Журнал № 1 - 2011(3), рубрика: "Технологический прорыв"

Необитаемый… робот подводная робототехника в ТОГУ – это реальность

Доцент Игорь Бурдинский: "Мне нравится делать то, что не могут другие..."В октябре 2010 года, в рамках Дней памяти первого ректора ТОГУ, заслуженное признание как одна из лучших научно-исследовательских работ получила разработка авторского коллектива во главе с кандидатом технических наук Игорем Бурдинским. В сфере научных интересов Игоря Николаевича и его сподвижников не рядовая деятельность, а то, что сегодня считается одним из знаковых направлений развития науки и техники XXI века, своеобразным индикатором развития научно-технического, промышленного и оборонного потенциала любой страны – робототехника. Ну, а если быть совсем точным, робототехника подводная.

В чем «изюминка» разработки, удостоенной Премии имени профессора М.П. Даниловского? Какие преграды мешают возрождению этого направления деятельности,  ведь в прошлом веке наша страна занимала лидирующие позиции в мире по развитию подводной робототехники?

 Эти и другие вопросы мы адресовали дипломанту, доценту кафедры «Вычислительная техника» ТОГУ, заведующему совместной лабораторией ТОГУ и Института Проблем Морских Технологий ДВО РАН (ИПМТ ДВО РАН) Игорю Бурдинскому.

Необитаемый… робот подводная робототехника в ТОГУ – это реальность

– Игорь Николаевич, как получилось, что подводная робототехника попала в сферу ваших научных интересов?

– Просто мне нравится делать то, чего не могут сделать другие (смеется). В свое время в нашем университете работала лаборатория «Океан», специалисты которой занимались разработкой гидролокаторов бокового обзора для подвод­ных аппаратов, которые создавались в Институте Проблем Морских Технологий ДВО РАН во Владивостоке. Эта лаборатория успешно работала с 70-х годов прошлого века до начала перестройки, а потом прекратила свое существование из-за нехватки финансирования. Я занимаюсь подводной робототехникой с 1987 года, и так получилось, что уже в новом веке стал активным участником создания новой университетской структуры – совместная лаборатория ТОГУ и Института Проблем Морских Технологий ДВО РАН открылась в 2004 году. Ее возрождение направлено, в первую очередь, на подготовку молодых специалистов в этой области, на то, чтобы ребята уже со студенчества получили возможность свои теоретические знания реализовывать на практике – проектировать и создавать элементы и узлы подводного аппарата.

– В России у вас много конкурентов?

– На самом деле, немного. И не только в России. Во всем мире существует не более десятка компаний, непосредственно занимающихся разработкой глубоководной робототехники. Это продукция двойного назначения – для гражданских целей и военных, причем последние и являются чаще всего основными заказчиками.

В России у нас главный конкурент – это МВТУ имени Баумана. Хотя у них своя специализация: они занимаются телеуправляемыми аппаратами – это роботы, которые соединены кабелем с обеспечивающим судном. Прошлогодняя авария на нефтяной скважине в Мексиканском заливе показала незаменимость таких устройств с исполнительными механизмами – манипуляторами. Задача такого робота, управляемого оператором с помощью джойстика, – выполнить определенные действия, такие как осмотр подводных объектов, сбор образцов и тому подобное.

Наша специализация – так называемые глубоководные автономные необитаемые подводные аппараты. Они предназначены, в первую очередь, для поисковых работ – к примеру, поиска затонувших самолетов, подводных лодок, мин и других объектов. Их задача – пройти определенную акваторию, на которой мы предполагаем что-то найти, получить карту морского дна и проанализировать, есть ли там интересующие нас объекты. Кроме того, они могут быть использованы для анализа участков дна, по которым предполагается проложить трубопровод.

Необитаемый… робот поводная робототехника в ТОГУ – это реальностьВторое направление использования этих аппаратов – изыскательские работы. Немногие знают, что первые картографические съемки морского дна на хребте Ломоносова, в Арктике, в 2007 году были сделаны с помощью аппарата, изготовленного ИПМТ ДВО РАН.

Третье направление – это научные исследования. Сегодня особую остроту приобретает изу­чение акватории Мирового океана, и без глубоководных подводных аппаратов здесь не обойтись. Несмотря на интенсивное развитие подвод­ной робототехники, Мировой океан еще долго будет оставаться для человечества «средоточием тайн». Яркий тому пример – попытки исследования Марианской впадины: даже американцы, которые считаются лидерами в разработках морских подводных роботов, смогли сделать всего несколько точечных погружений с помощью полуавтономного телеуправляемого аппарата.

– Насколько велика разница между подводными роботами, которые создавались в веке двадцатом, и теми, что создаются сейчас?

– Внешне разницы практически нет, уменьшились лишь габаритные размеры, а вот «начинка», то есть интеллектуальная составляющая, изменилась очень сильно. Значительно увеличились сроки автономности и расширился класс решаемых задач. Простой пример: подводному роботу нужно найти упавший в воду самолет. Раньше поиск на участке в несколько десятков квадратных километров осуществлялся в две-три операции спуска и подъема подводного аппарата. По результатам нескольких погружений получали полную «картинку» исследуемого квадрата морского дна, и уже после этого специалисты анализировали полученную информацию. Сейчас аппарат в процессе выполнения миссии сам анализирует объект, то есть может выполнить, например, такое наше задание – найти крыло самолета. Двигаясь над дном по квадрату поиска, он в реальном времени анализирует объекты на морском дне, фотографирует предмет, похожий на крыло, и передает нам информацию по каналу связи. Кроме того, увеличился срок автономности. Если раньше срок работы аппарата под водой исчислялся всего несколькими часами, то последние испытания аппарата, созданного Владивостокскими коллегами из ИПМТ, показали, что он может автономно работать под водой более трех суток.

– Каков лично ваш вклад в создание подвод­ного робота?

– Я и мои аспиранты работаем над разработкой новых и совершенствованием действующих узлов и блоков глубоководных аппаратов – элементов систем управления, навигации и телеметрии. Они служат для того, чтобы можно было «общаться» с автономным роботом по гидроакустическому каналу связи: мы должны получать от него различную информацию – например, его текущее положение, скорость движения, и иметь возможность передавать ему команды. Именно разработкой блоков и узлов, которые непосредственно обрабатывают передаваемые сигналы, мы и занимаемся.

– Игорь Николаевич, в чем же заключается тот «прорыв», который был отмечен премией имени Даниловского?

– Вместе с моим бывшим аспирантом, а ныне – старшим преподавателем кафедры «Вычислительная техника» ТОГУ Андреем Сергеевичем Мироновым при передаче сообщений под водой мы применили сложные сигналы – шумоподобные. До этого использовались простые гармонические сигналы. Усложнение вида сигнала дает нам повышение качества его передачи (как в случае с цифровым телевидением). Но дело в том, что на борту автономного аппарата мы стеснены в массогабаритных показателях, и самая большая проблема – это энергетика. Наша разработка была связана с тем, что, усложнив сигнал, мы оптимизировали аппаратно-энергетическое обеспечение. Да так, что размер устройств, которые производят обработку сигналов, почти не увеличился (ни по габаритам, ни по энергетике), а по качеству и дальности передаваемых сигналов мы получили значительный выигрыш.

– Институт Проблем Морских Технологий ДВО РАН берет ваши разработки на «вооружение»?

– Задача номер один, которая стоит перед нами в рамках работ с Владивостоком, – внедрить эту концепцию абсолютно во все аппараты, которые сейчас используются. Это даст значительное увеличение дальности работы с аппаратом. Блоки, которые мы создали для обработки новых сигналов, используются ИПМТ пока в виде макетных образцов, то есть проходят тестирование. Но уже в нынешнем году планируется переход на нашу элементную базу – узлы, которые мы разрабатываем, будут устанавливаться вместо старых узлов, действующих в подводных роботах сегодня. Совсем недавно МЧС РФ приняло на вооружение специализированный аппарат «Пилигрим», предназначенный для выполнения обзорно-поисковых работ, который был произведен ИПМТ ДВО РАН во Владивостоке. При его создании в конфигурацию аппарата была заложена наша методика по совмещению систем позиционирования, навигации и телеметрии. В дальнейших модификациях этого аппарата будут использованы наши изделия. Первый такой аппарат планируется к испытаниям в 2011 году.

– А чем «питают» вас студенты? Знаю, что пару лет назад при кафедре вычислительной техники было создано студенческое проектно-конструкторское бюро…

Необитаемый… робот подводная робототехника в ТОГУ – это реальность

– Создание такого бюро – это, своего рода, возрождение профориентационной работы среди школьников старших классов. К сожалению, сегодня у основной массы абитуриентов нет конкретной цели поступить на определенную специальность. Прослеживается тенденция поступить «хоть куда», лишь бы получить вузовское образование. И это – актуальная для нас проблема. Отсюда и большой процент отчисления студентов с нашей специальности, который мы наблюдаем в последние годы: из набора в 30-40 человек выпускается лишь половина. Такой большой отсев студентов объясняется еще и тем, что у молодых людей весьма слабая подготовка по базовым дисциплинам – физике и математике.

Но это, к сожалению, проблема общемировая. Европа раньше столкнулась с тем, что у молодых людей стали популярными те специальности, на которых легче учиться – экономические и юридические. Так, Германия уже в 2001 году испытывала большие сложности при приеме абитуриентов на «тяжелые» специальности – информатику, программное обеспечение и другие, – народ шел в экономисты. Мне это известно не понаслышке: я тогда был куратором программы по подготовке специалистов в области информационных технологий между нашим университетом и университетом Саарланд в Германии. Так вот, кафедра информатики в Саарландском университете выжила за счет наших студентов – там обучалось порядка 20 студентов-дальневосточников. После трех-четырех лет обучения в ТОГУ они продолжили учебу в Германии, получили два диплома. Часть из них осталась работать за рубежом, часть вернулась в Россию.

Поэтому основная цель создания конструкторского бюро – это привлечение даже не студентов, а школьников для работы в этом направлении. Студенты поддержали эту идею, пробежались по школам Хабаровска, собрали порядка 20 человек, желающих «окунуться» в мир подводных роботов. Дали «новобранцам» задачу – собрать самый простой привязной аппарат. Безусловно, большой вклад в эту работу внесли сами студенты: они читали своим подопечным лекции по математике, физике, гидродинамике, а затем теоретические знания реализовывали на практике. Через два месяца поставленная задача была выполнена. Еще через два месяца поехали во Владивосток на конференцию, где дети представили своего первого робота, который может перемещаться под водой. Испытывали его в Хабаровске, на городских прудах… Но для того, чтобы продвигаться дальше, нам необходима экспериментальная база. В университете нам выделили помещения, и сейчас речь идет о создании специализированной лаборатории, в которой будет небольшой бассейн – длиной четыре метра, два метра шириной и два глубиной. Этого будет достаточно для того, чтобы опустить аппарат, научить его двигаться.

– А тот бассейн, который строится сегодня в ТОГУ по программе партии «Единая Россия», вы задействовать не планируете?

– Конечно, планируем! Но только для больших исследований. Дело в том, что на протяжении последних лет за рубежом проводятся международные соревнования школьных и студенческих команд в области подводной робототехники. В 2010 году молодежная команда из Владивостока выиграла мировое первенство в классе Explorer (продвинутый уровень). Четыре года назад мы планировали отправить на соревнования в США свою школьную команду, но вынуждены были оставить эту затею из-за нехватки средств на поездку. Но мечта осталась! Примерно за год до начала соревнований организаторы на сайте выкладывают «правила игры» – ставят задачи, которые должен выполнить аппарат: например, сначала измерить температуру воды «гейзера», а затем переместиться в определенное место, взять какую-то вещь и принести ее своему владельцу. Но ведь подводный робот должен не просто выполнить задачу, а сделать это как можно быстрее – фиксируется время выполнения всех операций. Кроме того, команда на английском языке должна обосновать свою разработку – объяснить, почему были приняты именно эти решения. А с языковой подготовкой у нас в России тоже не обходится без проблем… Поэтому, я думаю, реально мы сможем принять участие в подобном конкурсе не раньше 2012 года. Среди моих единомышленников – шесть выпускников, которые остались работать на кафедре, «горят» этой идеей. Как только будет готов маленький бассейн, мы начнем вновь набирать школьников в конструкторское бюро.

Что касается студентов, то «озадачивать» их проблемами подводной робототехники мы начинаем уже с третьего курса – в нашей лаборатории они проходят практику. Другого способа поднять уровень подготовки и заинтересовать ребят я, честно говоря, не вижу. И считаю, что отведенные полгода на подготовку к защите диплома только лишь с багажом теоретических знаний – очень мало для того, чтобы сделать нормальный дипломный проект и «втянуться» в специальность.

– Одной из причин оттока населения из дальневосточных регионов на запад страны ученые называют экологические проблемы Востока России. Люди уезжают не только из-за низкого уровня жизни, но и из-за опасений по поводу возможных экологических бедствий: на слуху – регулярные «сюрпризы» из Китая. Кроме того, у нас реализуются сахалинские газовые проекты, тянется нефтепровод Восточная Сибирь – Тихий океан, строится Тунгусский водозабор подземных вод. Трубопроводы пересекают немало водных объектов, вероятность аварии все-таки исключать нельзя. Крупные компании интересуются вашими разработками?

Необитаемый… робот подводная робототехника в ТОГУ – это реальность

– К сожалению, на мой взгляд, экология в России стоит на последнем месте. Это в духе поговорки: «Пока гром не грянет…» По той же самой Тунгуске у нас были первые предложения от председателя краевой Думы Сергея Хохлова. Как один из вариантов использования наших наработок он предложил принять участие в разработке системы по контролю этого трубопровода. Это очень трудоемкая работа. Обследовать трубопровод снаружи смысла нет, потому что в этом случае мы не проанализируем ситуацию полностью – часть труб лежит в грунте.

Идеальный вариант – проводить обследование изнутри. Нужен робот, который будет перемещаться непосредственно в трубе. Труба с изгибами, значит, во-первых, нужна особая механика его движения – он должен быть достаточно подвижным и перемещаться там, словно червячок. Во-вторых, особая система измерения – необходимо делать специальные датчики, которые позволят снимать трехмерную картинку всего поля, анализировать, как себя ведут сварные швы в процессе экс­плу­­а­та­ции. В-третьих, его мало туда запустить, нужно еще продумать, как ему оттуда выйти… На самом деле все это решаемо, и такие разработки в мире проводятся. Но стоимость у них настолько велика, что, я думаю, даже для бюджета Хабаровского края эта сумма будет неподъемной, потому как речь идет о миллионах долларов.

Из крупных компаний свою заинтересованность по созданию экологических систем по подводному мониторингу трубопроводов, в том числе и на Дальнем Востоке, высказал только «Газпром». Правда, до контрактов с ИПМТ дело пока не дошло…

Надеюсь, ситуация будет меняться к лучшему. Главное, у нас есть интересные наработки, умение и желание создавать новые технологии.

 

Полина Шерстобитова.

Фото предоставлено И. Бурдинским

Фотографии