструкции человеческого тела, и на первый план выходит важность выполнения заложенной функции.

Однако что в первом случае, что во втором используются одни и те же узлы и механизмы. Шарниры, электродвигатели, гидравлические устройства, датчики, аккумуляторы и т.п. Отличия будут только в кинематической схеме.

Причем, что интересно, большая часть разработок полагается на проверенные методы, пренебрегая разными средами работы.

То есть и на суше, и под водой манипулятор будет одинаков.

Идею мне подкинула новость со следующим названием: «Японцы создают многозадачных роботов из роботов». В статье была ссылка на видео, где стандартную детскую игрушку паука-шагохода сделали очень сложным образом. Сделайте звук потише, будет сильно жужжать:

Работоспособность в реальных условиях близка к нулю, но что, если применить подобный опыт для подводного робота?

Осуществление изобретения

Манипулятор для подводных работ, установленный, например, на глубоководном батискафе, управляется следующим образом. Оператор, который может находиться как удаленно, так и в непосредственной близости внутри глубоководного аппарата, активирует устройство. Манипулятор, установленный на корпусе устройства-носителя, приходит в движение. Однако управление происходит не посредством двигателей в составных шарнирно соединенных секциях, а за счет направленного отталкивания концевой части манипулятора от водной массы. Например, с помощью миниатюрных винтов. Концевая часть манипулятора (например, «клешня») доходит до необходимого предмета, размыкается для захвата, закрепляется на нем. Далее в работу вступают устройства перемещения шарнирно закрепленных между собой и между корпусом устройства-носителя и «клешней» секций. Они могут быть гидравлическими, электрическими, магнитными и т.п. Захваченный предмет перемещается к корпусу устройства-носителя. Перемещение также может корректироваться посредством возможностей отталкивания от воды «клешни» (частный случай). Кроме того, «клешня» может быть оборудована магнитными устройствами для лучшего закрепления на металлических предметах. Также для перемещения «клешни» может использоваться принцип балластных емкостей, аналогичных таковым на подводной лодке.

Подобное устройство позволит точнее позиционировать манипулятор относительно объекта захвата и использовать меньше ресурсов на движения всего манипулятора, которому будет препятствовать объем водной массы.

Вот такая идея. Работоспособность требует проверки, но в качестве заявки на выдачу патента, расширяющего количество технических вариантов известных решений, сгодится. Применительно же к информационным технологиям новые физические принципы могут проявляться в использовании проекторов вместо дисплеев, резиновых корпусов смартфонов с надувными частями, мы такое показывали. Почему разработки не движутся в сторону альтернативных решений, мы тоже много раз рассказывали. Впрочем, еще одним соображением как-нибудь поделюсь. Пока же давайте застолбим наш вариант изобретения.

Формула изобретения

1. Манипулятор для подводных работ, содержащий по меньшей мере две шарнирно соединенных между собой секции, электродвигатели, гидравлическую систему, концевой захват, шарнирно закрепленный на одной из секций;

• упомянутый захват выполнен с возможностью самостоятельного движения под водой.

2. Манипулятор для подводных работ по п.1, отличающийся тем, что содержит насос и систему каналов для подачи и забора воздуха, а упомянутый захват выполнен с множеством полостей, способных заполняться водой или воздухом.

3. Манипулятор для подводных работ по п.1 и п.2, отличающийся тем, что захват содержит магнитные крепления.

4. Манипулятор для подводных работ по п.1 — п.3, отличающийся тем, что захват выполнен в виде щипцов.

И так далее. Можно детально проговорить и конструкцию клешни, но и так понятно, что основная ценность изобретения в другом.

А вы что думаете? Имеет ли право на жизнь применение новых физических принципов, или стоит работать над совершенствованием существующих и конкурировать исключительно сопутствующими возможностями? Или все и так идет верным курсом, только с поправкой на скорость исследований и разработок работоспособных продуктов? Интересно мнение специалистов, делитесь!

Смелых идей, отличных изобретений и успешных продуктов. Удачи!