Записки бродячего ученого: глава 30: mary

mary_spiri

Записки бродячего ученого: глава 30

Feb 22, 2017 08:59

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?

Наш научный центр занимается изучением взаимодействия реки Колумбия и Тихого Океана. До переезда в Портленд, я почти ничего о Колумбии не знала (в школе на географии мы ее не проходили), да в общем она меня не интересовала, еще одна река, большая, ущелье красивое, хорошая рыбалка в эстуарии, а так ничего особенного. А вот начав читать о ней по работе, я очень прониклась: вторая по объему стока река Северной Америки, с огромным бассейном на пол-континента. Бывало, едешь из Портленда в Канаду, в Скалистые Горы на лыжах покататься, и где-то после 16 часов за рулем, уже почти у места назначения с удивлением видишь большой плакат: "Вы находитесь у истоков великой реки Колумбия", и думаешь: "А ведь проехали уже полторы тысячи километров!". Фактически весь сток с западной территории Штатов за водоразделом главного хребта Скалистых Гор идет в Колумбию. Нижняя Колумбия зарегулирована 14 дамбами, но по весне, в конце мая, когда в горах тает снег, мутный мощный поток коричневого цвета движется с устрашающей скоростью и несет бревна, к счастью, немного. В эти моменты в реке замирает даже бактериальная жизнь, как в унитазе, когда спустили воду. А сток Колумбии, ее шлейф, выбрасывает линзу слабосоленой воды на десятки киломентров в Тихий Океан, создавая продуктивную зону у побережья, где ловятся рыба и крабы.

И вот встала задачка: как проследить за эволюцией шлейфа, посмотреть, какие микробы его населяют, что делают, и как изменяются, в зависимости от удаления от берега и засоления. Для такой работы надо шлейф как-то физически пометить, чтобы можно было следить за этой массой воды пару-тройку дней. Первая и самая простая идея лежала на поверхности: пластиковый поплавок с крыльями, на него понавешали оборудования, радиомаячок, батарейку с фонариком, еще что-то вроде термометра, приборчика для измерения солености, и еще какую-то мелочевку. Поплавок должны были сбрасывать с корабля-научника, который дождался отлива, вышел из эстуария, прошел знаменитую отмель в устьи реки Колумбия, погубившую более 140 кораблей за последние 150 лет, и встал поперек течения, несущего шлейф в океан. На палубу вышел один из наших седых и бородатых ученых, взял поплавок и сбросил его с того борта корабля, который был обращен в сторону устья и течения. Не успели глазом моргнуть, как поплавок затащило течением под корабль. Течение идет волнами, корабль работает моторами, чтобы удерживаться в точности на том же месте, поэтому он ходит вверх-вниз, как огромные качели. В результате поплавок раздолбало кораблем за одно колебание качелей, и больше он в дело не годился, там даже доставать было уже нечего. В общем, достаточно один раз расслабиться...

Вскоре возникла следующая гениальная идея по поводу того, как пометить шлейф Колумбии в океане. Решили использовать краску, флюоресцеин, ярко салатного цвета. Полгода получали разрешения от береговой охраны, военных, НАСА, НОАА и всех на свете: предполагалось, что салатный шлейф будет отслеживаться со спутников и может многих удивить. Получили разрешения, закупили 3 тонны краски, организовали круиз на два корабля: один, маленький (40 м) должен был ходить по кругу, "писая" краской из шланга, а наш большой “Новый Горизонт” должен был стоять посередке и мерить концентрацию краски в воде. А потом картировать пятно и следить за ним дня три, собирая пробы воды, и по количеству краски определяя, сколько там воды из шлейфа. Свои коррективы сразу внесла погода. Пришел шторм, волны поднялись на 6 метров, вышел к ученым капитан “Нового Горизонта”, довольно-таки немытый старикан в шлепанцах на босу ногу и трениках с пузырями на коленях, и мрачно нам сообщил, что научная работа отменяется, он нас отвезет подальше от опасного берега, где с бурей не справится нам, в открытое море, где буря не так уж страшна. А мы может спокойно валиться в койки, что мы cделали, и так три дня, пока не затихло. Зато уж когда затихло, народ выскочил из коек, как чумовой, и бросился срочно работать. Опять-таки не сильно подумавши, прежде чем делать. Все шло по плану, маленький кораблик писал краской, большой наблюдал, вот только сколько краски мы в воду не лили, больше ее не становилось, она моментально исчезала. То ли при волнении после шторма линза пресной воды из шлейфа не образовывалась, а все тут же перемешивалось из-за турбулентности, то ли краска быстро диффундировала из-за своего малого размера. В какой-то момент я спросила нашего главного ученого (как положено, при длинной седой бороде): "А этот замечательный план, был ли он протестирован в лаборатории?" - "Да, но в очень ограниченном объеме воды". До сих пор я не знаю, был ли этот объем органичен стаканом или ведром воды, постеснялась спросить. А проблема, как пометить шлейф, так и не была решена, нашли себе другие развлечения.

Однако же апогеем нашей океанологической деятельности стал некий робот. 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. Ключевое слово тут "биологический", т.к. существует множество автоматизированных 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 конкретного микроорганизма, болезнетворной бактерии, водоросли, изготовляющей нейротоксин на радость всей пищевой цепи. 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. 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, измерять 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, 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. Как заметил один знакомый американец, "завтра" обычно означает "когда-нибудь потом", а "потом" означает "никогда"... И постепенно дело доходит до успешного пуска, потом следующего, полный успех проекта, хотя многие "малозначимые" проблемы так и остались отложены. Ну и не надо, дел впереди громадье: надо сделать версию робота для супер-больших глубин (>5 км). Тут уж не до электроники внутри робота, которую вообще-то стоило бы убрать под кожух.

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, 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 аутсорсинга, что в данном случае означало передачу производства роботов в универсальную механическую мастерскую, коих в Штатах действует очень много. 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 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, 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 могли себе позволить только государственные структуры, а они крайне медлительны, и им требуется постоянное подгоняние, т.е. для работы с госагентствами необходимо нанять специальных маркетологов, а у них неплохие зарплаты. 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.

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 года, 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 было некуда. Ну да ладно, в лаборатории робот работал неплохо: фильтровал воду, варил отфильтрованых микробов, сбрасывал платиновые кассеты с получившимеся образцами во внутренний держатель-карусель. И тут пару лет назад 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 насосом.

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. Часа три мы возились, устанавливая систему, что было весьма некомфортно (без крыши под дождем). 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 горячей 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 заменяет всего одного студента, который холода и сырости не боится, правда его надолго под воду не засунешь.

Записки бродячего ученого