Все эти роботы-часы уже выпускаются серийно и могут быть приобретены, правда, за сравнительно высокую плату.
Совсем скоро можно будет говорить и о мощной центральной микро-ЭВМ, управляющей всем комплексом ведения домашнего хозяйства - от стирки белья и приготовления пищи до регулирования температуры и влажности воздуха в квартире.
Эти чудеса микроэлектроники не являются фантастикой: вот последние известия с фронта компьютеризации.
Компьютер для домашних работ, который сможет обучать детей по заданной программе, управлять электроплитой и стиральной машиной, следить за расходом электроэнергии, самостоятельно выписывать счета и делать десятки других домашних работ, - эта мечта скоро станет реальностью для многих болгарских домохозяек. Такой прибор будет производить приборостроительный завод в городе Правец после окончания его реконструкции.
По мере того как БИСы преобразовывают ЭВМ в товары массового потребления, они становятся достаточно простыми, чтобы ими могли пользоваться буквально все!
И сейчас уже нет сомнений, что микропроцессоры и микро-ЭВМ найдут широчайшее применение в быту, а также в автоматизации технологических процессов практически любой отрасли народного хозяйства. Это будет не только управление отдельными станками и роботами, но и целыми производственными комплексами в машиностроении, в обрабатывающих отраслях промышленности. Они примут участие в создании гибких производственных систем. Они облегчат управление не только отдельными тракторами, комбайнами и другими агрегатами, но и целыми комплексами в сельском хозяйстве.
Они освоят диагностику, наблюдение за больными, проведение анализов в медицине или уплотнение каналов связи и ускорение передачи информации в технике связи. Трудно назвать сейчас такую отрасль, где бы микрокомпьютеры не совершили или не совершали революцию.
УМНЫЕ ВЕЩИ
Если бы микропроцессор не сделал ничего более, кроме уменьшения размеров существующих компьютеров, и то он был бы достоин глубокого уважения. Однако микропроцессор сделал больше - он преобразил лицо обычных вещей. Благодаря низкой стоимости стало возможным включить микропроцессор в большинство обычных машин и аппаратов. Любую машину микропроцессор наделил способностью принимать решения, хранить в памяти программу работы и инструкции на различные случаи "жизни", автоматически регулировать свою работу в зависимости от складывающихся условий. За это чудесное преображение микропроцессор достоин самого величественного памятника.
Наша электронная промышленность уже в течение ряда лет выпускает несколько наборов микропроцессоров и типов микро-ЭВМ. Они нашли широкое применение в технологическом оборудовании для производства электронных изделий, и сейчас настал черед внедрения их в различные массовые объекты народного хозяйства. В чем принципиальные преимущества использования в массовых объектах управления микропроцессоров и микроЭВМ?
Главное, пожалуй, состоит в малых габаритах, небольшой потребляемой мощности и в более низкой стоимости микропроцессорных вычислительных систем, которая еще более снижается при использовании однокристальных моделей, где в одной кремниевой пластинке объединены микропроцессор и запоминающие устройства. Уже одно это позволяет применять микровычислительную технику в тех областях, где ранее вычислительные и управляющие машины были недоступны из-за "барьера стоимости" и невозможности организовать выпуск десятков и сотен тысяч машин в год.
Благодаря минимальным размерам микропроцессорную систему можно разместить под суппортом станка, в кабине трактора, в корпусе робота-манипулягора, в магнитофоне, в телефонном аппарате. В сочетании с доступностью это позволяет вводить микропроцессоры в устройства, где ранее применение вычислительной техники было невозможным или нерентабельным.
С применением микропроцессоров уже выпускаются некоторые типы измерительной, связной (в том числе телеграфной), медицинской, бытовой аппаратуры, систем электронного управления металлообрабатывающими станками, автоматизированных систем управления технологическими процессами - АСУТП.
"Одномодульная" ЭВМ внутри кассового аппарата сама оформляет чеки и счета, сама, если нужно, контролирует наличные запасы товаров. В электронных стимуляторах сердечной деятельности она регулирует число ударов сердца. Она устанавливает рабочую температуру в термостатах, настраивает радиоприемники, перекачивает газ по магистральным трубопроводам, управляет режимом работы автомобильных двигателей... Ей доверяются роботы. То же самое можно сказать и о научноисследовательской аппаратуре, такой, как установка для синтеза генов. Машины теперь сумеют работать гибко и осмысленно, и это вызовет взрывообразный рост производительности труда, о котором мы потом в один прекрасный день будем, вероятно, говорить как о "второй промышленной революции".
Еще пример - автомобильный двигатель. Оптимизируя режим его работы, микропроцессор может обеспечить экономию не менее 10 процентов горючего. С его помощью можно создать систему автоматического включения и выключения светильников в жилых помещениях и на лестничных клетках, которая реагирует на присутствие человека. Внедрение таких систем только в крупных городах может обеспечить годовую экономию не менее 1,3 миллиарда киловатт-часов электроэнергии.
Другое перспективное направление использования микропроцессорной техники в быту - устройства, позволяющие отображать на экранах телевизоров тексты с разнообразной справочной информацией, с расписанием движения транспорта, сведения о репертуаре театров и кино, сводки погоды и т. п. Широкое применение найдет микровычислительная техника и в других бытовых радиоэлектронных приборах.
Сейчас уже нет никаких сомнений, что микропроцессоры и микро-ЭВМ найдут широкое применение в быту, в автоматизации технологических процессов практически любой отрасли народного хозяйства, в самых разных сферах обслуживания человека. Это управление не только отдельными станками, но и сложными производственными линиями в машиностроении, в обрабатывающих отраслях промышленности и создании гибких производств с применением роботов.
Микропроцессор преображает лицо обычных вещей.
Мы давно привыкли к словам "АСУ заводом", "АСУ цехом", "АСУ транспортными потоками". Сейчас приходится привыкать и к таким, как "АСУ стиральной машиною", "АСУ сверлом", "АСУ лифтом", "АСУ автомобилем". Вот некоторые примеры.
Парижская фирма "Отнс" начала производить лифты еще в прошлом веке. Словом, опыт есть. Последняя разработка - вертикальное средство транспорта со специализированной мини-ЭВМ "Элевоник" и синтезатором человеческого голоса. Говорящее устройство сообщает направление движения, предупреждает о перегрузке кабины, советует, как лучше вести себя в скоростном лифте. Всего предусмотрено 110 фраз, включая и приветствие. Но основная функция ЭВМ - экономить энергию.
Блок логики учитывает этажи здания, где больше всего входит людей, и около них держит свободные кабины.
Радиотелефон в автомобиле - далеко не новость.
Финские и шведские инженеры установили в такси еще и небольшой ящичек, в котором скрыто печатающее устройство, заимствованное у компьютерных систем телеобработки данных. Теперь водитель получает радиозаказ на вызов в виде напечатанного текста с точным адресом и фамилией, временем необходимого прибытия и маршрутом. Это гораздо удобнее, чем самому записывать, держа одну руку на баранке руля и приживая трубку плечом к уху. Дальность такой связи 25 километров.
Роль микропроцессора, печатающего текст телеграммы, на этом не кончается. Он служит еще и электронным счетчиком, и сверхбыстрым бухгалтером. В конце рабочего дня он сам подсчитывает всю выручку, количество посадок, километраж пробега, часы простоя, расход бензина, среднюю скорость за день. Водитель нажимает кнопку, получает чек с отпечатанными данными и отправляется в диспетчерскую.
Инженеры комбината РФТ (ГДР) снабдили свою новую АТС электронной машиной третьего поколения. Тем самым и весь телефонный узел перешел в разряд третьего поколения. Электроника уменьшила габариты АТС и увеличила число абонентов. Она на 40 процентов экономит электроэнергию по сравнению с прежними типами и берет на себя весь анализ неисправностей, сообщая на центральный пульт координаты места повреждения.
Что касается выгод для абонентов, то их даже трудно перечислить. К примеру, можно, набрав вечером код на домашнем телефонном аппарате, заказать на утро акустический сигнал, заставляющий вас проснуться. Когда вы разговариваете с одним человеком, а вам звонит другой, ЭВМ обращает ваше внимание на это, вызывая предупреждающее постукивание. Не вешая трубку, вы можете попрощаться с первым и начать переговоры со вторым абонентом. А потом нажатием одной кнопки снова вызвать первого.
Дрель - инструмент универсальный, им пользуются люди самых разных профессий, не говоря уже об умельцах. Западногерманский завод механизированного инструмента "Фаин" первым снабдил электродрель компактным микропроцессором. Что же это дает, кроме удорожания?
Прежде всего чудеса электроники повышают долговечность этого ручного инструмента, и высокая цена быстро окупается. Дело в том, что маленький компьютер как бы чувствует сопротивление материала - четко отличает, например, бетон от древесины, пластмассу от алюминия и бесступенчато регулирует обороты и величину вращательного момента. Это особенно важно, когда отверстие сверлится в нескольких наложенных друг на друга деталях из разных материалов. Кроме того, он экономит электроэнергию. Если вы дрелью завинчиваете шурупы, то мотор автоматически отключается при малом усилии, то есть при холостом ходе в конце операции.
Такие "интеллектуальные" машины теперь смогут работать гибко и осмысленно, и это вызовет взрывообразный рост производительности труда, о котором в один прекрасный будущий день мы, вероятно, будем говорить как о "второй промышленной революции". Такой рост производительности делает экономически выгодным использование устаревших, казалось бы, безвозвратно канувших в Лету машин, например паровоза, парусника и ветряных мельниц. Трудно в это поверить, но ветряная мельница с микропроцессором или паровоз, или паруса, управляемые мини-ЭВМ, - это не шутка.
Вот характерные примеры. Голландия - классическая страна ветряных мельниц. Еще около ста лет назад там насчитывалось десять тысяч деревянных ветряных мельниц, которые и зерно мололи, и выкачивали воду с полей, расположенных ниже уровня моря. Теперь в стране осталось около 900 этих ветеранов, но они не столько работают, сколько служат украшением ландшафта на радость туристам. Между ними жужжат уже своими пропеллерами тысячи новых мельниц, современных, экономичных, предназначенных только для выработки электроэнергии. Владельцы теплиц и небольших предприятий охотно пользуются теперь ветряками, чтобы не платить электроконцернам огромные деньги за энергию. Эксперты полагают, что в Голландии можно установить до 400 тысяч небольших ветряков с диаметром крыльев 10 метров. Идут разговоры о создании "парков ветряных мельниц", где несколько десятков ветряков, управляемых компьютерами с гидравлически переставляемыми пропеллерами, могли бы использовать энергию ветра самым эффективным образом. А в городке Паттен недавно вступила в строй опытная ветротурбина высотою 22 метра, ее роторные пропеллеры имеют в диаметре 25 метров.
Многие попытки возродить "эру парусов" на морях продиктованы лишь ностальгией по быстроходным - клиперам прошлого. Но есть и другие мотивы. Одна из английских фирм начала разработку парусной оснастки для современных торговых судов в качестве вспомогательной "силовой установки". По заявлению руководства фирмы при проектировании используются последние достижения в аэрокосмической промышленности и судостроении. Ставится цель создать систему парусов, полностью управляемую ЭВМ, что обеспечит постоянную наивыгоднейшую их установку с помощью сервомоторов.
Таким образом, не потребуется большой команды для ее обслуживания. По расчетам, внедрение этой системы позволит судовым компаниям экономить до 20 процентов топлива.
Уже год на регулярных торговых линиях в Китайском море ходит танкер "Син Аитоку мару" с автоматизированными парусами и двигателем. Обследованы разные комбинации скорости танкера и мощности двигателя - паруса всегда оказывались выгодными. Так, по одной из записей в вахтенном журнале: при скорости 20,4 км/ч при убранных парусах от двигателя требовалась мощность 612 кВт (834 лошадиные силы), при поднятых - скорость повышалась на 2,8 км/ч, а мощность уменьшалась на 73,5 кВт, то есть на 12 процентов. Топлива за год сэкономлено на 180 тысяч долларов.
Две мощные железнодорожные компании США - "Берлингтон Нортерн" и "Чесси Систем Рейлроуд" - в настоящее время серьезно заняты проблемой внедрения паровозов нового поколения на угольном топливе в качестве перспективной альтернативы дизелям и электровозам. В основе такой переоценки поездной тяги лежат два соображения: высокая стоимость нефти и техническая возможность создания совершенно новых паровозов с использованием автоматики и электроники.
Новый локомотив "АСЕ 3000" будет иметь мощность 2200 киловатт, длину пробега без пополнения топливом 800 километров, скорость 130 километров в час. Он не будет дымить, как прежде. Это будет достигнуто благодаря двухступенчатому циклу с применением оптимального четырехцилиндрового парового двигателя и управлению процессом сжигания топлива с помощью микропроцессора. Так удастся избежать потерь пара, тепла, а значит, и потерь энергии. Существующие паровозы даже при благоприятных условиях имели к.п.д. 7 процентов. У нового он будет достигать 13.
РОБОТЫ ВНУТРИ НАС
Несколько лет назад 22-летняя Нэн Дэвис из Детройта, штат Огайо (США), попала в автомобильную катастрофу, следствием которой стал поперечный миелит.
Нэн была обречена на неподвижность, сообщает журнал "Изобретатель и рационализатор" (1983, No 6). "С помощью компьютера д-р Дж. Петровский вновь научил девушку ходить. К ножным мускулам были прикреплены 30 электродов и сенсорных датчиков. Электрические импульсы, посылаемые компьютером, стимулируют мышцы. С мускулов сигналы снова возвращаются на ЭВМ, чтобы машина могла координировать движения ног. Сейчас изобретатель работает над компактным компьютером размерами не больше 25X15 сантиметров, чтобы больной мог носить его с собой на спине. В дальнейшем д-р Петровский собирается вживлять микропроцессоры непосредственно в мышцы больных".
Идея создания искусственных "запчастей" к организму человека для замены больных или поврежденных органов не нова. Но только в наши дни тесное сотрудничество специалистов различных областей - от химии полимеров и аэрокосмической техники до микроэлектронной роботологии и биологии позволило предоставить медикам набор технических "чудес": искусственную кожу, искусственную кость и искусственную кровь, управляемые микропроцессором конечности, внутриглазные линзы, миниатюрные насосы, заменяющие поджелудочную железу, искусственные почки и кровеносные сосуды.
Здесь робототехническое моделирование человеческой природы становится опять самой природой.
Однако то, что выглядит легким в теории, на практике часто оказывается неимоверно трудным. Сердце, например, - это, попросту говоря, обыкновенный насос.
Однако он "обслуживает" около ста тысяч километров кровеносных "трубопроводов", делая по сто тысяч ударов ежедневно все 365 дней в году. И так в продолжение семидесяти лет и более! Несмотря на два десятилетня интенсивных и дорогостоящих исследовательских работ, достойное искусственное сердце все еще не стало реальностью. В университете штата Юта было разработано полностью искусственное сердце "Джарвик", насос из полиуретана и алюминия, приводимый в движение воздухом, но применяться на практике оно сможет самое раннее после 1987 года.
"К 1996 году бегуны на марафонские дистанции, снабженные "высокоэффективными искусственными сердцами, могут быть дисквалифицированы из-за своего несправедливого преимущества над остальными", - говорит доктор У. Колф из университета штата Юта.
Появились и другие не менее интересные изделия.
Электрокардиостимуляторы (электронные стимуляторы сердечной деятельности) уже носят в себе сотни тысяч пациентов, которым их вживили в организм для регулирования сердечных сокращений. Искусственные кровеносные сосуды из полиэфирного волокна используются для помощи пациентам, страдающим сужением просвета артерий. Многим делается замена больного тазобедренного сустава искусственным. Эта операция теперь почти всегда проходит успешно после того, как начали применяться конструкционные материалы из акриловой пластмассы и высокопрочных сплавов. Другим общеупотребительным устройством является искусственное стремечко из нержавеющей стали и тефлона (фторопласта) для замены крохотной ушной косточки, по форме похожей на стремя и располагающейся внутри среднего уха. С его помощью восстанавливают слух больным, страдающим глухотой из-за отосклероза (патологического разрастания костной ткани).
С появлением микроэлектроники стали возможными революционные изменения в области создания искусственных конечностей. У истоков кибернетического протезирования стояли советские специалисты. Первая биоэлектрическая рука, созданная А. Кобринским, с успехом демонстрировалась на многих международных конференциях. Развитие этого направления в наши дни также не остается незамеченным. Оно воплощено в новом изобретении студентов и молодых инженеров МВТУ имени Н. Баумана, получившем премию Ленинского комсомола за 1981 год, - механической руке, управляемой биопотенциалами мышц. Рука послушно и точно повторяет движение своего повелителя-оператора. Тот, в свою очередь, при перегрузке робота ощущает электрические сигналы. Почувствовав, что машине приходится слишком тяжело, оператор может вовремя уменьшить нагрузку.
Это уже второе, очувствленное поколение биорук.
Активно ведутся эксперименты по созданию запчастей человеческих конечностей и за рубежом. Были разработаны так называемые "рука из Юты" и "бостонский локоть" (в создании которого участвовали четыре университета и исследовательских центра города Бостона).
Эти искусственные конечности, имеющие привод, изготовлены преимущественно из легких композитных материалов на основе графита и пластмасс. Они снабжены аккумуляторными батареями, микроэлектронными схемами и наборами электродов, которые прикрепляются к плечевым мышцам. Люди с ампутированными руками учатся управлять этими устройствами в значительной мере так же, как естественными конечностями, - используются биологические обратные связи. Мозг посылает мышцам команду двигаться. Сокращаясь в ответ на эти сигналы, мышцы вырабатывают импульсы биотоков, которые можно зарегистрировать с помощью электродов на поверхности кожи. Отсюда сигналы передаются к искусственной конечности и преобразуются в движения.