Поиск - новости науки и техники

Нежные руки робота. Мехатроника добралась до человеческого сердца.

В начале августа мир в очередной раз всполошила информация о появлении новой порции неуправляемых объектов над нашими головами – спутники связи “Экспресс-МД2” и “Телком-3” в результате сбоя в работе разгонного блока “Бриз-М” попали на аварийную переходную орбиту, после чего их использование по целевому назначению стало невозможным. Тонны дорогостоящей аппаратуры в один миг превратились в так называемый космический мусор, который теперь представляет угрозу не только для нынешних и будущих космических миссий, но и для землян – ведь траекторию схода с орбиты этой техники больше предсказать невозможно. К сожалению, случай с российскими спутниками не стал в этом году единичным: в апреле Европейское космическое агентство (ESA) объявило о том, что потеряна связь с его крупнейшим спутником Envisat (Environmental Satellite), занимавшимся исследованием Земли из космоса. После 10 лет успешной работы миссию спутника, на борту которого были установлены девять приборов для сбора информации о суше, воде, льде и атмосфере и эксплуатацию которого планировали продолжить еще как минимум пару лет, пришлось признать внезапно оконченной…


Ученые давно обеспокоены тем, что космический мусор, накопившийся на околоземной орбите из-за многочисленных запусков искусственных спутников, рано или поздно приведет к полной непригодности ближнего космоса для практического использования. Большое внимание этой проблеме уделяют в Центре робототехники и мехатроники – одном из ключевых подразделений Германского исследовательского центра авиации и космонавтики (DLR). Основной упор в DLR делается на исследования и разработки в области аэронавтики, космоса, космического транспорта, ДЗЗ, энергетики, вооружения, вопросов национальной безопасности. Кроме того, DLR наделено правом планировать и выстраивать немецкую космическую программу, представляя космические интересы Германии за рубежом. Как рассказал глава Центра робототехники и мехатроники DLR профессор Герд Хирцингер (Gerd Hirzinger), он с коллегами отнюдь не ограничивает себя вопросами, связанными с утилизацией космического мусора:
– Мы разрабатываем различные интеллектуальные механизмы для поддержки людей – автоматические машины, роботов, беспилотные летающие аппараты, электромобили, приборы для телемедицины, автоматизированные “помощники” для парализованных и пожилых людей, а также многое другое. Однако особо фокусируем наше внимание на космической робототехнике для оказания помощи астронавтам и даже их замены в будущем. Не секрет, что для поддержания жизни астронавтов в космосе, какими бы натренированными и подготовленными они ни были, надо постоянно прикладывать огромные усилия. На это сегодня уходит львиная доля финансов и энергии, поэтому, конечно, гораздо продуктивнее будет со временем использовать в космических миссиях роботов, а не людей. Кроме того, мы разрабатываем спутники, например, для обнаружения огня, камеры для спутников слежения, в мире хорошо известны наши проекты по созданию электронных систем для ведения очень точных оптических наблюдений с воздуха.
Силами нашего Центра робототехники и мехатроники было проведено множество экспериментов на орбите. Например, в 1993 году на шаттле “Колумбия” в космос был отправлен ROTEX (телеуправляемый космический робот), который, помимо всего прочего, должен был научиться кидать и ловить мелкие объекты в условиях невесомости. Его деятельность могли контролировать как сами астронавты, так и – впервые! – ученые из наземного центра управления. С Земли этот процесс наладить было крайне сложно, потому что задержка сигнала связи тогда была очень долгой, составляла 5-7 секунд, но наш коллектив достойно справился с этой поистине пионерской работой.
Следующий подобный эксперимент был проведен нами в 1999 году совместно с японскими учеными. Тогда в первый раз в космос был отправлен свободно летящий робот. Нас пригласили его контролировать, и мы вновь столкнулись с долгими задержками сигнала. При этом наш коллектив смог управлять движением робота при помощи помахиваний его руки – здесь мы были вдохновлены природой, точнее, принципом работы кошачьего хвоста, благодаря движениям которого кошка, падающая вниз с высоты, всегда приземляется на лапы. Результаты, полученные нами тогда, имеют огромное значение для контроля движения спутников сегодня.
К слову, мы имеем многолетний успешный опыт сотрудничества с Россией: при участии специалистов Российского федерального космического агентства и РКК “Энергия” на поверхности Российского обслуживающего модуля МКС в январе 2005 года была смонтирована специальная аппаратура (робот Rokviss), которая позволяет вести проверку робототехнических компонентов МКС. Обслуживание двухступенчатого термоконтролируемого робота, установленного на специальной плате на поверхности модуля, а также контроллера, стереокамеры, системы освещения, датчиков, установленных на роботе, устройств, осуществлявших нагрузку робота, велось с наземной станции в Москве. Данный эксперимент прошел очень успешно, была подтверждена возможность работы робота в условиях открытого космоса. Исследование преследовало две цели: во-первых, показать, что движения, которые можно свободно выполнять на Земле, можно приспособиться совершать и в космосе; во-вторых, потренироваться работать с телеприсутствием. То есть в случае, когда задержек связи нет или они довольно малы, мы могли создать ощущение удаленного доступа в лабораторию на МКС. Правда, управлять нашей механической рукой так, будто робот находится от нас всего в нескольких метрах, мы могли лишь тогда, когда МКС пролетала ровно над нами – только в этот момент нас разделяли всего три сотни километров и 20 миллисекунд задержки сигнала связи. Сотрудники нашего центра долго развивали теоретические методы и процедуры управления этой механической рукой, и теперь мы – единственные, кто может корректно работать в режиме удаленного доступа к роботу, размещенному в космосе. Кроме того, мы конструируем наши механические руки таким образом, что оператор на Земле может чувствовать отдачу от их движений, уже вскоре мы сможем дистанционно ощутить на себе все те силы, которые действуют на роботов в космосе. Сейчас мы планируем разработать более сложного робота и провести его испытания в реальных условиях с учетом уже накопленного опыта. А недавно у нас появилась идея применить эти космические наработки для использования аналогичных роботов, но не в космосе, а на Земле, при ликвидации последствий ЧС, таких, например, как разбор радиоактивных завалов на Фукусиме…
Но вернемся к теме космического мусора: сегодня в космосе его накопилось уже более 6 тысяч тонн, он представляет серьезную угрозу для будущих запусков. Более того, его фрагменты постоянно разрушаются при столкновении друг с другом, получаются новые частицы мусора… Еще лет десять назад мы озаботились тем, как можно поймать объекты, свободно плавающие в космосе, которые больше не работают стабильно и могут представлять угрозу, например спутники. Обсуждалась возможность создания робота, которого можно послать к таким потенциально опасным, старым, вышедшим из строя спутникам, и с его помощью безопасно их спускать на Землю, чтобы затопить в Атлантическом или Тихом океане. К сожалению, мы не получили достаточного финансирования этого проекта. Возможно, ситуация, сложившаяся этой весной с европейским спутником Envisat, которая внушает серьезные опасения и политикам, и ученым (многие боятся, что он с чем-то столкнется и разлетится на сотни тысяч кусочков, которые плотно засорят околоземную орбиту), поможет нам получить деньги на дальнейшие исследования. По крайней мере, сейчас все разговоры идут о том, что выбрать в случае Envisat: то ли послать к нему механическое устройство, которое его “поймает” и спустит вниз безопасно, то ли свести его с орбиты уже использовавшимися способами, которые не всегда гарантируют точное приземление…
В любом случае, в будущем мы планируем продолжать уделять большое внимание созданию механических рук, причем будем стремиться сделать их максимально легкими, движущимися мягко, требующими для работы мало энергии. При этом они должны будут способны нести свой собственный вес. Это будет новый, так называемый “мягкий” тип робототехники – эти роботы должны будут спокойно работать рядом с людьми, их прикосновения к человеку станут безопасными, они смогут выполнять самые деликатные операции. Кроме того, планируем развивать и различные механизмы телеприсутствия, особенно в медицине, когда движения человеческой руки детектируются и передаются механизму, работающему уже непосредственно в человеческом теле. Сейчас это необычно, но за такими операциями будущее. К сожалению, существующие сегодня подобные устройства очень дороги – от полутора до двух миллионов евро. Но это не мешает проводить в мире в неделю около семи тысяч операций с участием этих механизмов. В основном речь идет об операциях в области неврологии, они сейчас имеют потрясающий успех. Мы пытаемся разработать робототехнику, которая будет оперировать сердце без его остановки, причем наш механизм и сердце будут двигаться синхронно. Параллельно будем рассматривать вопросы создания искусственного сердца и размещения его в организме. Здесь, в Центре робототехники и мехатроники DLR, мы исходим из того, что наши технологии должны удовлетворять не только нужды космоса, но и решать проблемы на Земле. Поэтому большое внимание мы уделяем, например, разработкам интеллектуальных систем по вживлению в мозг парализованных людей имплантатов, которые позволят им силой мысли управлять механическими руками. Мы ни в коем случае не ставим себе цели заменить людей, ухаживающих за больными и немощными, на роботов, но создать механическую систему, которая 24 часа в сутки сможет поддерживать людей в случае необходимости, элементарно принесет им стакан воды ночью, мы в силах.
Подробнее о проектах Центра робототехники и мехатроники DLR можно узнать на сайте http://www.dlr.de.

Анна ШАТАЛОВА

Фото автора и DLR

Нет комментариев