— Гм... А как вы представляете себе робота? Что он должен делать, по-вашему? Какие задачи решать?
— Ну... наверное, технологические. Или исследовательские. Или логистические, типа складского робота-погрузчика, — ответил Дима. — Здесь, как мне показалось, всё завязано на одно только авиационное моторостроение. Задача, конечно, интересная, но довольно узкая.
Ребров с интересом взглянул на него:
— Значит, технологические, исследовательские и логистические, говорите? А если их объединить? Представьте себе некое самоходное шасси, на котором укреплены набор датчиков, телекамеры, и манипулятор по типу промышленного робота. Несколько таких механизмов мы доставим, например, на Луну. И они будут работать парами. Один — в режиме устройства трёхмерной печати, а другой — вспомогательный обслуживающий, типа 'подай-принеси'.
— Вот второй-то как раз будет посложнее сделать, — заметил Дима. — У него программа будет намного более сложная.
— Верно мыслите, — улыбнулся Ребров. — Сами роботы могут быть и одинаковыми, различаясь только исполнительными механизмами, а вот управляющие программы будут очень разные. И вот эти роботы-луноходы прямо из 'подножного сырья' могут в автоматическом режиме, управляясь программно и командами с Земли, построить для людей исследовательскую базу. С куполами для жилья, размещения оборудования, и даже с оранжереями для выращивания растений. А что? Солнце в безвоздушном пространстве светит много мощнее, чем на Земле, где его свет рассеивается атмосферой. Световой день на Луне длится две недели. Представляете, какие возможности открываются только за счёт расплавления реголита сфокусированным солнечным светом? Я уже не говорю об электронно-лучевой металлургии и сварке — ведь на Луне вакуум даровой. Порошки металлов можно получать прямо на Луне — энергии там более чем достаточно, от того же Солнца. Ну как, интересно?
— Очень интересно, но когда это ещё будет... — пожал плечами Дима.
— Быстрее, чем вы думаете. Первый луноход уже ездит на полигоне. Распространяться об этом не стоит, хотя тема и не секретная, — ответил Ребров. — Конечно, первый лунный робот будет чисто исследовательским, но на нём уже будут установлены манипуляторы для захвата образцов.
А ещё, представьте, что прямо на орбиту выводится солнечный отражатель на вращающемся спутнике, оборудованном устройством для трёхмерной печати. Причём отражатель нужен не особенно и большой. (как пример https://www.youtube.com/watch?v=_1tU3sdeuLo или https://www.youtube.com/watch?v=p-RqLDA7HNo)
Металлические порошки удобны ещё и тем, что у них самый большой в сравнении со всеми другими вариантами коэффициент заполнения. Забросив тонну порошка на орбиту, там из него можно получить много больше полезной отдачи на килограмм выводимой массы, чем закидывая туда отдельные готовые спутники, которые ещё надо стыковать между собой. Представьте, что корпус межпланетного корабля можно напечатать прямо на орбите? Ведь ему не нужно будет преодолевать перегрузки при выведении, а значит, корабль можно сделать более лёгким.
— Так корпус — это ещё не корабль, — возразил Дима. — Там одной только электроники нужны тонны. И вообще, уж очень фантастично это выглядит.
— Не тонны — десятки или сотни килограммов. И электронику тоже можно напечатать. Частично, конечно. Сами микросхемы придётся делать и размещать обычным способом, но вот платы для них печатать вполне можно. (3D-печать электроники на примере дрона: провода и платы больше не нужны https://habr.com/ru/company/top3dshop/blog/454196/)
Основной вес корабля — это топливо, всё остальное на фоне массы топлива — мелочи. Даже двигатель можно напечатать прямо в космосе и смонтировать там же. Трубопроводы двигательной системы отпечатать вместе со стенками баков и силовыми элементами, — Ребров улыбнулся. — Выглядит фантастично, да... Но это — пока. Лёгкий солнечный отражатель уже сделан и существует, мне его даже показывали.
Вот вы говорите — задача узкая... В смысле — построение турбинных лопаток. Да, конечно, но это только начало. Под них в первую очередь выделили финансирование, потому что это очень важная народно-хозяйственная задача. Потенциал выращивания изделий по электронной модели очень большой, технология может быть использована в самых разных областях. В той же робототехнике, кстати, тоже. Или вот, смотрите, — он взял из коробочки на столе что-то маленькое и протянул Диме. — Как по-вашему, что это такое?
Дима с недоумением вертел в руках нечто, напоминающее человеческий зуб, но выращенное из пористого материала, напоминающего керамику.
— Заготовка для зубного протеза? Но почему такая пористая? В ней же пища застревать будет?
— Верно, заготовка, — Ребров не скрывал гордости и удовлетворения. — Только не для протеза, а для биоимпланта. Эту работу мы ведём совместно с министерством здравоохранения. Сама министр, Мария Дмитриевна Ковригина, это направление курирует. Слышали про стволовые клетки? Хотя вряд ли, это не ваша специализация... (Первые работы со стволовыми клетками в АИ упоминались в гл. 02-26)
— Слышал от подруги, она на биологическом учится, — ответил Дима.
— Тогда будет проще объяснить. Биологические ткани в теле человека — это тоже своего рода полимеры. Как я понял, — пояснил Сергей Иванович, — стволовые клетки — 'ещё не определившиеся в своей специализации'. Конечно, напечатать можно и протез, и мы уже пробуем это делать, хотя сложность формы нас пока сильно ограничивает. Но биологи уже пошли дальше. Сначала они попробовали вводить стволовые клетки в материал пломбы, чтобы инициировать выработку дентина и зарастить повреждение в зубе. (аналог технологии — https://hightech.fm/2016/07/04/regenerative_fillings). Но основная проблема была в восстановлении повреждённых каналов и кровеносных сосудов. Мы попробовали напечатать кровеносную систему зуба в виде пористой структуры из коллагена — это белок соединительной ткани, его образец берётся непосредственно у пациента и выращивается. Опыты проводились на обезьянах в Институте космической биологии и медицины.
Затем эту пористую структуру пропитали стволовыми клетками, и имплантировали в рассверленный зубной канал. Как это ни удивительно, но искусственные кровеносные сосуды прижились.
(У обезьян прижились напечатанные на 3D принтере кровеносные сосуды https://ecotechnica.com.ua/technology/1836-u-obezyan-prizhilis-napechatannye-na-3d-printere-krovenosnye-sosudy.html)
— Тогда мы решили не останавливаться, и напечатали пористый каркас зуба из полимеров и содержащего кальций минерала гидроксиапатита. Потом пропитали его смесью с молекулами белков и стволовых клеток пациента. (коротко о технологии — https://hightech.fm/2017/01/10/teeth-repair и https://hightech.fm/2016/12/20/dental-pulp-regeneration). Зуб, кстати, оказался одним из самых сложных объектов — его форма графическими примитивами не описывается, пришлось под эту задачу дописывать для нашей программы построения трёхмерных моделей новый программный модуль, позволяющий перемещать отдельные вершины сетки и их группы, — рассказал Сергей Иванович. — Зато функционал программы сразу очень вырос, теперь в ней можно фактически построить модель любой формы, лишь бы памяти хватило.
Такой зуб можно использовать в качестве живого импланта, а материал — для восстановления повреждённых зубов. Пока опыты проводятся на крысах и обезьянах, но первые обнадёживающие результаты уже получены. (https://ria.ru/20191002/1559309882.html) Технология позволяет 'привлечь' к процессу регенерации зуба стволовые клетки из организма самого пациента, и буквально вырастить новый зуб на месте удалённого. У крыс зубы уже приживаются в лунке челюсти, дентин восстанавливается, но пока не решены некоторые вопросы и идут испытания на животных. Возможно, через несколько лет стоматологи будут лечить зубы совершенно новым способом. (https://ria.ru/20180823/1527096001.html)
— Вот это действительно звучит как фантастика, — Дима был впечатлён даже больше, чем когда увидел, как выращиваются детали из металлического порошка. Там всё было более-менее понятно, а вот вырастить новый зуб взамен удалённого — это было на грани чуда.
— Тем не менее, это работает. Медики ещё сами далеко не во всём разобрались, хотя эти стволовые клетки были открыты ещё в начале века. (1909 г А.А. Максимов) Тут я не специалист, могу что-то напутать, — предупредил Ребров. — Как я понял, они могут делиться вне организма, а, попадая в тот или иной орган, превращаются в клетки этого органа. Такая универсальная биологическая 'шпатлёвка' получается.
— Об этом можно рассказывать? — спросил Дима. — Моей девушке будет интересно узнать о таких достижениях.
— Даже нужно, — улыбнулся Сергей Иванович. — Вдруг она заинтересуется? Нам в новых проектах каждый специалист на вес золота.
По возвращении в Ленинград Дима рассказал Ире о том, что видел во Фрязино, подробнее всего, конечно, о печати зубных имплантов. Ира вначале даже не поверила:
— Да ладно! Живой зуб? Не протез? Может, он пошутил?
— Да нет, не похоже, он серьёзно так говорил.
На следующий день Ира принесла из библиотеки университета несколько статей об изучении стволовых клеток и показала Диме:
— Да, действительно, вот, нашла статьи о новом материале для зубных пломб, содержащем стволовые клетки пациента. Он сам восстанавливает дентин. Пока ещё идут опыты на животных и первые клинические испытания на добровольцах. Про реплантацию зубов я читала, эту методику уже применяют, но там понятно, там собственный живой зуб вынимают, лечат и вживляют обратно.
(временное удаление зубов для лечения корней, с последующей реплантацией https://d1.net-film.ru/web-tc-mp4/fs76830.mp4 август 1964 г)
А тут выходит, живой зуб создается искусственно, вообще с нуля! Да-а... никогда бы не подумала, что наука дойдёт до такого уже сейчас. Я думала, что это ваше рисование пластмассой только для детских поделок и бижутерии годится, а тут, оказывается, целое новое научно-технологическое направление! Ты не думал этим заняться?
— Думал, — кивнул Дима. — Собственно, это действительно область, смежная с производственной робототехникой. Установка трёхмерной печати — это тот же технологический робот, только более ограниченный в движениях. Надо попробовать что-то подобное сделать. Приводы нужны точные...
— Кстати, да, у тебя же ЭВМ есть! К ней можно приводы станка подключить?
— Можно, только её памяти ни на что серьёзное не хватит...
— А ты попробуй! Не зуб, конечно, но хотя бы какие-то простые детали для своих же роботов сможешь из пластика делать, — предложила Ира. — Вот, бутылки эти, прозрачные, из полиэтилентерефталата, нельзя использовать? Их же на любой помойке полно. Ты, вроде, говорил, что ПЭТФ тоже годится?
— И ПЭТФ, и нейлон, — кивнул Дима. — Нейлон даже лучше, тем более, нить нейлоновая продаётся. Но насчёт бутылок из ПЭТФ эта идея мне нравится. Надо попробовать.
— Если получится — сделаешь нам такую установку для факультета? — тут же предложила Ира. — А мы попробуем что-то биологическое напечатать... Теми же стволовыми клетками.
— Молекулу ДНК бы научиться печатать, — задумчиво произнёс Дима. — Там же, вроде, всего четыре аминокислоты в разных сочетаниях... Представляешь, когда-нибудь расшифруют ДНК, поймут, за что отвечает каждый ген, и тогда можно будет составлять заранее запрограммированные цепочки ДНК, а потом фактически выращивать живые организмы с нужными свойствами.
— Ну... это ты загнул, — рассмеялась Ира. — При нашей жизни, в лучшем случае, какие-нибудь полезные бактерии или микроводоросли научатся выращивать. Хотя да, было бы здорово скрестить, скажем, бактерии-экстремофилы с сине-зелёными водорослями и закинуть на Марс, чтобы они там углекислый газ в кислород переделывали. В 'Технике-молодёжи' и в 'Юном натуралисте' уже писали о такой возможности.
— А ведь у бактерий ДНК, наверное, попроще, чем у людей будет? — спросил Дима. — Ириш, берись за тему?
— У-у-у... сейчас только-только создаётся научный инструментарий для расшифровки генома... — ответила Ира. — Но идея, конечно, интересная... К тому времени, как я универ закончу, может, уже будут какие-то подвижки в этом вопросе. А пока, мне думается, оранжереи, земные и космические, будут более востребованы. Но я подумаю!
#Обновление 26.10.2020
Побывав на 'экскурсии' во Фрязино, Дима всё чаще задумывался о том, чтобы сделать собственный 3D-принтер, чтобы изготавливать в лабораторных, а то и в домашних условиях различные детали для своих проектов. Его останавливали несколько труднопреодолимых моментов. Прежде всего, для микро-ЭВМ 'Электроника-64' не существовало 3D-редактора, подобного тому, что он видел в НИИ-160. Да и сама микро-ЭВМ была слишком слабенькой, чтобы потянуть подобную работу. (попытки в 3D-графику на 8-битных компьютерах делались, но всё ограничивалось графическими примитивами вроде куба, пирамиды, конуса или различных выпуклых многогранников. )
Вторым сложным вопросом был размер рабочего поля. Даже на установках, с которыми работали в Политехе, размер предметного столика обычно был 200х200 миллиметров. Машина со столиком 300х300 на кафедре была только одна — это был здоровенный агрегат, на котором отрабатывали печать металлом, меняя рабочие органы. Экспериментировали с расплавлением металлических порошков лазерным лучом и токами высокой частоты, а также с подачей присадочной проволоки в дугу электросварки в среде защитного газа. С этим получалось даже лучше и относительно недорого, так как использовали детали и узлы от серийного сварочного полуавтомата.
Для отработки техпроцесса этих размеров вполне хватало, но Дима хотел бы получать из пластика изделия побольше, особенно корпусные. Теоретически, корпуса можно было собирать из нескольких деталей, но они пока что получались не слишком ровные и выглядели не особо презентабельно в сравнении с фабричными, отлитыми под давлением в полированных пресс-формах. Выращенные детали из ПЭТФ выходили полупрозрачными, и на них мелкие дефекты поверхности были не так заметны. К тому же на плоских поверхностях их можно было 'заретушировать', слегка прижимая к пластику подогретую металлическую пластинку. Полностью дефекты не убирались, но становились меньше.
Дима посоветовался с Юревичем. Евгений Иванович внимательно его выслушал, а затем взял с полки новенькую книгу и вручил ему. Дима с интересом прочёл название — 'Теория решения изобретательских задач'.
— Этот предмет у вас будет читаться на четвёртом курсе, но я думаю, вам уже стоит с ним ознакомиться, — пояснил Юревич. — У вас уже есть определённый опыт изобретательской деятельности. Если подкрепить его теорией, полагаю, вы сможете достичь неплохих результатов.
Книгу Дима начал читать уже в транспорте. Нельзя сказать, что он сразу всё понимал, но изложенный в учебнике алгоритм решения задачи, пусть и весьма обобщённый, неплохо описывал возможные пути решения. Оторвавшись от книги, Дима попытался выйти за рамки привычных, обыденных представлений.
'Так... печатающая головка у нас ездит по перпендикулярным направляющим. Габариты рабочего столика определяются размерами корпуса и направляющих. Именно корпус всё ограничивает, чем он больше, тем аппарат получается дороже и габаритнее. Если даже сделать столик размером метр на метр, такую бандуру дома и поставить будет некуда... стоп! А зачем ему вообще корпус? Чтобы крепить направляющие. И только. А если их закрепить на столике? Нет, столик должен подниматься и опускаться, чтобы можно было вырастить высокую деталь... Можно поднимать печатающую головку вместе с направляющими, но при большой их протяжённости сложно избежать перекоса, а платформу Гью-Стюарта в домашних условиях не сделать...'
