Помоги проекту - поделись книгой:
Главное отличие российской разработки от зарубежных состоит в том, что основной упор конструкторы сделали на адаптацию «электронных мозгов» к дорогам самого разного качества. Еще до Второй мировой войны ленинградский профессор Г. Бабат предлагал построить ВЧ-мобиль, который должен был двигаться вдоль специально проложенного вдоль дороги высокочастотного кабеля, ориентируясь по нему и заодно получая из того же кабеля энергию для своего движения.
Но в таком случае транспорт способен ездить лишь по определенным маршрутам. Нынешний же проект «КамАЗа» предусматривает движение в общем потоке, и не только по трассе, но и по проселку, каких в нашей стране еще предостаточно. Для этого беспилотный автомобиль оснастят видеокамерами, способными «читать» дорожную обстановку: распознавать дорожные знаки, сигналы светофора, а также других участников движения.
Программное обеспечение позволит бортовому компьютеру заранее выстраивать траектории машин и пешеходов, анализировать возможные помехи движению, даже частично загороженные другими объектами, чтобы, таким образом, предугадывать развитие дорожной ситуации. Скорость принятия решения компьютером после обнаружения опасности — не более 0,3 с.
По словам руководителя проекта по созданию систем машинного зрения Олега Славина, изначальный расчет на неважные дорожные условия делает российскую систему перспективнее заграничных. «В отличие от зарубежных разработчиков, больше ориентирующихся на идеальные условия дорожного движения: качественную разметку и благоприятные погодные условия, наш подход к созданию системы машинного зрения позволяет распознавать дорожную сцену (в том числе границы дороги, ширину полос движения) в отсутствие какой-либо разметки. Задача состоит в создании системы более совершенной, чем за границей», — сказал он.
Это довольно оптимистичное заявление, учитывая, что ближайший в этом плане конкурент «КамАЗа» — транснациональная корпорация Google работает над аналогичным проектом вот уже более 10 лет, и он все еще не завершен. Правда, Google опробовала использование автономных машин в штате Невада, а один из американских «беспилотников» недавно пересек всю страну от одного побережья до другого. Однако инженеры все же признаются, что их детища пока не могут самостоятельно передвигаться в дождь или снегопад, а также пасуют перед пересеченной местностью. В реальных условиях «гуглмобиль» проехал самостоятельно всего только 1 600 км из 225 000 км пробега — остальное с участием человека-водителя или оператора.
В настоящее время испытания продолжаются: в них участвует сразу десяток автомобилей различных производителей, оборудованных автопилотом Google. Кибершофера также дублирует экипаж, состоящий из водителя и инженера-испытателя.
Кстати, недавно участники эксперимента доложили, что автоматический алгоритм вождения чересчур «деликатен» для реальной жизни. В результате «гуглмобиль» тратит много времени, стоя на повороте или развороте — живые участники движения не спешат его пропускать, а «нахальничать» компьютер не умеет. Видимо, теперь инженерам Google придется все же проработать алгоритмы мягкого «выжимания» конкурента из ряда, чтобы можно было повернуть в нужный момент.
К 2020 году свои разработки в области беспилотных автомобилей намеревается завершить шведская компания Volvo, а к 2025 году — немецкий концерн Daimler. Кстати, последний недавно продемонстрировал свой образец на выставке потребительской электроники в США. Это типичный «автомобиль будущего» (как его назвали разработчики, «эксклюзивная капсула на колесах»), а подобные концепты почти никогда не идут в серию.
Проект Volvo под названием Drive me смотрится намного реалистичнее. С разрешения министерства транспорта Швеции 100 серийных автомобилей Volvo, оборудованных комплексом Autopilot, будут учиться самостоятельно ездить по дорогам Гетеборга. Пока им выделен только 50-км прямой участок, но в дальнейшем они смогут перемещаться в городах и по близлежащим автомагистралям.
Отметим, что некоторые наработки в области автономного вождения доступны уже сегодня. Так, скажем, «активный парковочный помощник» (его использует, например, Mercedes-Benz) не только оповестит водителя о подходящем по размеру промежутке между стоящими машинами, но и самостоятельно «втиснет» туда автомобиль. Не является новостью и «адаптивный круиз-контроль» (АСС), который поддерживает выбранную дистанцию до впереди идущей машины, самостоятельно меняя скорость, останавливаясь и вновь трогаясь с места. В сочетании с «активным помощником контроля полосы», который считывает разметку и не дает автомобилю выкатиться из своего ряда, АСС на прямых участках действительно работает как автопилот.
Впрочем, убирать руки с руля пока небезопасно: электроника не может самостоятельно «зайти» в поворот или отреагировать на внезапно возникшее препятствие.
Новая концепция КамАЗа, кроме всего прочего, предусматривает и акцент на разработку энергоэффективных автомобилей, в частности, с электрическими двигателями. «Сегодня развитие электромобилей сдерживает стоимость аккумуляторных систем, однако ожидается, что в течение ближайших лет вопросы рентабельности будут решены», — утверждают эксперты «КамАЗа».
Пока в России свободно продают только два электрокара — Mitsubishi i-MiEV стоимостью 1,8 млн. рублей и E-Car GD04A (GD04B), цена которого начинается от 449 тыс. рублей. «АвтоВАЗ» также работает в этом направлении — экспериментальная партия электромобилей El Lada в количестве 5 штук была направлена в Ставропольский край для работы в такси.
Впрочем, многие эксперты полагают, что у городского электромобиля в России перспектив немного. Стоимость его, скорее всего, будет существенно выше, чем у машин с традиционными силовыми установками, поскольку очень дороги аккумуляторы.
Поэтому в компании «КамАЗ» больше надеются на грузовики и автобусы с газовой силовой установкой, которые весьма рентабельны для городских перевозок ввиду сравнительной дешевизны газового топлива. Тем более что Минпромторг летом 2012 года объявил конкурс на разработку нескольких типов автомобилей: легкового автомобиля класса В, трехосного полноприводного грузовика с гибридной силовой установкой, а также грузовиков и автобусов с газовой силовой установкой.
1.
2.
3.
Еще одной интересной новостью от «КамАЗа» стали сведения о разработке компанией алгоритмов дистанционного управления грузовиками во вредных для человека условиях.
Фактически это означает, что «КамАЗ» может выпустить грузовик-«беспилотник» не только для гражданских, но и для военных целей.
Конечно, на пути осуществления проекта еще немало трудностей. И все же, по словам генерального директора «КамАЗа» Сергея Когогина, компания уже несколько лет присматривалась к различным вариантам беспилотных автомобилей и пришла к выводу, что их будущее весьма перспективно.
Однако нашим специалистам явно надо поторапливаться. Не столь давно самостоятельно одолел 240-км трассу один из самых ярких и крупных представителей семейства «автономных автомобилей» — грузовик ТеггаМах, разработанный Oshkosh Corporation, базирующейся в Висконсине, и итальянской Vislab.
Беспилотные транспортные средства уже активно используются на железной дороге, в метрополитене… Поезда-«беспилотники» курсируют в Саудовской Аравии, ОАЭ, Китае… Вскоре они появятся и у нас.
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Белее белого, чернее черного
Белый как снег, черный, словно вороново крыло… Кроме семи цветов радуги и миллионов разных цветовых оттенков исследователей заинтересовали и эти две цветовые крайности. Н не только из эстетических соображений. Физикам очень важно знать, есть ли в нашем мире что-то белее белого и чернее черного, полагает журнал Science.
И вот почему…
Начавшееся глобальное потепление, кроме всего прочего, заставляет физиков искать и новые возможности отражения тепла, чтобы не допускать перегрева различных механизмов, жилых домов, а также самих людей. Что надеть, если на улице жара перевала за 40 градусов в тени, а на солнце и вообще выйти страшно?..
За помощью в ответах на подобные вопросы ученые в очередной раз обратились к матушке-природе. Ведь представители флоры и фауны, обитающие в тропиках, кондиционеров не имеют, но тем не менее как-то от жары спасаются.
Недавно в поле зрения исследователей попали серебряные муравьи-бегунки Cataglyphis bombycinus, которые обитают в жарких африканских пустынях. Они вполне оправдывают свое название: при солнечном свете их тела и в самом деле отливают серебристым блеском. Энтомологи и физики стали разбираться, с чем это связано. И вот что им удалось выяснить.
Серебряные муравьи-бегунки остаются активными при исключительно высоких температурах — до плюс 58 °C, когда все население пустыни прячется в норы и иные укрытия. Что же помогло этим муравьям стать рекордсменами теплостойкости?
Оказалось, что длинные ноги поддерживают их тело чуть выше от горячей поверхности песка, чем конечности других насекомых. Известно также, что эффективный теплообмен обеспечивают щелевидные дыхальца. Помогает выжить на жаре и особый способ передвижения — «мелкими перебежками». Пробежав немного по земле, муравей забирается на камень или на сухую травинку и сбрасывает избыток тепла. Затем бежит дальше. В таких «охлаждающих» паузах муравей проводит иной раз около 70 % всего времени своей «прогулки».
Но главное, как выяснили специалисты из Центра функциональных наноматериалов Брукхейвенской лаборатории, а также их коллеги из Вашингтонского, Колумбийского и Цюрихского университетов, заключается вот в чем. Справляться с высокой температурой муравьям помогает необычный густой волосяной покров. Все их тело сверху и с боков закрыто слоем волосков.
Под микроскопом выяснилось, что эти волоски имеют в сечении треугольную форму, постепенно сужаются к концам и направлены строго параллельно друг другу. На двух верхних гранях призмы есть продольные бороздки или морщинки, а нижняя грань гладкая.
Такой волосяной покров, во-первых, отражает свет в видимом и в коротковолновом инфракрасном (то есть тепловом) диапазоне. Бороздки на гранях усиливают рассеивающий эффект. Во-вторых, в средневолновом инфракрасном диапазоне призматические волоски усиливают тепловое излучение муравьиного тела.
Чтобы понять физику этого явления, надо нарисовать, как грани призмы отражают световые (электромагнитные) лучи. Наилучшим образом призматический волосок будет отражать свет, падающий под углом 30°, хуже всего — под углом 90°. При увеличении длины волны падающего луча, согласно закону излучения Кирхгофа, поглощение света будет уменьшаться, зато излучение усилится.
Эти догадки о работе призматических волосков ученые проверили экспериментально. Они сравнили световое рассеяние и температуру муравья с волосками и без волосков. Для этого им пришлось «обрить» нескольких подопытных муравьев. Интересно, что в роли парикмахеров они обошлись без бритвы. Оказалось, достаточно провести по волоскам вольфрамовой иглой, как те прилипают к ней за счет электростатического заряда, отделяясь от муравьиного тела.
Далее подтвердилось, что рассеяние света видимого и коротковолнового инфракрасного диапазонов на 25 % сильнее у муравьев с волосками, чем у безволосых. Но еще интереснее, что удалось показать и увеличение теплоотдачи в средневолновом инфракрасном диапазоне. Подсчитано, что теплоэмиссия волосатой поверхности примерно на 15 % выше, чем безволосой. В результате время, которое нужно тратить на «охлаждающий» отдых, уменьшается.
Заодно выяснилось, почему у бегунков спинка волосатая, а брюшко голое. Брюшко не отражает свет, падающий сверху, зато оно может наиболее эффективно отражать тепло в окружающую среду при условии усиленного подогрева снизу, от раскаленного песка.
К сказанному остается добавить, что и мех белых медведей, обитающих, как известно, в холодной Арктике, тоже состоит из волосков особой конструкции. Они полые, наполнены воздухом. Такое строение не только обуславливает белый цвет, маскирующий медведя на фоне белого же снега, но и обеспечивает отличную теплозащиту. Ведь воздух очень плохой проводник тепла.
Возвращаясь к муравьям, отметим, что данные исследования позволили ученым выдвинуть предположение, что волокна с такими свойствами, как у волосков серебряных бегунков, могут быть использованы для разработки теплоизолирующих и самоохлаждающихся материалов различного назначения. Например, для покрытия космических скафандров, в которых совершаются выходы в открытый космос, или для костюмов пожарных, иногда вынужденных лезть в самое пекло. Физики также советуют красить крыши домов в южных районах белой или серебристой краской. Ну, а модельеры полагают, что скоро серебристые ткани и костюмы станут самыми модными в летние сезоны.
Из уроков физики вам, наверное, известно, что модель так называемого абсолютно черного тела представляет собой полую сферу, вымазанную изнутри сажей или выложенную черным бархатом. В сфере есть небольшое отверстие, через которое внутрь попадает свет. А затем световые лучи теряются, многократно отражаясь и поглощаясь внутренним покрытием.
Команда ученых из Великобритании создала материал Vantablack, поглощающий 99,96 % света. По словам руководителя исследования Бена Дженсона, материал составлен из совокупности углеродных нанотрубок. Такое явление можно уверенно сравнить с человеческим волосом, рассеченным на 8-10 тыс. слоев — один такой слой представляет собой размеры углеродной нанотрубки.
«Говоря попросту, такое покрытие можно представить в виде заросшего травой поля, где частицы света мечутся между травинками. Эти своеобразные «травинки» максимально поглощают световые частицы, отражая лишь малую долю света. Чернее их может быть только «черная дыра», — сказал ученый журналистам.
Технологию создания такого рода трубок нельзя назвать новаторской, однако Бену Дженсону и его соратникам только сейчас удалось найти достойные способы ее применения. Ими был изобретен способ соединения углеродных нанотрубок с материалами, используемыми в современных телескопах и спутниках.
«Присутствие рассеянного света внутри телескопа ухудшает изображение, — поясняет Б. Дженсон. — Используя новые материалы для покрытия внутренних перегородок телескопа, мы значительно улучшим изображение».
Новой разновидностью материала также заинтересовались военные. Они полагают, что новое покрытие может быть применено в «стеллс-технологиях», призванных снижать заметность самолетов и иной военной техники для радаров.
ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Чудеса четвертого измерения
Освоившись более-менее с 3D-кино и объемными принтерами, современные дизайнеры и инженеры задумались уже над освоением четвертого измерения. По их мнению, 4D-принтеры и прочие устройства позволят создать предметы со скрытыми свойствами. Попробуем разобраться, что это такое.
Когда огородник по весне сажает в почву семена, он не задумывается над тем, что является инициатором некоего чуда природы. Мы все уже привыкли, что летом из семян вырастут огурцы, помидоры и иные овощи, достаточно лишь за ними ухаживать. Точно так же из мельчайших семян ольхи или березы со временем вырастают высокие деревья. А не пора ли нам примерно таким же образом выращивать и вещи? Видимо, подобные мысли давно уже не дают покоя инициаторам нового дизайнерско-технологического направления. Однако легче сказать, чем сделать.
Кое-что уже придумали исследователи Массачусетского технологического института (МТИ). Они ведут эксперименты с некоторыми объектами, в которых присутствует еще один динамический компонент, своего рода дополнительное «измерение». Этот компонент, по идее, должен придать вещам и предметам свойство изменения формы под воздействием, например, воды, нагрева или интенсивного освещения.
Профессор Скайлер Тиббитс, возглавляющий Лабораторию технологий самосборки МТИ, полагает, что со временем можно будет купить в магазине набор плоских листов-заготовок, дома обрызгать их специальным раствором и затем наблюдать, как они начнут медленно трансформироваться, становясь стульями, шкафами и другими предметами мебели. «Для того, чтобы понять принципы работы программируемой мебели, — поясняет профессор, — достаточно представить себе, что происходит с тонкой полоской дерева, если ее намочить водой с одной стороны. Она, эта полоска, начинает деформироваться, закручиваться из-за того, что древесина имеет неоднородную структуру. К сожалению, в таком простом опыте бывает очень трудно предугадать, как именно пойдет деформация. Она определяется многими факторами — породой древесины, типом ее волокон, наличием тех или иных дефектов (скажем, сучков) и т. д. А вот если при помощи технологий той же ЗD-печати получить искусственную древесину, имеющую строго заданную структуру из чередующихся слоев разной толщины и областей с определенной зернистостью, управляемая деформация может принять заранее заданную форму».
Причем, по мнению С. Тиббитса, на одной древесине свет клином не сошелся. В той же Лаборатории технологий самосборки МТИ разработан уже целый ряд программируемых материалов. Есть, например, ткань, бандана из которой превращается в ковбойскую шляпу, стоит ей только намокнуть под дождем.
«Работая совместно с компанией Carbitex, занимающейся разработкой и производством всяких экзотических материалов, мы создали систему СХб, позволяющую тому же программируемому углеродному волокну свернуться спиралью, закрутиться в кольцо или деформироваться иным образом в ответ на различные виды энергии активации — влагу, температуру, свет, — поясняет профессор С. Тиббитс в статье, опубликованной в университетском информационном пресс-релизе. — Такое программируемое углеродное волокно является отличным сырьем для производства множества изделий. Кроме того, при помощи программируемых материалов можно создавать адаптивные аэродинамические формы кузовов автомобилей и фюзеляжей самолетов, которые смогут подстраиваться под изменяющиеся условия окружающей среды»…
Ранее подобные технологии были просто невозможны или для их реализации требовалось использование сложнейших электронно-механических систем. Ныне, похоже, дело заметно упрощается. Во всяком случае, представители аэрокосмической отрасли из компании Airbus совместно с Массачусетским технологическим институтом уже начали работу над созданием регулируемого воздухозаборника из программируемого материала для реактивного двигателя. Заинтересовались новой технологией и мебельщики, которым уже не придется посылать покупателям на дом сборщиков гарнитура. Достаточно будет лишь проконсультировать покупателя.
Тему для этой публикации мне подсказал Константин Горбунов, ученик 4-го класса из г. Ярославля. Мы с ним познакомились на очередном форуме «Шаги в будущее», где Костя и оказался как раз в связи со своим интересом к самым миниатюрным роботам, которыми ныне занимаются специалисты многих стран. Он прочитал научный доклад о роботах BEAM. Вы тоже, как и я поначалу, ничего о них не знаете? Тогда вот вам такая история…
— BEAM — это сокращение до начальных букв слов Biology, Electronics, Aesthethics, Mechanics, — сказал мне Костя. — Кроме такой расшифровки существуют и другие популярные толкования термина, например, Biotechnology Ethology Analogy Morphology или Building Evolution Anarchy Modularity.
И далее Костя Горбунов выдал фразу, заученную им наизусть.
— Это термин, обозначающий принцип построения роботов, использующий простые аналоговые цепи (например, компараторы) вместо процессоров с целью достичь необычно простого (в сравнении с традиционными передвижными роботами) дизайна, который жертвует гибкостью ради надежности и эффективности выполнения определенного задания. Впрочем, существуют исключения, использующие не только аналоговые цепи, — таких роботов называют «мутантами»…
В переводе на обыкновенный язык эта премудрость означает следующее. Основу конструкции робота BEAM составляют аналоговые электрические цепи, в упрощенном виде копирующие биологические нейроны. Наличие таких цепей и других аналогичных устройств позволяет роботу худо-бедно ориентироваться в окружающей среде.
Поделиться книгой: