dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

Очередная демонстрация возможностей новых технологий на примере “печати” стрелкового оружия: в этот раз пистолет металлический, стреляет без проблем и выдерживает, как минимум, несколько десятков выстрелов. Привлекательным для массовой прессы достижением отличилась компания Solid Concepts. Естественно, речь не о домашнем 3D-принтере, использующем пластик. Детали пистолета M1911 изготовлены на дорогостоящем индустриальном устройстве, при помощи технологии под названием Direct metal laser sintering (DMLS). Подробности – ниже.

Суть метода “печати” – в сваривании частиц металлического порошка при помощи лазера. Компьютерная модель детали разбивается на тонкие (параллельные) слои. Исходный материал (порошок) засыпан в специальный лоток, на поверхности массы порошка лазер “рисует” очередной слой детали, сваривая частицы между собой. На следующем шаге поверх обработанного материала наносится новый слой порошка, из которого достраивается новый слой детали, и так далее. Думаю, схема понятна. По завершении – из порошка достаём готовую деталь. (По ссылке выше есть видео – там процесс показан в подробностях.) Как пишут, у пистолета нарезной ствол, нарезки при этом “выращены вместе с деталью”. Детали не подвергались машинной обработке, а лишь немного дорабатывались ручными инструментами, видимо, перед первой сборкой.

Изготовить пистолет на домашнем оборудовании таким способом пока что не выйдет. Но только потому, что само оборудование не домашнее. Впрочем, если у кого-то подходящий 3D-принтер завалялся в гараже, то теперь достаточно “скачать из Интернета” модель, засыпать порошок и – пожалуйста, пистолет готов. Осталось только “доработать напильником”.

(Кстати, пружины, судя по всему, взяты готовые. “Печать” пружин – та ещё задачка.)

Помните популярный проект плавучих атомных электростанций? Что-то вроде гигантских барж, буксируемых по морям. В блоге Paleofuture рассказывают о штатовской версии этой идеи, из 70-х годов прошлого века. Сорок лет назад уже проектировали.

Сейчас доступно огромное количество навигационной техники, работающей на основе глобальной спутниковой системы. Точно узнать своё местоположение может каждый, специальных навыков не требуется. Между тем, интересно представить, как может быть устроен подобный по простоте применения навигатор, работающий без спутников GPS. И без использования наземных радиопередатчиков с известными координатами. (Мало ли – вдруг инфраструктура сломалась?)

Итак, речь о достаточно компактном электронном устройстве, которое выполняет функции типичного современного GPS-навигатора (карты, экран, показывает местоположение в реальном времени), но при этом не зависит от рукотворных внешних источников навигационной информации. Понятно, что электронная начинка, операционные системы подходят от современных навигаторов. С исходными картами тоже более или менее понятно: загрузили файлы в память, используем. Конечно, карты будут устаревать. Это особенно вероятно в ситуации, приведшей к разрушению важных для Цивилизации элементов инфраструктуры – GPS, сотовой связи. Они явно отключились неспроста. Но леса, реки, холмы, поля и озёра – заведомо остаются на своих местах. Как и многие здания, кстати. Да и прочие изменения происходят не столь быстро, чтобы картографические файлы оказались совсем бесполезны.

Прежде всего, навигатор должен иметь автономные высокоточные часы. Это основа. Вполне достижимая. Кроме того, для работы в реальном времени (запись траектории движения, информирование о тех или иных “точках интереса”) однозначно потребуется не менее автономная, чем часы, встроенная система инерциальной навигации. Гироскопы, акселерометры. Датчики такие есть, встроить их в корпус компактного прибора тоже возможно. Естественно, нужен и компас. А точнее – хорошие датчики магнитного поля Земли.

Главная проблема такая: как инициализировать инерциальную систему в начале работы, и корректировать её ошибки во время движения навигатора?

Первое, что приходит на ум – древняя и нерушимая схема: навигация по звёздам. Для работы потребуется чувствительная встроенная камера, лучше – три. Что, опять же, не является технологической проблемой. Используя атласы звёздного неба, данные о собственной ориентации в пространстве (гироскопы, акселерометры, компас) и точные часы, программное обеспечение навигатора сможет автоматически вычислить текущие координаты, если пользователь просто направит устройство камерами в сторону чистого ночного неба, ну и разрешит понаблюдать это небо несколько раз, через определённые промежутки времени. Фиксирование движения изображений звёзд позволит компенсировать неточности, присущие встроенным камерам – всё ж это не телескопы.

Впрочем, особенной точности тут добиться сложно. Но больших отклонений в работе инерциальной системы удастся избежать, а главное, появляется инструмент для её инициализации после сбоя или отключения для экономии батарей. Днём навигатору, для осуществления коррекции, остаётся наблюдать за Солнцем. Кроме того, заметные трудности возникнут, если небо затянуто облаками. Несколько дней подряд.

Есть второй метод: привязка к местности. На первый взгляд, тут тоже помогут камеры. Можно даже придумать разные алгоритмы взаимодействия “пользователь – навигатор”: “справа от вас находится крупный одиночный валун серого цвета, направьте камеру номер два в сторону этого валуна”, и так далее. Углы и расстояния навигатор может измерять, сравнивая полученные камерами изображения с данными карт: оптические параметры объектива камеры известны, поэтому измерение “расстояния” между двумя элементами карты на полученном изображении даёт расстояние до этих элементов от навигатора. Выбрать объекты можно попросить пользователя. Проблема не только в том, что карты обычно неточные, но и в том, что весьма непросто точно определить реальные границы опорных объектов (это могут быть, например, холмы, здания) на изображении.

Помочь может всё та же инерциальная система, ошибки в которой мы хотим корректировать. Предположим, пользователь плавно перемещает навигатор на некоторое расстояние, направив его камеры в заданную сторону. Инерциальная система позволит довольно точно определить пройденный “базис” и, в результате, получаем дальномер, который, при помощи измерения параллакса, вычисляет и расстояние, и угловые координаты опорных точек. Но точность всё равно оставляет желать лучшего. Данный метод корректировки зависит от степени детализации карты: может просто не найтись подходящих точек привязки.

Между прочим, для продвинутых пользователей, может быть доступен такой вариант калибровки: нужно отметить на карте точку, в которой в данный момент пользователь находится. Определить эту точку пользователю предстоит самому. На то он и продвинутый. Подошёл, скажем, к верстовому столбу, отметил “я стою здесь” на карте, всё – навигатор откалиброван.

Получается, что моментально получить координаты на карте в произвольном месте поверхности Земли, с точностью до нескольких метров, при помощи гипотетического портативного навигатора, не использующего GPS (и аналоги) – не выйдет. Что ж, поэтому и придумали спутниковую навигацию. Тем не менее, можно сконструировать автономный компактный навигатор, работающий без спутников, и выдающий пусть не сверхточную, но очень полезную информацию в режиме онлайн. Пока батарейки не сядут.

(Технократический юмор по выходным.) Огромные роботы (вовсе не обязательно “человекоподобные”) вполне себе популярное и интересное направление, правда, пока что чисто теоретическое. Ни одного действительно огромного и действительно робота построено ещё не было, а шагающие экскаваторы – не в счёт: они не роботы. Создание роботов весом в многие тысячи тонн, представляющих собой сложные многоуровневые системы, непростая технологическая задача, понятно. Наверное, это как раз тот, следующий за созданием ракет и компьютеров, новый значимый этап технологического прогресса. Но технологии это ещё не всё. Самое занятное, что такие гигантские роботы могут стать культовым сооружением для “техномагической” (технократической?) цивилизации. Что-то вроде древних пирамид. Это ответ на вопрос о том, для чего нужны подобные роботы, которые, кстати, могут потом отправляться в космос и всё такое прочие.

Мы тут обсуждаем смартфоны и сходную продукцию (ключевые слова: Apple, Android), в том смысле, что если сильно беспокоиться о том, что подобные устройства активно шпионят за “носителем” и “сливают информацию в центр”, то совсем нельзя пользоваться современными, удобными технологиями коммуникации. Действительно, удобно – и альтернативы нет. Куда податься? Ответ теоретика такой: в сторону открытых аппаратных платформ (ОС с открытым исходным кодом и так уже есть).

Проблема в том, что инициативы по созданию открытой аппаратуры для сотовой связи пока существуют в крайне далёком от практического использования состоянии, к сожалению. Но более или менее живые проекты есть. Смотрите, например, в сторону OpenBTS. Технологии дешевеют, поэтому создать открытую платформу “для гиков” реально. Обычным пользователям, понятно, это не интересно. Именно из-за отсутствия такого интереса никто из коммерческих телекоммуникационных гигантов не выпускает ничего подобного.

Впрочем, есть и ещё одна проблема, и она гораздо круче чисто технических трудностей аппаратуры: сейчас ужесточают отслеживание операторами связи уникальных идентификаторов оборудования (IMEI). Это глобальные идентификаторы. Соответственно, если эта тенденция разовьётся, то могут появиться дополнительные ограничительные меры по допуску конкретного оборудования (не SIM-карты!) в сеть провайдера. Ну, раздадут ключи по коммерческим производителям “шпионских” смартфонов, а открытую платформу просто не будут авторизовать в сети связи, даже при использовании вполне легальной SIM-ки. И открытая платформа окажется бесполезной в реальной жизни, так как большие сети под неё силами энтузиастов не построить.

Попробуем собрать в один поток записок наиболее растиражированные “недостатки” перспективных боевых роботов, автономных в плане управления. Об этих мнимых недостатках часто можно прочитать в критических комментариях к сообщениям о запуске очередного робототехнического прототипа.

1.

Роботы управляются микроэлектроникой, а поэтому особенно подвержены воздействию электромагнитных излучений. То есть, можно сразу большое число боевых роботов вывести из строя, подорвав поблизости специальный заряд, генерирующий “мощный электромагнитный импульс”. Заряды такие есть, и они испытаны.

(Пояснение: понятно, что реальный робот поля боя будет построен с применением нужных экранов и правильных микроэлектронных элементов; кстати, последний момент накладывает довольно заметные ограничения на производительность бортовых компьютеров, объём их памяти: новейший гражданский ЦП убить довольно легко, как и сверхкомпактные современные микросхемы памяти. Тем не менее, от ЭМ-полей электронику научились защищать. Есть толстый пучок прикладных направлений в физике, посвящённый этому вопросу – результаты многие годы востребованы в области конструирования космических аппаратов.)

2.

Роботы не сумеют передвигаться по сильнопересечённой местности из-за несовершенства систем управления. Вообще у них обязательно возникнут проблемы с незнакомой средой, в плане передвижения: как преодолевать разрушенные лестничные пролёты, перепрыгивать через траншеи? Столкнувшись в непредсказуемой реальности с невиданными на “отладочном полигоне” препятствиями, роботы застрянут, зависнут, и окажутся бесполезны.

(Пояснение: никакой математической неразрешимости в планировании перемещения механического шасси по произвольным поверхностям нет, задачи поиска путей на графах решаются, а всякую сложную среду обитания можно свести к относительно несложным графам, где потенциальные точки опоры будут представлять собой узлы; хорошо оборудованный сенсорами робот быстро строит модель окружающей его сцены и, при адекватной механизации, может прыгать, ползать по стенам, рыть норы. Вычислительная мощность современных специализированных процессоров позволяет быстро вычислять пути и избегать ловушек – задача сродни игре в шахматы.)

3.

Роботы не думают и не учатся, поэтому их можно легко отстреливать или, например, уничтожать взрывами, применяя одну и ту же тактику. Так, при попытке пересекать некое открытое пространство (скажем, поляну) роботы уничтожаются один за другим, прятаться или выбирать пути обхода роботы не умеют.

(Пояснение: фактически все современные прототипы и проекты боевых роботов содержат механизмы развитой коммуникации внутри группы роботов, очевидно, что роботы смогут очень оперативно обмениваться информацией об угрозах. Роботы не думают, но для того, чтобы выявить опасность, пронаблюдав уничтожение впереди идущего механизма думать не нужно, нужна просто соответствующая подпрограмма, накапливающая опыт других “членов стаи” в общей базе данных. Поиск путей обхода опасных участков – задача простая, см. предыдущее пояснение. Использование особенностей местности для укрытия, вот это задача посложнее, требующая грубого перебора конфигураций, если говорить о какой-то универсальности решения. Но тут у робота есть преимущество другого рода: робота можно хорошо бронировать и конструктивно заложить в него очень большую живучесть. Таким образом, проблема с укрытием частично решается. И также частично решается она тем, что типичные укрытия можно сразу занести в базу данных.)

Продолжение – во второй части.

Многие используют Google в качестве калькулятора: вводим в поисковый запрос выражение, получаем результат вычислений. Учитывая, что Google всегда под рукой в браузере, такой путь удобнее стандартного варианта с вызовом программы калькулятора. А теперь представьте, насколько избыточен такой подход.

Посмотрим на процесс в деталях. Для проведения одной элементарной операции с целыми числами задействуется огромное число компьютеров: начинается всё на локальном ПК с браузером, выполняющим сотни тысяч арифметических операций (аналогичных по сложности исходной операции) для формирования http-запроса; дальше работают десятки маршрутизаторов, пересылающих пакеты, каждый из которых опять же выполняет сотни арифметических действий; пыхтит коммуникационное оборудование на более низких уровнях модели OSI, и это оборудование тоже много вычисляет, упаковывая пакеты в каналах, кодируя и декодируя данные; лишь потом приходит черёд серверов Google, которые запрашивают базы данных (потому что всё равно идёт поисковая выдача).

После того, как где-то в череде этих миллиардов выполненных арифметических операций несколько наносекунд машинного времени потрачено на определение ответа, начинается процесс доставки ответа обратно. А это опять – серверы, маршрутизаторы, каналы, браузер и вывод результата, всё расходует миллионами арифметические операции, каждая из которых могла бы дать ответ самостоятельно.

Так что на фоне подобных традиций, не приходится сомневаться, что в будущем появятся роботы, оснащённые “искусственным интеллектом”, говорящие, самоходные и антропоморфные, но предназначенные лишь для сгибания стандартных железных балок (ну, известный художественный пример).

Кстати, в развитие предыдущей ссылки. Лазер, конечно, это новая штука. Но слишком “частная”. Так, можно провести интересные эволюционные параллели (они ниже по тексту, вместе с выявлением реальных “новинок”). Да, лазер доставляет энергию к цели на максимально возможной скорости. Использовав такой литературный приём, как гипербола (не кривая!), можно написать, что лазер, условно, действует мгновенно.

Впрочем, при поправке на современную скорость электронных вычислителей, для сколь-нибудь практических дистанций лазер действует далеко не мгновенно. Считайте сами: тридцать километров – это около 0.1 миллисекунды для лазерного луча. Где-то один порядок можно “накинуть”, так как требуются “прицеливающие” и “установочные” импульсы и каждый из них должен сбегать туда и обратно (пять импульсов – вот вам и дополнительный порядок). Итак, получаем оценочное “время реакции” в 1 миллисекунду. Процессор, работающий с частотой 100 МГц, успеет отщёлкать 100000 (сто тысяч) тактов за это время. 100 МГц – это не очень быстро, по современным меркам, верно? Но сто тысяч тактов на подходящем оборудовании позволяют вычислить решение не самой простой системы дифференциальных уравнений, например.

Переходим к эволюционным параллелям. Развитое огнестрельное оружие позволило отправлять пули в цель с практически мгновенной, по сравнению с человеческими возможностями восприятия, доставкой. Тем не менее, сейчас артиллерийские снаряды успешно сбивают теми же лазерами или “противоракетами”. Достаточно высокоскоростные ПТУР успешно перехватывают на подлёте к танку перспективные системы “активной защиты” (не давно известные, а новые, с управляемыми противоракетами – очень эффективно, особенно по ПТУР, применяемым в комплексе с “ложными целями”).

Мощный боевой лазер – это, конечно, новое поколение. И да, тут достигается физический предел скорости. Но “принципиально нового” тут нет.

А “принципиально новое” – это “многомерная” информационная структура, которая появляется “на поле боя” и без которой, например, тот же противоракетный лазер бесполезен. Возможности получать, обрабатывать и разделять между “потребителями” самую разнообразную информацию о тактической обстановке в реальном времени, – для военизированного киберпространства найти эволюционных параллелей не получится. Второй аспект “принципиально нового” – это военные роботы, которые, по-сути, реализуют “проекцию” киберпространства в реальность, позволяют этому пространству в реальности присутствовать. Постоянно обменивающиеся между собой потоками информации машины, быстро, достаточно автономно (в “поведенческом” смысле) и полностью согласованно действующие группой – у этого явления тоже нет эволюционных предтеч в истории военного искусства: насколько я помню, управляемые из командного центра полчища крупных насекомых никакими древними армиями не применялись.

Между прочим, заметная тема обделена вниманием блога dxdt.ru. Это – эсхатологические “проблемы” технократической цивилизации. Действительно, ожидания “всемирного конца света”, как и прежде, сильны: некоторые даже уже сейчас переезжают в специальные деревенские дома, переходя на самообеспечение, отказываясь от “благ цивилизации”. Ведь распространённые сценарии “конца цивилизации” в том или ином виде включают исчезновение всех технократических достижений, а не только Интернета.

Да.

До сих пор не ясно, полезут ли страшные орды монстров из межпространственной дыры, которую создаст (если создаст) ускоритель LHC, и это ли станет причиной “Конца”. Мы в этот раз вообще не будем разбирать называемые эсхатологами причины “Конца”. Пятничные заметки по теме “Эсхатология” посвящены другому – тому, как и какие технологии можно было бы, теоретически, сохранить в доступности после “конца всех технологий”. Потому что “эсхатологи” как-то об этих доступных технологиях упрямо забывают.

Итак, в эту пятницу, для начала, немного о генерировании электроэнергии. Действительно, в страшных сценариях “конца Света” даже готовящиеся к этому знаменательному событию персонажи остаются без электроэнергии. Мол, пишут они, “поставки электричества – это исключительно благо цивилизации”. А вот и нет – наш им ответ.

На удивление низкотехнологичным (по факту штатного применения) источником электроэнергии оказываются солнечные батареи. Дело в том, что сейчас, пока цивилизация живёт, фотоэлектрические преобразователи подешевели и, при этом, стали более эффективными. Эти неприхотливые устройства без движущихся частей нужно просто запасать, закупая для убежища.

После того как цивилизация с шумом рухнула, а централизованное электроснабжение исчезло, можно переходить на автономную “солнечную систему”. Уж особенно в деревенском доме.

Исключительной квалификации обслуживание системы на солнечных батареях не требует, а электричеством может обеспечивать долгие годы (главное запастись дополнительными хорошими аккумуляторами, потому что этот элемент системы электроснабжения вырабатывает свой ресурс быстрее). Удобным дополнением будут энергосберегающие электроприборы и инструменты, желательно – постоянного тока и низкого напряжения питания (переменный ток на 220 вольт – он-то в автономном доме особенно не нужен).

Конечно, при утрате в процессе “постцивилизационной жизни” ключевых элементов (например, злобные противники камнями разбили “фотоприёмники”) возобновить электропитание дома будет невозможно: цивилизация-то рухнула, а на коленке сделать “фотоэлектрику” уже не так просто. Так что следует запастись несколькими комплектами, и, возможно, несколькими разными по принципу действия системами (не только солнечной).

И, понятно, эффективность системы электроснабжения на солнечных батареях зависит от географического региона пребывания выжившего.

Продолжение – в следующую пятницу, теперь вместо многогранников.

Что нужно добавить в продолжение темы про военные базы, состоящие из роботов: вот, в комментариях к предыдущей записке по этой теме справедливо замечают:

…обслуживающий персонал все равно никуда не денется. Заправлять и чинить беспилотники по-любому будут не в Калифорнии.

Да, момент обслуживания – важен. И обслуживать роботов придётся “на местах”. Однако для этого вовсе не обязательно держать инженеров и прочие квалифицированные кадры непосредственно на базе. Интересно, что как раз в этом аспекте фантастики уже меньше всего.

Дело вот в чём: есть такое давно развивающееся направление – “телемедицина”. То есть медицинское обслуживание живых людей (не роботов) на расстоянии. В том числе ведутся работы по созданию телеуправляемых операционных. Потому что в хирургии особенно важен личный опыт и качество рук хирурга, и при этом часто столь же важно провести операцию как можно быстрее. В случае с травмами часто счёт идёт на минуты и квалифицированный хирург просто не успевает приехать к пациенту.

Так вот, поэтому пациента хорошо бы быстро “погрузить” в специальную операционную (понятно, что подготовить к операции может и фельдшер, и для того чтобы переместить пациента хирург тоже не нужен). В этой телеуправляемой операционной операцию проведёт хирург, находящийся за тысячи километров. Хирург управляет специальным роботом с манипуляторами. Такими операционными можно оснастить медпункты в “глобальном масштабе” – и хирургам вовсе не придётся выезжать из своего центра, чтобы всегда быть в нужном месте, в нужное время.

Разработка хорошо роботизированных капсул-операционных, транспортируемых вертолётами и грузовиками, вовсю ведётся в Штатах, по заказу DARPA: уже даже демонстрируют опытные образцы.

А теперь можно сделать вывод: если уже разрабатывают системы для удалённого “технического обслуживания” живых людей, то разве возникнет проблема с удалённым обслуживанием роботов? Нет, конечно. Уже сейчас можно реализовать.

(Картинки из презентации концепции Trauma Pod – SRI International)

Солдатам будущего нужны экзоскелеты – они помогают нести тяжёлую броню и мощное оружие (а тяжелая пехота страшна; например, для танков).

Оказывается, недавно Raytheon приобрела у компании Sarcos её робото-технологический бизнес. Raytheon входит в число ключевых поставщиков военных технологий вооружённым силам США.

Как связано такое приобретение с экзоскелетами? Вот как: Sarcos уже демонстрировали опытный образец действующего экзоскелета. Видео с этой демонстрацией – по ссылке под картинкой:

(видео)

Пока что появлению подобного снаряжения на поле боя мешает отсутствие одной (только одной) ключевой технологии: нет компактных, мощных и надёжных источников энергии, которые можно было бы прицепить к такому “костюмчику”. Исследования, правда, движутся.

(Via)