Компьютерра - Журнал Компьютерра №723

Напомним, что в марте на МКС доставят и первую часть японского модуля Kibo, который окончательно планируется собрать на орбите в следующем году. АБ

"Если человек талантлив, он талантлив во всем" - эту фразу по праву можно отнести к 56-летнему американцу Дину Кэймену (Dean Kamen), помимо нашумевшего самоката Segway, успевшему отметиться инновациями в весьма далеких друг от друга областях. Чего стоят хотя бы такие его детища, как первый в мире программируемый шприц для диабетиков с контролем уровня инсулина в крови или очиститель воды, помимо своей основной задачи вырабатывающий электроэнергию. На сей раз плодовитый изобретатель явил миру роботизированный ручной протез.

Заказчиком изобретения стало агентство DARPA, в 2005 году профинансировавшее разработку сразу двух "роборук". В то время как Институту прикладной физики имени Джона Хопкинса было выделено более 30 млн. долларов на создание за четыре года современнейшего протеза, "левшам" из руководимой Кэйменом компании Deka требовалось разработать более простой аналог, довольствуясь почти вполовину меньшим бюджетом и временем. Первоначально на эту затею Дин смотрел скептически: правительственное финансирование было явно недостаточным, а перспективного рынка для новинки он не видел. Впрочем, вояжа по американским ортопедическим клиникам оказалось достаточно, чтобы в Кэймене заговорил не бизнесмен, а изобретатель: как выяснилось, разработка стоит свеч уже потому, что "в области ручных протезов мы находимся в эпохе Флинтстоунов". В самом деле, в то время как человеческая рука имеет 22 степени свободы, лучшие из нынешних протезов могли обеспечить только три! В результате упорной работы исследовательской бригаде удалось создать заключенную в алюминиевый корпус "роборуку", имеющую 18 степеней свободы и по своей массе (3,6 кг) практически не отличающуюся от белкового аналога.

С выбором интерфейса управления своим детищем "рукоделам" помогло определиться сотрудничество с нейрохирургом Тоддом Куикеном (Todd Kuiken) из Чикагского реабилитационного института, нашедшим действенное средство борьбы с синдромом фантомных болей у ампутантов. Согласно разработанной им методике, после ампутации руки связанные с ней нервные окончания отныне не ведут "в никуда", а перенаправляются в область ключицы, где на них "откликаются" грудные мышцы. Снимаемые при помощи датчиков мускульные сокращения можно переводить в команды для искусственной руки. Впрочем, те из пациентов, кто прооперирован "по старинке", могут управиться с новинкой иначе - порукой тому специальная обувь, в подошвы которой вмонтированы крохотные джойстики, реагирующие на перемещение различных участков стопы. По словам первых "прирученных" пациентов, обучение новому "языку" продвигается довольно быстро. На счету наиболее талантливых учеников - такой высший пилотаж, как питье из стакана, зажатого "роборукой", а также очистка банана с ее помощью. Пока с протезом чудо-обувь связывает гирлянда проводов, но уже кипит работа над ее "беспроводной" версией.

Новинка получила прозвище "рука Люка" (Luke Arm) в честь знаменитого Люка Скайуокера. Ныне ее судьба всецело находится в руках оборонных заказчиков - если будет дан зеленый свет клиническим испытаниям, они отнимут еще не меньше года. Похоже, лишь тогда мы узнаем, станет ли изобретение Кэймена для потерявших руку пациентов столь же незаменимым, как для легендарного героя-ампутанта "Звездных войн". ДК

Любопытные наколенники - генераторы, способные вырабатывать до пяти ватт электроэнергии во время ходьбы, разработали ученые из Университета Саймона Фрейзера в Канаде.

Принцип действия новинки заимствован у гибридных автомобилей, которые используют энергию торможения для того, чтобы подзарядить аккумулятор. Так и в созданном устройстве, генератор включается только в конце каждого шага, в момент торможения ноги мускулатурой, и утилизирует преимущественно "негативную" энергию, бесполезно превращаемую в тепло.

Авторы утверждают, что найти на человеческом теле такое место, где было бы удобно прикрутить какой-нибудь генератор, так, чтобы он потреблял негативную энергию наших движений, очень непросто. Природа все устроила весьма рационально, и, например, наши сухожилия эффективно работают как пружины, запасающие лишнюю энергию и вновь отдающие ее по мере надобности. "Вакантным" местом оказались коленки - с них во время ходьбы можно получить на порядок больше энергии, чем от генераторов, монтируемых в подошвы обуви.

В экспериментах добровольцев с наколенниками просили не спеша идти по беговой дорожке и по изменению интенсивности дыхания судили о дополнительной энергии, расходуемой человеком при включении генераторов. Оказалось, что на каждый ватт производимого электричества тратится меньше одного ватта мощности мускулатуры. А это означает, что новые гаджеты примерно в восемь раз эффективнее, чем обычный ручной генератор, который для получения одного ватта электричества требует вшестеро больших затрат мускульной энергии. Впрочем, тут ученые немного слукавили, "забыв" учесть энергозатраты на ношение самих устройств, каждое из которых весит более полутора килограммов. А это обойдется в шестьдесят ватт вдобавок к обычным тремстам, в среднем потребляемым при ходьбе. Максимальная же мощность, которую можно снять с наколенников, постоянно включенных на всех фазах движения, не превышает тринадцати ватт.

Авторы, однако, утверждают, что их первая модель создана лишь для проверки концепции, жизнеспособность которой блестяще подтвердилась в ходе опытов. Следующая модель будет значительно легче и, что важно, гораздо меньше мешать во время ходьбы. С ее помощью можно будет не только подзаряжать сотовый телефон, GPS-навигатор и массу других мобильных устройств. Пяти ватт вполне хватит для обеспечения работы протезов и имплантов или электронной обвязки современного солдата. ГА

Удивительный материал, в одно и то же время сильно сжимающийся и расширяющийся при нагреве, удалось синтезировать в Кембриджском университете при участии ученых из Оксфорда и Дарема.

Большинство твердых тел при нагреве слегка расширяется - как правило, на несколько тысячных процента на каждый градус. Это тепловое расширение обычно лишь мешает, поскольку приводит к вредным смещениям и напряжениям в самых разных конструкциях - от железнодорожных рельсов до компьютерных чипов. Иногда, чтобы скомпенсировать расширение, используют прокладки из редких материалов, которые сжимаются при нагреве. В кристаллах это сжатие может наблюдаться лишь вдоль одной из осей, тогда как по другим осям материал, наоборот, расширяется.