Чистый эксперимент. Как школьники создают роботов, которые освободят города от мусора
Часто мусор бывает опасным — настолько, что наносит вред даже тем, кто его убирает или утилизирует. Чтобы сделать уборку эффективнее и уменьшить вред, наносимый людям, нужно передать этот процес роботам, решили школьники и изобрели устройства, о которых отправилась узнавать корреспондент ТАСС. Мечта — помочь взрослым Представьте цех, где работают металлообрабатывающие станки. Во все стороны летит острая металлическая стружка. Но стоит ей упасть на пол, как появляется маленький робот. Чтобы определить, где мусор, который надо убирать, у него есть ультразвуковые датчики. Специальной щеткой он собирает стружку в лоток, попутно ее сортируя: черный металл отделяется от цветного, чтобы потом его легче было переработать и использовать снова. Для этого у робота есть электромагниты. Когда контейнеры для металлических отходов в задней части робота заполняются, машина сама уходит на разгрузку в указанное место и так же самостоятельно разгружает баки. Как думаете, кто создал такого робота? Нет, не японские инженеры. И не сотрудники НИИ. А девятилетний школьник из Уфы Амир Ибрагимов. И это далеко не первый робот, которого он сконструировал. А с этим прототипом многофункционального робота-уборщика DustBot мальчик уже занял призовое место на Российском промышленном форуме, который прошел в Уфе в конце февраля этого года. Ученик третьего класса получил диплом II степени в номинации "Лучший молодежный проект среди студентов и аспирантов вузов". Идеей DustBot заинтересовались не только промышленники из российских регионов и стран ближнего зарубежья, но и официальная делегация из Китая. "Пока робот, созданный Амиром, может передвигаться лишь по заранее заданной траектории. Но, думаю, мы сумеем избавиться от этого ограничения", — уверены наставники юного гения, преподаватели мобильной робототехники в Центре детского творчества "Глобус" Гузелия Гиззатуллина и Газинур Баязитов. Амир настроен очень серьезно, и ему уже сейчас удалось решить ряд важных задач. Например, его робот-уборщик работает не в цеху, а на открытом воздухе, он может использовать автономный источник питания — солнечные батареи. "В темное время суток или когда солнца не хватает, DustBot замедляется, начинает экономить заряд. А когда проблем с подзарядкой нет, работает на полную мощность, параллельно аккумулируя энергию, которую использует потом, когда она понадобится", — рассказывают наставники. Управлять роботом-уборщиком можно через специальное приложение на смартфоне. А еще можно просто сказать умной машине, что от нее требуется, например, поехать и разгрузить баки. Голосовое управление Амир тоже предусмотрел. Идеи, что еще надо учесть, уфимскому школьнику подсказывает сама реальность. "Летом мы с мамой были на вокзале, и там было очень жарко. Под стеклянной крышей воздух прогрелся так, что дышать было тяжело, — рассказывает Амир Ибрагимов. — Поэтому теперь у моего робота есть еще одна функция — он замеряет количество углекислого газа, температуру и влажность воздуха в помещении". Если все эти параметры слишком высоки, робот отправляет сообщение с рекомендациями открыть окна или включить вентиляцию. "Тот же самый робот-уборщик дезинфицирует воздух там, где работает: на нем установлены ультрафиолетовые лампы. А еще у DustBot есть датчики, которые могут зафиксировать загрязнение не только в помещении, но и на открытом воздухе, и предупредить об опасности", — добавляет Амир. Для Амира очень важно, чтобы его роботов внедрили в практику. Он и робототехникой-то начал заниматься, чтобы помочь взрослым решить проблемы, с которыми они не могут справиться сами. "Впервые сын захотел создать робота, который убирал бы мусор вместо человека, когда мы путешествовали по Крыму. Ему было очень неприятно смотреть, как много мусора скапливается на туристических тропах в этих прекрасных местах, — вспоминает Айгуль Ибрагимова, мама Амира. — И потом он не раз убеждался, что такой робот очень нужен". "Желание принести пользу, помочь людям — главный стимул Амира", — добавляет Айгуль Ибрагимова. Сейчас мальчик создал еще одного робота, который умеет перерабатывать пищевые отходы в биогумус — вещество, помогающее восстанавливать почву и повышать урожайность. Пока все роботы Амира — это прототипы, но его мама уверена, что это не просто хобби. "Его никто не подталкивал к занятиям робототехникой. Он сам начал собирать первые машины, сейчас семилетний брат подключился, и конечно же, я надеюсь, что когда-нибудь идеи детей найдут применение в реальном мире", — гордится Айгуль. Пока на почетном месте в доме Ибрагимовых только дипломы и кубки. Одна из самых значимых наград — за победу в творческой номинации на Международном чемпионате по инжинирингу и робототехнике "RoboLiga World — 2018" в Москве, участники которого приехали из десяти стран мира. Но родители, наставники, а главное, сам Амир уверены: когда-нибудь тут обязательно появятся авторские свидетельства и патенты. Манипулятор вместо метлы Если Амир пока младшеклассник, то для Елизаветы Пришляк, ученицы Специализированного учебно-научного центра Новосибирского государственного университета (СУНЦ НГУ), школьная жизнь закончится уже этой весной. Стоит ли удивляться, что и к промышленному внедрению своего робота-уборщика талантливая одиннадцатиклассница подошла гораздо ближе. Девочка создала прототип робота, который сможет самостоятельно собирать мусор на улицах города, распознавать различные его виды, рассортировывать по контейнерам и доставлять на переработку. Научный руководитель школьницы, сотрудник Лаборатории инженерного конструирования СУНЦ НГУ Александр Мальцев уверен: у робота есть реальный промышленный потенциал. "В Европе сейчас появились автономные уборочные машины, которые очищают улицы городов с помощью щеток и пылесосов, передвигаясь по заданному маршруту и минуя все препятствия на пути, — говорит Александр. — Есть экспериментальные роботы, которые приезжают к домам, чтобы люди сами поставили в них мешки с мусором, а потом отвозят их на переработку. На мусороперерабатывающих предприятиях также уже используются механизмы, способные с помощью видеокамер, металлоискателей и манипуляторов распознавать и рассортировывать различные фрагменты бытовых отходов. Но универсального робота пока нет". Именно такого — универсального — робота и планирует создать Елизавета. "Если после окончания школы Елизавета поступит в НГУ, как она сейчас планирует, мы сможем продолжить работать с ней над этим проектом уже как со студентом, подобная практика в СУНЦ есть. Мы могли бы получить грант и создать промышленный образец, который можно будет использовать в городском хозяйстве", — говорит Мальцев. "Эта задача мне кажется очень актуальной, ведь сейчас мусор может неделями лежать на городских улицах, что создает угрозу не только для здоровья людей, но и для всей окружающей среды. Убирать мусор люди вынуждены вручную, а это также дополнительные риски — ведь уборщикам приходится контактировать с потенциально опасными предметами вроде химикатов и стекла. А эффективная переработка мусора невозможна без его предварительной сортировки", — говорит Елизавета Пришляк. Однако создать такого автономного робота оказалось непросто, поскольку задача связана с целым спектром проблем. "Сейчас нам необходимо доработать программное обеспечение, чтобы научить робота распознавать и классифицировать сложные фрагменты мусора на максимальной дистанции до него. Усовершенствовать манипулятор, чтобы машина смогла захватить такие предметы и уложить в нужный контейнер на борту. Задач много, и над всеми мы пока продолжаем работать. Также до конца учебного года мы намерены придать роботу более эстетичный вид", — говорит изобретательница. В начале февраля Елизавета Пришляк уже представила модель созданного ею робота на XV Балтийском научно-инженерном конкурсе в Санкт-Петербурге, одном из самых крупных научных соревнований для школьников в России. По итогам конкурса девушка получила специальную награду от одного из партнеров мероприятия — международной биотехнологической компании BIOCAD. Уже сейчас робот, созданный школьницей из Новосибирска, способен решить задачи, которые не под силу механизмам, сконструированным куда более маститыми изобретателями. Машина не только самостоятельно находит мусор, но и идентифицирует его с помощью технологии компьютерного зрения. Мелкие фрагменты робот может распознать на расстоянии 1,8 метра, крупные — за пять метров до предмета. Робот собирает их манипулятором, сортирует и раскладывает по контейнерам. Сейчас Елизавета собирается научить роботов взаимодействовать друг с другом, чтобы они могли согласованно очищать от мусора большую территорию или транспортировать крупные предметы. Девушка уже разрабатывает алгоритм совместного движения и работы. Когда все будет доведено до совершенства, несколько больших автономных уборочных машин смогут обеспечить чистоту на улицах небольшого города. А задача коммунальщиков сведется к тому, чтобы контролировать их работу и периодически проводить техобслуживание. Чистый след за кормой Но мусора хватает не только на улицах. Да и очистить твердую поверхность технически намного проще, чем, например, поверхность воды. Но участников Уральской проектной смены, недавно завершившейся в образовательном центре "Сириус" в Сочи, трудности не испугали. Вместе с наставниками школьники создали рабочий прототип робота, очищающего поверхности городских водоемов со стоячей водой. Почему так важно предназначенние механизма именно для стоячей воды? Дело в том, что очистить озера или пруды, где есть течение, намного легче: достаточно установить плотину, а затем все собрать. А когда вода не циркулирует, мусор плавает возле берегов, накапливается в прибрежной зоне, и убирать его приходится вручную. Робот способен справиться с этой задачей намного эффективнее, чем человек. И проектная команда из пяти учеников девятого-десятого классов эту задачу уже частично решила. "Первоначальные испытания ходовой части и системы сборки мусора уже проведены. Общий принцип работы механизма довольно прост: робот передвигается по водной поверхности, собирает с нее мусор и доставляет его в зону разгрузки. Вся сложность здесь в деталях", — поясняет Денис Денисов, наставник команды, младший научный сотрудник кафедры организации машиностроительного производства Уральского федерального университета. Робот-уборщик похож на катамаран, а передвигается он при помощи почти таких же колес, как у старых пароходов. Конвейер, по которому мусор поступает в отсек для сбора, напоминает систему, которая успешно используется в снегоуборочных машинах. Нижняя часть конвейера погружена в воду, и, попадая на нее, мусор поступает по ленте наверх, в отсек. "Самым сложным было разработать компактный и герметичный корпус для электроники, а потом найти оптимальное место для его расположения, — рассказывает Григорий Куренный, учащийся Специализированного учебно-научного центра Уральского федерального университета (СУНЦ УрФУ), который занимался в команде уральских школьников программированием робота. — На данный момент необходимо доработать часть системы, отвечающую за поиск мусора. И мне это кажется самой интересной задачей — разработать сам алгоритм поиска мусора, плавающего на воде". Разумеется, до создания промышленного прототипа еще очень далеко. "Такую задачу мы сейчас даже не ставим. На данный момент необходимо проверить эффективность использованных конструкторских решений. Часть из них оказалась удачной, часть нет, и это нормально. Главное, что удачные находки в перспективе можно взять на вооружение, доработать. О реализации проекта с целью получения прибыли пока речи не идет", — говорит Денис Денисов. В подобных проектах перспективы промышленного применения роботов, возможно, не главное. Их важность в другом: они помогают школьникам задуматься о будущей профессии. Как, например, Григорию Куренному, который пока не знает, в какой вуз будет поступать. Но в одном он уже уверен — он обязательно будет и дальше заниматься робототехникой. Своими руками создавать роботов, которые сделают мир лучше, — это мечта, с которой не так-то просто расстаться. Полина Виноградова
