Журнал «Компьютерра» №43 от 22 ноября 2005 года, стр. 6

Я робота узнаю по походке

Не секрет, что выбор средств передвижения у нынешних мобильных роботов не блещет разнообразием: как правило, большинство из них с рождения «приучено» ходить пешком либо ездить на колесах. Увы, ни один из этих способов не лишен недостатков: колеса позволяют развивать большую скорость, но ограничивают «кругозор» гладкими поверхностями; пешком можно преодолеть бездорожье, но не слишком быстро. Но стоит ли зацикливаться лишь на этих двух вариантах? Настал час, решили конструкторы Деннис Хон (Dennis Hong) и Дуглас Лэйни (Douglas Laney) из Вирджинского политеха, обучить электронных собратьев принципиально иной походке.

Сказано - сделано. Радикально переосмыслив конструкцию традиционного колеса, американцы оставили от нее лишь ось и три спицы и построили платформу, объединяющую «в одном флаконе» колеса и ноги. Каждая из спиц имеет телескопическую структуру и управляется собственным мотором, позволяющим сделать ее длиннее, короче или вообще «ампутировать». В результате робот получил возможность выбирать из широкого спектра «походок»: он может ползти, цепляясь за поверхность одной-единственной спицей; ковылять на «своих двоих», а также споро «ехать», ощетинившись всеми своими спицами. Благодаря динамической регулировке длины спиц, можно на ходу менять диаметр «колеса», что позволяет регулировать высоту «посадки», а заодно и скорость. Свою новинку остроумные изобретатели окрестили Whegs (что на русский можно перевести как «колесоги»).

А можно ли роботу обойтись вообще без конечностей? Почему бы и нет, подумал Хон, и на пару со своим дипломником разработал конструкцию робота, прообразом для которого послужила амеба. Новоявленный электронный представитель царства одноклеточных напоминает батон колбасы в оболочке из эластичной полимерной мембраны. В движение робота приводят ритмичные сокращения внутреннего двигателя, позволяющие ему «обтекать» преграды и просачиваться в различные отверстия.

Препятствия «робоамебе» не помеха: она продолжает двигаться до тех пор, пока хоть одна точка ее поверхности контактирует с внешней средой. При этом «колбасе» удается без труда забраться в отверстие вдвое меньшего, чем она сама, диаметра. Трудностей с профориентацией у такого робота, вероятно, не будет: ползающий «роборазведчик» может быть незаменим как при исследовании пищеварительного тракта, так и при разведке минного поля. Пожалуй, единственная ахиллесова пята новинки - прочность полимерной «кожи», пока оставляющая желать много лучшего. Впрочем покров находящейся на стадии разработки «амебы 2.0», надеются конструкторы, окажется куда прочней: его они планируют сделать в виде металлической чешуи, состоящей из множества крошечных ячеек. - Д.К.

Светлый мускул

К любопытным выводам пришли теоретики из Массачусетского технологического института, промоделировавшие поведение искусственных мускулов на суперкомпьютере. Расчеты предсказывают, что облучение полимеров светом с подходящей длиной волны может заставить их сокращаться в тысячу раз быстрее человеческой мускулатуры.

***
Журнал «Компьютерра» №43 от 22 ноября 2005 года - pic_9.jpg

Сегодня роботы с искусственной мускулатурой могут похвастать силой, но никак не проворством. Их конечности движутся на два порядка медленнее наших. В последние годы мускулатуру роботов изготавливают из так называемых сопряженных полимеров. Помещенные в жидкий или гелеобразный электролит, эти полимеры могут сокращаться под действием электрического тока. Механизм их работы был не ясен, и ученые действовали методом проб и ошибок. Предполагалось, что полимерная цепочка изгибается, если ее определенные места получают дополнительный электрический заряд. Заряд по полимерной цепочке распространяется в виде солитона - волны электронной плотности особой устойчивой формы (сине-красная капля на рис. 1, красный шарик обозначает ион электролита). Было ясно, что неторопливая диффузия ионов электролита и делает сокращение пластиковых мускулов таким медленным.

Ученым впервые удалось смоделировать поведение полимерной цепочки, исходя из уравнений квантовой механики. Расчеты показали, что облучение цепочки светом с определенной длиной волны может возбудить в ней солитон и вызвать изгиб без использования ионов электролита (рис. 2, красным цветом обозначена область с положительным зарядом, возникающим под действием излучения). Это открытие должно сделать мускулатуру роботов значительно легче и в сто тысяч раз быстрее.

Теперь дело за экспериментальным подтверждением теоретических предсказаний и поиском практических реализаций быстрой световой мускулатуры. - Г.А.

Хоть глаз выколи

Сотрудники Швейцарского федерального технологического института, Потсдамского университета и Института Зюса в Берлине сконструировали оптический сканирующий микроскоп, позволяющий изучать образец, даже если он находится в полной темноте.

Традиционные оптические микроскопы мало изменились со времени своего изобретения. Световые волны от внешнего источника рассеиваются на объекте наблюдения, а затем проходят через систему линз, которая и формирует его увеличенное изображение. Новый же микроскоп устроен совсем иначе. Его основной элемент - наночастица золота, закрепленная на конце тончайшего стержня из стекловолокна. Этот стержень располагается перпендикулярно предметному столику и практически касается поверхности исследуемого объекта. Сбоку на наночастицу направлен сфокусированный пучок света от ксеноновой лампы.

Как же действует этот необычный инструмент? Падающие на крупицу золота фотоны возбуждают в ней индуцированное излучение. Резонансная частота и ширина спектральных линий излучения определяются не только материалом и формой наночастицы, но и непосредственным окружением. Если непрерывно считывать эти параметры во время движения стержня над объектом наблюдения, то можно реконструировать изображение поверхности изучаемого образца (естественно, с помощью компьютера).

Наночастицу-пробник совсем не обязательно возбуждать посредством освещения - для этого пригодно и переменное электрическое поле, так что новый прибор назвали оптическим микроскопом весьма условно. Он, конечно, не способен заменить обычный микроскоп, но зато обладает целым букетом редких достоинств. К примеру, индуцированное излучение наночастицы очень чувствительно к диэлектрическим постоянным соседних предметов, и поэтому новый микроскоп можно использовать для сканирования диэлектрических характеристик. Поскольку наночастица-пробник очень мала и находится в непосредственной близости к исследуемому объекту, прибор обладает чрезвычайно высокой разрешающей способностью. - А.Л.

In vino valetudo

Ученые из исследовательского центра Litwin-Zucker (штат Нью-Йорк) опубликовали результаты работы, которая несомненно порадует любителей красного вина. Оказывается, вино содержит полифенольное соединение ресвератрол, которое снижает содержание в клетках мозга амилоидного белка, накапливающегося при болезни Альцгеймера. Вероятно, ресвератрол активизирует протеосомы - внутриклеточные структуры, отвечающие за разрушение ненужных и дефектных белков.

Похоже, в вине можно искать не только истину, но и здоровье (если, конечно, не выходить за пределы рекомендованного медиками стакана в сутки), особенно учитывая, что это далеко не первые результаты подобного рода. Исследования показали наличие в красном вине естественных антиоксидантов и полезных микроэлементов, да и благотворное действие умеренного потребления алкоголя на сердечно-сосудистую систему достаточно хорошо изучено. Может показаться, что способность противостоять болезни Альцгеймера в сравнении с этим - свойство второстепенное. Увы, такая точка зрения связана с недооценкой этого опаснейшего недуга и частично объясняется заниженной официальной статистикой его распространенности.