Юный техник, 2014 № 12

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ Робот-дерево PLANTOID

В 1878 году профессор К. А. Тимирязев, выступая в лондонском Королевском обществе, свою речь начал так: «Я должен откровенно признаться, что перед вами именно такой чудак, как описан Свифтом. Более 35 лет провел я, уставившись если не на зеленый огурец, закупоренный в стеклянную посудину, то на нечто вполне равнозначащее — на зеленый лист в стеклянной трубке, ломая себе голову над разрешением вопроса о запасании впрок солнечных лучей».

В каждой шутке, как известно, есть доля истины. Человечество издавна пытается постичь, каким образом зеленые растения обеспечивают себя всем необходимым — энергией, водой и питательными веществами. Для этого исследователи строят различные модели, имитирующие те или иные процессы, происходящие в растениях.

Так, например, еще лет 40 тому назад, в 70-е годы ХХ века, стеклодувы Института физической химии АН СССР по заказу телевидения сделали. стеклянные листья. Когда внутрь залили раствор хлорофилла и направили на них свет, то листья зазеленели, словно настоящие. Таким образом, телевизионщики хотели наглядно продемонстрировать суть одной из работ сотрудников института. Те под руководством академика Н. Н. Семенова и профессора А. Е. Шилова вели изучение процессов фотосинтеза в живом растении.

С той поры много воды утекло. Начатые исследования были продолжены в МГУ, в Институте фотосинтеза АН СССР, многих зарубежных лабораториях, но не доведены до конца по сей день ни в России, ни за рубежом. Нет в распоряжении исследователей установки, которая бы, словно настоящее дерево, могла добывать влагу из глубины почвы и поднимать ее на десятки метров ввысь, до самой верхушки дерева. Нет эффективных систем, которые бы, словно листья, используя лишь солнечную энергию, могли очищать воздух, потребляя из атмосферы углекислый газ и отдавая взамен чистый кислород. Нет аппаратуры, которая бы могла добывать из окружающей среды нужные химические элементы и синтезировать из них сложнейшие органические соединения. И все это без шума и огромных затрат, столь свойственных современным химкобинатам. А уж о повторении такого «чуда», как выращивание из крошечного семени огромного и сложного организма, каким является взрослое дерево, и говорить пока не приходится.

Тем не менее, исследователи не отчаиваются. Время от времени из лабораторий приходят вести об очередной разработке в данной области. Например, недавно группа европейских специалистов, работающая в рамках проекта PLANTOID, создала первое в мире дерево-робот.

Взглянув на эту конструкцию, вы, скорее всего, разочаруетесь, поскольку и на робот, и на живое дерево она похожа мало. Но все же отдельные черты прототипа здесь отыскать можно. Основу робота PLANTOID составляет пластиковый корпус-«ствол», изготовленный по последней технологической моде — на трехмерном принтере. Внутри этого корпуса располагается микропроцессорная система и иная электроника, источники питания и исполнительные механизмы. Из «ствола» выходят четыре ответвления с «листиками»-фотоэлементами и иными датчиками различных типов. Эти сенсоры способны обнаруживать наличие в воздухе углекислого и иных газов, производить измерения различных параметров, таких как температура, влажность, сила притяжения.

Как и реальное дерево, PLANTOID имеет «корни». Один из них представляет собой гибкое подвижное щупальце, на конце которого находятся чувствительные элементы еще нескольких датчиков. Это щупальце может проходить сквозь слой грунта, изменяя направление при встрече с непреодолимыми препятствиями. При помощи датчиков щупальце может определить состав почвы и наличие в ней различных химических веществ, в том числе и токсичных. Второй «корень» представляет собой своего рода буровую установку, при помощи которой робот имеет возможность углубиться в почву и закрепиться в ней. У этого «корня» есть вращающаяся буровая головка, которая углубляется в грунт, увлекая за собой гофрированную полимерную трубку. По ней собранный грунт может закачиваться на анализ. Заодно вся система выступает и в роли импровизированного якоря, удерживающего всю конструкцию на месте даже при сильном ветре.

Проект PLANTOID возглавляется исследователями из итальянского Технологического института (Istituto Italia di Tecnologia), а еще в нем задействованы исследователи и инженеры из каталонского Института биоинженерии (Institute for Bioengineering of Catalonia), Испания, и Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL). Реализация проекта начата в 2012 году, а завершиться он должен в апреле 2015 года. К тому моменту ученые надеются решить некоторые задачи, связанные с получением роботом энергии из окружающей среды и с добавлением дополнительных функций корням и ветвям робота-дерева.

И это не единственная кибермодель дерева. Так, недавно компания Nissan показала станцию бесконтактной подзарядки Solar Tree — «солнечное дерево». Такая установка идеально подходит для питания роботов, которые при исчерпании заряда могут самостоятельно подъехать и «постоять под деревом», получая от него электроэнергию.

Высота «дерева» 12 м, а диаметр панелей с фотоэлементами — около трех. Так что одновременно на подзарядку могут подкатить сразу три робота. Преимущество такого подхода также в том, что панели могут следить за солнцем и поворачиваться к нему в течение дня, достигая максимального КПД 30 % и выдавая 20 кВт электроэнергии.

Главная часть дерева-робота.

Лабораторная установка PLANTOID.

Станции Solar Tree могут устанавливаться в городских кварталах и использоваться для подзарядки электромобилей. К тому же установки обеспечивают приятную тень и прохладу в жаркое время года. А за городом могут быть устроены целые плантации таких «деревьев». По словам инженеров Nissan, такой «лес» способен обеспечить электричеством городской район или поселок на 7 000 домов.

Еще один робот, называемый Breeze, внешне выглядит как настоящий японский мини-клен. Но на самом деле это робот-сторож, который способен, благодаря чувствительным сенсорам, ощущать передвижения неподалеку от себя и поднимать тревогу, если в доме в отсутствие хозяев появился кто-то чужой.

Возвращаясь же к роботу PLANTOID, можем добавить, что его нынешняя форма является всего лишь демонстрацией идеи создания будущих роботов-деревьев. Реальные воплощения идеи и технологий такого робота могут использоваться для проведения постоянного мониторинга состояния грунта, выявления загрязнений окружающей среды на нашей Земле.

Наконец, по мысли создателей PLANTOID, набор «саженцев» таких роботов-деревьев, загруженный в отсек автоматического космического аппарата, может быть «рассажен» по поверхности другой планеты и образовать там исследовательскую сеть, собирающую разнообразные научные данные. То-то инопланетяне удивятся, обнаружив у себя по соседству таких «поселенцев»!

С. НИКОЛАЕВ