Горячая десятка: Часть IV
Термин «мехатроника» ввела в 1969 году японская фирма Yaskawa Electric, образовав его от двух слов — «МЕХАника» и «элекТРОНИКА». Сегодня мехатроника — это область науки и техники, посвященная созданию и эксплуатации систем с компьютерным управлением движением. Адепты мехатроники верят, что именно их «учение» сделает мир лучше и чище, уменьшит вредные выбросы и повысит эффективность транспорта.
Возьмем, к примеру, автомобильный тормоз. В течение следующих десяти лет гидравлические цилиндры будут замещены электромеханическими приводами. Место трубок, по которым течет тормозная жидкость, займут провода. А координировать педаль тормоза, на которую нажал водитель, и процесс торможения будет компьютерная программа.
Таким образом, мехатроника станет еще одной областью, где программное обеспечение вторгнется в сферу обеспечения безопасности людей. Поэтому ученые пытаются научить такие системы «чинить» самих себя. Инженер из Дармштадтского университета Рольф Айсерман исследует программное обеспечение, которое может находить и устранять проблемы в таких системах, причем в реальном времени — ведь те же тормоза должны работать безупречно. «В немецком языке есть слово "gruendlich", которое означает "делать что-то по-настоящему хорошо", — говорит инженер.
Чтобы сделать мехатронную тормозную систему действительно надежной, группа Айсермана разрабатывает программы, которые следят за потоком данных от трех сенсоров. Один следит за силой тока, подаваемого на привод. Дру-гой — за положением привода. А третий измеряет усилие.
Программный комплекс обрабатывает эти данные в поиске неисправностей (таких, как увеличение трения) и зажигает лампочку на приборной доске, чтобы водитель знал, что пора в сервис, и дело не доходило до аварии.
«Вначале все беспокоились, достаточно ли надежными будут мехатронные устройства. Постепенно к людям приходит понимание того факта, что электронные устройства надежнее механических, — говорит Карл Хедрик, инженер-механик из Калифорнийского университета в Беркли. — Дело в значительной степени в том, что в такие системы можно встроить системы самодиагностики. Айсерман — признанный лидер в этой области».
Дармштадтская группа работает и над уменьшением вредных выбросов двигателей. Они разработали программы, следящие за перебоями зажигания, которые могут повредить каталитические конверторы и стать причиной вредных выбросов. Поскольку ставить сенсор внутрь камеры сгорания непрактично, программы анализируют данные датчиков, которые замеряют содержание кислорода в выхлопе и следят за скоростью коленчатого вала (механизма, который передает усилие двигателя на колеса). Микроскопические отклонения в скорости коленчатого вала и изменение состава выхлопа выдают перебои зажигания. Как только перебой обнаружен, программный комплекс может уведомить водителя, а в будущем и устранить проблему.
Партнерские соглашения с компаниями — изготовителями автомобилей и аксессуаров, такими как DaimlerChrysler и Continental Teves, помогают интегрировать исследования группы Айсермана в промышленное производство и открывают им путь в реальные автомобили. Айсерман утверждает, что от 80 до 90% инноваций в двигателе сегодня — эффект от мехатроники и электроники. До недавнего времени мехатронику можно было встретить разве что в аэрокосмических системах, промышленном оборудовании и малогабаритных высокоточных приборах вроде фотоаппаратов и копировальных машин. Недавний прорыв (такие системы появились в грузовиках и легковых автомобилях) дал толчок к повсеместному росту числа исследований в области мехатроники. Помогли такому росту и падение цен на микропроцессоры, и сенсоры, и ужесточение требований к содержанию вредных веществ в выхлопах автомобилей в Европе и Калифорнии, и желание автомобильных концернов сделать свою продукцию еще более комфортной и эффективной.
И пусть сегодня мехатроника в основном присутствует в секторе шикарных машин (в старших моделях BMW более 70 микропроцессоров, которые управляют более чем 120 малюсенькими моторчиками).
Лино Гюзелла, один из директоров Швейцарского федерального института технологий, считает, что в ближайшие пять лет мехатроника станет неотъемлемой частью всех новых автомобилей. А группа Айсермана позаботится, чтобы электронная начинка новых машин была не менее надежна, чем стальная.