Изот Литинецкий - Беседы о бионике

По-иному подошел к созданию шагающей машины инженер Юлиус Макерле. Он решил "научить" автомобиль ходить подобно тому, как это делает человек. На первый взгляд такая идея может показаться несостоятельной, ибо уже давно известно, что шагающая машина, точно повторяющая шагающий механизм человека, экономически невыгодна при больших скоростях передвижения. Совершая шаг, нога делает движение, похожее на качание маятника. Она получает ускорение и затем тормозится. Расчеты показывают, что до 3/ 4энергии, расходуемой на шагание, затрачивается в фазе торможения.

Рис. 4. Шагающее колесо. А — втулка колеса, в которой перемещается золотник, распределяющий давление воздуха в камерах. Б — полость золотника, обеспечивающая сообщение камер 1 и 2 с атмосферой. В — полость золотника, по которой воздух под давлением идет от компрессора в камеру 4

Однако для процесса ходьбы характерна одна важная особенность. Она заключается в том, что при каждом шаге нога отталкивается от земли в точке, находящейся несколько позади центра тяжести тела. В результате человек падает вперед до тех пор, пока он не выставит вперед другую ногу. Эта особенность и натолкнула Юлиуса Макерле на мысль создать так называемое "шагающее колесо".

Шагающее колесо имеет на своем ободе большое число пневматических камер. Давление воздуха в них непостоянно, и все они связаны с компрессором, который, изменяя давление в камерах, заставляет колесо перемещаться. Как это происходит, легче всего понять с помощью схемы, изображенной на рис. 4. Вкратце вся идея действия этих камер сводится к тому, что камера, находящаяся за точкой касания колеса с грунтом, раздувается воздухом таким образом, что колесо опирается на нее. При этом возникает такой же опрокидывающий момент, как и при ходьбе человека.

Двигателем машины с таким колесом служит агрегат, состоящий из мотора и компрессора. Раздувание камеры, находящейся позади точки касания колеса, сопровождается одновременным сжиманием камеры перед этой точкой, причем общий объем воздуха во всех камерах остается практически неизменным. Скорость вращения колеса прямо пропорциональна числу оборотов компрессора, иначе говоря, скорости подачи воздуха в раздуваемые камеры. Чем быстрее они будут наполняться, тем скорее будет перекатываться колесо.

Испытания опытной модели нового двигателя показали, что принцип, положенный в его основу, практически вполне себя оправдал. При избыточном давлении в 0,3 кг/см 2модель весом 4,3 кг передвигалась довольно успешно даже с дополнительной нагрузкой в 10 кг. Модель свободно преодолевала довольно серьезные для ее размеров препятствия и легко шла по очень плохим (с точки зрения автомобилиста) дорогам, например по глубокому песку.

Разумеется, маловероятно, что такое колесо появится на обычном автомобиле, однако на специального вида машинах, например строительных, экспедиционных, военных — словом, там, где необходимо иметь высокую проходимость и маневренность, шагающее колесо, несомненно, найдет широкое применение.

На очереди у творцов транспортных машин еще одна задача. Речь идет о том, что рано или поздно человек начнет осваивать пока еще загадочные просторы нашего древнего спутника — Луны, и для этого ему, естественно, понадобятся транспортные средства. Как же будут выглядеть транспортные машины, которые возьмут с собой лунные экспедиции?

Проектов лунных вездеходов разработано много. Предложено несколько вариантов танкеток на гусеничном ходу. Запроектированы лунные экипажи на квадратных и овальных, а также на гибких колесах. Существует проект настоящего механического монстра — трехосной машины на гигантских шарообразных колесах. Такие колеса, по мнению изобретателей, должны легко катиться по лунному "бездорожью". Имеется проект вездеходов в виде двойной винтовой спирали — так называемого винта Архимеда, — которая должна ввинчиваться в почву для передвижения по лунной поверхности. Наконец, разработан проект скачущего джипа — небольшой ракетной повозки, передвигающейся гигантскими скачками длиной в несколько десятков километров каждый.

Все эти проекты были разработаны с учетом существовавшей до последнего времени гипотезы, согласно которой поверхность Луны покрыта толстым слоем пыли. Однако результаты изучения лунных фотографий такое предположение не подтвердили, хотя возможность существования пылевых слоев в некоторых районах Луны полностью исключить нельзя. Детальный анализ снимков свидетельствует о сложной структуре лунной поверхности. Вероятно, наружный слой лунной породы толщиной в несколько сантиметров представляет собой интенсивно взрыхленное вещество. Оно покрывает практически всю поверхность Луны. Его шероховатая, сильно изъеденная структура напоминает начавший таять грязный весенний снег. Этот слой неоднороден. Вместе с мельчайшими частицами размерами в доли миллиметра встречаются более крупные куски пород сантиметровой и дециметровой величины. По подсчетам ученых, несущая способность поверхностного слоя Луны равна 1 — 10 кг/см 2, что составляет примерно 1/ 100— 1/ 1000несущей способности массивной базальтовой породы. Из этих расчетов следует, что поверхность Луны достаточно прочна.

Учитывая новые данные о лунной поверхности, добытые за последние годы советскими и американскими автоматическими станциями, многие специалисты ныне все больше склоняются к мысли, что лунные вездеходы следует ставить не на колеса, а на ноги в самом прямом, буквальном смысле этого слова. Ноги лучше колес. Не повсюду, конечно, но в горах, в песках, среди ледовых торосов они убедительно доказали свое преимущество. Оправдают они себя и на Луне.

У кого же поучиться конструированию шагающей техники, с которой придется работать в необычайно трудных "лунных условиях"?

И снова беспокойная, вечно ищущая мысль человека обращается к живой природе. К кому же именно?

Не так давно внимание ученых привлек обыкновенный паук. Их заинтересовало, как этот представитель членистоногих ходит и довольно быстро бегает, имея длинные лапки, практически лишенные мышц.

Какая же сила движет лапки паука? Зоологи Кембриджского университета Парри и Браун установили, что эта движущая сила имеет гидравлическое происхождение. Значит, движение лапок паука осуществляется посредством своеобразного "гидравлического привода", жидкостью для которого служит кровь.

Произвели киносъемку и с ее помощью установили, что природа действительно наградила пауков чудесным гидроприводом. Если паук вытягивает лапки, гидропривод повышает в них давление крови до такой степени, что отвердевают их щетинки, и, наоборот, при сгибании конечностей гидропривод уменьшает в них давление крови.