Помоги проекту - поделись книгой:
Под таким заголовком в «ЮТ» № 2 за 1995 год мы рассказали об интересной разработке молодых дизайнеров, предложивших строить дома… автоматически. Ну, а какова дальнейшая судьба этой идеи?..
Первоначально она выглядела так. Представьте: у котлована, вырытого под фундамент двухэтажного коттеджа, монтируют оборудование. Затем бригадир нажимает кнопку, и робот-манипулятор вытягивает свою телескопическую «руку» со шлангом, из которого ровным потоком течет тягучая бетонная смесь.
Манипулятор мерно, круг за кругом, перемещает раструб шланга по всему периметру фундамента, оставляя за собой слой бетона. К тому времени, когда заканчивается очередной виток, предыдущий слой успевает загустеть. И так круг за кругом, пока не будет готов весь фундамент. После этого следует переключение на новый режим работы, и робот приступает к формовке стены. Если его своевременно обеспечивать бетонной смесью, к вечеру остов дома будет готов.
Сама же идея новой технологии родилась довольно случайно. Как рассказал автор проекта, дизайнер Сергей Дудин, дело было так: «Ехал я как-то по Подмосковью, вдоль дороги ряд строящихся коттеджей. Подумалось: «Себе бы такой! Да где взять столько денег! Значит, надо подумать об удешевлении строительства»…
Стал Дудин в памяти перебирать, какие дома ему известны: глинобитные, саманные, деревянные, каменные, кирпичные, бетонные, наконец — последние самые прочные. Причем если строить из готовых бетонных панелей, дом растет прямо на глазах. Однако для производства самих панелей нужен специализированный завод. И везти такие панели с производства на место строительства довольно накладно…
Между тем сырье для производства бетона есть почти всюду. Не проще ли бетонную смесь готовить прямо на стройке — в бетономешалке. И тут же отливать фундамент, стены. Тогда весь процесс можно механизировать.
Кстати, сам по себе метод монолитного железобетона известен довольно давно. Но до сих пор он требует большого количества ручного труда — опалубку нужно поставить, прутья арматуры разместить…
Вот тут-то бы и пригодилась помощь промышленного робота. Вон их собратья в цехах даже автомобили на конвейере собирают. Конструкция же дома не в пример проще…
Сергей Дудин поделился своими соображениями с коллегами, и они вместе стали создавать новую технологию. От опалубки они решили по возможности отказаться. «Дело в том, что застывающий бетон — материал с весьма интересными физико-химическими свойствами, — рассказал Сергей. — Например, при схватывании на его поверхности выделяется так называемое «молочко», препятствующее сцеплению с новой порцией смеси.
Строителям это известно, но, как правило, никто не знает, в какой именно момент выделяется это «молочко». При исследованиях, проведенных Сергеем Дудиным совместно со специалистами МХТИ имени Д.И. Менделеева, удалось подобрать раствор такой густоты, что при укладке его слоем сантиметров в десять он не оплывает, не растекается и сцепляется с предыдущим витком. При подобной укладке стало возможно отказаться от опалубки, шире использовать механизмы. Роль укладчика работники фирмы вместе со специалистами ВНИИ физико-технических проблем решили доверить роботу. Он-то уж обеспечит ровный слой, его «рука» не дрогнет и может без устали работать хоть сутки.
Управлять механизмом тоже просто — заложил в память компьютера программу, и робот будет отливать стены словно по линейке, филигранно соблюдая как ширину, так и толщину…
Роботизированный строительный комплекс, согласно расчетам, способен построить двухэтажный коттедж площадью в 130 кв. м, высотой 8 м (на два этажа с цоколем) и толщиной стен в пол метра менее чем за 10 часов. А несколько роботов смогут за неделю-другую построить целый поселок. При этом стоимость работ по сравнению с обычной технологией снижается примерно в 2–3 раза. Комплекс оправдает себя уже в первый сезон работы.
Вот такой разговор состоялся у нашего корреспондента с разработчиками весьма перспективной технологии еще в 1994 году. Ну, а что случилось дальше? А ничего…
1 — бетонная масса; 2 — разрез бетонной массы по стрелке А; 3 — раструб, из которого выдавливается бетон; 4, 5 — стрелки, показывающие возможности перемещения отдельных частей робота.
Нашим строителям так и не удалось найти инвестора. И дело застыло на мертвой точке. Но ведь не зря же говорят, что идеи витают в воздухе. По странному стечению обстоятельств, в том же 1994 году на другом краю Земли, в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, случилось очередное землетрясение. И в стене дома профессора университета Южной Калифорнии Бероха Хошневиса появилась большая трещина.
Профессору не оставалось ничего иного, как взять в руки мастерок и самому заделать ее — профессиональные строители в тот момент были нарасхват. Орудуя мастерком, он и задумался: «А нельзя ли создать механическую руку, которая бы выполняла подобную работу вместо человека?»
Будучи по природе человеком настойчивым, профессор стал думать над созданием подобной конструкции. И вот, в конце концов, до чего додумался.
На место очередного землетрясения он теперь предлагает посылать не только бригады строителей, но специальные конструкции, отдаленно напоминающие портальные краны.
После окончания монтажа машины оживают и начинают двигаться взад-вперед по проложенным рельсам, словно обычные строительные краны. Только вместо крюка каждая стрела заканчивается «хоботом», по которому подается бетонная смесь. А на конце хобота раструб с узкой щелью. Двигаясь вперед и назад по рельсам, роботы манипулируют хоботом, из щели которого бетон выдавливается, словно зубная паста из тюбика. Компьютер с помощью телеглаз следит за процессом и контролирует его. И вот уже дома на месте бывшей трагедии начинают расти словно грибы.
Поскольку профессор, по всей вероятности, ничего не знал о разработке москвичей, то в его конструкции есть свои отличия. Так, например, он предлагает вести строительство не одной, а сразу 2–3 механическими руками. Первая отливает внешнюю и внутреннюю части стены. Когда эти, скажем так, панели затвердеют, то они послужат опалубкой, которая будет держать основную часть бетонной смеси, заливаемой внутрь третьей рукой. А предшествующая ей вторая рука будет монтировать в пока еще пустом пространстве все необходимые трубопроводы и коммуникации.
Управлять же форсунками, выделяющими бетонную смесь, профессор предложил по тем же алгоритмам, которые ныне используются в так называемых 3D-принтерах.
Мы уже рассказывали о технологии объемной печати (см. «ЮТ» № 4 за 2008 г.). Она позволяет не только печатать тексты и рисунки, но и наращивать слой за слоем по определенной программе объемные, трехмерные объекты.
Таким образом, по мнению калифорнийских конструкторов, устройство
Впрочем, и в Калифорнии дальше создания действующих моделей нового оборудования дело пока не продвинулась. Причина все та же — нужны инвестиции для создания опытной конструкции, налаживания ее серийного производства.
При наличии денег команда Бероха Хошневиса надеется построить с помощью машины
Однако, учитывая инерционность строительной индустрии, профессор полагает, что «звездный час» для технологии
А возможности строительства на Луне сильно ограничены вместимостью лунных модулей. На спутник Земли не повезешь с Земли кирпичи, цемент и все то, что необходимо для строительства. Кроме того, выполнять строительные работы в лунном скафандре вряд ли будет удобно.
Так что волей-неволей придется максимально использовать местные материалы и применять для строительных работ автоматику. Именно в этих направлениях ведут сегодня исследования конструкторы из Университета Южной Калифорнии.
В качестве связующего материала для бетона на Луне можно использовать выработанный из местных материалов аналог портлендского цемента, поскольку главный его компонент — оксид кальция — присутствует в лунном стекле, базальте и анортите.
Основной проблемой при этом остается вода, которую на Луне упорно ищут. Везти воду с Земли тоже не рационально, поэтому рассматривается возможность получения ее путем восстановления оксидов с помощью водорода.
Другой путь — использование вместо цементного раствора расплавленной серы, которая обильно представлена в лунных породах. Как показывают расчеты, «серный» бетон лучше обычного выдерживает сжатие и растяжение, быстрее застывает, более устойчив к солям и кислотам и почти не впитывает воду. В качестве армирующих элементов и для разного рода изолирующих покрытий можно использовать лунное стекло и изготовленное на его базе стекловолокно.
В общем, история эта вовсе не закончена. Как говорится, продолжение следует. И мы надеемся, что лет через 10–15 наши читатели узнают о ее счастливом завершении.
У СОРОКИ НА ХВОСТЕ
СМОТРЕТЬ «УЖАСТИКИ» ПОЛЕЗНО. К такому неожиданному выводу пришел финский психолог Антти Ревонсуо, сообщает лондонская газета «Сан»: фильмы ужасов стали своеобразной заменой кошмарных снов о падении с высоты, потере зубов, неудачах на уроке, преследовании страшными животными. А эти кошмары, в свою очередь, являются наследием человеческой цивилизации, которая на протяжении тысячелетий была вынуждена противостоять самым различным и опасным вызовам, считает ученый.
В результате же снившихся кошмаров еще на заре цивилизации возник особый психологический механизм, когда во время сна мозг человека исследовал самые опасные ситуации и готовил его к неожиданным поворотам событий.
Следствием этого стал тот факт, что в реальной жизни человек был внутренне готов к самым различным поворотам событий. Ночные кошмары создавали в подсознании необходимые нервные связи, которые позволяли человеку в реальной жизни точно и эффективно, почти автоматически действовать в момент наивысшей опасности.
ПО ВИХРЕВОМУ СЛЕДУ. По следам на снегу легко узнать, кто проходил. Но, оказывается, следы остаются и в воде. Швейцарские зоологи Вольф Ханке и Хорст Блекман заметили, что за проплывавшими рыбами остается след в виде водяных вихрей. Он сохраняется еще минут пять после того, как рыба скрылась.
Возможно, что хищники, например те же акулы, гонятся за добычей, отслеживая водяные вихри особым органом чувств — боковой линией. Может быть, это открытие пригодится подводникам, для которых будут созданы особые сонары для выслеживания субмарин и боевых пловцов противника по оставленному ими вихревому следу.
РАДОСТИ СОДЕЙСТВУЮТ УСПЕХАМ. Именно так: не успехи приносят радости, а как раз наоборот — положительные эмоции, возникающие при взгляде на улыбающееся лицо собеседника, позволяют человеку шире смотреть на вещи, стимулируют абстрактное мышление. К такому заключению пришли Апарна Лабру из университета Чикаго (штат Иллинойс) и Ванесса Патрик из университета штата Джорджия.
Ученые провели эксперименты с участием студентов, во время которых изучали изменения в поведении и мышлении людей, которых просили вспомнить самые счастливые и самые печальные периоды своей жизни. Воспоминания о светлой полосе, как правило, стимулировали в участниках абстрактное мышление. При решении различного рода задач они переставали обращать внимание на досадные мелочи и пытались мыслить перспективно.
«Хорошее настроение позволяет нам мысленно дать себе передышку, посмотреть на ситуацию со стороны и осмыслить ее заново. Плохое настроение, наоборот, заставляет вас думать очень конкретно и в конечном счете принимать недальновидное решение», — подчеркивают авторы исследования.
ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Бронированная паутина
Говорят, еще Наполеон Бонапарт возлагал большие надежды на паутину. Однажды ему подарили перчатки из необычной ткани — тонкой эластичной и весьма прочной. Узнав, что перчатки сотканы из паутины, император загорелся идеей изготовить из паутинной ткани паруса для своего флота. Но у него ничего не получилось. И вот почему…
Люди все еще не перестают удивляться поразительной изобретательности природы, создавшей массу удивительных существ, веществ и явлений. Взять хотя бы паутинное волокно. Оно выдерживает большую нагрузку на растяжение, чем стальная проволока того же сечения. Паутина эластичнее каучука и не уступает по гигроскопичности шерсти. Паутина не становится хрупкой при понижении температуры ниже нуля. Она не уменьшает своей прочности и не создает сколько-нибудь заметного сопротивления кручению, даже если подвешенный на ней предмет множество раз закручивать то в одну, то в другую сторону…
Понятное дело, наличие столь богатого набора полезных свойств давно привлекает к паутине внимание технологов, конструкторов и материаловедов. Впрочем, не только их. Вспомним хотя бы о том же императоре Наполеоне. Ему пришлось отказаться от своей идеи по весьма простой причине. Даже все пауки планеты не смогли бы соткать достаточное количество паутины. Так что морякам приходилось довольствоваться парусами из парусины — прочной хлопчатобумажной ткани, пока ей на смену не пришли полотнища из нейлона и другой синтетики — легкие, прочные, быстро сохнущие и совершенно не поддающиеся гниению в морской воде.
Ну, а как обстоят дела с паутиной на сегодняшний день?
Недавно исследователи из Института физики микроструктур Общества имени Макса Планка в Галле (Германия) внедрили в структуру паутинного белка атомы металлов. Выяснилось, что при этом увеличивается как текучесть волокна, так и предел его прочности при растяжении.
А началось все, опять-таки, со случая. Увидев во дворе института паука, плетущего свою сеть, аспирант Март Кнез решил включить паутину в перечень тех материалов, на которых он испытывал новую технологию пленочного покрытия толщиной в один атомный слой.
Для неорганических материалов эта технология известна уже давно. Испарение металла в вакууме, приводящее к образованию таких пленок, позволяет защищать материалы от коррозии. Однако лишь в 2006 году Марту Кнезу впервые удалось осадить тончайшую пленку на паутину.
Новая технология предусматривала попеременное воздействие водяного пара и газа, состоящего из ионов металла и остатков органических молекул. Причем ученому пришлось несколько модифицировать и этот метод. В паутине атомы белка связаны между собой в прочную цепь атомами водорода. В той паутине, которая подверглась обработке по методу Кнеза, водородные атомы заменены атомами металла.
Экспериментируя с тремя металлами — титаном, алюминием и цинком, — ученому и его коллегам удалось увеличить прочность волокна на разрыв в 3–4 раза. Кроме того, металлизированное волокно вдвое эластичнее исходного. Это происходит потому, что сама паутина свернута в спираль, похожую на стальную пружину. И новая технология обработки, как оказалось, привела словно бы к увеличению числа витков этой пружины.
В общем, получилось уникальное волокно, использовать которое вовсе не прочь создатели многих изделий — тех же парусов, парашютных куполов, бронежилетов…
Однако остается нерешенной все та же проблема: где взять столько пауков, чтобы обеспечить потребности сразу всех?
Поэтому исследователи продолжают работу над созданием синтетических аналогов паутины. Говорят, многообещающей получается технология, основанная на последних достижениях генной инженерии.
Так, скажем, профессор Дэвид Каплан, заведующий кафедрой биомедицинского инжиниринга университета Тафтса, штат Массачусетс, и его коллеги решили искусственно синтезировать паутинную нить, взяв за основу паутину распространенного в США паука-ткача. Только теперь эту нить будут производить трансгенные бактерии, живущие в биореакторах. Причем в основу нового материала, кроме паутинного белка, входит теперь и пептид, позаимствованный у диатомовых водорослей.
Эти водоросли представляют собой одноклеточные организмы, заключенные в твердую оболочку из кремния — элемента, который, в частности, используется для получения тугоплавкого кварцевого стекла. Таким образом, пептид Р-5 должен был по идее еще улучшить свойства новой «паутинной нити», сообщив ей еще и жаропрочность. В итоге действительно удалось создать композит, в котором белковое волокно упрочнено минеральными компонентами.
И все же даже этого оказалось недостаточно. Для полной замены природной паутины нужно, чтобы искусственный материал имел не только состав, но еще и структуру природного волокна. А вот с этим пока неувязка.
ЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКОВ
10 самых красивых экспериментов в истории
Несколько лет тому назад газета «Нью-Йорк тайме» опубликовала статью Джорджа Джонсона, рассказавшего о самых красивых экспериментах науки за всю историю существования цивилизации. Потом статья была расширена до целой книги, русский перевод которой недавно опубликован в нашей стране и которую ныне мы предлагаем вам в качестве приза номера.
Здесь же мы приводим сокращенное изложение сути самых красивых экспериментов всех времен и народов, какими их видит американский популяризатор науки.
…На первое место Джонсон поставил опыты итальянца Галилео Галилея (1564–1642). В то время казалось очевидным, что тяжелые предметы падают на землю быстрее, чем легкие, тем более что к такому выводу пришел в свое время еще древнегреческий ученый Аристотель.
Профессор кафедры математики в университете Пизы (Италия) Галилео Галилей решил проверить этот постулат, предположив, что наша планета притягивает все предметы — и тяжелые и легкие — с одинаковой силой. А скорость их падения различна потому, что, к примеру, легкое перышко тормозится при падении воздухом атмосферы сильнее, чем тяжелое пушечное ядро.
Как мы теперь знаем, выводы Галилея блестяще подтвердились.
Тот же самый Галилей сумел и вывести формулу, по которой нарастает скорость движения предмета при его свободном падении в безвоздушном пространстве, используя в качестве секундомера падающие капли в водяных часах.
…Британец Уильям Гарвей впервые в мире описал большой и малый круг кровообращения в организмах млекопитающих, в том числе и человека. В 1628 году он опубликовал трактат «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных», в котором изложил суть и выводы своих экспериментов. Пережимая различные сосуды, он показал, что потоки артериальной и венозной крови движутся по системам обособленных сосудов, а не по одним и тем же, как считалось ранее.
…Следующий удивительно красивый эксперимент поставил знаменитый Исаак Ньютон. После окончания Тринити-колледжа в Кембридже, в 1665 году английский ученый был вынужден уехать в родную деревню, чтобы переждать там эпидемию чумы. Там он и занялся всевозможными опытами. В числе прочих Ньютон решил проверить предположение все того же Аристотеля, который полагал, что белый свет является столь же простым, как и любой другой — скажем, красный или синий.
Ньютон рискнул предположить, что на самом деле белый цвет представляет собой сложение различных цветов. И доказал это блестящим экспериментом, разложив луч белого света на семь составляющих с помощью собственноручно изготовленной стеклянной призмы.
Поделиться книгой: