mary_spiri (mary_spiri) wrote,
mary_spiri
mary_spiri

Океанологическая роботехника

Наша наука океанология уже который год не устает меня поражать контрастами, в первую очередь - между благими намерениями и их практическим воплощением. Причем, практическое претворение в жизнь осуществляется обычно вполне разумными и квалифицированными людьми, что никак не меняет конечный результат, когда диву даешься, а о чем же все эти разумные люди думали, когда ТАКОЕ лепили?


Начнем по порядку: в Калифорнии в городе Монтерей есть знаменитая научная контора, Исследовательсткий Институт Монтерейского Аквариума, Monterrey Bay Aquarium Research Institute, в аббревиатуре МБАРИ (MBARI). Последние 20 лет одна из их програм была посвящена изготовлению и испытаниям автоматического робота для сбора образцов океанический воды и их последующего биологического анализа (Environmental Sample Processor, ESP). Ключевое слово тут "биологический", т.к. существует множество химических и биохимических сенсоров на всевозможные растворенные вещества и взвеси (кислород, нитрат, фосфат, пигменты, органический углерод, что угодно). Гораздо сложнее померить наличие и количество какого-нибудь микроорганизма, болезнетворной бактерии, водоросли, изготовляющей нейротоксин на радость всей пищевой цепи. A самое сложное - выяснить, что этот микроб в данный момент делает метаболически, активен ли он, жив ли, собирается ли делать свой токсин и заражать всех, кто в воде оказался. Обычные способы заключаются в отборе образца воды, далее микробов собирают и концентрируют путем фильтрования, после чего уже в лаборатории выделяют ДНК и РНК, и определяют, кто-кто в теремочке живет, всевозможными молекулярными методами, типа прочтения последовательностей ДНК, полимеразной цепной реакции (с использованием специфических праймеров) и т.д. И все бы хорошо, но эти методы дороги и требуют дней и недель лабораторной работы. Так что цель программы МБАРИ  - автоматизировать и ускорить все эти процессы, мерить количество конкретных микробов в реальном времени. Чтобы утром отправляясь на пляж, калифонийские серферы уже знали, есть ли в воде нейротоксин и производящие его диатомовые водоросли.

Разработанное МБАРИ приспособление я буду для простоты называть "робот". По сути он состоит из сервомотора, механической руки и трех стеклянных высокоточных шприцов для перекачки жидкостей. Рука манипулирует платиновыми кассетами с фильтрами, которые хранятся в специальном здоровенном плексигласовом держателе-карусели из 6 отделений, откуда рука их достает, и куда складывает после завершения обработок. Когда кассета с фильтром используется для сбора водяных микробов, шприцы просасывают воду сквозь фильтр, а потом впрыскивают реагенты для выделения ДНК и РНК. Еще есть всевозможные многоканальные клапаны для направленного движения реагентов и перемещения образцов из кассеты в кассету. Вообще схемы путей разнообразных жидкостей и образцов внутри робота по сложности напоминают схему Токийского метрополитена. A в верхней части робота находится его мозг - электроника, которая всеми процессами управляет, и либо программируется заранее, либо работает с оператором в режиме диалога.

Народ в МБАРИ собрался выдающийся, и они умудрились успешно решить массу сложных технических задач. Во многом эта разработка напоминала российских Кулибиных при совке, когда из подручных материалов на коленке склепывается нечто, вполне успешно выполняющее свою задачу, вроде не должно летать, а летает. При этом о массе деталей не то, чтобы забывают, а их откладывают на потом, в силу кажущейся малозначимости. Ну, например, электронику неплохо бы закрыть отдельным кожухом, ибо робот качает в себя сильно коррозионную морскую воду, а многие клапаны имеют дополнительные, ничем не заткнутые каналы, и если допустить ошибку, повернуть клапан в неправильное положение, то агрегат зальет водой. С другой стороны, свои разработчики ошибку не сделают, они все эти схемы знают наизусть. А кожух мешает легкому доступу к электронике, который нужен в процессе тестирования и разработки, поэтому кожух откладывается на потом. А "потом" все откладывается. Как заметил один знакомый американец, "завтра" обычно означает "когда-нибудь потом", а "потом" означает "никогда"... И постепенно дело доходит до успешного пуска, потом следующего, потом сразу несколько роботов вместе опускают под воду в холодный Тихий океан, на глубины 10-20 м. Там они в течение месяцa измеряли количество токсина и диатомовых водорослей, работая в полностью автономном режиме и посылая данные на сушу через спутниковый телефон в режиме реального времени.  А так же гоняли полимеразные цепные реакции и собрали целый архив из морских микробов. Ученые из МБАРИ написали статьи и радостно доложились на конференциях. Полный успех проекта, хотя многие  "малозначимые" проблемы так и остались отложены на потом. Ну и не надо: ребята из МБАРИ и так обойдутся, а деньги на работу выделяют ограниченные, дел впереди громадье: надо сделать версию робота для супер-больших глубин (>5 км), и портативного робота для использования в передвижных глайдерах, и еще новые анализирующие блоки разработать. Тут уж не до электроники, которую вообще-то стоило бы  все-таки убрать под кожух внутри робота, да ладно, хрен с ней.

И дальше все шло бы так же здорово, если бы не "внедрение" - агрегат-робот разработали с условием, что его будут продвигать в океанологические массы. Для этого надо наладить производство, а потом продажи клиентам, всяческим государственным агентствам (типа НОАА (NOAA), Охраны Природы (EPA, Environmental Protection Agency),  US Fisheries), научным институтам, всякому, кто хочет померить, а есть ли в воде нейротоксин и прочая дрянь биологического происхождения. И маркетинг тоже надо бы организовать вместе с ремонтом и технической поддержкой. МБАРИ всем этим заниматься не может - это научная контора, им не до того, и по статусу они не могут ничего продавать с прибылью (ибо живут на деньги благотворительного фонда от господина Хьюлетта, который был сотоварищем господина Паккарда в составе всем известного Хьюлетт-Паккарда). Тогда возникает идея создать дочернюю коммерческую компанию, чтобы двигать робота в массы. Нужны деньги - не проблема, можно привлечь инвесторов, пообещав им прибыли. И вот появился новый стартап, компания Спайгласс, задача которой состояла в продаже как можно большего количества роботов. Инженеры из МБАРИ передали им всю техническую документацию, и радостно отправились на новые проекты, к новым свершениям.

Спайгласс состояла из президента, программиста, пары лаборантов и десятка инвесторов, которые деньги дали, но мало, и тут же четко дали понять, что как можно скорее (например, завтра) хотят поиметь их обратно с большой прибылью. В результате Спайгласс оказался не в состоянии хоть как-то продолжить процесс разработки и доводки имеющегося робота, a электроника внутри так и осталась без кожуха. Непосредственно производство роботов у себя Спайгласс тоже наладить не мог, на создание производственных мощностей нужны серьезные деньги. Существует альтернативный путь, называемый новым русским словом "аутсорсинг", что в данном случае означало передачу производства роботов в универсальную механическую мастерскую, коих в Штатах действует очень много. Они сделают любой агрегат в сколь угодно малых количествах (начиная от единицы), однако же с высокой себестоимостью. И вот Спайгласс подрядил мастерскую в Массачусетсе клепать для них роботов, каждый из который стоил чуть не на порядок дороже, чем при массовом производстве, зато при этом не требовалось начальных капитальных вложений. Роботы делались все по тем же исходным чертежам от МБАРИ, без каких-либо модификаций, а так же без ноу-хау, т.е. абы как, размеры совпадают с заданными, и ладно. И куча мелких деталей оказалась не оговорена, например, какую смазку наливать в механику... Главное - чтобы при тестировании в лаборатории все крутилось и вертелось, как положено.  Тестирование проводили лаборанты-недоучки из Спайгласса (ибо где найти деньги нанять инженера?). А ребята из МБАРИ роботов для своей работы делали сами, поэтому их в общем невозможно было привлечь к технической поддержке Спайгласса, они не имели никакого отношения к производству в Массачусетсе.

Основная проблема с продажей новых роботов оказалась запредельная цена в четверть миллиона баксов. Она возникла из необходимости оплачивать аутсорснутое производство, платить зарплаты президенту Спайгласса и лаборантам, а также чтобы успокоить инвесторов, мол, видите, какой продукт дорогой продаем, значит прибыль скоро будет. Удивителен кретинизм инвесторов, мне кажется, что ущербность такой логики понять довольно легко. Однако же любые скидки с продажной цены вызывали дикую ярость Совета Директоров Спайгласса. Почему-то им казалось, что лучше продать одного робота за 250 тысяч, чем двух - за 400. Высокую цену подобного масштаба раньше могли себе позволить только государственные структуры, а они крайне медлительны, и им требуется постоянное подгоняние, т.е. для работы с гос агентствами необходимо нанять специальных маркетологов (маркетеров? маркитантов? продавцов?), а у них неплохие зарплаты (люди со связями, а это дорогого стоит). Итак Спайгласс просадил свой небольшой начальный капитал на подобного рода деятельность, и недавно был вынужден уволить программиста и обоих лаборантов... Продавать первых роботов пришлось со скидками (иначе не брали), инвесторы были сильно недовольны, денег новых не дали. По моим сведениям, Спайгласс нынче находится в глубокой заднице, и не думаю, чтобы он когда-либо смог оттуда выбраться. Ибо в нынешние времена денег уже нет и у государственных структур...

Наша контора попала в число первых покупателей совершенно случайно: наш Директор, хитрющий португалец Антонио, умудрился получить большой кусок денег на капитальное оборудование от Фонда Мердока. После покупки пары глайдеров осталась сумма в 160 тысяч, на третий глайдер не хватало, а оборудование должно было быть заметным, чтобы звучало, чтобы было, на что прилепить наш гордый логотип, и о чем в газете написать. Антонио умеет хорошо торговаться, и не прошло и 10 месяцев, как побежденный Спайгласс взял наши 160 тысяч в обмен на сделанного в Массачусетсе робота. В нашем центре народ собаку съел на всяческих подводных агрегатax, и привык чураться всего нового и необкатанного. Поэтому все наши инженеры и биогеохимики при виде робота разбежались, как тараканы. Осталась моя глупая шефиня: во-первых, она микробиолог, во-вторых, хочет быть полезна любой ценой, иначе боится, что ее выгонят. А так как делать при этом она мало чего умеет,  то далее по цепочке робот свалился на меня. Я продолжила это начинание и свалила заботы о роботе далее на нашу очень милую, но не сильно умную студентку, которой уже деваться некуда. Ну да ладно, в лаборатории робот работал и неплохо: фильтровал воду, варил отфильтрованых микробов, сбрасывал платиновые кассеты с получившимеся образцами во внутренний держатель-карусель. И тут давеча в начале февраля мы решили впервые вывезти своего робота в "поле" - в эстуарий реки Колумбия. Причем из осторжности речь не шла о спуске под воду, мы планировали оставить робота на пирсе, а воду к нему доставлять из реки насосом. Благо у нас есть свой пирс с насосной станцией и кучей сенсоров. Погода стояла обычная и привычная, 5-10 градусов Цельсия воздух, 6-7 градусов вода, сверху дождь, почти постоянно, изредка со снегом, шквальный ветер порывами, в общем, там 10 месяцев из 12 именно таковы. Недаром бедные первооткрыватели Льюис и Кларк жаловались в своих дневниках на климат в устье реки Колумбии, где им пришлось зимовать. Собралась нас целая толпа с фотографом (но без фанфар и шампанского). Часа три мы возились, устанавливая систему, что было весьма некомфортно (без крыши,  без cидений, под дождем, все 22 удовольствия). Когда все было готово, нажали заветную кнопку. А робот нам выдал сообщение: "Не могу повернуть карусель-держатель", и на этом заткнулся. Мы принялись звонить в Спайгласс: "что все это означает? почему не может?" Никаких механических затыков не было, карусели ничто физически не мешало, мы проверили. Прошло часа два, пока президент Спайгласса нашел кого-то из уволенных бывших лаборантов, кто смог дать ответ на наш вопрос. К тому времени мы несколько подзамерзли, и даже перестали материться. Ответ был такой: "роботу холодно". Оказывается, на холоду механика требует большего усилия для поворота карусели, а элекроника интерпретирует это как механический затык, требующий прекращения процесса... Решить проблему якобы можно, если задать другую, гораздо более медленную скорость поворота. Но это надо делать в лаборатории и дополнительно тестировать. Причем у МБАРИ таких проблем не возникало, они используют роботов при температурах от 4 градусов Цельсия (на глубинах более 100 м такая температура стоит круглый год), и все работает нормально. Скорее всего, массачусетские изготовители использовали не ту смазку для механики, т.к. им никто не сказал, что роботы должны работать при температурах ниже комнатной. И похоже, что подобная проблема уже проявлялась и до нас, так что по крайней мере понятно, что делать. Итак, приговаривая: "Ах, ему еще и холодно! А уж нам-то как холодно!", мы переволокли робота в лабу, и часам к 10 вечера добрались до дома - до ванны. А я все вспоминаю любимую книгу моей юности "Понедельник начинается в субботу". Там были самонадевающиеся ботинки, которые в общем работали, однако же стоили дороже мотоцикла, а также боялись пыли и сырости. Наш подводный робот стоит 160 штук и боится сырости (электроника внутри без отдельного кожуха), а также холода. А нам его еще гонять и гонять...
Tags: oceanology, science-biology
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments