Инженерное дело не стоит на месте. Учёные каждый день неустанно работают над тем, чтобы сделать жизнь простых обывателей и профессионалов на производстве проще, ускорить рабочие процессы и обеспечить качественную и сверхбыструю коммуникацию между жителями разных полушарий. В 2014 году технические новинки стали ещё более производительными, футуристическими и, что немаловажно, безопасными. Редакция «Вести.Наука» собрала для читателей обзор самых ярких новостей из мира техники за уходящий год.

Беспилотные летательные аппараты

Беспилотные летательные аппараты или БПЛА — лакомая сфера деятельности для инженеров. Небольшие дроны и целые космические корабли дистанционного управления с каждым днём становятся всё больше похожими на плод воображения писателя-фантаста.

Так, в сентябре 2014 года мы рассказали о долгожданной инициативе по раздаче беспроводного Интернета летающими дронами. Задумка принадлежит португальской компании Quarkson, которые, в отличие от проекта Google Project Loon, планируют не просто разместить воздушные шары-роутеры над землёй, но запустить в небеса целую флотилию дронов.

Рис. 1.

Летательные аппараты Quarkson будут летать на высоте 3500 метров над уровнем моря и будут преодолевать расстояния в 42 тысячи километров.

Каждый дрон будет работать без подзарядки до двух недель и выполнять самые разные задачи: раздавать Wi-Fi, контролировать состояние окружающей среды, производить аэрофотосъёмку и даже служить в разведывательных целях во время войны.

Напомним, что о похожей инициативе в 2013 году объявила компания Amazon: сетевой гигант планирует организовать доставку небольших товаров, купленных в интернет-магазине, не курьерами и не почтой, а именно беспилотниками.

Эффективная работа флотилии дронов не может быть обеспечена, если управление всеми членами «стаи» не налажено при помощи специальных алгоритмов. К счастью, в марте 2014 года инженеры из университета Этвоша Лорана в Будапеште

продемонстрировали слаженное маневрирование квадрокоптеров, которые летали стаей без центрального управления. Коммуникация летающих роботов обеспечивается посредством приёма-передачи радиосигналов, а ориентация в пространстве осуществляется благодаря системе GPS-навигации.

В каждой роботизированной стае есть «вожак», за которым следуют остальные беспилотники.

Рис. 2.

В отличие от инциативы Quarkson, такие стаи венгерские инженеры планируют адаптировать исключительно под мирные цели — те же доставки покупок или в отдалённом будущем пассажирские рейсы.

Команда из Исследовательского центра Эймса и Стэнфордского университета в 2014 году задумалась об одной важной, но неочевидной проблеме — утилизации разрушенных при столкновениях беспилотников. Инженеры сконструировали первый в мире биоразлагаемый БПЛА и даже испытали его в ноябре.

Прототип изготовлен из особого вещества — мицелия — который уже широко применяется для изготовления биоразлагаемых упаковок. Однако некоторые детали учёные всё же планируют по-прежнему изготавливать из обычных материалов, чтобы обеспечить беспилотнику высокую производительность. Впрочем, пару лопастей и аккумулятор убрать с места крушения — не то же самое, что разобрать целый корпус летающего робота.

Авиакосмическая техника

В некоторых сферах деятельности человека заменить живой мозг с его интуицией и огромным спектром чувств беспилотником пока что не представляется возможным. Но модернизировать пилотируемые летательные аппараты всегда можно.

В ноябре 2014 года американское космическое агентство NASA испытало первый самолёт с крыльями-трансформерами.

Тестированию подверглась новая система FlexFoil, которая призвана заменить стандартные алюминиевые закрылки, снизить расход топлива у самолётов и повысить аэродинамику корпуса.

Рис. 3.

Пока ещё не ясно, заменит ли новая технология уже используемые в авиационной промышленности, но первые тесты дали превосходные результаты. Возможно, FlexFoil найдёт своё применение даже в космосе.

Говоря о величественных просторах нашей Вселенной, невозможно не вспомнить об ещё одном громком достижении инженеров — лёгком и гибком скафандре будущего. Новая разработка инженеров из Массачусетского технологического института — это пластичный костюм, оснащённый тысячами катушек, которые позволят ткани сжаться прямо на теле космонавта и заключить его в безопасный кокон.

Рис. 4.

Катушки сокращаются, реагируя на тепло тела, а также обладают памятью формы. То есть последующие облачения в скафандр для каждого космонавта будут проще, чем самый первый раз. Пока что инженеры сконструировали только небольшой кусочек ткани-прототипа, но в будущем, они уверены, именно в таких костюмах будут прогуливаться по Луне и Марсу колонизаторы инопланетных миров.

Роботы и экзоскелеты

Каждый год робототехники выпускают с десяток машин, имитирующих анатомию и повадки различных животных. Они становятся более «умными» и ловкими, а программное обеспечение даёт им сверхчеловеческие возможности. Инженеры дарят возможность и каждому человеку почувствовать себя немного киборгом, примерив экзоскелет — особый костюм, который повышает мышечную силу или даже возвращает радость движения парализованным пациентам.

Впрочем, пока человек, даже имея феноменально сложно устроенный мозг, не способен справиться с абсолютно любым заданием, а именно этого инженеры хотят добиться от роботов. Подобно человеку, машина будущего будет черпать недостающие знания и инструкции из Интернета, но только не через поисковики, а при помощи вычислительной системы RoboBrain, разработанной в Корнельском университете.

Учёные придумали эту систему интеграции знаний, накопленных человечеством, в мозг-компьютер робота, чтобы позволить машинам ловко справляться с любыми бытовыми задачами. Так, робот сможет определить, например, каков объём кружки, какова температура кофе и как правильно из предметов, находящихся на кухне, приготовить вкусный капучино.

Рис. 5.

Исследователи в первую очередь стремятся придать роботам самостоятельности, то есть сконструировать такую машину и написать такое программное обеспечение, чтобы робот мог действовать без помощи со стороны человека. Ещё одним впечатляющим примером достижения в этой сфере является робот-оригами, который самостоятельно собирается при нагреве и передвигается по различным поверхностям.

Эта разработка принадлежит команде из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета. Как поясняют инженеры,

им удалось создать устройство со встроенной способностью к вычислению. Более того, роботы-оригами созданы из бюджетных материалов и универсальны в применении: небольшие боты могут стать основой самособирающейся мебели будущего или временных убежищ для пострадавших от природных катастроф людей.

Рис. 6.

Одно из самых ярких достижений робототехники в 2014 году — это исторический первый удар по мячу на чемпионате мира по футболу в Бразилии. И сделал этот удар Джулиано Пинто (Juliano Pinto), пациент с параличом нижних конечностей.

Совершить невозможное Пинто позволил новый экзоскелет, спроектированный командой Мигеля Николелиса (Miguel Nicolelis), который потратил на разработку многие годы.

Экзоскелет не просто придаёт Пинто мышечную силу, но полностью контролируется сигналами мозга в режиме реального времени. Чтоы создать уникальный робокостюм Николелису и его коллегам пришлось провести массу экспериментов, завершившихся громкими открытиями. Так, учёные смогли объединить мозг двух крыс, находящихся на разных континентах, научили грызунов реагировать на невидимый инфракрасный свет и создали интерфейс для одновременного управления двумя виртуальными конечностями, который испытали на обезьянах.

Всё это привело к тому, что парализованный пациент смог вновь почувствовать свои нижние конечности.

Медицинская техника

Инженеры могут помочь не только паралитикам, но и практически любым пациентам. Без новейших достижений в сфере робототехники не существовала бы современная медицина. И в этом году было представлено ещё несколько впечатляющих прототипов.

Особое внимание стоит обратить на камеру, созданную учёными из университета Дьюка. Это устройство для съёмки в режиме реального времени позволяет получить снимки в очень высоком разрешении и таким образом диагностировать рак даже на самых ранних стадиях.

Новая гигапиксельная камера позволяет исследовать крупные участки кожи в мельчайших подробностях на предмет наличия меланомы — рака кожи.

Такое обследование позволит вовремя заметить любые изменения в цвете и структуре кожи, быстро диагностировать заболевание и вылечить его.

Напомним, что этот вид рака хоть и является самым смертоносным, но прекрасно поддаётся лечению на ранних стадиях.

Рис. 7.

За диагностикой всегда следует лечение, и лучше всего если это лечение — таргетное, то есть прицельное. Доставить лекарства прямо к поражённым клеткам позволит ещё одно изобретение, созданное в 2014 году. Крошечные наномоторы будут обеспечивать движения армии нанороботов, которые смогут отправлять агрессивные медицинские препараты прямо к раковым опухолям, не затрагивая при этом здоровые клетки. Таким образом, лечение от рака будет проходить незаметно, безболезненно и без побочных эффектов.

Высокотехнологичные материалы

Материалы, которые нас окружают, такие как стекло, пластик, бумага или дерево, вряд ли способны удивить нас своими свойствами. Но учёные научились создавать материалы с уникальными свойствами, используя самое обычное бюджетное сырьё. Они позволят проектировать настоящие футуристические конструкции.

К примеру, в феврале 2014 года инженеры из Техасского университета в Далласе представили мощнейшие в мире искусственные мышцы, созданные из обычной рыболовной лески и швейных ниток. Такие волокна способны поднять в 100 раз больше веса, чем природные человеческие мышцы, и генерировать в сотню раз больше механической энергии. А ведь сплести искусственную мышцу довольно просто — нужно всего лишь ювелирно точно наматывать лески из высокопрочного полимера на слои из швейных ниток.

Рис. 8.

Новая разработка может широко употребляться в быту в будущем. Из полимерных мышц можно будет создавать адаптирующуюся к погоде одежду, самозакрывающиеся теплицы и, разумеется, сверхсильных человекоподобных роботов. К слову, роботы-гуманоиды, возможно, будут обладать не только сверхпрочными мышцами, но и гибкой бронёй.

Инженеры из университета МакГилла в 2014 году вдохновились броненосцами и крокодилами и сконструировали броню из гексагональных стеклянных пластин на полимерной подложке. По сравнению с жёстким щитом гибкая броня оказалась на 70% прочнее.

Рис. 9.

Правда, в будущем, скорее всего, жёсткие пластины будут делать не из стекла, а из более высокотехнологичных материалов, таких как сверхпрочная керамика.

В июле 2014 года команда из Массачусетского технологического института создала материал, который позволит роботам менять своё агрегатное состояние с твёрдого на жидкое, прямо как в кино.

Для этого инженеры использовали обычный воск и строительную пену — два бюджетных и вполне очевидных вещества, которые являются идеальным примером меняющих состояние субстанций.

Рис. 10.

При воздействии высоких температур воск плавится, и робот становится жидким. Так он протискивается в любые щели. Как только тепло уходит, воск застывает, заполняет поры пены, и робот вновь становится твёрдым. Учёные считают, что их изобретение найдёт себе применение и в медицине, и в спасательных операциях.

Домашняя техника

Создавать бытовых роботов и простые в применении устройства — одна из сложнейших задач инженерии. Обыватели не станут проходить обучение, чтобы воспользоваться особой техникой, и потому разработки должны быть простыми, полезными, а главное — стоить недорого.

Ещё в самом начале 2014 года британский изобретатель и владелец компании Dyson Джеймс Дайсон (James Dyson) объявил, что его инженеры займутся созданием бытового робота, который будет помогать хозяйкам по дому. Предприниматель выделил 5 миллионов фунтов стерлингов на выполнение этой задачи, которым займутся прежде всего инженеры из Имперского колледжа Лондона.

Рис. 11.

Работа уже идёт полным ходом, и когда она завершится, то многие смогут приобрести себе роботизированного помощника, который будет не только стирать, гладить и убирать, но и сидеть с пожилыми и больными людьми, заниматься маленькими детьми и животными. Обязательное условие проекта — сколь возможно низкая себестоимость машин.

Работая на кухне, робот Dyson, возможно, будет частенько пользоваться недавним изобретением китайской компании Baidu — «умными» палочками, которые будут проверять качество пищи. Приборы оснащены индикатором и множеством датчиков, которые позволят определить, свежо ли блюдо или существует риск отравления.

Рис. 12.

Впрочем, пока не ясно, станут ли «умные» палочки коммерческим проектом. В ходе испытаний некоторые пользователи жаловались, что критерии у встроенной системы настолько строги, что найти подходящую пищу практически невозможно. С кухни отправимся в кабинет. Обычная принтерная печать также пережила революцию в 2014 году. Сразу две впечатляющих разработки учёных позволят сэкономить на картриджах и бумаге, спасти сотни деревьев от вырубки и сделать печать проще и экологичнее.

Группа исследователей из Цзилиньского университета в Китае объявили в январе 2014 года, что печатать на бумаге можно не чернилами, а водой. Чтобы сделать это возможным команда химиков разработала особое покрытие для обычной бумаги, которое активирует молекулы красителя при воздействии воды. Через сутки жидкость испаряется и бумагу можно снова вставлять в принтер, а суток точно хватит, чтобы ознакомиться с большинством документов.

Рис. 13.