В эпоху научно-технического прогресса роботы становятся незаменимыми помощниками людей. Есть роботы-мойщики окон, роботы-портные или автомеханики. Роботизированные комплексы на производстве давно стали нормой современного мира.
Они используются в строительстве, геологической разведке, при ремонте инженерных сетей, выполнении специальных задач, в частности тех, которые опасны для жизни или здоровья человека - ликвидации аварий или последствий чрезвычайных ситуаций.
Инженеры по всему миру активно работают над новыми решениями и возможностями для применения робототехники. Наиболее интенсивно разработку и исследования роботизированных комплексов проводят в США, Франции, Великобритании, Японии, Израиле и Китае. Пока в Украине только ведутся разговоры об актуальности этого направления, в Киевском политехе активно действует междисциплинарная программа "Робототехника и искусственный интеллект", которая объединила студентов и опытных ученых более чем из 20 кафедр различных факультетов и институтов. Они не стоят в стороне от мировых тенденций в этой сфере и успешно создают уникальные отечественные модели. Одна из последних разработок молодых ученых Механико - машиностроительного института КПИ - роботизированная платформа высокой проходимости, маневренности и живучести.
Этот интеллектуальный робот может без проблем преодолевать соизмеримые с размерами своих колес препятствия. С легкостью спускаться или подниматься по лестнице. Такой повышенной проходимостью и маневренностью робот обладает благодаря специальным спаренным колесам, движущихся вокруг своей оси и шарнирно-сочлененной конструкции корпуса. Он оснащен манипулятором, системами дистанционного управления и машинного зрения. Среди преимуществ и многофункциональность. Корпус можно перенастроить под различное оборудование. Робот нетяжелый, его могут перенести два человека. Работать в автономном режиме способен до трех часов. Продолжительность работы зависит от мощности аккумуляторов.
Шутливо, между собой, мы называем нашу разработку "Марсоход", - рассказывает одна из разработчиков, старший преподаватель кафедры авиа и ракетостроения Механико-машиностроительного института Анна Сарибога. - Но в действительности, это мобильное многофункциональное шасси под сменное навесное оборудование, по принципу работы, похоже на мини-танк. Мы создали его для военных".
Робот может выполнять различные военные задачи. Одна из актуальных для нынешнего времени - разминирование. Он может заезжать на опасные участки, шестидвижным манипулятором загружать опасный груз и вывозить его. "Марсоход" может самостоятельно ориентироваться на местности, ведь оборудован системой машинного зрения и собственным "интеллектом". Курсовые камеры на манипуляторе обеспечивают ему точность движений. И корпус, и программное обеспечение дело рук студентов КПИ.
Разработкой уже заинтересовались украинские военные. Ведь одно из главных преимуществ такой платформы - это цена. Робот в несколько раз дешевле иностранных аналогов. Если не учитывать стоимость камер - обойдется всего в 50 тысяч гривен.
Робот-манипулятор
На кафедре прикладной гидроаэромеханики и мехатронники Механико-машиностроительного института молодая украинская изобретательница, второкурсница Яна Жабура вместе с командой студентов-единомышленников с разных кафедр КПИ создали оригинальный робот-манипулятор.
Собирать робота, который способен перекладывать вещи с места на место, девушка начала еще в школе. Для изготовления своего прототипа выбрала систему дельта-роботов. Их изобрели и начали применять на конвейерном производстве в конце 1980-х годов. Сейчас дельта-роботы популярны на линиях упаковки.
Манипулятор, который усовершенствовали студенты имеет преимущества перед аналогами. Он легче и гораздо быстрее. Может не только перемещать предметы, как роботы-аналоги, но и поворачивать их. Это делает разработку уникальной. "Роботов с аналогичными функциями в мире еще никто не запатентовал - рассказывает Яна Жабура. - На конкурсе изобретателей в Европейском союзе мы заняли второе место". Но на этом студенты не останавливаются. Постоянно совершенствуют свою разработку. Хотят, чтобы их робот стал еще умнее.
Разумное земледелие
Сорняки - один из главных врагов аграриев. Методов борьбы с ними множество. В Киевском политехе ставку сделали на разумную агротехнику. Ведь, по прогнозам экспертов, через 50 лет на полях будут возиться маленькие автономные тракторы роботы.
Поэтому, начали работать над разумным трактором-борцом с сорняками - роботом FLIBot. Инициировал замысел заведующий кафедрой интегрированных технологий машиностроения Механико-машиностроительного института КПИ, профессор Виталий Пасечник. "По нашему замыслу небольшой-робот трактор, получив информацию с карты позиционирования сорняка в реальном времени (GPS), автоматически обрабатывает их гербицидами даже между культурными растениями в ряду" - рассказывает Виталий Пасечник.
Преимущества такого метода не только в точности удаления сорняков и распознавании широкого спектра сельскохозяйственных культур. Здесь важны экономия недешевых гербицидов и экология. Точечное применение химикатов позволяет сократить их использование по меньшей мере в десять раз и соответственно повысить экологичность сельхозпродукции.
Для создания прототипа студенты объединили характеристики лучших в этой области аналогов от немецких и австралийских производителей. FLIBot имеет модульную конструкцию. Поэтому, его можно использовать на полях засеянных как низкорослыми, так и другими видами культур. Его очень быстро можно перенастроить. А еще робот-трактор очень маневренный. Способен разворачиваться на месте, как танк.
Энергия из воды
На сегодняшний день одним из альтернативных видов топлива является водород. Его можно считать идеальным источником энергии, ведь он есть везде, где есть вода. Сжигание водорода является абсолютно экологически безопасным, поскольку при этом ничего, кроме воды, не образуется. Водород имеет очень высокую теплотворную способность: при сжигании 1 г водорода образуется 120 Дж тепловой энергии, а при сжигании 1 г бензина - только 47 Дж.
Если бы водород был так же доступен, как и природный газ, он бы мог стать идеальным топливом, которое не загрязняет окружающую среду. Сейчас реальные промышленные методы получения водорода базируются или на генерировании его из других видов органического топлива (природный газ, продукты нефтепереработки), либо на электролизе воды. И получать водород из нефти неэкономично, так как энергия из такого водорода стоит в 3,5 раза дороже, чем энергия от сжигания бензина. К тому же себестоимость такого водорода постоянно растет по мере повышения цен на нефть. Получать водород путем электролиза воды еще дороже, чем из нефти. Цена такого водорода дороже электрического тока.
Исследователи интенсивно работают над удешевлением технологических процессов производства водорода за счет более эффективного разложения воды. Ведь, когда водород станет таким же доступным топливом, как сегодня природный газ, то он сможет всюду его заменить. Водород можно будет сжигать в кухонных плитах или водонагревателях.
В стенах КПИ студенты вместе с преподавателями научились эффективно и безопасно получать экологическое топливо из воды с помощью электролиза. На базе Механико-машиностроительного института на кафедре прикладной гидроаэромеханики и мехатроники создали Высокоэффективный мехатронный генератор водорода и кислорода. Руководитель проекта Игорь Ночниченко рассказывает, что благодаря этой разработке, можно дополнительно снизить расход электроэнергии до 30% при генерации водорода и повысить безопасность за счет применения трехступенчатой системы защиты.
Снижение расходов на обслуживание до 50% по сравнению с существующими аналогами (за счет автоматической очистки пластин). Кроме этого, генератор водорода осуществляет адаптацию к различным температурным режимам путем автоматической программной коррекции. "Наш прототип является уникальным. Мы применяем ультразвуковой модуль и индивидуальную систему управления и программирования с обратной связью", - рассказывает один из разработчиков генератора студент второго курса Георгий Ситнюк.
В КПИ спроектировали несколько вариантов компоновки реактора электролизера. Один для автомобилей в качестве катализатора горения, чтобы уменьшать расход топлива. Второй можно будет использовать в промышленности, быту для сварки, пайки или резки. Он сможет работать от бытовой электрической сети. Еще разработали вариант электролизера, который имеет небольшие габариты, вес и отличается высокой технологичностью изготовления. Не требует уплотнений электролитических ячеек и может быть использован в объектах с небольшим потреблением водорода, например, в беспилотных летательных аппаратах в качестве генератора топлива.
Среди преимуществ студенческой разработки - безопасность, функциональность, энергоэффективность и умная система управления. Использовать такой генератор водорода можно в автомобилестроении, аграрном секторе, высокотехнологичном машиностроении, военно-промышленном комплексе, возобновляемой энергетике и аэрокосмическом комплексе.
Можно приводить примеры еще очень многих фантастических разработок студентов и ученых Киевской политехники, которые поражают воображение. Журналисты поинтересовались секретом чрезвычайной творческой плодотворности Киевских политехников в председателя Совета молодых ученых КПИ, еще вчерашнего студента, а сегодня кандидат технических наук Олега Белецкого.
По мнению Олега этот секрет заключается в уникальной для Украины системе децентрализации и демократизации университета. Согласно этой системе, которая была введена еще в начале независимости нашей страны, учебно-научные институты, факультеты, исследовательские центры, конструкторские бюро, всего более 70 подразделений КПИ, получили широкие права автономии по всем направлениям своей деятельности. По этому признаку они фактически стали отраслевыми университетами или НИИ. Сам же КПИ стал для них объединяющей системой, которая отвечает за стратегию развития, стандарты качества обучения и научных исследований, кадровую политику и некоторые другие концептуальные виды деятельности всех подразделений, входящих в него.
Такая децентрализация управления со временем дала свои положительные результаты. Произошла огромная активизация инициативы научных школ, отдельных ученых и студентов автономных подразделений КПИ. Они уже не ждали, что какие-то проекты, задачи или средства будут спущены им сверху, а проявляли собственную инициативу, в поисках новых проектов, партнеров, заказчиков на научные разработки как в Украине, так и по всему миру.
Мощное ускорение этой деятельности Киевских политехников дала и инновационная экосистема "Sikorsky Challenge", созданная соответствующим законом Украины в 2006 году. Она объединила на одной площадке более 110 высокотехнологичных компаний, студентов и ученых, которые заинтересованы внедрять свои изобретения совместно с этими компаниями, венчурные и инвестиционные фонды, которые поддерживают лучшие стартапы. "За время деятельности нашей экосистемы на рынки Украины и других стран мира уже выведено более 150 прорывных технологий и услуг со значительным социальным и экономическим эффектом. Все это сделано без вложения никаких государственных средств" отметил Олег Белецкий.
Текст: Александра Аркадиева