Главное

Инновации в мире науки

Высокий темп освоения новых знаний, создание наукоемкой продукции и передовых технологий, а также масштабные исследования обеспечивают эффективное решение комплекса задач. Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций в рубрике #инновации_в_мире_науки каждую неделю рассказывает о мировых технологических лидерах и инновациях научно-технического развития в области обеспечения безопасности.

В МАИ разработали «долгоиграющие» литий-ионные батареи для БПЛА

Специалисты Московского авиационного института (МАИ) представили прототип Li-Ion аккумулятора с улучшенными характеристиками. Такая батарея сможет заметно увеличить длительность полетов различных типов беспилотных аппаратов.

Как уточнили в МАИ, в этих аккумуляторах применено уникальное устройство ячеек, а в их основе лежат электролиты полимерного класса с высокодисперсными электродными элементами в специально рассчитанных пропорциях. За счет этого АКБ хранят большое количество энергии на единицу веса, а также достаточно быстро ее выдают.

Такие батареи отличаются небольшим весом и устойчиво выдают ток, до 10 раз превышающий номинальную емкость. Кроме того, они могут работать в этом режиме продолжительное время без заметного снижения производительности.

Новые АКБ позволят беспилотной технике функционировать намного дольше. К примеру, на воздушных БПЛА ряда моделей время полета удалось увеличить с 20 до 35 минут. Более того, аккумуляторы найдут применение не только в БПЛА, но и в автомобильной технике, мотоциклах, малом водном транспорте и других подобных устройствах.

Итальянский робот-спасатель с джетпаком уже умеет стабильно взлетать и зависать в воздухе

После нескольких лет напряженной работы группа инженеров из Итальянского технологического института (IIT) представила прототип человекоподобного робота-спасателя, оснащенного реактивным двигателем — iRonCub3. Робот уже умеет совершать взлет с зависанием.

Внешне iRonCub3 напоминает ребенка. На спине у него находится ранец с двумя реактивными двигателями, а вместо рук — два маневровых ускорителя JetCats. Максимальная тяга двигателей — 1000 Н, температура выхлопных газов достигает 800 °C.

Прототипом iRonCub3 стал супергерой комиксов издательства Marvel Comics Энтони Эдвард Старк — «Железный человек». Робота скрепили прочным титановым каркасом для защиты от перегрузок и облачили в термостойкое покрытие.

Внутри размещается современная электроника, а в реактивном ранце установлены датчики крутящего момента. Конструкция предплечий обеспечивает iRonCub3 «реалистичную динамику полета».

К августу прошлого года iRonCub3 был протестирован в аэродинамической трубе, а его реактивные двигатели прошли несколько испытательных запусков. Цель разработчиков — создать гуманоида, способного пребывать в зону стихийного бедствия или чрезвычайной ситуации для проведения воздушной инспекции, сбора и передачи данных в удаленный центр управления.

Итальянские инженеры успешно провели первые летные испытания летающего человекоподобного робота iRonCub 3. Он оснащен четырьмя компактными турбореактивными двигателями, два из которых встроены в руки вместо предплечий, а два закреплены на спине. В ходе эксперимента робот оторвался от земли и на несколько секунд завис в воздухе на высоте 50 сантиметров. Полетом управляет многоуровневая система, она оценивает положение робота в пространстве, контролирует тягу двигателей и движения суставов. Описание робота и системы управления доступно в препринте на arXiv.org и опубликовано в Communications Engineering.

Возможности современных человекоподобных роботов уже не ограничиваются только простой ходьбой. За последние несколько лет, благодаря прогрессу в области нейросетевых моделей и обучению с подкреплением, они осваивают все больше и больше новых движений и акробатических трюков, участвуют в забегах, учатся водить автомобиль, распознают команды на естественном языке и выполняют сложные многоступенчатые манипуляции с разнообразными предметами. Теперь ко всему этому разнообразию навыков добавился еще один – способность летать.

Разработкой летающего человекоподобного робота уже несколько лет занимаются инженеры из Итальянского технологического института в Генуе. Недавно эта команда под руководством Даниэле Пуччи (Daniele Pucci) представила третье поколение летающего андроида — iRonCub-Mk3. За основу взят созданный в этом же институте небольшой человекоподобный робот iCub3. На 70-килограммового робота установили четыре миниатюрных турбореактивных двигателя JetCat P250 Pro, два из которых находятся на кронштейнах за спиной и отвечают за основную подъемную силу. Еще два закреплены вместо предплечий и используются для стабилизации и маневрирования. Суммарно двигатели создают тягу более 1000 ньютонов. Чтобы выдержать такие нагрузки и температуру реактивной струи, достигающую 800 градусов Цельсия, инженеры заменили позвоночник робота на титановый и покрыли ноги термостойким аэрогелем.

Для управления полетом разработан многоуровневый алгоритм. Его ядром служат три модуля: оценка тяги, оценка положения тела и контроллер полета. Оценка тяги реализована с помощью фильтра Калмана. Он обрабатывает данные с датчиков силы, установленных на руках и ранце, и сопоставляет их с динамической моделью реактивных двигателей. Для определения положения робота в пространстве используются показания с IMU-сенсора и камеры глубины. Наконец, контроллер полета на базе метода модельно-прогнозирующего управления (Model Predictive Control) с частотой 200 герц рассчитывает оптимальные команды для тяги двигателей и положения суставов, чтобы робот следовал заданной траектории.

Помимо базовой системы управления инженеры провели исследование аэродинамики робота, поскольку его человекоподобная форма крайне неэффективна в воздушном потоке. Для этого они провели серию экспериментов в аэродинамической трубе, а также создали цифровую модель робота. Полученный массив данных использовали для обучения нейросети, способной в реальном времени предсказывать аэродинамические силы, действующие на робота. Встраивание этой модели в систему управления позволит роботу в дальнейшем предугадывать воздействие воздушного потока и заранее корректировать тягу двигателей и положение суставов, обеспечивая стабильность полета.

Первое летное испытание состоялось на открытой площадке на крыше здания института, где удаленно управляемого робота подвесили на двухметровом кране для страховки. В процессе взлета система управления начала плавно увеличивать тягу двигателей. На тридцатой секунде робот оторвался от поверхности и оставался в воздухе около трех секунд, после чего кратковременно коснулся земли и снова взлетел. Через некоторое время из-за ошибки в ориентации, превысившей заданный порог, система безопасности автоматически заглушила двигатели. Несмотря на горизонтальное смещение, робот некоторое время поддерживал стабильную ориентацию в полете и оторвался от земли на высоту около полуметра, продержавшись в воздухе несколько секунд.

В будущем инженеры планируют улучшить систему оценки состояния, сделав ее более устойчивой к вибрациям, уточнить используемую математическую модель реактивных двигателей и доработать контроллер, чтобы он помимо взлета и посадки мог выполнять и другие маневры в реальных условиях. Также инженеры планируют перейти к свободным полетам уже без страховочных тросов и отработать полные циклы взлета и посадки на новой площадке, предоставленной аэропортом Генуи.

Хотя iRonCub — первый человекоподобный робот на реактивной тяге, существуют и другие двуногие модели роботов, способные летать. Наиболее известный из них – робот LEONARDO, который представляет собой гибрид квадрокоптера и ходячего робота с двумя ногами. Благодаря пропеллерам он может как перелетать через препятствия, так и поддерживать вертикальное положение при ходьбе.

Разработаны роботы размером с игрушечную машинку для ремонта водопроводных труб

Британские ученые показали микророботов Pipebots, способных патрулировать водопроводные трубы, находить трещины и устранять их без необходимости земляных работ.

Новая технология может изменить подход к обслуживанию подземных коммуникаций и сократить потери воды, которые из-за износа инфраструктуры составляют миллионы литров . Сейчас поиск протечек часто требует вскрытия асфальта и трудоемкого визуального осмотра труб, что занимает дни и приводит к высоким расходам.

Самый маленький робот шириной всего 40 мм — примерно как игрушечная машинка. Он оснащен миниатюрными камерами и акустическими сенсорами, которые позволяют обнаруживать повреждения внутри труб. Роботы могут передвигаться по сложным участкам с помощью вездеходных ног и обмениваться данными между собой для слаженной работы.

Рой роботов запускается в сеть через доступные точки, например, через пожарный гидрант. После этого они автономно сканируют трубы, передают информацию об обнаруженных дефектах и помогают инженерам быстро локализовать проблему. Pipebots способны избегать критичных участков, например, точек подключений домов, и работать в команде для покрытия больших зон.

По словам разработчиков, технология может использоваться не только в водопроводных сетях, но и в канализации, газопроводах и других закрытых или опасных коммуникациях. Сейчас ведется работа по адаптации Pipebots для различных инженерных систем, включая создание автономных роботов для постоянного мониторинга и технологий устранения утечек без раскопок.

Кроме того, команда работает над проектом Pipeon — платформой на основе ИИ и робототехники для автоматической диагностики и обслуживания трубопроводов.

Водные спасательные шлемы Dräger: запуск HPS AquaRescue

Dräger, международный пионер в области медицинских и охранных технологий, выпустил HPS® AquaRescue, новый легкий шлем для использования сотрудниками аварийно-спасательных служб, которым необходимо сбалансировать комфорт и защиту во время спасательных операций на воде.

Разработанный универсальный шлем весом всего 635 граммов.
HPS® AquaRescue можно легко отрегулировать в соответствии с различными формами и размерами головы, чтобы сделать его более безопасным и удобным для ношения всеми пользователями.

Помимо спасения на воде, шлем подходит для различных технических спасательных операций, включая работу на высоте.

Сборка шлема

Благодаря оболочке из термопластичного полимера шлем обладает высокой ударопрочностью, дополненной системой амортизации из пены с закрытыми ячейками.

Внутренняя часть шлема состоит из трехточечного подбородочного ремня и пряжки, кольца-переноски, комфортной накладки и колеса для регулировки ширины головы. Все используемые текстильные материалы приятны для кожи, отталкивают пот и пропускают воздух. Их также можно легко стирать.

Комфорт пользователя повышается за счет использования трех вентиляционных отверстий в верхней части шлема, которые можно закрыть, чтобы предотвратить попадание пыли и грязи. Отверстия также позволяют воде стекать из оболочки шлема и помогают поддерживать постоянную температуру.

Полиуретановый козырек шлема

Полиуретановый козырек шлема защищает лицо от проточной воды и солнечного света, а также обеспечивает достаточное расстояние между твердой поверхностью (например, камнем) и носом в случае столкновений и ударов.

Доступен полный спектр дополнительных аксессуаров, включая водонепроницаемые фонари, козырьки, средства защиты органов слуха.

Шлема доступны в различных флуоресцентных и хорошо видимых цветах, а видимость может быть дополнительно улучшена за счет добавления призматических светоотражающих полос.

Высокий уровень безопасности и защиты

Лиз Миллворд, менеджер по маркетингу аварийно-спасательных служб в Dräger Safety UK, говорит, что новый шлем обеспечивает более высокий уровень безопасности и защиты: «Шлем разработан для суровых условий любого вида спасения на воде, с которыми могут столкнуться аварийно-спасательные службы, с исключительным уровнем ударопрочности и комфорта для пользователя».

«Главной особенностью его конструкции также является то, что он подходит как для мужчин, так и для женщин, и учитывает комфорт различных пользователей, используя ремни и внешние регулировочные колеса для соответствия всем формам и размерам головы».

Шлема соответствуют действующим стандартам для спасательных работ на воде и высоте, включая EN 1385: 2012; EN12492: 2012; EN16473: 2014; и BS PAS 028: 2002 (британский стандарт для морских защитных касок).