В 21 м веке происходит «второе рождение» дирижаблей, которые опередили своё время почти на сто лет. В отличие от самолётов и вертолётов, дирижабль – летательный аппарат «легче воздуха». Поэтому, чтобы удерживать его в воздушном пространстве, не нужно затрачивать энергию. А поступательное движение дирижабля обеспечивается сравнительно маломощными двигателями. Высокая энергетическая эффективность дирижаблей делает их практичными для перевозки крупногабаритных и тяжёлых грузов на большие расстояния: достаточно быстро и со сравнительно небольшими затратами.
Известная американская компания Локхид Мартин (Lockheed Martin) разработали модель дирижабля, которую назвали «гибридным дирижаблем». В нём для создания подъёмной силы используется сочетание аэродинамической подъёмной силы (как у самолёта) и подъемной силы газа легче воздуха. Технологический прототип гибридного дирижабля P-791 полетел ещё в 2006 году. И компания Hybrid Enterprises выкупила технологию дирижабля компании Локхид Мартин для последующей коммерциализации. Их гибридный дирижабль LMH-1 сможет перевозить 20,000 килограммов груза и 19 пассажиров на расстояние до 2500 километров.
При всех достоинствах дирижаблей, у них есть один крупный недостаток. На этапе изготовления и эксплуатации, необходимо проверять оболочку на наличие маленьких отверстий (будем называть их проколами). И сразу же устранять найденный прокол. Традиционный способ сделать эту работу – привлечь множество людей. Однако оболочка дирижабля имеет огромные размеры. И, поэтому, её обследование и устранение проколов – длительный, трудоёмкий и дорогостоящий процесс. Кроме того, многие проколы столь маленькие, что не видны невооружённым глазом. Но с течением времени через них из оболочки наружу просачивается гелий. И это отрицательно влияет на способность дирижабля летать.
Чтобы решить эту проблему, компания Локхид Мартин разработала роботов, которые называются «Самоходные Инструменты для Оценки Повреждениий и Ремонта» (Self-Propelled Instruments for Damage Evaluation and Repair). Английская аббревиатура от этого названия SPIDER на русский язык переводится как ПАУК. Так и будем их в дальнейшем называть. ПАУКИ – это группа (или «рой») роботов, которые могут осмотреть оболочку дирижабля для поиска проколов и устранить их.
Более подробно о ПАУКЕ рассказал его разработчик: инженер конструктор Бен Сзпэк (Ben Szpak). Приведём выдержку его интервью с интернет-ресурсом IEEE SPECTRUM.
Вопрос: Можете нам рассказать об истории этого проекта? Откуда возникла идея конструкции робота? Были ли прежде другие проекты?
Ответ: Поиск проколов в оболочке дирижаблей людьми выполняется таким же способом. Оболочка дирижабля частично надувается. Оболочка освещается ярким светом. Внутри оболочки находится группа ремонтников. Которые визуально находят проколы, как светящиеся точки и устраняют их.
Были испытаны множество конструкций Вы видите у ПАУКА. Мы проверили все от устойчивых двух и четырёхколёсных конструкций, прежде, чем родился окончательный вариант конструкции. Мы смогли использовать наши экспертные знания в производстве деталей методом объёмной печати, что позволило быстро создавать и проверить новые проекты и извлекать уроки из наших успехов и неудач.
Вопрос: Почему задача поиска и устранения микротечей так важна, и почему выполнять эту работу должна группа роботов?
Ответ: Атом гелия (гелий – инертный газ) – очень маленький по размеру. Поэтому, крошечные отверстия, которые трудно обнаружить человеческим глазом, могут быть огромной проблемой, если они не устранены. Процесс устранения крошечных отверстий в оболочке больших размеров также очень трудоемкий, утомительный и дорогостоящий процесс. Роботы имеют перед людьми преимущество, потому, что они не устают, работают непрерывно и могут работать на основании и вершине полностью надутой оболочки. Эти места для людей труднодоступны. А использование группы («роя») роботов значительно ускорят эту работу.
Вопрос: Какие появились уникальные проблемы при работе роботов «сквозь оболочку» дирижабля? Как роботы их решают?
Ответ: Робот должен работать на неоднородно кривой поверхности, двигая себя, во все стороны, и, даже двигаться «вверх тормашками». Поэтому, шасси робота спроектировано гибким, чтобы оно могло, слегка скручиваясь и изгибаясь, гарантировать плотное соединение с поверхностью оболочки. Проблема вождения в таких странных ориентациях и точное измерение пройденного пути решена при помощи оптических кодирующих устройств, которые невосприимчивы к проскальзыванию колес.
Вопрос: Сколько роботов (и сколько времени) требуется, чтобы полностью проверить оболочку дирижабля, и как работает механизм устранения проколов? Роботы, будут контролировать оболочку непрерывно, или периодически?
Ответ: Планируется использовать пять-шесть роботов на оболочке дирижабля LMH-1 площадью 80,000 квадратных футов. Работа займёт менее пяти дней в зависимости от количества найденных проколов. Эта работа, выполняемая вручную, может занять примерно десять дней. Она не может выполняться параллельно с процессом производства. В этом – одно из преимуществ ПАУКА. Механизм внесения исправлений работает так же как ручное устройство для наклеивания этикеток. Заплатка наклеивается на прокол, над которым робот находится.
Вопрос: Что можно сказать о будущем ПАУКА? Будет ли он модернизироваться, или его лидерство в данном применении уже обеспечено?
Ответ: При разработке ПАУКА мы узнали много нового об автономном контроле и восстановлении микротечей. Эти знания будут применимы, поскольку всё больше возможностей возникает в этой области техники. Мы работаем над большим количеством идей. Например, роботы, устраняющие течи в оболочке дирижабля во время его полёта.
Вопрос: В заключение, что ещё интересного можно сказать об этих роботах?
Ответ: Мы смогли построить ПАУКА почти из стандартных компонентов. Это демонстрирует, что с имеющейся в прикладной робототехнике элементной базой можно решать обширный набор проблем.