Чтение онлайн

Была поставлена задача создать шагающее кресло для больного ребенка, сидя в котором он бы мог самостоятельно выйти за пределы помещения, погулять по саду и т. п. В конструкции был использован примерно такой же шагающий механизм, как в механическом "пешеходе". Восемь таких механизмов приводят в движение восемь ног. Независимые электроприводы для четырех правых и для четырех левых ног позволяют изменять движение кресла, а для управления движением достаточно иметь один рычаг. Опыт показал, что с задачей управления таким креслом больной ребенок справляется даже в случае, если он не может шевелить ни руками, ни ногами. Ему достаточно двигать головой,

подбородком нажимая на рычаг управления, переводя его вперед или назад, направо или налево.

Вот некоторые из технических условий, которые были поставлены при проектировании электрокресла. Оно должно подниматься на бортик высотой 15 сантиметров, окаймляющий тротуары на улицах, и спускаться с него, ходить по песчаному берегу; ходить по неровной дороге с высотой неровностей до 10 сантиметров; устойчиво двигаться по уклонам до 15 градусов; иметь грузоподъемность не менее 30 килограммов.

Как видно, в некоторых случаях "бездорожными"

оказываются дом с лестницами и порогами, улица с тротуарами и бортиками. Все, с чем так легко справляется человек, оказывается непроходимым для колеса.

Если когда-нибудь совершится то, о чем так страстно мечтают писатели-фантасты, и люди приведут на свои предприятия и в свои дома роботов, то что надо будет делать? Строить ли предприятия и дома так, чтобы они были проходимы для колесных машин, или конструировать роботы по образу и подобию человека? Представляется, что стопоходящие машины еще не сказали своего последнего слова, что полуроботы и роботы ближайшего или отдаленного будущего окажутся антропоморфными не только потому, что будут работать механическими руками, но и передвигаться будут, шагая так, как шагает человек.

ЧЕЛОВЕК В ФУТЛЯРЕ

При создании космических скафандров ученым и инженерам приходится думать не только о защите человека от смертельной опасности вакуума. Чтобы, как говорил К. Циолковский, завоевать околосолнечное пространство, люди должны активно там действовать, работать, двигаться, монтировать установки, станции, жилые сооружения, управлять машинами и механизмами; космонавт, одетый в скафандр, должен чувствовать себя так же свободно, как человек, одетый в обычный .костюм.

Решить эту проблему непросто. Раздутый воздухом скафандр препятствует движению рук" и ног, пальцы рук в перчатках становятся малоподвижными все это затрудняет выполнение многих рабочих операций.

Обычные конструктивные мероприятия к эффективным результатам не приводят. Приходится использовать необычные пути.

Идея, положенная в основу одной из необычных конструкций, выглядит приблизительно так. Если космонавту, одетому в скафандр, трудно двигать руками и ногами, то, чтобы ему помочь, следует использовать внешние источники мощности - двигатели, которые бы изгибали костюм в нужном космонавту направлении.

Но непосредственно на костюме двигатели укрепить невозможно, значит, нужно построить специальный "футляр" с подвижными сочленениями, создать для космонавта как бы наружный скелет, на котором можно установить двигатели. Тогда "человек в футляре" будет легко наклоняться, двигать руками и ногами. В соответствии с этими движениями части "футляра" также будут изгибаться и поворачиваться, усиливая естественные движения человека, давая ему возможность легко обращаться с такими тяжестями, которые обычно непосильны человеку.

Такова вкратце идея устройства, которое получило название "экзоскелетон" и разрабатывается во многих местах.

Уже на первых этапах исследований

стало ясно, что невозможно сделать экзоскелетон, сравнимый в отношении подвижности с живой "конструкцией". Следовательно, первая задача состояла в том, чтобы на основе биомеханических исследований выбрать расположение, вид и число подвижных сочленений, согласующие требование максимальной подвижности с возможностью практического осуществления, а затем экспериментально проверить и уточнить выбранную кинематическую структуру.

Даже когда фактически решались только вопросы геометрии и кинематики, исследователи встретились с большими трудностями. Не вдаваясь в подробности, поясним на простых примерах, какие вопросы приходится решать при разработке устройств типа экзоскелетон

Локтевой, коленный и другие суставы тела имеют сложное устройство. Головки костей, образующие их "кинематические пары", не просто шарниры с постоянной осью вращения. При относительных поворотах они перекатываются одна по другой, при этом мнимая ось вращения не остается неподвижной, а как бы перемещается по поверхностям контакта.

Принцип построения и геометрические свойства живых сочленений изучены мало. В экзоскелетонах, как и в манипуляторах, вместо таких сложных соединений применяют обычные шарнирные сочленения. Но если сочленения экзоскелетона движутся не совсем так, как естественные, значит, космонавт и его костюм будут двигаться по-разному. Не повредит ли это космонавту?

И наконец, пусть экзоскелетон изготовлен. Как его соединить с человеком? Как сделать так, чтобы эти соединения не мешали совместным движениям биотехнической системы? Как заставить двигаться футляр, чтобы его движения были мощными и быстрыми? Как разместить на экзоскелетоне двигатели, необходимые для приведения в движение всех подвижных сочленений?

Подобные и многие другие вопросы, решение которых представляет не только практический, инженерный, но и научный интерес, составляют содержание лишь одного из разделов исследований и работ, которые ведутся сейчас в ряде стран. В конечном счете оказалось, что можно построить экзоскелетон, который позволит человеку легко поднять полутонный груз и нести его со скоростью около 1,5 километра в час.

В одном из проектов, получившем название "Хардимен", оператор с надетой на него управляющей частью системы стоит внутри антропоморфной конструкции, состоящей из двух половин, соединенных в поясной части специальным разъемным устройством. Футляр воспринимает действие внешних нагрузок и свой собственный вес и повторяет все движения оператора, sa исключением движений кистей, взамен которых у акзоскелетона сделаны захваты, примерно такие же, как у обычного манипулятора. 30 степеней подвижности оказывается достаточным, чтобы машина могла выполнить множество задач, связанных с подъемом, переноской, укладкой самых различных грузов. Однако сведений о реализации этого проекта в печати не было.

В романе "Борьба миров" Герберт Уэллс описывает фантастическую картину высадки на Землю марсиан, передвигающихся с помощью шагающих машин. Есть все основания думать, что эта картина рисует будущее, как говорят, с точностью до наоборот, то есть не марсиане сделают попытку освоить Землю и приспособить ее для своих нужд, а жители Земли начнут осваивать Марс. Почему бы землянам при этом не использовать шагающие полуроботы? А возможно, удобнее будет направлять их действия и поступки с большого или очень большого расстояния, так что люди при этом будут оставаться в безопасной зоне?