Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя школа № 1 с углубленным изучением отдельных предметов г. Котово» Котовского муниципального района Волгоградской области РЕФЕРАТ Фантастические изобретения, ставшие реальностью Работу выполнила: Дьякова Софья, ученица 8 «А» класса Руководитель: Бурычев Б.Г., учитель физики Котово, 2022 Оглавление Введение ....................................................................................................... 3 1. Экзоскелет ............................................................................................... 4 1.1. История экзоскелета ................................................................................................. 4 1.2. Экзоскелеты сейчас ................................................................................................... 5 2. VR-Технологии ....................................................................................... 6 2.1 История VR-технологии ............................................................................................ 6 2.2 Современные VR-гарнитуры ................................................................................... 6 3. 3-D печать................................................................................................ 8 3.1 История 3-D печати .................................................................................................... 8 3.2 3-D печать: наши дни................................................................................................. 9 Заключение ............................................................................................... 10 Список сокращений................................................................................. 11 Список литературы, Интернет-источников ....................................... 12 2 Введение Электромобили, мобильные телефоны, беспроводной Интернет, 3-D печать и многое, многое другое. Казалось бы, что еще можно придумать и изобрести в наш технологичный век. Однако пытливый и живой человеческий ум не останавливается на достигнутом. Каждый день изобретатели, инженеры, техники пытаются создать все новые и новые невероятные вещи. Некоторые – действительно полезные, другие – вызывают лишь улыбку, но это не мешает создателями придумывать все больше новинок. Источниками вдохновения для изобретателей являются не только их гениальные идеи или необходимость создания нужного оборудования, но и творчество писателей-фантастов и режиссеров, снимающих фантастические фильмы. Различные невероятные приспособления, которые казались еще недавно неосуществимыми и возможными только на страницах научной фантастики, трудом этих творческих личностей, в наше время стали не просто реальными, а зачастую обыденными вещами, без которых мы уже не представляем повседневной жизни. Чего стоит, например, бионические протезы, создаваемы для людей с ограниченными возможностями или гигантские телевизионные экраны, о которых люди еще 40 лет назад не могли даже подумать, а сейчас нас не удивишь телевизором и в 2,5 м по диагонали. Целью данной работы является демонстрация того, что даже самая фантастическая идея может стать реальностью. Чтобы в этом убедиться мы познакомимся с некоторыми изобретениями, которые авторы фантастки создали в своих произведениях, а потомки смогли воплотить в жизнь. 3 1. Экзоскелет Как бы ни было развито общество будущего, человек в нем попрежнему остается хрупкой и ненадежной конструкцией. Наверное, именно этим и объясняется засилье в научной фантастике всевозможных вариаций на тему рыцарских доспехов, призванных исправить естественный недостаток человеческой природы. Особенно в условиях войны с большим количеством опасностей. От «Звездного десанта» (1959) Роберта Хайнлайна до «Аватара» (2009) Джеймса Кэмерона неизменным спутником воина будущего был экзоскелет, призванный увеличить физические возможности солдата. Впрочем, не только солдата — в «Чужих» (1986) фигурирует изначально обычный экзоскелет-погрузчик, которому тоже находится боевое применение. 1.1. История экзоскелета Рис. 1. Экзоскелет в представлении фантастов Первые разработки экзоскеле- тов относятся ещё к 19 веку. Изобретатель Николай Ягн в 1890 году запатентовал так называемый «эластипед», предназначенный для облегчения передвижения солдат. В основе механизма лежала система пружин, увеличивающая силу человека при движении вверх. Однако рабочий прототип так и не был создан. Первый функционирующий экзоскелет появился в 1960-х годах. Разработки велись компанией Hardiman при поддержке Министерства обороны СШA. Механизм весил 680 кг и был способен поднимать грузы весом до 110 кг. Но проект так и не смог развиться в полноценно функционирующую систему из-за проблем с управлением. 4 1.2. Экзоскелеты сейчас Сегодня экзоскелеты используются не только в военных целях, но и для решения медицинских и промышленных задач. В 2017 году немецкий исследовательский центр Clinatec продемонстрировал экзоскелет, призванный помочь полностью парализованным людям. Конструкция весом 65 кг управляется при помощи датчиков, имплантированных в череп и считывающих импульсы от зон мозга, отвечающих за движения. А в Японии экзоскелеты уже используются для облегчения жизни пожилым людям. Конструкция доступна рядовым жителям страны, может использоваться в быту и позволяет поднимать вес до 55 фунтов. Стоимость экзоскелетов для японцев колеблется от $1300 (Innophys) до $5500 (Atoun Model Y от Toyota). До сих пор главные проблемы всех реально созданных боевых экзоскелетов — это чрезвычайно большая масса и отсутствие подходящих источников питания, так что и американский TALOS, и российский ЭО-01.02 — это скорее эксперименты в сфере будущих костюмов космического десанта. Однако гораздо ближе к широкому применению медицинские экзоскелеты для людей, восстанавливающихся после травм или имеющих проблемы с опорноРис. 2. Российский военный экзоскелет ЭО 01.02 разработки «ГБ Инжениринг» двигательным аппаратом (Cyberdyne HAL, ReWalk, REX Boinic). Сейчас ученые работают над тем, что- бы сделать подобные устройства не только эффективными, но и доступными по цене. 5 2. VR-Технологии Дети Марти Макфлая из культовой серии фильмов 80-ых годов "Назад в будущее" смотрят видео, делают фотографии и отвечают на звонки в специальных очках, сидя на кухне с близкими. Фильм угадал главную тенденцию XXI века: стремление всегда быть онлайн. Рис. 3. Кадры из фильма «Назад в будущее-2». 1989 г. Действие картины, напомним, происходит в 2015 году, и пять лет назад многие сетовали, что машины и скейтборды по-прежнему не летают. И хотя сейчас мы используем в основном мобильные устройства, сотовые, которые не очень удобно всегда держать в руке, возможно, просто нужно подождать еще лет 20 и они уступят место VRили AR-очкам. 2.1 История VR-технологии Вначале 90-х SEGA объявила о работе над гарнитурой SEGA VR, которая предназначалась для аркадных игр и консоли Mega Drive. Дизайн гарнитуры был создан под влиянием популярных фильмов, таких как Робокоп, и представлял собой козырек с ЖК-дисплеями, стереонаушниками и датчиками отслеживания движений головы. Однако гарнитура так и не была выпущена из-за беспокойства компании о здоровье пользователей. Уже в 1995 году Nintendo выпускает консоль Virtual Boy, на которой можно было играть в 3D-монохромные видеоигры. Это была первая портативная консоль для отображения трехмерной графики. Консоль продавалась всего год, после чего её сняли с производства, признав коммерческим провалом. 2.2 Современные VR-гарнитуры Настоящий прорыв в VR-индустрии случился в 2012 году, когда мир увидел первый прототип Oculus Rift на выставке Electronic Entertainment Expo. Несколько лет молодой инженер-самоучка Палмер Лаки разрабатывал 6 свою VR-гарнитуру и делился успехами на форуме, где его заметил Джон Кармак, сооснователь компании id Software. В том же году Лаки основал Oculus VR и запустил кампанию на Kickstarter, которая собрала 2,4 млн долларов. Спустя два года после создания Oculus VR компанией заинтересовался Facebook и купил её за 2 млрд долларов. Это был решающий момент в истории VR. Именно после этой сделки популярность VR стала быстро набирать обороты. Sony объявила о работе над VRРис. 4. Первые VR-очки массового производства гарнитурой для PlayStation 4, Google выпустил Cardboard, Samsung анонсировал Samsung Gear VR — возможности виртуальной реальности становятся доступны широкой публике. Многие компании, такие как HTC, Google, Apple, Amazon, Microsoft Sony, Samsung, начинают разработку собственных VR-гарнитуры. В 2016 году HTC выпускает HTC VIVE. Это был первый коммерческий выпуск гарнитуры с сенсорным отслеживанием, которая позволяла пользователям свободно перемещаться в пространстве. «В 2019 году виртуальная реальность становится реальной» — так описывает этот год журнал Forbes. Именно в это время на рынке появляется автономная гарнитура Oculus Quest, а количество подключаемых ежемесячно VR-гарнитур в Steam впервые превышает 1 миллион. Переход от проводных VR-гарнитур к автономным значительно продвинул эту технологию среди обычных пользователей. Теперь VR используется не только в иммерсивном игровом процессе, но и для помощи в лечении психологических расстройств, обучения новым навыкам и в творчестве. 7 3. 3-D печать Если действие фантастического романа или кинофильма происходит в условиях космоса, то автору неизбежно нужно решать задачу обеспечения своих героев необходимыми припасами: от соусов к макаронам до запасных частей для звездолета. Логично, что производиться они должны на борту из некого максимально универсального и доступного сырья. В частности, именно так обеспечивал свои потребности экипаж звездолета «Энтерпрайз» из «Звездного пути». Имевшийся на борту «Репликатор» использовал в качестве сырья субатомные частицы, при этом агрегат за один век эволю- Рис. 5. Пищевой синтезатор в «Звездном пути» ционировал из устройства для производства еды до универсального аппарата, производящего самые разные вещи. Реальные 3D-принтеры, в отличие от «Репликатора», пока не могут использовать в качестве сырья субатомные частицы, но темпы их эволюции впечатляют. 3.1 История 3-D печати Первый 3d принтер был изобретен американцем Чарльзом Халом, он работал по технологии стереолитографии (SLA) патент на технологию был оформлен в 1986 г. Принтер представлял собой довольно габаритную промышленную установку. Установка "выращивала" трехмерную модель посредством нанесения фотополимеризующегося материала на подвижную платформу. Основой служил заранее смоделированный на компьютере цифровой макет (3-D модель). Данный 3-D принтер создавал трехмерные объекты, поднимаясь на 0,1-0,2 мм - высоту слоя. Несмотря на то, что первый аппарат обладал множеством минусов, технология получила свое применение. Чарльз Халл так же является сооснователем компании 3dsystems, одного из лидеров мирового производства промышленных 3-D принтеров. 8 3.2 3-D печать: наши дни Современные 3-D принтеры позволяют создать практически что угодно в любой из отраслей нашей жизни. Это и сувенирная продукция из мельчайших деталей выполненная с невероятной точностью, и скульптуры из различных материалов, которые мы раньше не могли представить. Не осталась в стороне и медицина. С помощью 3-D принтера создаются искусственные органы, части тела, воссоздается кожный покров. Однако, самой большой отраслью применения 3-D печати, естественно остается промышленность. Массовое изготовление запасных частей, стройматериалов и готовой продукции с практически идеальной точностью является очень востребованной технологией в этой сфере жизни. Возможности 3-D принтеров настолько широки, что позволяют создать самый настоящий дом, пригодный для проживания и полностью изготовленный с помощью 3-D печати. Рис. 6. Первый дом в Европе, изготовленный полностью на 3-D принтере. 9 Заключение Эти примеры и десятки других, таких как мобильная связь, всемирная сеть Интернет, бионические протезы, управление мыслью, видеосвязь, беспроводные интерфейсы и так далее, которые 50-100 лет назад могли быть только выдумкой, сейчас ставшие реальностью, доказывают, что человеческой изобретательности и гениальности нет границ. Вполне вероятно, что те вещи, которые мы сейчас не можем себе вообразить даже в самых смелых мечтах, и видим только на страницах авторовфантастов или на экране телевизора, через какие-то сто лет могут стать обычными для наших потомков. Тысячи умов, горящих желанием создавать новое, воплощать в жизнь вещи, кажущиеся невозможными, скорее всего, никогда не иссякнут. И будут создавать все более и более невероятные вещи, от которых мы будем приходить в восторг. Благодаря приведенным примерам, можно сделать вывод, что рано или поздно фантастика может стать реальностью, что то, что придумал один человек в качестве фантазии, другой может реализовать. А сейчас нам остается лишь восхищаться изобретателями и брать с них пример, а может быть даже стать одним из тех, кто привнесет в мир что-то уникальное. 10 Список сокращений 1. США - Соединенные Штаты Америки 2. 3-D - Трёхмерная графика 3. Cyberdyne HAL - Cyberdyne Hybrid Assistive Limb 4. VR - virtual reality (виртуальная реальность) 5. AR - augmented reality (дополненная реальность) 6. SLA - Service Level Agreement (Соглашение об уровне обслуживания) 11 Список литературы, Интернет-источников 1.https://vtbrussia.ru/tech/tekhnologii-iz-nauchnoy-fantastiki-stavshierealnostyu/ 2. https://old.sk.ru/news/b/press/archive/2020/02/28/ekzoskelet-_1420_-nekostyum-iz-buduschego-a-neobhodimost.aspx 3. https://cyberleninka.ru/article/n/kratkaya-istoriya-sozdaniya-ekzoskeletov 4. https://helmeton.ru/blog/istoriya-virtualnoy-realnosti/ 5. https://3dmf.ru/wiki/istoriya-3d-pechati.html 12