Инженеры СВФУ создали 3D-сканер для работы на Крайнем Севере

Пропавшие во льдах

18 июня 1928 года знаменитый норвежский исследователь Руал Амундсен на французском гидросамолете «Латам-47» вылетел из города Тромсё. Он отправился на поиски другого известного путешественника – Умберто Нобиле. Итальянский авиаконструктор на дирижабле «Италия» потерпел катастрофу в Арктике и не выходил на связь уже три недели.

Его воздушное судно 23 мая отправилось с Шпицбергена в полёт над Северным полюсом. Это была уже вторая арктическая экспедиция, которая прошла бы удачно, но из-за плохой погоды аэростат сильно обледенел и в итоге упал. После долгих согласований на поиски были отправлены поисковые самолёты. Но они вернулись ни с чем.

В день вылета Амундсена предупредили, что впереди, у Медвежьего острова, стоит сильный туман. Но несгибаемый исследователь Арктики, который десятки лет путешествовал по северу, привык к непогоде и не стал отменять вылет. Уже через два с половиной часа с гидросамолётом прервалась радиосвязь. Через шесть часов, когда «Латам-47» должен был прилететь на Шпицберген, стало понятно, что случилась беда.

Первый на Южном полюсе

Руал Амундсен прожил 55 лет и с самого детства мечтал стать полярником. Тогда он прочитал книгу об экспедиции знаменитого полярного исследователя Джона Франклина и незамедлительно начал готовиться к покорению Северного полюса. Мальчик спал зимой с открытым окном, бегал на лыжах в любую погоду и купался в ледяной воде.

При первой же возможности будущий покоритель Арктики устроился младшим матросом на судно «Магдалена». Вскоре Амундсен выучился на штурмана и в 1897 году отправился в составе бельгийской антарктической экспедиции к Южному полюсу. Но покорение не удалось с первой попытки, корабль «Бельжика» застрял во льдах на целый год. Всё это время Руал фактически командовал лагерем, что помогло команде выжить в абсолютно экстремальных условиях. По возвращении он получил свою первую награду – кавалерский крест ордена Леопольда, высший знак Королевства Бельгии.

После нескольких экспедиций, 24 апреля 1904 года полярник достиг Северного магнитного полюса. Осуществив детскую мечту, он решил сосредоточиться на изучении арктических просторов.

Последующих подвигов Амундсена хватило на несколько следующих поколений. Он совершил сквозное плавание Северо-Западным морским проходом из Атлантического океана в Тихий. Затем впервые обогнул всё побережье Северного Ледовитого океана вдоль берегов Америки и Евразии. За всё это исследователя стали называть «Наполеоном полярных стран».

7 июня 1910 года, в полночь, Руал Амундсен вышел на корабле «Фрам» из Осло. Он вновь отправился на покорение Южного полюса. 15 января 1911 года его исследовательская группа высадилась в Антартиде на побережье Китовой бухты. После зимовки полярники начали готовиться к заветной цели.

Амудсен с пятью товарищами достиг полюса 14 декабря 1911 года. Провёл измерения и вернулся в лагерь. Корабль с изнурённой командой прибыл в Хобарт на Тасмании 7 марта 1912 года. Почти два года понадобилось отважным путешественникам, чтобы добраться до Южного полюса и вернуться назад.

Эра воздухоплавания

Амундсен ещё в 1909 году понял, что за авиацией – будущее. И после Первой мировой войны и нескольких неудачных морских экспедиций окончательно перевёл свои планы в небо. В 1926 он вместе с Умберто Нобиле на дирижабле «Норвегия» совершил первый в мире перелёт над Арктикой. Это был последний подвиг «Наполеона полярных стран».

Только спустя пять месяцев после исчезновения «Латам-47» норвежские рыбаки обнаружили обломки гидросамолёта. В этот момент смерть Амундсен стала очевидна. 14 декабря 1928 года, в годовщину покорения Южного полюса, ровно в полдень в Норвегии было объявлено двухминутное молчание в память о знаменитом полярнике. Поколения спустя, к 100‑летию покорения Антарктики, премьер‑министр Норвегии открыл на южном континенте ледяной памятник‑бюст норвежскому первопроходцу.

Исследователи прошлых веков были абсолютными экстремалами. Они проникали в неизведанные уголки нашей планеты, живя по суровым законам тех мест. Амундсен долгие годы изучал культуру и привычки эскимосов, которые помогали ему выживать при температуре -50 градусов и ниже. Например, вместо спальных мешков и палаток он научился строить практичные иглу.

В начале XX века ещё не существовало ни цифрового оборудования, ни современных способов связи. Путешественники действовали вслепую, полагаясь только на собственные силы. К сожалению, исследователи XXI века не могут поступать так же. Они продолжают детально изучать нашу планету, но делают это с помощью высокоточной техники и приборов.

Намного ниже нуля

Как и во времена Амундсена, сейчас Крайний Север требует особого подхода. И обычная аппаратура не годится для изучения арктических широт, так как не способна выдерживать экстремально низкие температуры. Детали из металлов, резины и полимерных композитов меняют свои физико-механические свойства, а повышенная влажность приводит к образованию конденсата. Всё это приводит к неожиданным проблемам в работе и высокому износу оборудования. Именно поэтому у обоих полюсов планеты до сих пор у так много тайн.

Покорение Арктики сегодня – приоритетная задача для многих стран. Здесь завязаны и геополитика, и огромные нефтяные месторождения, и новые торговые пути. И вот совсем недавно российские учёные сделали прорыв в исследовании Крайнего Севера. Инженеры международного центра развития перспективных компетенций «Future Skills: NEFU» из Северо-Восточного федерального университета создали промышленный 3D-сканер для работы при низких температурах. Устройство способно создать цифровые двойники статичных объектов.

Эта технология позволяет перенести реально существующий объект или его компонент в цифровое пространство. Через компьютер возможно смоделировать различные будущие ситуации и влияние внешних и внутренних факторов на реальный предмет. Например, успешность ремонта механизма или изменение характеристик двигателя при смене топлива.

Для условий Крайнего Севера это очень важно, ведь здесь нет развитой инфраструктуры и логистики. На исправление любой ошибки нужно в десятки раз больше времени и сил, чем в обычной ситуации. Цифровые двойники на объектах нефтегазовой добычи предотвращают сбои и аварии, помогают проводить тестирование изменений или расширений на станции, а также снижать риски. Любые гипотезы проще отрабатывать в виртуальном пространстве.

«Полевые испытания устройства проходили на металлических опорах газовых магистралей и металлических опорах зданий. По полученным моделям восстановили несколько разрушенных приборов. Кроме того, аппарат способен создавать копировать в электронном виде и нетвёрдые предметы: кости, зубы, детали, двигатели, даже объекты искусства», – рассказал директор центра «Future Skills: NEFU» Роман Гоголев.

Бесконтактный сканер – это незаменимый инструмент исследователей в случае поломок, разрушений и других технологических проблем. В якутском СВФУ знают всё о низких температурах и понимают важность своего изобретения. Исследования в международном центре ведут аспиранты, магистранты, молодые учёные, начинающие технологические предприниматели и студенты вуза.

По словам директора, в силу специфики региона они сделали упор на то, что универсальный 3D-сканер – один из основных элементов комплекса для работ при критически низких температурах. И его можно использовать в любой инженерной системе или строящемся объекте. В конечном итоге устройство является частью специального костюма с дополненной реальностью и GPS-начинкой, для работ в северных широтах.

Сейчас университет собирает инвестиции для перехода от рабочего прототипа к серийной модели. Текущее название промышленного бесконтактного сканера – #563F-YKS. Разработчики рассчитывают, что итоговая стоимость изделия составит от 10 тыс. до 13 тыс. евро за единицу. Уже есть предложение о выкупе всех данных проекта, а также заказчики на 3D-сканирование и создание цифровых двойников. Инженеры планируют предложить новое устройство корпорациям и инжиниринговым фирмам.

В международном центре планируется создать автономное хранилище для резервного хранения данных в случае аварийной ситуации. Развитие общей инфраструктуры для всех элементов специального костюма позволит перейти на производство полного цикла и продолжить разработку прототипов. Учёные также прорабатывают возможность беспроводной передачи данных с 3D-сканера на компьютер инженеров-проектировщиков или сервер цифровых двойников. Это значительно упростит подключение и синхронизацию устройства.

Ректор СВФУ Анатолий Николаев говорит, что создание мануфактурного кластера в центре «Future Skills: NEFU» – это новые возможности в сфере машиностроения и продвинутых дизайнерских компетенций. Он отметил, что здесь занимаются настоящим цифровым производством, в том числе промышленными разработками, которые могут появиться в ближайшем будущем.

В международном центре уже готовится следующее инновационное устройство. «Мы ждём, когда у нас появится высокоточное оборудование, чтобы сделать строительный 3D-принтер. Проект готов, осталось его реализовать. Мы бы хотели его собрать здесь, в Якутске. Это наша вторая разработка, которую можно монетизировать. Вполне возможно, что это станет новой вехой в истории высокотехнологичного производства Якутии», – добавил Роман Гоголев.