Поиск - новости науки и техники

Как пингвин, и даже лучше. Немецкие инженеры соревнуются с природой.

Выбирая на прилавке магазина фрукты, мы почти никогда не задумываемся о том, как они на него попали. Нас заботит лишь степень их свежести и внешний вид – чтоб были ровненькими, без поврежденных бочков и вмятин. К сожалению, такие случаи, даже при нынешнем разнообразии торговых точек, редкость. При транспортировке этих продуктов большая их часть теряет товарный вид вследствие неправильной разгрузки: ручной труд нынче дорог, поэтому разбирать ящики с фруктами торговые сети нередко поручают машинам, бездушным автоматам, которым, по сути, все равно, что находится внутри ящика – кирпичи или, допустим, клубника. Так и попадают на прилавки розничных сетей “битые” продукты.
Разобраться наконец с этой проблемой, а заодно и со многими другими решил немецкий концерн Festo AG – ведущий мировой поставщик пневматических и электромеханических систем для автоматизации производства различных отраслей промышленности. Предложенная им инновационная концепция автоматизации базируется на принципах бионики – науки о применении в технических устройствах и системах свойств, функций и структур живой природы для решения новых инженерных задач. Festo AG проверяет новые подходы для управления и регулирования автономными бионическими системами, вплоть до интеграции интеллектуальных систем и использования новейших коммуникационных технологий. Результатами этих работ стали междисциплинарные решения по автоматизации: электрические, пневматические, сервопневматические, электромеханические и бионические. Биологическую эволюцию в Festo AG рассматривают как некую стратегию оптимизации окружающей среды. Следующим очевидным шагом стало применение этой стратегии эффективности природы к разработке новых технологических методов и инновационных процессов, а также изучение их возможных использований для технологии автоматизации. В связи с этим такие критерии эффективности, как гибкость, малый вес (относительно перемещаемых масс) и энергопотребление, становятся крайне важными. По мнению инженеров Festo AG, природа весьма разнообразными способами показывает, как минимальное энергопотребление может дать максимальную производительность. Процесс развития бионики и мехатроники в Festo AG в основном базируется на одновременной разработке в нескольких областях технологий механики, электроники и программного обеспечения для решения задач по манипулированию.
На создание биомехатронной системы манипулирования Bionic Handling Assistant экспертов Festo вдохновил… слоновий хобот. Говорят, как-то сотрудники компании во время одного из корпоративных мероприятий посетили зоопарк. Внимание одного из них привлекло то, как фантастически легко слоны манипулируют своими гибкими и мягкими хоботами. Проанализировав внутреннее строение и принципы функционирования хобота, применив новейшие технологии и материалы, в Festo AG разработали не только новый прибор, но и общий интерфейс “человек – машина”. Существенным преимуществом Bionic Handling Assistant перед тяжелыми промышленными роботами является то, что непосредственный контакт между человеком и машинами больше не опасен. В случае столкновения система не поранит человека, немедленно отступит на несколько действий назад, но при этом останется устойчивой. Ее конструкция способствует плавному перемещению с большим количеством степеней свободы и единственным в своем роде соотношением между массой и грузоподъемностью, что дает возможность максимально эффективно задействовать ресурсы механизма при эксплуатации. Bionic Handling Assistant предполагается использовать не только при манипулировании потенциально хрупкими продуктами, специалисты Festo AG уверены, что это устройство со временем найдет применение и в медицине, сельском хозяйстве, коммунально-бытовом секторе, в образовательных учреждениях.
Другим устройством, предложенным Festo AG для энергоэффективной автоматизации, вслед за появлением которого должна последовать революция в технике перемещения и сборки, стал BionicTripod 2.0. В облегченной конструкции этого механизма используется трехмерно адаптированная бионическая структура FinRay (плавниковый луч), созданная по принципу работы хвостового рыбьего плавника. В результате аппарат достигает неимоверной гибкости и пластичности, идеально подходя для сортировки не только овощей и фруктов, но и материалов, предназначенных для повторного использования в промышленности, а также в качестве “третьей руки” – идеального помощника для всех типов монтажных работ.
На конце BionicTripod 2.0 расположено настраиваемое устройство для захвата – FinGripper. В его основе – шаровое шарнирное соединение с тремя степенями свободы и диапазоном отклонения в 30 градусов, а также принцип работы человеческой кисти, позволяющие надежно манипулировать продуктами разных размеров, текстур и форм, захватывать и укладывать их на различные уровни высоты. Таким образом, FinGripper открывает совершенно новые перспективы в адаптивном захватывании, ведь его высокочувствительные “пальцы” могут манипулировать также хрупкими и несимметричными предметами.
…Следует отметить, что первым идеи бионики для решения инженерных задач решил применить в своих изысканиях еще Леонардо да Винчи. Великий художник пытался построить орнитоптер – безмоторный летательный аппарат с машущими, как птица, крыльями (в прошлом году проект да Винчи все-таки был реализован – канадский исследователь Тодд Рейкерт поднял в воздух орнитоптер, сконструированный из графитового волокна и древесины бальзового дерева, и пролетел 145 метров). Лишь с появлением кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало возможным более широкое изучение строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими устройствами. Сегодня основные направления работ по бионике охватывают такие проблемы, как изучение нервной системы человека и животных, моделирование нейронов и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика), исследование органов чувств живых организмов с целью разработки систем обнаружения, изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования их в технике и т.д.
Вслед за Леонардо инженеры Festo AG также обратились к орнитологии. Разработанные ими устройства AquaPenguin реализуют новую технологию автономного подводного транспортного средства. Как и его природный прототип, механический “пингвин” Festo имеет обтекаемую форму тела. Передвигаясь при помощи крыльев, используя хвост и голову, которую можно поворачивать во всех направлениях, пингвины-роботы могут маневрировать в условиях ограниченного пространства, при необходимости включать светодиод и в отличие от их биологических собратьев даже плыть задом наперед. AquaPenguin способен независимо ориентироваться и плавать по водоему с помощью трехмерного гидролокатора, который, как и у дельфинов, обеспечивает связь с окружающей средой (и с другими “пингвинами”, во избежание столкновений). Новинкой робототехники стало туловище AquaPenguin, которое может перемещаться в любом направлении. Подобную конструкцию можно использовать при автоматизации конфигурации гибкого привода для манипуляции предметами, уверены в Festo AG.
Но останавливаться на достигнутом здесь, видимо, не привыкли, поэтому разработали еще и AirPenguin – автономно летающую робототехническую птицу. В данном случае инженеры Festo AG научили искусственных пингвинов полету в “воздушном море” по заданной траектории – их движение управляется микроконтроллером. Для этого технологию управления и регулирования пришлось развить до уровня саморегулирующихся биомехатронных систем, которые в будущем могут сыграть значительную роль в адаптивном производстве.
Найдут ли все эти разработки активное применение в промышленности или лишь послужат толчком для дальнейшего развития чьей-то технологической мысли, так и оставшись красивыми, амбициозными проектами, покажет только время. Как отметил в интервью корреспонденту “Поиска” глава Управления автоматизации процессов Festo AG доктор Экхард Роос (Eckhard Roos), “иногда важно создавать что-то такое, что совсем не обязательно послужит лично вам, но вдохновит других на продолжение исследований. Таковы правила игры в науке”. Правила, установленные еще Леонардо да Винчи.

Наша справка:
Познакомиться с этими и другими инновационными разработками немецких инженеров, направленными на организацию максимально эффективного и энергосберегающего производства, журналистам удалось во время недавнего пресс-тура, организованного Германской службой академических обменов (DAAD). Развитие технологий “зеленого” производства сегодня играет ключевую роль в немецкой экономике. Весной 2011 года Федеральное министерство образования и исследований Германии (BMBF) даже запустило специальную программу “Green Production Technologies”, нацеленную на укрепление и развитие исследований и разработок в этой сфере. В ее рамках планируется организовать поддержку международного обмена студентами и учеными, занимающимися данной тематикой. Подробнее об этой инициативе ВМВF можно узнать на сайте http://www.research-in-germany.de/production_technologies

Анна ШАТАЛОВА

Фото автора и с сайта http://www.festo.com

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2