Юный техник, 2010 № 09

Суть проблемы начальник сектора «Интеллектуальные полимерные композиционные материалы» Всероссийского научно-исследовательского

— В наши дни на смену металлу в авиации все чаще приходят полимерные композиты. Они и прочнее и легче алюминиевых сплавов, а по ряду характеристик превосходят даже титан. Что такое композит? Это переплетение, если хотите, сетка из углеродных и оптико-волоконных нитей, залитая синтетической смолой. И если периодически пропускать по волоконным нитям лазерные импульсы, то можно получать информацию о температуре материала, механических нагрузках на него и прочие характеристики.

А такая информация позволяет прогнозировать поведение той или иной детали и своевременно принимать меры, чтобы она не разрушилась. В итоге у технологов при создании, например, пассажирского авиалайнера Ту-204 появилась возможность примерно на треть уменьшить вес крыльев авиалайнера при сохранении прочности. И это только начало…

На этой модели отрабатывают алгоритмы автоматического управления железнодорожными составами.

Контроль за перегрузкой конструкции ракеты или вертолетного ротора тоже можно осуществлять с помощью материалов с «нервами». И на земле подобным материалам найдется сфера применения. Например, «нервная система» моста включает в себя элементы, чутко реагирующие на превышение механических нагрузок; это могут быть датчики из сплава с «памятью», сюда же могут быть добавлены и сенсоры коррозии.

Робот нового поколения сможет держать в своих механических руках даже яйцо. Такую чувствительность ему обеспечивает искусственная многослойная «кожа», в которую помещены пьезоэлектрические датчики.

А вот вам еще одно применение «умных» материалов.

Между динамиком и микрофоном, который улавливает звуки, стоит стенка из пьезоэлектрической керамики. Микрочип управляет стенкой так, что пьезоэлектрика действует против звуковых колебаний. Около микрофона стоит чувствительный элемент, задающий звуки разной частоты, с тем чтобы они могли прорваться через пьезоэлектрический барьер. Но все ухищрения этого элемента напрасны: в комнате стоит полная тишина, пока стенка закрывает микрофон. Такая же пьезоэлектрика, встроенная в обшивку фюзеляжа самолета или в детали, отделяющие двигатели от салона с пассажирами, не добавляя лишних килограммов, может обеспечить тишину там, где размещаются люди.

И на очереди — создание материалов, которые будут перестраивать свою структуру в зависимости от нагрузки. Они будут словно бы напрягать свои «мышцы», как это делают живые существа, когда им приходится нападать или защищаться. Машины из таких материалов будут, как минимум, на порядок превосходить возможности нынешних.

Обычно, когда речь заходит о суперкомпьютерах, то многие представляют себе целый машинный зал, заполненный металлическими шкафами, битком набитыми электронными блоками. В принципе, в большинстве случаев суперЭВМ так и выглядят.

Но вот недавно сотрудники Российского федерального центра и Всероссийского НИИ экспериментальной физики создали для оснащения конструкторских бюро, исследовательских лабораторий и т. д. сравнительно небольшие программно-аппаратные комплексы на базе компактных суперкомпьютеров.

Производительность одной компактной универсальной суперЭВМ составляет 1,094 Тфлоп/с, что соответствует производительности 40–50 самых современных персональных компьютеров. Причем 144 процессора такой электронно-вычислительной машины потребляют не больше, чем электрический чайник. А стоимость такого компьютера габаритами с тумбочку письменного стола — не более 2,2 млн. рублей. Причем установка такой машины не требует никаких специальных инженерных систем.

Универсальные суперЭВМ могут входить в комплексы для моделирования процессов в атомной энергетике, авиационной промышленности, автомобилестроении, использоваться для трехмерного инженерного проектирования в других отраслях техники, написано в прессрелизе НИИ экспериментальной физики. А специализированные комплексы используются для прогнозирования погоды, компьютерном моделировании…

Говоря проще, суперкомпьютеры ныне позволяют имитировать процессы, происходящие при ядерных взрывах, при горении ракетного топлива, соударении автомобиля с препятствием, не прибегая к натурным испытаниям. А это, понятное дело, экономит и время, и деньги.

Интересный вычислительный комплекс для пространственного видеоанализа движения продемонстрировал на выставке и Институт прикладной математики и механики Национальной академии наук Украины.

Выглядит это, например, так. На костюм спортсмена в различных местах прикрепляют множество светодиодов-маркеров, затем его бег, прыжки, различные приемы снимают три видеокамеры с разных точек. Полученная информация поступает в компьютер, который ее обрабатывает и анализирует, правильно ли выполняет спортсмен тот или иной прием, указывает на характерные ошибки.

Комплекс может быть также использован в лечебной медицине, в балете, цирковом искусстве и при обучении рукопашному бою. В последнее время пространственный видеоанализ движений думают использовать для создания компьютерных мультфильмов. Датчики, расположенные на теле актера, позволят затем перенести в компьютер все его характерные движения. А потом их в точности повторит компьютерный персонаж.

Со времен Ньютона, проследившего за падением легендарного яблока, всем нам известно, что на каждое материальное тело действует сила тяготения. Однако известно ли вам, что сила тяжести не только на разных планетах, но и на Земле не всюду одинакова?

Узнать это позволили гравиметры. Самый простой из них был изобретен еще Галилео Галилеем. Помните, как в учебниках описываются его опыты по бросанию предметов с верхушки наклонной Пизанской башни? То же самое происходит и в баллистическом гравиметре, конструкция которого разработана сотрудниками Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук. Шарик падает внутри вертикальной трубки примерно метровой длины, откуда выкачан воздух. А скорость его падения точнейшим образом замеряет лазерный интерферометр с рабочей длиной волны 532 нм.