Обычно на Пикабу я тестирую лампы, сегодня хочется поговорить про них максимально просто и понятно.
Разбираю я лампочки давно. Прям много лет уже и, честно говоря, это напоминает постоянный поиск компромиссов. На 10 протестированных лампочек приходится только одна, которая более-менее неплохая.
Ну и, казалось бы, это просто лампочка, фиг бы с ним, как-то светит и ладно, зачем париться? А дело в том, что свет не такой уж безопасный как нам кажется. По ссылочке найдете статью, что пугает сбитыми циклами дня и ночи, головными болями, усталостями и провокациями разных очень плохих болячек.
Я не медик, но давайте поговорим про это на бытовом уровне. Вот мы - люди, эволюционно развивались под светом Солнца (вскоре будем эволюционировать под светом монитора, но еще есть время). Вся наша тысячами лет подстраивалась именно под такой спектр излучения.
Вроде логично, значит нам нужны лампы, которые максимально похожи по своим спектральным свойствам на наше светило.
Таким образом (очень упрощенно и именно для нашего контекста), вводится величина которая характеризует похожесть этого вот излучения лампы на излучение солнышка. И она называется индексом цветопередачи - или Cri (Ra), является безразмерной величиной и измеряется от 0-100. Хороший индекс цветопередачи начинается с 90, в лампах же сегодня мы наблюдаем в основном индекс равный 80. Но иногда попадаются и неплохие экземпляры.
Индекс цветопередачи - это конечно хорошо, но наш естественный источник света имеет очень разные свои спектральные характеристики и сам по себе, например, цветовая температура.
И правда, индекс цветопередачи привязан к цветовой температуре, условно он без нее не имеет особенного смысла, так как это значение становится конем в вакууме. И эту штуку тоже я измеряю.
Видите дугу на этой, так называемой, диаграмме цветности? Вот она называется дугой абсолютно черного тела.
Не будем углубляться в понятия, но я всегда находил забавным что спектр абсолютно черного тела теоретический, а наиболее близким к нему физическим объектом является Солнце.
Когда я измеряю спектр излучения лампы (точка на диаграмме), она должна бы попадать на эту дугу, иначе излучение от нее нельзя назвать естественным.
На удивление, тут обычно производители не косячат.
Прекрасно, а что еще в этих лампах есть? Ну например излучение. Оно вообще как бы непрерывное или как лазер из звездных волн запускает импульсы? Вот у Солнышка вполне непрерывное. А у ламп что?
И тут, конечно, проблема. Лампочки светодиодные выдают свет именно условными импульсами (да-да, это бластеры). А задача вашего мозга при этом сгладить такую картинку и сделать из нее удобоваримую. Чтобы все было гладенько. Конечно же это тоже надо измерять - это называется коэффициентом пульсации.
С ним не все так просто, ведь если пульсации большие, но при этом их частота велика, то вроде как мозгу и хорошо, потому придумали целую диаграмму для понимания что хорошо, а что - нет.
Я почти закончил.
Есть еще такая штука как световой поток. При прочих равных, это то, сколько света даст лампа. фактически представьте что лампочку запихивают в некий объем с датчиками которые понимают сколько света с нее приходят на заданную площадь и потом выдают их интегральную величину.
И эту штуку тоже надо мерить и проверять - тут производители очень часто обманывают.
Вот вроде быстренько мы и прошлись по световым характеристикам ламп. Да, лампочка с виду устройство простое. Оно и правда простое. Но при этом, данная вещь всегда присутствует в нашей жизни. Так уж получилось. Подходите к выбору их с умом.
Существует мнение, что, разговаривая по сотовому, человек подвергается вредному для здоровья облучению, и это может привести к развитию онкологических заболеваний. Мы решили проверить, есть ли основания для подобных опасений.
Спойлер для ЛЛ:на сегодняшний день нет убедительных научных доказательств, что излучение от мобильных телефонов может провоцировать онкологические заболевания
О том, что разговоры по мобильному телефону провоцируют рак, в последнее десятилетие писали многие СМИ (например «Газета.ру», «Коммерсантъ», «Известия», News.ru, РИА «Новости») и другие информационные и развлекательные ресурсы. Встречаются подобные утверждения и на некоторых медицинских порталах, где эксперты советуют при звонках использовать гарнитуру или наушники для снижения негативного воздействия. Правда, в других источниках утверждается, что беспроводные наушники — не панацея и тоже вызывают рак. В Сети можно найти и публикации о том, что опасное излучение от смартфонов исходит постоянно, а не только во время разговора — поэтому, например, для профилактики онкологических заболеваний советуют не класть гаджеты ночью рядом с кроватью.
В 2022 году Международный союз электросвязи ООН заявил, что 73% населения Земли пользуются мобильными телефонами, в странах Европы и СНГ — более 90%. Из-за этого довольно сложно с применением научных методов выявить корреляцию между владением сотовым и появлением онкологических заболеваний — найти контрольную группу, которая много лет не пользуется такими устройствами, в современном мире почти невозможно. Широкое распространение сотовые приобрели относительно недавно, и если они действительно провоцируют развитие рака, логично было бы предположить, что с ростом их числа должно расти и количество онкологических больных. Однако Национальный институт рака США утверждает, что в течение последних десятилетий среднегодовое число новых диагностированных случаев рака мозга и других органов центральной нервной системы оставалось на одном и том же уровне.
Опасения, что мобильники могут вызывать рак, связаны с тем, что эти устройства испускают излучение. В этом и состоит принцип их работы — они сообщаются между собой, передавая радиоволны через вышки связи. Однако речь вовсе не о той радиации, при упоминании которой многие вспоминают про ядерные бомбы или аварию на Чернобыльской АЭС.
Излучение бывает ионизирующим и неионизирующим. Первое действительно способно повредить молекулы ДНК в организме человека, что в свою очередь может спровоцировать рак. К ионизирующему излучению относятся, например, рентгеновские или ультрафиолетовые лучи. Неионизирующая радиация, как считается, повреждения ДНК вызывать не может. К этому типу относится, например, излучение от микроволновых печей, компьютеров, мобильных телефонов и устройств, использующих технологии WiFi и Bluetooth.
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), Центры по контролю заболеваний(CDC) и Национальный институт наук о гигиене окружающей среды США, а также Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения утверждают, что на сегодняшний день нет научных данных, позволяющих утвердительно ответить на вопрос, может ли излучение мобильных телефонов провоцировать развитие онкологических заболеваний. С этим согласны и эксперты Национального центра рака США, которые провели обзор наиболее качественных исследований в этой области и также не обнаружили сколько-нибудь убедительных результатов, подтверждающих, что излучение мобильного телефона может спровоцировать рак.
В 2018 году эксперты Национальной токсикологической программы США опубликовали результаты эксперимента, в ходе которого лабораторных крыс и мышей на протяжении всей жизни подвергали воздействию излучения. Оно было подобно тому, которое используется в технологиях сотовой связи 2G и 3G. Учёные действительно получили доказательства, что у животных существует связь между облучением и развитием злокачественных новообразований сердца, мозга и надпочечников. Тем не менее, исследователи отмечают, что воздействие на крыс и мышей в ходе эксперимента нельзя сравнивать с тем, которому подвергается человек, используя мобильный телефон. Во-первых, учёные облучали всё тело грызунов, тогда как у людей излучению подвергаются лишь небольшие участки тела. Во-вторых, минимальный уровень воздействия радиации на подопытных грызунов был равен максимально допустимому в США воздействию излучения от телефона на человека. Максимальный же уровень воздействия на животных превышал допустимый для людей в четыре раза. Дольше было и время воздействия — около 9 часов в день. Мало кто из людей каждый день разговаривает по сотовому так долго.
Уровень воздействия излучения от телефона на человека определяется с помощью удельного коэффициента поглощения (SAR). Это мера скорости поглощения радиочастотной энергии телом от измеряемого источника — в данном случае от гаджета. Производители обязаны проводить соответствующие тесты — и для попадания в магазины максимальные значения SAR должны быть ниже тех, что надзорные органы той или иной страны считают безопасными. В 2023 году Национальное частотное агентство Франции запретило в стране продажи iPhone 12 из-за превышения допустимого показателя. Компания Apple заявила, что смартфон действительно мог испускать несколько более интенсивное излучение, но только в том случае, когда он лежал на статичной поверхности и не соприкасался с телом человека, а агентство просто не учло этот нюанс при тестировании. Тем не менее, производитель айфонов выпустил обновление программного обеспечения для французских пользователей, где это нарушение было устранено.
Было бы логично, что обеспокоенные покупатели могут выбирать аппараты с наиболее низкими показателями SAR, чтобы снизить риски, однако этот показатель не отражает реальной картины. Дело в том, что в документацию вносятся только максимальные значения SAR, которые наблюдаются в самых экстремальных условиях эксплуатации. При обычном использовании эти показатели иные — и нет никаких гарантий, что если один телефон показал более низкий SAR во время тестов, чем другой, то и при стандартной эксплуатации его SAR будет также ниже.
Международное агентство по исследованию рака классифицирует воздействие мобильных телефонов на здоровье человека как «возможно канцерогенное», даже несмотря на то, что бльшая часть научных исследований не выявила прямой взаимосвязи и многие авторитетные медицинские организации её отрицают. Впрочем, почти все исследователи сходятся во мнении, что для однозначного ответа на вопрос, может ли излучение от сотового телефона вызывать рак, необходимы обширные дополнительные исследования, в том числе на людях. Их проведение в значительной степени осложнено тем, что регулярное воздействие на людей большими дозами излучения невозможно по этическим соображениям, поэтому основным методом становится статистический, основанный на самоотчетах пользователей. При этом достоверность предоставляемых сведений установить сложно, ведь люди с диагностированным раком и без него могут по-разному оценивать частоту и длительность использования телефона, диагноз может искажать их восприятие. Кроме того, опухоли мозга часто отрицательно влияют на когнитивные функции, что также осложняет опрос больных. Ещё одна сложность проведения исследований состоит в том, что мобильные телефоны постоянно совершенствуются, в том числе с точки зрения безопасности, поэтому данные о воздействии, которое могли оказывать модели начала 2000-х, уже не актуальны для современных смартфонов.
Стоит отметить, что большая часть исследований посвящена воздействию излучения, аналогичного тому, что используются в сотовой связи типов 2G и 3G. Сейчас активно развивается сотовая связь нового поколения — 5G. Её влияние на человека и животных в долгосрочной перспективе пока не изучено. Излучение, которое используется для 5G, более высокочастотное, однако оно всё ещё относится к неионизирующему типу излучения, которое не может разрушать ДНК. Кроме того, высокочастотным радиоволнам сложнее проходить сквозь ткани и предметы, а значит есть основания полагать, что воздействие волн сетей 5G на внутренние органы человека ещё менее вероятно.
Чтобы максимально снизить риски негативного воздействия излучения от сотовых, эксперты CDC советуют пользоваться гарнитурой и громкой связью. Беспроводные Bluetooth-наушники тоже излучают радиочастотные волны, однако их мощность во много раз ниже, чем у мобильных телефонов. С этим советом согласны специалисты ВОЗ, Национального центра рака США и Американского онкологического общества. Кроме того, стоит избегать звонков при слабом сигнале сети, поскольку это приводит к увеличению мощности радиочастотного излучения сотовых телефонов.
Чрезмерное использование смартфонов может быть опасно для здоровья и безотносительно излучения. Например, на аппаратах оседает огромное количество микробов, так как люди пользуются устройствами практически везде — от общественного транспорта до туалета, и дезинфицируют их значительно реже, чем моют руки. Поэтому, вероятно, лишний раз подносить гаджеты к лицу — действительно не самая удачная идея. Впрочем, то же самое касается и наушников — если регулярно их не дезинфицировать, можно занести в уши инфекцию. Кроме того, в 2017 году корейские учёные провели магнитно-резонансную спектроскопию (вид исследования, которое помогает выяснить химический состав мозга) 19 молодым людям с диагностированной зависимостью от смартфонов и интернета, а также их 19 здоровым сверстникам. Выяснилось, что чрезмерное увлечение мобильным телефоном, по всей видимости, вызывает химические изменения в работе мозга, из-за чего повышается вероятность развития депрессии, тревоги и бессонницы. И это далеко не весь список проблем, к которым может привести злоупотребление мобильным телефоном.
Таким образом, почти все авторитетные медицинские организации сходятся во мнении, что несмотря на годы исследований на сегодняшний день не существует убедительных научных доказательств, что излучение от мобильных телефонов может провоцировать онкологические заболевания. Во-первых, частота, на которой они передают данные, слишком низкая и не способна разрушить молекулы ДНК человека (что и вызывает развитие рака). Во-вторых, надзорные органы разных стран устанавливают безопасный уровень излучения, и все аппараты, поступающие в продажу, должны ему соответствовать. Поэтому не важно, сколько процентов зарядки осталось у телефона, подключён ли он к зарядному устройству или насколько хорош сигнал связи, излучение не должно превышать допустимый безопасный предел, в противном случае такое устройство не получило бы разрешительных документов или было бы снято с продажи. Тем не менее, всегда можно дополнительно снизить риски, разговаривая по телефону по громкой связи или через наушники (даже беспроводные, ведь излучение от них всё равно гораздо более слабое, чем от телефона).
Бобина – название происходит от французского слова bobine, что буквально означает «катушка». Представляет собой полый стержень для намотки гибкого материала в виде сплошного полотна – пленки, фольги, бумаги, картона, ткани.
Ширина определяется габаритами изготавливаемого изделия, в большинстве случаев – переплетной крышкой. Нужный размер задается с помощью бобинорезки – станка для продольной резки ленты сырьевого материала системой цилиндрических и дисковых ножей.
Главное требование к качественной бобине – плотная намотка. Имеет значение прочность втулки, создающая абсолютно круглое внутреннее отверстие. В таком виде конструкция приобретает необходимую жесткость, препятствующую деформации и порче материала.
Плотная бобина хорошо переносит транспортировку, не имеет заломов и помятостей, равномерно, без рывков и перекосов разматывается, что позволяет получить на выходе качественную продукцию.
Бобина может быть подающей, с которой материал сматывается и приемной – материал наматывается. В полиграфическом производстве применяются оба вида. Также используются бобины для упаковочной пленки и переплетного материала – ниток, проволоки, пружин, а также магнитной ленты
Пусть катушечные магнитофоны и лента переживают сегодня не такой буйный ренессанс, как винил и проигрыватели грампластинок, однако общий интерес к аналоговой записи привел к тому, что оборудование и записи данного формата сегодня пользуются огромной популярностью. В данной статье мы расскажем историю возникновения, расцвета и постепенного увядания катушечных магнитофонов или «бобинников», как их называли у нас в стране. И коснемся темы ренессанса ленты.
Чтобы появилась магнитная лента магнитофоны и прочее, для начала необходимо было открыть электричество. Предположительно в 600 году до нашей эры греческий математик Фалес Милетский обратил внимание на одно явление, при котором, если потереть мех о янтарь, то образуется притяжение (статическое электричество), а доказали, что 2600 лет назад были такие знания, археологи.
В раскопках близ Багдада 1936 года, археологи нашли глиняный горшок с железным прутом и медной пластиной, напоминает электрохимическую ячейку.
1600 год, английский физик Уильям Гилберт написал книгу «De Magnete» про статическое электричество, которое генерируется трением янтаря.
1646 год, Томас Браун использует слово «электричество» («electricity»), которое впервые появилось в научном журнале Pseudodoxia Epidemica.
1663 год, Отто фон Герике, изобрел примитивную форму фрикционной электрической машины.
1729 год, Стивен Грей открыл явление, называемое электростатической индукцией. 1752 год, Бенжамин Франклин доказал, что молния — это электричество. 1780 год, Луиджи Гальвани открыл биоэлектромагнетизм. 1800 год, Алессандро Вольта изобрел электрическую батарею. 1820 год, Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что электричество создает магнитные поля., это очень важное открытие, но до первой магнитной ленты еще далеко. В этом же году, Ампер изобрел электромагнит и электрический телеграф (система обмена текстовыми сообщениями «точка-точка»). 1831 год, Майкл Фарадей разработал электрическую динамо-машину. 1873 год, Джеймс Клерк Максвелл предположил, что электрические и магнитные поля движутся как волны со скоростью света, окончательно доказал эту теорию Генрих Рудольф Герц. 1879 год, Томас Альва Эдисон изобрел практичную лампочку, а 1882 году построил первую электростанцию в Лондоне. 1888 год, Николай Тесла изобретает переменный ток.
До записи звука, была механическая запись мелодий
875 год, братья Бану Муса изобретают «водный орган».
Водный орган или гидравлический орган — это тип трубчатого органа, продуваемого воздухом, где источник энергии, выталкивающий воздух, получается водой из природного источника или ручным насосом.
1796 год, Женевский часовщик Антуан Фавр придумал прототип будущей музыкальной шкатулки, который воспроизводил известные мелодии.
Рождение записи звука
1857 год, Эдуард Леон Скотт де Мартенвиль регистрирует патент, получивший название «фоноавтографа» —, первое звукозаписывающее устройство.
19 февраля 1878 года, Томас Алва Эдисон получил патент №200521 на фонограф. Это изобретение дало толчок к развитию исследований в сфере звукозаписи.
1887 год, Эмиль Берлинер (Emile Berliner) получает патент на граммофон.
1888 год, Оберлин Смит (Oberlin Smith) доказал возможность преобразования акустических колебаний в электромагнитные. Теоретически доказана возможность магнитной записи на стальную проволоку. 1896 год, Вальдемар Поульсен (Valdemar Poulsen) создал телеграфон, в качестве носителя выступала стальная проволока. 1898 год, на телеграфон выдан патент Поульсену.
1927 год, в Германии Фриц Пфлеймер (Fritz Pfleumer) патентует разработанную технологию изготовления магнитной ленты на немагнитной основе. Первые ленты имели бумажную основу.
1932 год, немецкая компания AEG купила права на патент Пфлеймера.
В середине 30-х годов ХХ века немецкая фирма BASF наладила серийный выпуск магнитофонной ленты, создававшейся из порошка карбонильного железа либо из магнетита на диацетатной основе. 1935 год, фирмы “AEG” и “IG Farbenindustri”, продемонстрировали на радиовыставке в Германии магнитную ленту на пластмассовой основе. В это же время фирма AEG запустила в производство студийный аппарат магнитной записи для радиовещания. Устройство назвали «магнетофон», в русском языке оно преобразовалось в «магнитофон».
1935 год компания AEG – Magnetophon K1
Первый магнитофон, в котором появилась привычная нам магнитная лента (Reel to reel или R2R), был продемонстрирован в 1935 году компанией AEG и так и назывался – Magnetophon K1. В первых образцах использовалась бумажная лента с нанесенным на нее слоем оксида железа, в более поздних образцах уже появилась подложка из поливинилхлорида – более прочная и удобная в обращении. Сам принцип магнитной записи на ленту был разработан совместными усилиями BASF и AEG.
По качеству воспроизведения бобинник уложит любой винил на лопатки. В чем уникальность олдскульных катушек? Ответ на поверхности. Магнитная лента отлично сглаживает цифровую резкость звука и сохраняет высокое качество воспроизведения. Противостояние винила и ленты разрешилось в 2013 году, когда критик из The Absolute Sound заявил, что новый катушечный магнитофон, подчистую разгромил самый высоко оцененный виниловый проигрыватель из всех, которые когда-либо обозревал журнал.
Технические особенности записи При записи сигнал с мастер-ленты необходимо сжать, чтобы он подходил динамическому диапазону винила. Потому приходится иногда срезать верхние и нижние частоты. Работаю с 1/4-дюймовыми лентами не требует сжимать и подгонять оригинальный сигнал, есть высокая вероятность перенести его с мастер-ленты практически без потери качества.
Минус у бобин один — это цена, оригинальная запись на катушке может стоить очень дорого.
Цена никогда не сравнится с подписками Яндекс Музыка или VK Музыка. И современных исполнителей на катушках не найти.
Но появилась у ленты и другая цифровая жизнь, магнитная лента не канула в лету еще по одной причине —, ленточные накопители продолжают использоваться для резервного копирования. Они остаются лучшим решением, по ряду параметров и самый главный параметр —- это цена хранения данных. Самым распространенным стандартом ленточных накопителей стал стандарт LTO (Linear Tape-Open).
Осенью 2017 г. компании RCloud by 3data, Fujifilm и «Мастертел» запустили «иерархический» облачный сервис ArcTape для длительного резервного и архивного хранения данных. Он основывается на использовании масштабируемой роботизированной ленточной библиотеки IBM TS3500 Tape Library с картриджами Fujifilm и программного обеспечения IBM Spectrum Storage Suite. Ленточная библиотека расположена в дата-центре облачной платформы RCloud by 3data.
Скорость доступа к данным и плотность записи у ленточных библиотек продолжают расти. По скорости записи новейшие ленточные картриджи LTO обогнали жесткие диски. Гарантированный срок хранения для картриджей Fujifilm — 30 лет.
Долгосрочное хранение данных на ленте обходится намного дешевле дисков. Кроме того, ленточные картриджи не потребляют электроэнергию, занимают меньше места, а так называемый «воздушный зазор» защищает хранимые данные от хакерских атак.
Как в 21 веке записать на катушку? Можно по старинке — переписать с винила на ленту, но как уже выше отмечалось, теряется качество. Или следуя модным традициям, найти Hi-Res файл. Но с такими подходом не получить все плюсы от магнитной ленты.
Форматы записи на магнитную ленту 6,3 мм (1/4″)
Инженерная мысль позволила при той же ширине магнитофонной ленты вместо двух дорожек, уместить четыре, тем самым вдвое увеличилась возможная длительность фонограммы, та позволила сделать стереофоническую запись, вместо четырёх монофонических фонограмм записывается две — каждая из которых содержит двухканальный звук.
Стандартные катушки в СССР для 6,3-мм магнитной ленты различали по номерам. «Номером» служил внешний диаметр катушки в сантиметрах: № 10, №13, № 15 и № 18. На импортных магнитофонах, а также на отечественных магнитофонах высшей группы сложности использовали катушки № 22 и №27.
Магнитная лента №10
Намотка (для 37 мкм), метров: 150
19,05 см/сек, минут: 13 одна сторона
Магнитная лента №13 Намотка (для 37 мкм), метров: 270
19,05 см/сек, минут: 22 одна сторона
Магнитная лента №15 Намотка (для 37 мкм), метров: 375
19,05 см/сек, минут: 30 одна сторона
Магнитная лента №18 Намотка (для 37 мкм), метров: 525
19,05 см/сек, минут: 45 одна сторона
Магнитная лента №22 Намотка (для 37 мкм), метров: 700
19,05 см/сек, минут: 60 одна сторона
Магнитная ленты №27 Намотка (для 37 мкм), метров: 1100
19,05 см/сек, минут: 96 одна сторона
Хранение бобин
Защищать от магнитных полей, не хранить рядом с трансформаторами питания и иными источниками мощных электрических полей, а также постоянными магнитами. Перенос через арочные металлоискатели, обычно проблем у магнитных лент не вызывает.
Рентгеновские лучи не оказывают влияния на магнитную ленту.
Лучшая защита при хранении и транспортировке магнитных лент — это металлические коробки, обеспечивающие зазор не менее 50 мм между лентой и наружной стороной коробки.
Температурный режим и влажность. Оптимальная температура 10-20 C и относительная влажность 30-40%. Современные ленты гораздо меньше подвержены воздействию данных факторов. Важно избегать резких перепадов температуры.
Чистота при хранении и эксплуатации, частицы пыли попавшие на ленту способны вызвать серьезные выпадения сигнала и создать повышенный износ головок.
Старение записи явно преувеличено. Исследования показали, что при правильном хранении качество записи остается практически неизменным в течении, как минимум, 50 лет. За это время уровень записи снижается на 3-4 дБ.
Бобины необходимо хранить только в вертикальном положении, и в футляре. При длительном хранении необходимо не реже одного раза в год производить перемотку ленты с одной катушки на другую.
Взять с собой побольше вкусняшек, запасное колесо и знак аварийной остановки. А что сделать еще — посмотрите в нашем чек-листе. Бонусом — маршруты для отдыха, которые можно проехать даже в плохую погоду.
Согласно докладу ООН, человечество создает электронные отходы почти в пять раз быстрее, чем перерабатывает их.
Экономические последствия этого весьма значительны. Хотя переработка электронных отходов приносит пользу, оцениваемую в 23 миллиарда долларов в виде стоимости от предотвращенных выбросов парниковых газов и 28 миллиардов долларов в виде восстановленных материалов, таких как золото, медь и железо, она также обходится недешево - 10 миллиардов долларов, связанных с переработкой электронных отходов, и 78 миллиардов долларов внешних затрат для людей и окружающей среды.
Таким образом, чистый годовой экономический денежный ущерб от электронных отходов составляет 37 миллиардов долларов. И ожидается, что к 2030 году эта сумма достигнет 40 миллиардов долларов, если не будут приняты меры по улучшению управления электронными отходами и политики в этой области.
Глобальный мониторинг электронных отходов за 2024 год был подготовлен Международным союзом электросвязи ООН и Учебным и научно-исследовательским институтом ООН.
Согласно отчету, ежегодное образование электронных отходов - выброшенных устройств с вилкой или батареей - растет на 2,6 миллиона метрических тонн в год и, как ожидается, достигнет 82 миллионов тонн к 2030 году, по сравнению с 62 миллионами тонн в 2022 году. Эти 62 миллиона тонн, говорится в докладе, могут заполнить 1,55 миллиона 40-тонных грузовиков, которые могут занять весь экватор.
Из 62 миллионов тонн электронных отходов, образовавшихся в мире в 2022 году, примерно 13,8 миллиона тонн было надлежащим образом переработано. Еще 16 миллионов тонн было переработано по незадокументированным каналам в странах с высоким и средним уровнем дохода и развитой инфраструктурой управления отходами.
Еще 18 миллионов тонн, по оценкам, было переработано в странах с низким и средним уровнем дохода, не имеющих развитых систем управления электронными отходами, через которые выделяются токсичные химические вещества. И последние 14 миллионов тонн были выброшены на свалки - тоже не самый лучший вариант.
Темпы создания и переработки электронных отходов варьируются в зависимости от региона. В Европе на душу населения приходится 17,6 кг электронных отходов, а на переработку отправляется 7,5 кг. В Океании - 16,1 кг и 6,7 кг соответственно. В Северной и Южной Америке - 14,1 кг и 4,2 кг.
Среднегодовой показатель официального сбора и переработки в Европе составляет 42,8 %, по сравнению с 41,4 % в Океании, 30 % в Северной и Южной Америке, 11,8 % в Азии и 0,7 % в Африке.
Авторы доклада призывают усилить официальную систему управления электронными отходами и следить за тем, чтобы инициативы по развитию возобновляемых источников энергии не подрывали экологические проблемы. Например, в докладе отмечается, что объем электронных отходов от фотоэлектрических панелей, используемых для производства солнечной энергии, вырастет в четыре раза - с 0,6 миллиона тонн в 2022 году до 2,4 миллиона тонн в 2030 году.
"Во всем мире образуется огромное количество электронных отходов - от выброшенных телевизоров до выброшенных телефонов", - сетует Космас Лакисон Завазава, директор Бюро развития телекоммуникаций МСЭ.
"Последние исследования показывают, что глобальная проблема, связанная с электронными отходами, будет только расти. Поскольку менее половины стран мира внедряют и применяют подходы к решению этой проблемы, это заставляет задуматься о необходимости принятия продуманных нормативных актов, направленных на расширение сбора и переработки отходов".
"Мы производим и выбрасываем слишком много электроники, нанося при этом тысячелетний ущерб миру", - заметил Натан Проктор, старший директор US PIRG Campaign for the Right to Repair, в электронном письме The Register.
"Мы должны создавать продукты, которые прослужат долго, и быть уверенными, что сможем починить их, когда они сломаются. Эти данные только усиливают необходимость продвижения права на ремонт и решения других проблем, связанных с устареванием электроники".
Гей Гордон-Бирн, исполнительный директор американской правозащитной группы The Repair Association: "Некоторые из наших партнеров по благотворительной утилизации говорят нам, что они могут восстановить только 15 процентов пожертвованных материалов из-за отсутствия доступа к материалам для ремонта. Остальное оборудование приходится измельчать".
Гордон-Бирн утверждает, что по мере того, как мы узнаем о том, как мало на самом деле перерабатывается, у нас будет больше мотивации сокращать количество электронных отходов путем ремонта и повторного использования.
Купить аккумуляторы разного типа (как минимум литий-ионные бывают), таких, что в ноутбуках и в телефонах. И эксплуатировать их по-разному: один аккумулятор всегда держать подключенным к сети, а другой разряжать до нуля, потом заряжать и снова разряжать в ноль. И отслеживать, какой сдохнет быстрее.
Определить каким образом оптимальные условия эксплуатации устройств с данным типом аккумуляторов.
Кстати, можно и научные статьи поискать на эту тему: как раз обзор литературы будет.
Человек постоянно находится под воздействием электромагнитного излучения из-за гаджетов, бытовых приборов, терминалов оплаты в магазине, сотовых вышек, радио в машине и т.д. Какое излучение представляет для нас наибольшую опасность? Облучает ли нас микроволновка? Зачем алюминиевая пластина под чехлом для телефона? И чем может навредить обычный свет от экрана ноутбука? Рассказывает Эргаш Нуруллаев, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладной физики Пермского Политеха.
Все волны разделяют на ионизирующие и неионизирующие. Под ионизирующим понимают такое излучение, которое способно отделять электроны от атомов веществ или живых организмов, что сопровождается образованием ионов — электрически заряженных частиц. На это способны радиационное излучение, например, гамма-лучи, которые в медицине применяют для лечения онкологических заболеваний, а на АЭС — для получения энергии, рентгеновские лучи и ультрафиолет, который испускает Солнце. В обычной жизни человек подвергается воздействию только УФ-лучей, при этом самые опасные из них рассеиваются в атмосфере, превращая кислород в озон. Эффектом от частого нахождения под солнечными лучами будет фотостарение: ультрафиолет разрушает коллаген и эластин — «строительные» элементы нашей кожи.
— Все приборы и устройства вокруг нас — мобильные телефоны, ноутбуки, беспроводные наушники и смарт-часы с Bluetooth, Wi-Fi-роутеры, электрические зубные щетки, микроволновые печи, холодильники и т.д. — излучают неионизирующие электромагнитные волны. Прежде всего, речь идет о сверхвысокочастотном излучении (СВЧ-излучение или микроволновое излучение), которое имеет диапазон частот от 300 МГц до 300 ГГц, а длину волны — от 1 м до 1 мм, — рассказывает ученый-физик Пермского Политеха.
Стоит ли бояться микроволновок?
Опасность СВЧ-лучей кроется в их способности передавать тепловую энергию: нагретые молекулы начинают колебаться интенсивнее, что приводит к их разрыву и разрушению вещества. Самым сильным источником такого излучения у нас дома являются микроволновая печь, еда в ней разогревается благодаря воздействию сверхвысокочастотных лучей. Но бояться работающей микроволновки все же не стоит: современные модели со всех сторон обшиты материалом, блокирующим вредное излучение. Даже стекло на дверце покрывают специальным металлическим напылением. При такой защите СВЧ-лучи все равно попадают за пределы микроволновой печи, но в тех дозах, которые не обожгут человека. Специалисты при работе микроволновки рекомендуют сохранять дистанцию в 1 метр.
— Если бы защитный экран в микроволновой печи «запирал» излучение внутри нее полностью, извне также нельзя было бы воздействовать на содержимое микроволновки. Существует тест с мобильным телефоном: устройство нужно поместить в неработающую печь и позвонить на него. Ранее считалось, что если телефон зазвонил, то устройство некачественное и пропускает СВЧ-лучи. Но поскольку экран в микроволновке все же пропускает излучение, этот тест может быть не корректен, — объясняет Эргаш Нуруллаев.
Кстати, страх перед микроволновой печью возник из-за мифа о том, что она излучает радиацию. Сейчас мы знаем, что это не так: в ее механизме не используются радиоактивные вещества.
Что излучают мобильные телефоны?
От смартфонов исходит комплекс излучений, в который входят микро- и радиоволны, инфракрасное (тепловое) излучение, а также малые порции низкочастотных волн в диапазоне от 2 до 15 Гц. Последние — самые небезопасные, поскольку по частоте совпадают с колебаниями молекул головного мозга, из-за чего при приближении телефона к уху происходит резонансное поглощение лучей и частицы мозга начинают разрушаться. Микроволновое излучение, как в случае с микроволновкой и едой, нагревает молекулы нашего организма, что также может привести к патологии.
— Самое сильное излучение телефон испускает во время звонка, когда передает сигнал от вышки сотовой связи. Разовая доза такого облучения вреда не принесет — она слишком мала. Однако это воздействие имеет накопительный эффект. И негативные последствия от беспрерывного использования мобильных устройств могут настигнуть через 40-50 лет в виде заболеваний иммунной системы, психических отклонений, заболеваний раком, — отмечает ученый-физик ПНИПУ.
Особенно восприимчивы к микроволновому излучению маленькие дети, у которых еще не сросся родничок, — мягкий участок между черепными костями. К тому же головной мозг ребенка содержит больше жидкости, чем жира. В таком случае ткани будут лучше поглощать электромагнитные лучи.
Как можно защититься от сверхвысокочастотного излучения? Одним из вариантов будет положить в чехол от телефона алюминиевую пластинку, которая оградит вас от лишнего излучения, когда телефон лежит в кармане и не используется. А во время звонка устройство лучше держать на расстоянии от головы и по возможности сократить время разговора. На время сна специалисты рекомендуют держать телефон минимум в полуметре от головы, ни в коем случае не класть его под подушку или на кровать рядом с собой.
Почему вредно читать в транспорте?
Персональные компьютеры — незаменимый инструмент для работы, и ограничить исходящее от него излучение алюминиевой пластинкой не получится. За последние 10-15 лет количество микроволнового излучения от них уменьшилось. Тем не менее дополнительным источником излучения является Wi-Fi-роутер, заменить который можно менее удобным интернет-кабелем.
Не стоит забывать, что экран ноутбука (как и смартфона) излучает свет. Разрушить структуру молекул в нашем организме или вызвать ожог он не может, но способен испортить зрение сильной пульсацией. Человек зрительно различает частоты в диапазоне от 35 до 60 Гц. Показатель выше 400 Гц не имеет влияния на организм человека, поскольку на таких частотах просто не воспринимаются сетчаткой глаза. Но значения ниже этого будут утомлять глаза, что в последствие приведет к снижению остроты зрения.
— Даже если ваше устройство, смартфон или ноутбук, имеют комфортный показатель пульсации, вибрация, возникающая из-за движения транспорта, создает колебания, которые мешают глазу сфокусироваться на тексте или изображении. Это перетруждает зрение, — добавляет Эргаш Нуруллаев.
Где разместить гаджеты, чтобы снизить риски от излучения?
Мобильный телефон на время сна специалисты рекомендуют держать минимум в полуметре от головы, ни в коем случае не класть его под подушку или на кровать рядом с собой. Лучше всего, если любые гаджеты будут удалены от кровати на 2-3 метра. Роутер для Wi-Fi можно разместить в нежилой зоне, например, коридоре, подальше от спального или рабочего места.
Следует понимать, что излучение — это распространяющееся в пространстве изменение состояния электромагнитного поля. Закон обратных квадратов говорит, что воздействие этого поля уменьшается пропорционально расстоянию то источника излучения, взятого в квадрат. То есть если разместить Wi-Fi-роутер или умную колонку в два раза дальше, то мощность излучения от них уменьшится в 4 раза.
Приборы с электромагнитным излучением окружают нас постоянно. Их длительное воздействие продолжают исследовать, при этом в России такие товары проходят обязательную проверку на допустимый уровень излучения.
В последние годы эволюция роботов подошла к черте водораздела, породив две уникальные ветки развития: мягкую и жёсткую робототехнику.
мягкий робот
С экзоскелетами произошло то же самое. Так называемый «жёсткий» экзоскелет стал своеобразным эталоном для большинства приборов этого класса. Он повышает силу человека, позволяя поднимать тяжёлые грузы и снимая избыточное напряжение с костей и связок. Разумеется, экзоскелеты вызывают большой интерес у спасателей, пожарных и медиков, которые работают в условиях больших нагрузок. Экзоскелет, в первую очередь, «заточен» под биомеханику человеческого тела и должен работать в плотной интеграции с опорно-двигательным аппаратом носителя. Эта черта выступает основным ограничением для экзоскелетов, но в ней же сокрыт и потенциал их развития.
Контакт тела с плотной деталью экзоскелета быстро вызывает конфликт между ней и живыми тканями. Обойти его можно двумя путями: использовать биологически инертные и нетравматические материалы или же физически разделить человека с роботизированной периферией. Первый подход неплохо показывает себя в деле бионического протезирования конечностей. Второй использовала научная группа, которая занималась разработкой «третьей» руки.
Но кроме силы существуют и другие параметры. В первую очередь — выносливость. Во вторую — ловкость. А вот с ловкостью у «жёстких» экзоскелетов большие проблемы. Сложная система рычагов и приводов, характерная для классического подхода к носимой робототехнике, мало напоминает одежду.
Мягкий экзокостюм не наделяет человека сверхъестественной силой. Вместо этого он поддерживает работу врождённой мускулатуры, позволяя экономить энергию во время марш-бросков и выполнения стереотипных движений. Вместо прибавки к силе он повышает выносливость человека. Функционирование устройства осуществляется по интуитивно понятному принципу. Его суть — помощь в подошвенном сгибании и разгибании голеностопного сустава, а также аналогичных действиях по отношению к бедру.
В биологическом организме движителем выступают мышцы. Сокращаясь, они тянут сухожилия, а те, в свою очередь, передают усилие на кость. Интересен факт, что наши рычаги не слишком эффективны. Точка на кости, где «сидит» сухожилие, расположена вдали от дистального конца руки или ноги. Тянуть рычаг за короткое плечо — значит проиграть в силе. С другой стороны, такая особенность анатомии даёт ощутимую прибавку к скорости движения.
Именно поэтому все наземные животные адаптированы к отталкиванию от поверхности. Но тут возникает новый вопрос: почему человек не опрокидывается во время ходьбы? Посудите сами — наш центр масс расположен достаточно высоко. Во время движения мы переносим точку опоры, регулярно оказываясь в состоянии контролируемого падения.
Если рассматривать стоячего человека как математический маятник, то у него будут две точки равновесия — верхняя и нижняя. Точки равновесия можно описать как состояния системы с наименьшей энергией. При этом равновесие в верхней точке будет неустойчивым и нарушится от любого возмущения. Или нет? Выяснить это наверняка помогает маятник Капицы. Этот прибор поражает своей неочевидностью. Груз, прикреплённый к нерастяжимой спице, соединён с вибрирующим подвесом. В случае цикличных вибраций подвеса по направлению вверх-вниз наш грузик не просто выталкивается в возвышенное положение — он как бы застревает там
Вибрационная механика родилась в тот момент, когда академик Капица сумел разработать математический аппарат для описания уже известных колебательных процессов.Человеческое тело приобретает устойчивость во время ходьбы за счёт колебательных движений голеностопного сустава. Во время шага или бега любой из нас напоминает перевёрнутый маятник, чей центр находится около стопы, а подошвенная поверхность играет роль вибрирующего основания. Центр маятника не стоит путать с центром массы. Наше прямохождение развивалось в ходе долгих эволюционных процессов, но даже они так и не смогли решить проблему возможного опрокидывания человека.
Вернёмся к экзокостюму. Исходя из принципов биомеханики ходьбы, учёные получили возможность прямо влиять на перевёрнутый маятник и даже усиливать его конструкцию.
Устройство состоит из двух критически важных блоков: системы срабатывания и передающего комплекса, который транслирует усилие на приборы-исполнители. Первый блок установлен в рюкзаке армейского образца. Тросы Боудена выступают проводником, через который экзокостюм развивает необходимое усилие.
Контроллер функционирует пошагово. Он разбивает программу движения на комплекс итеративных команд. Так обеспечивается многосуставная помощь для сгибания подошвы и разгибания бедра во время шага. Этот метод хорошо показывает себя, когда усилие формируется в соответствующий момент. Для этого был разработан весьма прогрессивный метод онлайн-мониторинга, о котором будет рассказано позже.
Контроль эффективности
Как определить реальную эффективность костюма? Ответ простой: замерить метаболические затраты человека с этим устройством и без него. Для этого испытуемым предложили идти по беговой дорожке со скоростью 1,5 м/с, неся на плечах рюкзак весом 6,8 килограмм.
Результаты оказались интересными. Начнём с того, что в подобных исследованиях существует множество «подводных камней». Главным, но отнюдь не единственным выступает индивидуальная анатомия. Все люди разные, хоть и относятся к одному биологическому виду. Кто-то экономно расходует энергию, а кто-то прожигает питательные вещества, как мартеновская печь. Следовательно, константа, выведенная для конкретного добровольца, может оказаться мало применимой к другому!
Метод онлайновой настройки параметров позволяет нивелировать этот негативный эффект и динамически адаптировать экзокостюм под потребности конкретного носителя. Для начала исследователи строили положительную карту возможностей. Она описывает спектр воздействий, позволяющих повышать усилие голеностопного сустава и не наносить ему травматических повреждений.
Калибровка экзоскелета
Любой экзоскелет — это устройство для расширения человеческих возможностей. Даже наиболее совершенные гаджеты не могут выступать в роли телепатов. Чтобы механика «разобралась», чего от неё хотят, нужно каким-то образом наладить контакт приводов с нервной системой человека.
Исследовательские группы по всему миру активно работают над разработкой методов управления, но аспекты адаптивной настройки контроллера до сих пор представляют изрядную сложность. Традиционный подход сводится к ручной настройке экзоскелета. Оператор или носитель устройства смотрит на параметры походки, а после вносит исправления. При всей простоте этот метод априори будет субъективным. Значит, оператор должен быть весьма продвинут в работе с программно-аппаратной оболочкой экзоскелета. Более современное решение — отдать часть «скучной» работы на своеобразный аутсорс.
В этом случае на носимом компьютере будут непрерывно обрабатываться сложные алгоритмы, чей список весьма обширен:
Принятие решения, в какой момент направить физическую помощь суставу.
Для этого система должна знать, от чего ей отталкиваться. Метаболические затраты человека можно исследовать разными способами, но самым простым выступает измерение дыхания. По его частоте, глубине, а также концентрации углекислого газа на выдохе можно делать выводы о том, насколько интенсивно протекает энергетический обмен.
Динамические модели передвижения всегда ориентированы под конкретную модель экзоскелета. Вычислительные алгоритмы представлены множеством вариантов. К ним относят обучение пользователя с помощью инструктора, поиск экстремумов и адаптивное динамическое программирование.
Как уже говорилось в этой статье, многосуставной мягкий экзоскелет облегчает ходьбу через подошвенное сгибание, а также разгибание в тазобедренном суставе. Его компоненты представлены поясным ремнём, двумя набедренными блоками, мягкими подвесами между икрами и передней частью талии, а также специальной обувью. Общая масса всех комплектующих — всего лишь 1 кг 100 г с учётом двух металлических кронштейнов на задниках ботинок.
Устройство активно взаимодействует с ногой через две точки приложения:
Сгибание бедра во время первой фазы отталкивания.
Многосуставное разгибание, после которого наступает новая стадия ходьбы.
На этом изображении видны компоненты экзокостюма и некоторые устройства для аппаратного облегчения ходьбы. А: Красные и синие линии — прокладки тросов Боудена. Толстыми линиями обозначены оболочки, а тонкие показывают ход самих тросов. Зелёные и жёлтые кру
Обратим внимание на исполнительную систему. Её части расположены в рюкзаке. Четыре независимых приводных блока обеспечивают развитие усилия. Механизм-исполнитель представлен безрамным шестиполюсным мотором Emoteq от американской компании Allied Motion Ink. Коробка передач Spiroid обеспечивает передаточное число 38:1 для приводных блоков и 36:1 в случае процесса разгибания бедра.
Исполнительная система передаёт развиваемое усилие на экзокостюм с помощью тросов Боудена. То есть при втягивании струны сокращается расстояние между несколькими точками крепления, которое можно и нужно замерить. Желательно — в режиме онлайн.
Всё это запитано от литий-полимерного аккумулятора весом 2 кг. Его заряда вполне хватает на 8 км непрерывной ходьбы.
На каждой ноге испытуемого расположено по шлейфовому жгуту. Он включает пять инерциальных блоков для динамических измерений: IMU, MTi-3, а также два тензорных датчика LBS200. Эти приборы собирают данные в реальном времени. Блоки инициируют каскад принципиально важных замеров, таких как определение ориентации экзоскелета в плоскости движения, а также угловой скорости каждого сегмента.
Датчики нагрузки идут параллельно с боуденовскими тросами. Они мониторят уровень вспомогательной силы, которая направляется носителю системами экзокостюма.
Экзокостюм обеспечивает поддержку ходьбы, втягивая тросы Боудена синхронно с движениями в суставе. Профили положения троса рассчитываются исходя из четырёх параметров: Т0, Т1, Т2 и Т3. Каждый из них занимает определённую процентную величину в цикле ходьбы. Следующие параметры, PosOffset и PosMax, можно получить, выполнив комплекс итеративных вычислений во время работы устройства.
На этом изображении представлены данные о работе многосуставного контроллера. Вверху обозначен профиль положения боуденовского троса. Результирующий профиль, через который выражена вспомогательная сила, можно видеть ниже.
Уделим немного внимания разбору этих циклов:
Т0 определяет пределы цикла походки и время запуска контроллера.
Т1 — точка активного втягивания троса.
Т2 выражается в момент завершения активного втягивания — то есть когда механика прекращает адаптивную помощь.
Отпускание троса закодировано в Т3.
Соответственно, PosOffset проявлена в точке Т1 выражает максимальное вытягивание троса Боудена, а PosMax — экстремум, при котором струна оказывается полностью втянута. Он длится от Т2 до Т3.
Удар пятки о поверхность — момент, в который запускается работа экзокостюма. Львиная доля помощи во время фазы отталкивания осуществляется именно в виде реакции на этот триггер. Зелёный цвет выделяет фазу активного втягивания троса. Параметры этой фазы определены промежутком между Т1 и Т2. Настройка параметров управления происходит в тесной интеграции с данными об увеличении развиваемого усилия.
Эта иллюстрация демонстрирует репрезентативные данные о работе контроллеров сгибания бедра. Вверху показан профиль положения троса Боудена. Снизу — результирующий профиль вспомогательной силы. В данном случае поддержка разгибания начинается с выявления точ
И здесь мы подходим к более сложному вопросу: механизму работы контроллера, который следит за нагрузкой в нескольких суставах. Сначала происходит удар пятки в нижней точке траектории. Это не остаётся незамеченным для гироскопа. Такое событие выступает триггером для запуска многосуставного контроллера Т0МА. Тогда включается двигатель, обеспечивая втяжение троса со скоростью 394 мм/с. Такое значение удалось получить в ходе многочисленных испытаний. Если скорость будет ниже, то экзоскелет и носитель начнут работать вразнобой. При ускорении втягивания возникает иной риск — вызвать сгибание до того, как оно понадобится в следующих фазах ходьбы. В таком случае возможно падение человека, а подобных инцидентов следует избегать.
Таким образом устройство достигает PosOffset и сохраняет положение до начала активного втягивания троса в Т1. Оно будет длиться вплоть до PosMaxМА, чья финальная точка — положение Т2.
Затем контроллер фиксирует положение троса, пока тензодатчик не распознает падение силы носителя, которое проявляется во время сгибания голеностопного сустава. Выяснив, что сейчас человек готовится к новому шагу, экзокостюм начинает отпускать трос.
Скорость выпускания зависит от ритма ходьбы. Её верхняя граница — 606 мм в секунду, пока система не достигнет нулевого положения. В нём трос пассивно повисает, чтобы испытуемый не испытывал затруднений при повороте тела и смене траектории. На этом цикл активной помощи можно считать завершённым. После удара пяткой он снова запустится, проходя те же самые итерации.
В конце каждого шага контроллер динамически определяет, уменьшить или увеличить PosOffset PosMax для следующего шага. Это решение принимается исходя из сравнения желаемой и измеренной силы. Учёные экспериментально выявили, что оптимальной пиковой силой в PosOffset будет 75 Н, которая будет приложена во временной промежуток между Т0 и Т1. PosMax обеспечивает пиковую силу в 400 Н между Т1 и Т3 соответственно. Выходит, 400 Н — это и есть выигрыш в силе, которая проявлена во время активного втягивания кабеля.
Это устройство предназначено для помощи в походке, когда разгибательная мускулатура бедра проявляет наибольшую активность. Нюансы биомеханики таковы, что максимальное сгибание бедра наступает на 12% быстрее, чем контакт пятки с поверхностью. В этом случае Т0 соответствует отметке в 0% от полного сгибания бедра. С этого момента двигатель начинает втяжение троса со скоростью 800 мм/с, пока система не достигнет PosOffset.
Такое состояние поддерживается, пока ползунок не заполнится до 7%. От 7 до 28% наступает повторное втяжение троса, которое закончится PosMax на 28%. Пройдя немного больше четверти глобального цикла, контроллер дожидается 34% сгибания. В этот момент наступает следующая фаза работы: отпускание троса со скоростью 800 мм/с.
Контроллер разгибания бедра обеспечивает поддержку в 10 Н в PosOffset между Т0 и Т1, которая переходит во взрывное увеличение силы до 300 Ньютонов между Т1 и Т3. Звучит неплохо, но многосуставная помощь требует калибровки под конкретного человека. Здесь в полной мере раскрывается потенциал онлайновой настройки параметров управления, благодаря которым получится обеспечить максимальную силу, развиваемую в голеностопном суставе. Этот показатель имеет явную корреляцию с метаболическим преимуществом, ради которого и был начат столь прорывной эксперимент.
В цикле ходьбы существует великое множество важных точек. Из него экспериментаторы особенно выделяют два параметра: Т1 и DMA, который рассчитывается по простой формуле DMA = Т2МА — Т1 МА. Следовательно, через DMA выражена продолжительность активного втяжения троса.
Показатели Т1 и DMA лучше всего отображают состояние троса во время активной фазы отталкивания — следовательно, именно в этот момент экзокостюм сообщает большую часть силы голеностопному суставу. Исследователи разработали весьма аскетичный алгоритм, позволяющий наблюдать критически важные параметры ходьбы в режиме онлайн. Настройка занимала 15 минут, пока испытуемые ходили по беговой дорожке. Многосуставной контроллер не сидел без дела, активно замеряя 16 параметров, а также отыскивая те настройки, при которых адаптивная помощь даст максимальный прирост силы.
Всё начиналось с проверки четырёх стартовых условий, при которых Т1 изменяется в пределах 35, 40, 45 и 50% от глобального цикла сгибания бедра. В это же время DMA оставался неизменным на протяжении начальных 15% временного интервала. Среди этих четырёх значений устройство находило такую настройку адаптивной помощи, при которой лодыжка развивает максимальное усилие. При этом экзокостюм получил ряд ограничений, не дающих развивать прирост силы более 400 Ньютонов.
Повторяя эти проверки каждые 2,5-5,0% от длительности цикла, программная оболочка находила значения, при которых прирост силы укладывался в заданные коридоры. Преимущества такого алгоритма состоят в его простоте. Процесс тонкой настройки состоял в динамической смене двух параметров управления. Каждая математическая развёртка по двухмерной матрице учитывала лишь один параметр, а второй оставляла неизменным.
Существуют и другие методы проводить этот комплекс алгебраических вычислений, но такой подход позволял выяснить, в какой мере изменение одного параметра влияет на все остальные процессы во время ходьбы.
Тестирование
Тестирование экзоскелетов включает ходьбу с нагрузкой без экзокостюма, с отключенным устройством и те же самые действия при включенном гаджете.
Для чистой скорости метаболизма и процентного снижения его интенсивности учёные выявили два важных критерия. Ими стали межсубъектное среднее значение и стандартная ошибка среднего значения. Двусторонние парные t-тесты определили статистическую значимость для разницы в чистой скорости между двумя состояниями.
На следующем рисунке можно видеть положительную карту возможностей для увеличения силы, развиваемой в голеностопном суставе:
Так выглядит положительная карта мощности во время настройки контрольных параметров. Звёздочки отражают условия, за которыми наблюдали системы контроля. Числа под каждой из них — положительная односторонняя мощность усиления. Она выражена в ваттах. Стрелки
На следующей картинке показаны параметры управления для конкретного испытуемого, найденные методом адаптивной настройки параметров по результирующим профилям. Начало втягивания троса у пользователя происходило во время фазы Т1 или 43,75-46,25% цикла ходьбы. При этом DMA варьировалась от 13,75 до 22,5%. Эти различия неизбежно приводят к возникновению широкого диапазона профилей силы.
Использование многосуставного мягкого экзокостюма существенно улучшает энергетические затраты на переноску грузов. Как видно из приведённых данных, включенное устройство экономит до 15% энергии носителя и понижает скорость его метаболизма на 20-24%:
Здесь показаны метаболические затраты на переноску груза, собранные по данным трёх статистических выборок. Сплошные столбцы отображают усреднённое значение чистой скорости метаболизма. Двойные звёздочки указывают, что разница между двумя условиями (работа
Экзоскелет оказался жизнеспособным. Он принёс явную метаболическую пользу, сделав движения носителя менее затратными.