Почему люди не летают, как птицы?

Опубликовано в номере:
PDF версия
Бионика — современное направление в науке на стыке биологии и промышленных технологий, основой которого служит практическое применение в производственных процессах результатов эволюции природы. Казалось бы, все решения лежат на поверхности, однако определенные вопросы все же остаются. Об актуальности развития этого вектора технологического процесса корреспонденту нашего журнала рассказал Хенрик Фронцек (Heinrich Frontzek), глава департамента корпоративных коммуникаций и будущих концептов компании Festo.
ХЕНРИК ФРОНЦЕК: «Мы учимся у природы»

ХЕНРИК ФРОНЦЕК: «Мы учимся у природы»

Вы отвечаете за будущие концепты продукции компании Festo. Почему за поиском новых решении? в области технологии? автоматизации вы обратились к природе?

Природа оптимизирована миллионами лет эволюции. Поэтому мы пытаемся изучить ее «находки» и возможность их применения в современном производстве. В результате инженеры не только находят какие-то решения, они учатся и совершенствуются сами. Такои? подход объединен в специальном разделе биологии и технологии — бионике. Уже сеи?час наши инженеры думают на пять лет вперед, а лучшие ученые — на десять, чтобы воплощать концептуальные идеи, почерпнутые у природы, для совершенно новои? завтрашнеи? сверхпроизводительности производства.

 

Как этот подход выглядит на практике?

Приведу пару конкретных примеров. Была выявлена потребность в захвате объектов без затрат энергии. Инженеры совместно с биологами стали искать нечто похожее в природе. Оказалось, что лапы геккона устроены таким образом, что позволяют лазать по любым, даже гладким поверхностям, вверх ногами. В итоге на основе этих наблюдений был создан прототип захвата.

Другая ситуация. Биологи изучили феномен рыбьего хвоста. Затем уже наши инженеры стали думать, как это можно использовать в промышленности. Так родился адаптивный захват на основе этого принципа.

А в целом здесь нет одной и той же методики или алгоритма. Всегда есть место творчеству и все, порой даже безумные, идеи на стыке биологии и техники попадают в «котел» нашей команды.

 

В чем особенность переноса натурного опыта непосредственно в технику?

К сожалению, не все так просто, не все из природного мира возможно использовать и внедрить в технологии. Например, хвост рыбы, идею которого мы использовали. Его особенностью служит то, что приложенные силы начинают действовать в противоположном направлении. Саму структуру можно смело применять при захвате различных предметов, что мы и используем сейчас в конструкции наших захватов (рис. 1). Но нам не сразу удалось преобразовать «рыбийхвост» в устройство захвата. И все-таки подражание природе позволяет получить решение быстро, ведь у нас нет того времени, которое имела эволюция. У нас есть модель, почерпнутая из биосферы, например тот же хвост рыбы, и дальше мы ищем области применения этой механической системы в промышленности, получаем обратную связь от потребителей и в финале создаем продукт, который можно использовать на производстве.

 

Как быстро вам удается постичь загадки природы и применить ее решения в ваших продуктах? Кто входит в команду изобретателей?

Мы делаем три-четыре проекта каждый год, чтобы продемонстрировать наши результаты в исследованиях этого вопроса. В этом году мы создали искусственного кенгуру. В международную команду изыскателей входят ученые и исследователи, профессора и студенты. Они ищут оптимальные ответы на вопросы, которые перед нами ставит сегодняшний мир и производство в будущем.

 

CE_6(54)_2014.inddКакие энергоэффективные решения вам удалось почерпнуть у биосферы?

Если посмотреть на «фабрики будущего», можно увидеть, что идеи из природы находят все больше и больше мест в энергоэффективности.

Вы никогда не задумывались, почему птицы летают, а люди нет? При разработке проекта механической чайки SmartBird (рис. 2) мы выяснили, что птицы могут совершать продолжительные полеты благодаря оптимальному соотношению массы и функциональности. Мы создали прототип SmartBird, потому что хотим понять, как эта система энергоэффективности работает. Сегодня мы можем запустить эту птицу очень эффективно — на 20 минут с использованием одной батарейки для телефона. Это требовало изучения аэродинамики и технологий легких и прочных материалов. В итоге показатели живой птицы были нами сымитированы на 85%.

 

Источником вдохновения к созданию BionicKangaroo (рис. 3) для нас послужил особенный способ передвижения. Кенгуру может накапливать энергию приземления и использовать ее для нового прыжка. На примере кенгуру мы видим экстраординарное решение. Мы выбрали это животное, потому что для нас было своеобразным вызовом изучить систему и понять, как сочетать такие возможности в наших технологиях. BionicKangaroo — это интеллектуальная комбинация технологий пневматики и электрики. Он создан на базе стандартных продуктов каталога Festo: круглые пневматические цилиндры с распределителями для основной энергии прыжка, электродвигатели для вспомогательных движений и удержания равновесия, контроллер CECC для управления всей системой. Возобновление энергии — это лишь часть процесса; изучить этот процесс — вот главная задача создания BionicKangaroo. И мы будем внедрять эти технологии рекуперации энергии в производственные продукты. Отмечу, что было весьма сложно организовать систему координации, поскольку настоящий кенгуру использует баланс головы и хвоста при перемещении, когда изменяется центр масс.CE_6(54)_2014.indd

 

CE_6(54)_2014.inddКакие еще направления входят в сферу ваших интересов?

У биосферы многое можно позаимствовать. Например, если говорить о коммуникативном поле, обмен информацией помогает видам выживать и находить еду — очевидное достижение для отдельно взятой группы. И мы воплотили это в проекте с медузами (рис. 4). Они сделаны для специфической роли: самостоятельно передвигаться к зарядному устройству, что является необходимым условием «выживания». Машины будущего смогут общаться между собой, коммуникации станут ключом производства будущего.

 

Самоорганизация — это также совершенно новыи? уровень. Коллектив является очень важным элементом природы. У нас есть проект по захвату особых частей, здесь мы используем интеллектуальное исполнение в сумме с самоорганизацией. Например, микроконтроллер, встроенный в маленькую систему и управляющии? многими ее элементами. Интеллектуальные компоненты и самоорганизация будут настоящими трендами будущего.
Функциональность. Вы знаете, почему стрекоза может летать и как самолет, и как вертолет, имеет возможность смотреть одновременно на 360°? Зачем природа «улучшала» стрекозу в течение более чем миллиона лет и внезапно остановилась на такой конструкции, подразумевая, что она полностью оптимизирована? На данный момент стрекоза способна ловить по 200 других насекомых в день. Множество мышц, биодатчиков, и все это в таком крохотном теле — вот повод еще раз задуматься об энергоэффективности (рис. 5).

CE_6(54)_2014.indd

Взаимодействие человека и машин. Человек не будет полностью исключен из процесса производства в будущем. Но взаимодействие машины и человека будет упрощено. Например, наблюдение и мониторинг ситуации через планшет или смартфон с возможностью вмешаться, если потребуется.

Другая тема — совместная работа человека и робота. Сейчас это невозможно из-за соображений безопасности. Наши концепты Bionic Handling Assistant и ExoHand демонстрируют на практике, как можно решить этот вопрос в будущем. Манипулятор Bionic Handling Assistant (рис. 6), сделанный по подобию хобота слона, сконструирован из гибких материалов и не способен нанести вред человеку.

Захват ExoHand со встроенными тактильными датчиками демонстрирует интеллектуальный способ взаимодействия.

CE_6(54)_2014.indd

 

Каковы, на ваш взгляд, тренды будущего? Какую роль вы отводите себе в научно-техническом прогрессе?

В будущем все будет заточено на энергоэффективность, на большую отдачу с меньшей площади. Производство будущего требует от нас поиска новых решений, которые можно будет внедрить и поддерживать затем в рабочем состоянии. Они должны быть самоадаптирующимися и с маленьким потреблением энергии. Мы говорим о самоорганизации и самоадаптации, коммуникациях, изучении эффективности и стратегии, с помощью которой можно будет уменьшить сложность продукта. И, благодаря бионике, у нас есть лучшее понимание того, как это сделать.

 

CE_6(54)_2014.inddВ робототехнике сейчас активно развиваются бионические подходы. Способ не новый, если вспомнить принципы работы самолетов, вертолетов, подводных лодок или даже простой застежки-липучки, но в современной робототехнике это мощная волна. Мотивация понятна: брать на вооружение механизмы, отточенные и доказавшие эффективность за миллионы лет эволюции.

Яркими примерами таких разработок являются роботы компании FESTO, создаваемые в рамках глобальнои? инициативы Bionic Learning Network, запущенной в 2006 г. За годы исследований компания продемонстрировала робототехнических рыб, медуз, скатов и пингвинов (рис. 7), способных двигаться как в воде, так и в воздухе, а также стрекозу BionicOpter и чаи?ку SmartBird, а в апреле этого года представила копию
своего первого млекопитающего со сложной кинематикой — BionicKangaroo, который способен, как и настоящий кенгуру, запасать и правильно расходовать энергию во время прыжков. Творения FESTO неизменно привлекают внимание потому, что не только заимствуют определенные принципы движения, но практически полностью внешне копируют свои прообразы.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *