Ч.1 http://www.metodolog.ru/node/841

Ч.2 http://www.metodolog.ru/node/847

Часть 3

Раздел ИЗОБРЕТЕНИЯ в этот раз содержит пеструю смесь достижений инженерной мысли. Эту самую мысль последнее время сильно будоражат эскалаторы. «По спирали: Эскалатор как лифт» - так называется заметка, помещенная 23 августа на www.popmech.ru. «Израильский дизайнер придумал способ, позволяющий поднять большое количество людей, например, на верхние этажи зданий, когда ограниченное пространство не позволяет построить традиционный эскалатор. Эскалатор, разработанный дизайнером Мишелем Давидом (Michel David), имеет форму конической винтовой линии. Его конструкция позволяет преодолеть одно из основных пространственных ограничений обычных эскалаторов, вертикальная скорость которых меньше горизонтальной. Хотя первые изогнутые эскалаторы появились еще 1980-х годах, и некоторые из них образуют подобие спирали, они работают по тому же принципу, что и обычные, прямолинейные эскалаторы. Но Helixator, который в настоящее время существует в виде масштабной модели-прототипа, включает несколько нововведений, позволяющих сделать спираль непрерывной. Одно из таких нововведений – принцип монорельса, который, по словам Мишеля Давида, никогда раньше не использовался в подобных конструкциях. «Существующие изогнутые эскалаторы имеют несколько рельсов по обе стороны от ступеней, - говорит он. – Возникает необходимость в сложных и тяжелых поддерживающих конструкциях. Монорельсовое решение позволяет объединить все необходимые рельсы в общую центральную конструкцию, которая будет достаточно легкой». Helixator приводится в движение линейным двигателем, а не традиционной цепной системой, верхнее звено цепи в которой принимает на себя всю нагрузку. «Конструкция Helixator позволяет распределить усилие равномерно вдоль всего пути и избежать чрезмерных нагрузок на отдельные звенья цепи, - говорит Давид, который является главным технологом компании «Helixator», расположенной в Берлине. – Это позволяет нам создавать особо гибкие системы без существенных ограничений по длине, высоте или геометрии». Давид подготовил проекты эскалаторов разнообразных форм и размеров, а также несколько масштабных моделей, изготовленных методом трехмерной печати. В числе проектов – Helixator стометровой высоты с ускоряющимися пролетами, рассчитанный на перевозку 20 000 человек в час в обоих направлениях. Такой эскалатор позволяет сэкономить площадь, достаточную для установки 15 лифтов. В настоящее время Давид ищет инвесторов, средства которых позволят разработать технические стандарты для подобных конструкций, которыми в дальнейшем будут руководствоваться производители. «Многие из тех, кто видел прототип, начинали опасаться, что на таком эскалаторе у них начнется головокружение, - говорит Давид. – Поэтому сейчас я ищу оптимальное соотношение скорости движения и радиуса поворота». Необходимо, чтобы эскалатор не только двигался быстро и мог работать в условиях ограниченного пространства, но и был комфортным для пассажиров. В данный момент трудно что-то сказать о стоимости такой конструкции, но её преимущества (в том числе и экономические) заключаются в уменьшении веса поддерживающих конструкций и возможности разместить эскалатор в узкой шахте, а не вести его через все здание. Давид признает, что конкурировать с современными моделями эскалаторов довольно сложно, «но архитектура не стоит на месте. В некоторых азиатских зданиях работают эскалаторы высотой в 10 или 15 этажей». Идея винтового эскалатора не нова – по словам Давида, ей уже около сотни лет. Но предыдущие версии считались недостаточно надежными и безопасными. Давид считает, что важно тщательно изучить все прошлые попытки, чтобы понять, почему же они не увенчались успехом». 

«Британец изобрёл извивающийся эскалатор», пишет 27 декабря www.membrana.ru. «Машина под названием Levytator не только по начинке, но и внешне отличается от традиционного эскалатора: её ветви могут совершать по мере восхождения или спуска несколько поворотов разной крутизны. Автор "левитатора", Джек Леви (Jack Levy) из университета Лондона, пришёл к идее после путешествия по метро и наблюдения за работой обычных, прямолинейных эскалаторов. Однако некоторые комментаторы усмотрели в "левитаторе" сходство с конвейером, который доставляет тарелочки с суши посетителям японских ресторанов, из-за чего новацию прозвали "сушилатором". Ступени в новом аппарате представляют собой изогнутые полумесяцем блоки, способные одновременно смещаться друг относительно друга по вертикали и горизонтали. Это позволяет полотну совершать повороты во время движения, следуя любому капризу архитектора. На этом достоинства изобретения Леви не заканчиваются. Дойдя, к примеру, до верхнего уровня, лента не ныряет в подпол, чтобы вернуться к исходной точке, а делает поворот и начинает спуск по соседнему "пути". Фактически один "левитатор" заменяет два обычных эскалатора, в которых возвращающиеся ступени спрятаны, а значит, не работают полдороги. Джек построил действующую масштабную модель "левитатора". Технология уже запатентована в Великобритании, Европе, США и Китае. В настоящее время университетская команда специалистов занимается коммерциализацией изобретения. Если всё будет нормально, через год-два такие эскалаторы могут появиться в торговых центрах и других общественных зданиях».

29 декабря на www.strf.ru помещена заметка «Робот с акцентом». «В отличие от депрессивного робота Марвина из фильма «Автостопом по галактике», его куда более реальному собрату, Гиперколобку, созданному российской компанией «Павлин Технологии», до собственной неповторимой личности пока далеко, но распознавать человеческие эмоции он уже умеет.

Гиперколобок, который был задуман как компаньон и помощник человека, живёт в режиме реального времени. Он умеет реагировать на изменения температуры и освещённости внешней среды, наличие или отсутствие звуков, то есть по косвенным признакам понимает, что происходит вокруг. Более того, по поведению своего владельца он может определить его настроение. Это стало возможно благодаря уникальной технологии распознавания лиц и обнаружения эмоций человека, разработанной компанией «Павлин Технологии» в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технлогического комплекса России на 2007-2012 годы». В зависимости от собственного состояния, вещей, происходящих вокруг, или просто от времени суток робот генерирует фразы-обращения к хозяину и требует к себе внимания. Подобно легендарному Марвину, Гиперколобок может даже «заскучать» (если не выполнены основные параметры, необходимые для его комфортного состояния: общение, игра, отдых) и предложить пообщаться с ним или «попросить» помочь в случае проявления агрессии (резкое физическое воздействие, «падение»). Робот даже умеет предсказывать возможную реакцию окружающей среды на свои действия и делает то, что, по его мнению, приведёт к удовлетворению целей – своих и хозяина.

«Как правило, роботы ассоциируются с механикой, характерными движениями. В нашей же разработке упор сделан на эмоции, – рассказывает генеральный директор компании “Павлин Технологии” Павел Скрибцов. – Гиперколобок будет своеобразным лекарством от так называемого “синдрома одиночества”. Сейчас эта проблема существует во многих странах: люди живут одни, мало с кем общаются, много сидят в интернете. Наш робот станет для них искусственным домашним питомцем. Он как кошка, только разговаривать умеет и аллергии не вызывает». Гиперколобок обладает довольно большим словарным запасом и при помощи шаблонированного механизма генерации речи может комментировать происходящие события. Однако просит, требует и делится своими соображениями по тому или иному вопросу российский робот с ощутимым американским акцентом. «Чип синтеза речи у нашего робота – зарубежного производства. Благодаря системе управления фонемами он может говорить на русском, но как иностранец, – объясняет это странное свойство г-н Скрибцов. – Подобные устройства отечественного производства сейчас только стали появляться, но в единичных экземплярах, и заказать серийную партию таких изделий пока невозможно».

На первых порах Гиперколобок, который, как обещают его создатели, уже через полтора года появится в широкой продаже, будет ребёнком от смешанного брака. «В основном отечественными будут алгоритмы. Что касается элементной базы, она на первых порах будет импортной, – продолжает Павел Скрибцов. – Но мы бы очень хотели использовать российские микросхемы, потому что в этом случае нам не пришлось бы за компоненты платить пошлины по импорту».Команда, которая трудилась над созданием Гиперколобка, была интернациональной. Если за «внутренний мир» робота отвечали российские инженеры, то над его внешним видом работал известный специалист в области промышленного дизайна, мексиканец Эдгар Гуллейн (Edgar Gullien). Однако демонстрировать своё детище в окончательном виде его создатели не спешат, уточняя, что пока это коммерческая тайна. Предполагается, что этот чудо-друг будет стоить всего 200–300 долларов. «Сейчас, как правило, большинство роботов представляют собой ноутбуки на колёсиках. Эта компьютеризированная платформа и составляет большую часть стоимости “железа”. В нашем случае мы изначально используем довольно дешёвые микропроцессоры, для того чтобы конечная цена устройства была ниже», – уточняет один из создателей Гиперколобка, аспирант Московского физико-технического института Павел Казанцев. «Постепенно на рынке начинают появляться подобные устройства, но мы конкуренции не боимся, – замечает Павел Скрибцов, – потому что большинство из них – это простейшие роботы, которые умеют шевелиться и выполнять ещё что-нибудь подобное. Но машин, способных на интеллектуальный анализ событий, умеющих жить в реальном режиме времени, пока нет».

«Над водой и под водой: Фотопоплавок». Такая заметка появилась 20 декабря на www.popmech.ru. «Обычным фотоаппаратом можно снимать на воздухе, а при наличии подходящего непроницаемого чехла – и под водой. Но с помощью новой камеры такие снимки можно делать одновременно и там, и там. Концепт UNDERABOVE дизайнера из Кореи Хан Йин Кун (Han In Kyung) – обладатель главной премии red dot нынешнего года. Он представляет собой двухлинзовую фотокамеру очень необычной формы, которая позволяет ей плавать на поверхности воды, удерживая один «глаз» над, а другой – под нею. Через широкоугольные объективы снимок делается одновременно в обоих мирах. Водонепроницаемый корпус из полипропилена разделен на отсеки, верхний из которых заполняется воздухом, а в нижний просачивается вода – так обеспечивается плавучесть и стабилизация камеры. На ней имеется даже ЖК-дисплей для предварительного просмотра снимков, две вспышки, работающие над и под водой, и таймер для автопортретов».

«Тайное становится явным: Нейтрино-шпионаж». Так называется заметка, помещенная на www.popmech.ru 1 декабря. «Французские ученые предложили план по обнаружению скрытых ядерных реакторов у «подозрительных» государств – с помощью детекторов антинейтрино. Контроль над распространением ядерных технологий – одна из серьезнейших проблем, стоящих сегодня перед мировым сообществом. В принципе, эта деятельность относится к ведомству Международного агентства по атомной энергии (IAEA), но даже для этого объединения, включающего представителей самых развитых государств, осуществлять эффективный мониторинг в некоторых закрытых странах оказывается крайне затруднительным. Неудивительно, что в IEAE ведут постоянный поиск новых технологий, позволяющих обнаруживать на расстоянии скрытые от посторонних глаз ядерные реакторы и отслеживать их работу. Подобные средства можно разделить на две группы – детекторы для одних требуется разместить на расстоянии хотя бы нескольких десятков метров от реактора, другие же работают на более дальних дистанциях. И, конечно, именно последний вариант выглядит наиболее предпочтительным. Совершенно новый подход к этому предложили недавно атомщики во главе с Тьерри Ласером (Thierry Lasserre). Но чтобы разобраться в нем, придется вспомнить немного теории. Реакция ядерного распада является мощным источником антинейтрино. Реактор производительностью порядка гигаватт ежесекундно производит порядка 10²¹ этих частиц и, если мы найдем способ их улавливать, он будет «светиться» поярче новогодней елки. Проблема в том, что антинейтрино крайне слабо взаимодействуют с обычными частицами – фактически, они участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействиях. Если учесть, что они обладают чрезвычайно малой даже для элементарной частицы массой, и что слабое взаимодействие проявляется лишь на чрезвычайно малых расстояниях, можно понять, что детектирование антинейтрино остается крайне непростой задачей. Непростой – однако вполне разрешимой. Как правило, нейтринные детекторы представляют собой огромные емкости, заполненные водой особо высокой чистоты. Проходя сквозь нее, редкие частицы, все же, сталкиваются лоб в лоб с протонами молекул воды, порождая позитрон и нейтрон. Позитрон, в свою очередь, в результате эффекта Черенкова создает свечение, которое способны обнаружить многочисленные фотодатчики, установленные тут же. В теории, вопрос состоит только в объеме заполненного водой детектора: достаточно крупный способен обнаружить сигнал, исходящий от любого самого хорошо скрытого ядерного реактора. Однако и тут имеется сложность. Анализируя полученные таким детектором данные, ученые должны уметь отделять сигнал от фонового шума, что в данном случае крайне непросто. Источников нейтрино (и антинейтрино) в мире имеется огромное количество. Это могут быть не только вполне официально работающие атомные реакторы, но и естественные радиоактивные процессы, протекающие в земной породе, и далекие космические объекты. Впрочем, Тьерри Ласер с коллегами полагают, что им удалось решить эту задачу. Они предлагают поступить следующим образом. Взять отработавший свое нефтяной супертанкер огромной вместимости – и превратить его в плавучий детектор нейтрино, установив массу фотодатчиков и заполнив 10³⁴ протонов в виде 138 тонн линейного алкилбензола. Танкер, названный SNIF (Secret Neutrino Interactions Finder), можно будет по мере надобности подгонять поближе к побережью «подозрительного» государства и временно погружать в воду, на глубину порядка 4 км. Отсюда он будет вести наблюдение за несанкционированной активностью антинейтрино. Ученые даже подсчитали, как должен выглядеть при этом фоновый шум – и как на его фоне должен проявляться подозрительный сигнал, в зависимости от того, где может располагаться скрытый реактор. Стоит заметить, что и сами авторы проекта соглашаются, что его реализация может столкнуться с «серьезными практическими, политическими и технологическими трудностями». Увидим ли мы его когда-нибудь в деле?..»

«Разработан мгновенный анализатор дыхания для медицинской диагностики», пишет 29 декабря //popnano.ru. «Ученые преодолели основное препятствие на пути развития метода дыхательного анализа, позволяющего быстро диагностировать пациентов путем выявления химических веществ, так называемых биомаркеров, в дыхании человека в режиме реального времени, сообщается на сайте Университета Пэрдью. Исследователи показали, что их метод позволяет мгновенно обнаруживать биомаркеры в диапазоне от частей на миллиард к частям на миллион, что по меньшей мере в 100 раз превышает показатели предыдущих методик дыхательного анализа, сказал Карлос Мартинез (Carlos Martinez) - доцент технологии материалов Университета Пэрдью (США). «Ученые работают в этой области уже около 30 лет, но еще не могут выявлять достаточно низкие концентрации в реальном времени, - сказал он. – Мы решили эту проблему, разработав новый материал, теперь мы хотим сосредоточиться на том, чтобы выявлять строго определенные биомаркеры». Суть метода в том, что, по мере того, как газ проходит сквозь сенсоры, расположенные на верхней части «микроплиток» (крошечных нагревателей с интегральной схемой, отслеживаются изменения в электрическом сопротивлении или проводимости. Обнаружение биомаркеров фиксируется в карте пациента, отражающей возможное присутствие рака или других болезней. «Мы говорим о создании недорогого и быстрого способа сбора диагностической информации о пациенте, - сказал Мартинез. – Существует определенный процент того, что в процессе обмена веществ вы вырабатываете специфическое вещество, свидетельствующее о конкретном виде рака. После его выявления можно проводить дополнительные, более сложные тесты, чтобы подтвердить диагноз». Исследователи использовали технологию выявления ацетона - биомаркера диабета с чувствительностью уровня частей на миллиард в газе, имитирующем человеческое дыхание. Они взяли шаблон, сделанный из микроразмерных полимерных частиц, и покрыли их более мелкими наночастицами оксида металла. Использование микрочастиц с покрытием из наночастиц вместо плоской поверхности позволило исследователям увеличить пористость сенсорных пленок, что, в свою очередь, увеличило площадь поверхности динамического восприятия, улучшив чувствительность. Вкрапления полимерных микрочастиц с нанопокрытием были сделаны на каждой микроплитке площадью примерно 100 микрон, которая содержит электроды, по форме напоминающие переплетенные пальцы. Капля высыхает, потом электроды нагреваются, сжигают полимер и оставляют отверстие в пленке оксида металла, образуя сенсор. «Материал очень пористый и очень чувствительный, - сказал Мартинез. – Симулируя дыхание в устройстве, мы продемонстрировали, что оно может работать в режиме реального времени». Газы, проходящие через устройство, преодолевают пленку и меняют ее электрические свойства в зависимости от определенных биомаркеров, содержащихся в газе. По мнению Мартинеза, подобные анализаторы появятся, вероятно, не ранее чем через десять и более лет, потому что еще не разработаны точные стандарты для производства устройств, основанных на таком подходе. «Однако тот факт, что мы смогли сделать это в реальном времени – уже большой шаг в правильном направлении», - резюмировал он».

 

Раздел КУРЬЕЗНЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ продолжает увлекать читателей идеями в области приближения всеобщего счастья. «Пищепровод: Скачаем пару бутербродов?» - называется заметка, помещенная 24 декабря на www.popmech.ru. «Практически вся пища в мире транспортируется неэффективным автотранспортом – дорогим, аварийно-опасным, загрязняющим атмосферу. По некоторым оценкам, лишь около 8% сжигаемого при этом топлива расходуется на доставку груза – остальное перемещает грузовик. Есть ли альтернатива? Есть – постройка «пищепровода».Переместить весь процесс под землю, создав «транспортирующий Интернет», как называют свой проект авторы идеи FoodTubes – ученые, инженеры, градостроители. Свежие овощи, банки консервов и упаковки мяса можно перемещать в высокоскоростных капсулах, по специально сооруженным трубам – так же, как сегодня доставляется к нам вода или газ. «В любых условиях, днем и ночью – никаких задержек с поставками», - гарантируют авторы проекта. Для начала они предлагают объединить всю Великобританию примерно 1500-километровым кольцевым трубопроводом, который связал бы основных производителей и дистрибьюторов. Все движение по нему контролировалось бы из единого центра; наполненные грузом герметичные капсулы могли бы путешествовать и по отдельности, и целыми составами числом до 300 штук, на скорости до 100 км/ч. В каждый конкретный момент в системе было бы задействовано порядка 900 тыс. таких капсул – одни находясь в пути, другие – загружаясь или разгружаясь на специальных станциях. «Настоящий фаст-фуд, - резюмируют авторы проекта, подчеркивая эффективность такой системы, ее экономичность и экологическую чистоту в сравнении с автотранспортом, - Сегодня трубопроводы ежедневно доставляют в дома в 180 раз больше воды по массе (150 л на человека), чем фуры перевозят пищи – и с гораздо меньших ущербом для окружающей среды, и не создавая пробок». По их оценке, система FoodTubes длиной 17 тыс. км, необходимая для Великобритании, позволит удалить с дороги 200 тыс. фур, которые используются в стране для доставки пищевых продуктов – а это, помимо прочего, 40 млн тонн выброшенного в атмосферу углекислого газа ежегодно!»

«Умная кепка научит человека играть в гольф», воодушевляет нас 28 декабря www.strf.ru. «Гаджет измеряет электрическую активность мозга и на основе этого помогает спортсмену достичь состояния, в котором его меткость будет наивысшей. Профессор психологии из Университета штата Аризона (США) Дебра Крюс в течение десятилетия изучала особенности мозговой активности игроков в гольф. Ей удалось выявить взаимосвязь между состоянием нашего мозга и уровнем меткости. На практике это открытие использовала японская компания B-Bridge. Она представила устройство под названием Brain Athlete, которое с помощью трёх внешних датчиков измеряет электрическую активность мозга и через Bluetooth передаёт электроэнцефалограмму на внешний компьютер. Радиус действия беспроводной связи – 10 метров. Девайс весит 100 граммов, а продолжительность его работы составляет два часа. Используя информацию прибора, спортсмен может путём тренировок достигать состояния, в котором его меткость будет наивысшей. Теоретически подобная система способна приносить пользу также футболистам и теннисистам. Собственно, технология взаимодействия мозга с компьютером разработана американской компанией NeuroSky, которая более четырёх лет сотрудничала с олимпийской сборной США по стрельбе из лука. В этом виде спорта, как и в гольфе, требуются точный расчёт и максимальная концентрация внимания. Brain Athlete пока что продаётся только в Японии, его стоимость составляет около 40 тысяч иен (примерно 480 долларов). В начале будущего года продажи должны стартовать в Соединённых Штатах».

 

Если немного помечтать, то можно представить себя любимого в умной кепке, вблизи пищепровода и в новогоднем настроении. Желаю уважаемым читателям Методолога в Новом году побольше «открытий чудных» и не менее чудных изобретений. Надеюсь, что уважаемые читатели Методолога найдут в этом обзоре для себя что-то новое и неожиданное.