Самая перспективная техника для межзвездных путешествий - это... струйный принтер!

Из всех библейских историй самой невероятной кажется история о сотворении мира всего за 6 дней. С другой стороны, современника ничуть не удивляет возможность получить моментальную фотографию, или за пару минут распечатать целую книгу. Хотя несколько веков назад это тоже считалось бы чудом: на рисование хорошего портрета требовалось несколько дней, на переписывание книги - и того больше. А потом еще нужно было доставить их заказчику! Получается, что современные принтеры в паре с беспроводным Интернетом работают еще и как нуль-транспортировка: электронный "образ" моментально доставляется в любое место, а там печатается "твердая копия". Остается научить наш печатный станок воспроизводить не только тексты и картинки.

Принтеры, создающие однородные трехмерные предметы, давно применяются для создания прототипов промышленных продуктов. На основе виртуальной модели объекта такой принтер отливает его слой за слоем из пластика. С годами они станут более доступными, а пластик - более прочным/легким/и т.д. Так что давайте сразу перенесемся в 2050 год. Мы живем где-нибудь на Марсе (возможно, это такое наказание) и умеем перерабатывать местные ископаемые в необходимый супер-пластик. Заливая его в наши 3D-принтеры, связанные с земной электронной базой "идеальных вещей", мы уже напечатали себе мебель, посуду, сантехнику и некоторые простые механизмы (велосипед по частям). И конечно, одежду: умная швейная машинка - по сути, тоже принтер. Что еще можно получить по рецепту с Земли?

1) Печатный пряник. Забавный прототип пищевых принтеров используется в чикагском ресторане Moto. Там с помощью струйного принтера печатают изображения еды (суши) на бумаге, сделанной из сои и кукурузного крахмала. При этом "пищевые" чернила добавляют бумаге аромат изображенных на ней блюд. Шеф-повар Хомаро Канту планирует развить идею, купив трехмерный принтер. Заметим, что в отличие от обычных кухонных комбайнов, пищевые принтеры не будут готовить еду из привычных продуктов - они будут создавать "пищевую иллюзию", смешивая съедобный, но не очень вкусный материал с вкусовыми добавками. Не очень приятная перспектива? Но во-первых, мы - на Марсе, где не водится настоящая рыба, так что без суррогатов не обойтись. Во-вторых, посмотрите на полки магазинов - уже сейчас далеко не про каждый продукт вы можете сказать, как и из чего он сделан. А при наличии персонального пищевого принтера можно контролировать... ну, по крайней мере, значительную часть процесса.

2) Печатная плата. Современная "гибкая электроника" (флексоника) позволяет печатать электронные схемы даже на устаревших струйниках. Исследователи из Университета Аризоны наполнили такой принтер "чернилами", которые при "засыхании" формируют полимеры с разной степенью проводимости. Это позволило им печатать органические LED-дисплеи и солнечные батареи. А в Университете Калифорнии в Беркли разрабатывают аналогичный принтер, который будет печатать целые устройства, типа мобильников и радиоприемников. Перспективы у подобных разработок самые разнообразные. Достаточно вспомнить автономную систему воспроизводства роботов Джордана Полака из Университета Брандеис. Сначала его программа выращивает "действующие" виртуальные модели роботов, а потом печатает "победителей" с помощью 3D-принтера. Правда, электронику в них пока вставляли вручную - но с развитием флексоники и это будет автоматизировано. Однако красивую тему "бунта роботов" мы здесь развивать не будем. Потому более реалистичными и массовыми станут проблемы борьбы за интеллектуальную собственность. Уже сегодня копирующие устройства снабжаются механизмами "искусственной смерти", которые ограничивают число копий, либо делают сами копии скоропортящимися. Если такие механизмы будут встроены в трехмерные принтеры, мы скорее окажемся не в реальности Азимова, а в реальности Филипа Дика, где окружающие нас вещи будут портиться гораздо быстрее, чем их разрушает время.

3) Печатный орган. Одними из первых печатать живые ткани - и опять-таки, с помощью старых струйных принтеров - научились пару лет назад Владимир Миронов из медицинского университета Южной Каролины и Томас Боланд из университета Клемсона. В качестве "чернил" они применяли гель, в котором плавали живые клетки (животных). После печати гель удалялся, и сгустки клеток срастались в ткань. По мнению ученых, если сделать такой принтер "цветным", то есть использовать клетки разных типов, это позволит печатать целые органы. Частный случай такого принтера для нужд человека разработан в университете Манчестера: он может печатать кожу и костную ткань для больных с тяжелыми ожогами. Неплохая новость для нашей марсианской колонии, где не хватает донорских органов!

Если же заглянуть в более отдаленное будущее, поневоле возникает вопрос: а можно ли будет напечатать целого человека? Это был бы идеальный нуль-транспорт! Живые организмы не выдерживают высоких скоростей и перегрузок. А так - сделал свою виртуальную копию, послал ее на другую планету, а там распечатался… Увы, надо понимать, что там окажется лишь копия. А сам ты останешься на Земле, и неизвестно, выживешь ли после "сканирования". Так что для подобных путешествий понадобится особая этика: добровольно умереть самому здесь, чтобы дать жизнь своей копии там. Хотя, когда люди заводят детей - это ведь почти то же самое, только медленнее...

Статья Алексея Андреева http://www.fuga.ru/articles/2005/03/pandora.htm

Согласно прогнозам экспертов NASA и DARPA, уже через несколько лет некоторые виды роботов будут массово изготавливаться на принтерах, напоминающих струйные, что произведет настоящую революцию в робототехнике. Область применения "печатных" роботов чрезвычайно широка - от бытовых электронных устройств и медицины до межпланетных исследований.

Разработкой и исследованием гибких микросхем, печатных плат и механоэлектрических систем, напечатанных на специальных принтерах, занимается специальная отрасль науки и технологии - флексоника. Пока "печатные" технологии довольно дорого обходятся потребителю. Как сообщает OhmyNews, принтер, "печатающий" живые клетки на тонких листах и находящийся в университетской школе медицины Wake Forest в Северной Каролине, США, стоит почти $100 тыс. Как утверждают ученые, с его помощью через несколько лет медики смогут "печатать" даже целые органы - почки или печень.

Также распространена струйная 3D-печать, использующая термопластик в качестве чернил. Thermojet printer - один из первых 3D-принтеров от компании 3D Systems, печатающий трехмерные объекты. Его в основном используют при создании различных прототипов деталей, архитектурных элементов и т.д. Сегодня Thermojet 3D стоит порядка $10 тыс., но, как предполагают аналитики, через десять лет его стоимость упадет ниже $1 тыс.

Однако при производстве "печатного" робота важнее создать его функциональное устройство, нежели форму. То есть - напечатать процессор,микросхемы, актюаторы и т.д. Фундамент флексоники заложило открытие проводящих электричество полимеров нобелевскими лауреатами, учеными-химиками Аланом Хиигером (Alan Heeger), Аланом Макдармидом (Alan MacDiarmid) и Хидеки Ширакавой (Hideki Shirakawa) в 2000 году. Главный упор по применению полимеров ученые сделали на гибкую электронику, "электронные газеты" и другие мультимедиаустройства. Так, к примеру, Рэнди Альтшул (Randi Altschul) запатентовал в 2000-м году полностью гибкий мобильный телефон который годом позже был создан компанией NEC.

В дальнейшем было обнаружено, что полупроводниковые полимеры полианилин и полипиррол можно допировать различными химическими соединениями, образовав эффект "синтетических металлов".

"Печатный" робот-бабочка

Структура печатного робота-бабочки и искусственные рыбы с "печатными" органическими мышцами

Казалось - вот основа для "печатных" роботов. Но для флексоники одних печатных плат недостаточно, поэтому ученые попытались сделать некоторые мехатронные элементы органическими, чтобы их можно было наносить с помощью струйных принтеров. Так появились эластомерные органические актюаторы, хорошо работающие с органическими транзисторами, печать которых тоже была освоена.

Университет Беркли, США, долгое время занимался проблемами флексоники, и в настоящее время может представить некоторые достижения в этой области. Так, на основе органических печатных схем и ряда полимерных актюаторов ученые предложили концепцию роботов-оригами, которые после их "печати" на специальном субстрате сгибаются в определенных направлениях, формируя готового робота. Технологический принцип "один лист - один робот" очень привлекателен с производственной точки зрения. Так можно получить готовый продукт сразу после его разработки и тестирования прототипов. Отпадает необходимость в выполнении промежуточных операций, что, естественно, снизит стоимость готового продукта.

На сегодняшний день все компоненты, широко используемые в робототехнике, доступны для "печати": наноэлектронные компоненты, OLED-дисплеи, RFID-чипы, органические актюаторы и искусственные мускулы. Недавно ученым удалось даже создать сухую "печатную батарею", генерирующую 1,5 В. Анодом выступает цинковый электрод, а катодом - диоксид марганца, нанесенный сверху электрода специальными чернилами. Есть все предпосылки к тому, что будет возможно печатать даже солнечные батареи, что существенно увеличит автономность и энергонезависимость "печатных роботов".

В качестве первого прототипа ученые из Беркли предлагают "напечатать" искусственную бабочку-робота. Она печатается на одном листе и после изготовления уже может летать. Названа подобная технология робот-оригами. Некоторые исследователи из NASA, в частности, доктор Йозеф Бар-Коэн (Yoseph Bar-Cohen) из лаборатории реактивного движения (JPL), планирует на основе оригами-технологии сконструировать биомиметических роботов - кибернетические системы, которые будут подражать простейшим природным организмам.

Дешевизна и адаптируемость "печатных роботов" позволит массово их использовать при исследовании других планет. Д-р Бар-Коэн планирует спроектировать универсального марсианского разведчика, который будет разворачиваться после его "запуска" на поверхность планеты. А после "свертки" будет исследовать поверхность, передавая различную телеметрическую информацию на зонд, обрабатывающий данные, которые будут поступать от сети биомиметических разведчиков.

В том, что массовая печать роботов на специальных струйных принтерах - дело прибыльное и перспективное, - ученые не сомневаются. Единственные разногласия возникают при попытке оценить, как скоро флексоника появится в бытовом обиходе. В принципе, потребителей можно было бы обеспечить робото-принтерами стоимостью до $1000, модели для которых можно было бы приобрести через интернет. Тогда каждый пользователь обзавелся бы целым электронным "семейством".

SquishBot - новая программа фирмы Boston Dynamics, ставящая своей целью разработку нового типа роботов, способных изменять форму, становясь твердыми или мягкими по команде. Другая задача - изменение габаритных размеров до 10х, позволяющее роботам буквально просачиваться через небольшие отверстия и проникать в труднодоступные места.

Программа финансируется DARPA - Агентством по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США.

Информация на сайте Boston Dynamics: http://www.bostondynamics.com/robot_squishbot.html

Разработанный фирмной Boston Dynamics робот BigDog ходит, бегает с скоростью 6,4 км/ч, лазает по склонам до 35 градусов и переносит грузы весом до 154 кг.

Конечности робота артикулированы как у животных, смягчают ударные нагрузки при ходьбе и передают энергию от одного шага к другому.

Робот оснащен следующими системами локомоторных сенсоров: отслкеживание положения суставов, нагрузок на суставы, котнакта с поверхностью, нагрузки на поверхность, гироскоп, система LIDAR, система стероеоскопического зрения. Прочие сенсоры следят за давлением в гидравлических приводах, температурой масла, зарядом батареи и т.п.

BigDog установил Мировой рекорд для устройств подобного типа, пройдя 20,6 км без остановки или заправки.

BigDog использует систему LIDAR для отслеживания движений человека и следования за ним.

Загрузить обзорнаую стаью о BigDog: http://www.bostondynamics.com/img/BigDog_Overview.pdf

Страничка BigDog: http://www.bostondynamics.com/robot_bigdog.html

Прототип робота с человекоподобным типом хождения - с пятки на носок. Разработан фирмой Boston Dynamics для экспериментов по тестированию костюмов химзащиты армии США. Фаза разработки заняла 13 месяцев, фаза сборки, инсталляции и валидации - 17.
Фирмой разработаны и другие роботы, в т.ч. Bio Dog, RНex и т.п. - см. сайт http://www.bostondynamics.com