Открытые технологии
Культура технического творчества «Сделай сам» (Do It Yourself - DIY) развивается уже почти целый век. В советские времена расцвели радиолюбительство и авиамоделирование, а в последние десятилетия ширится увлечение людей 3D-печатью, робототехникой и созданием устройств на основе Arduino и других стандартных микропроцессорных платформ.
В научных исследованиях набирают популярность решения с открытым аппаратным обеспечением, появившимся по примеру ПО с открытым кодом. Согласно определению, открытое аппаратное обеспечение - это физический объект, конструкция которого детально описана, а документация доступна для изучения, модификации и изготовления образцов, которые можно использовать в любых целях. Профильная международная ассоциация OSHWA (Open Source Hardware Association) постепенно расширяет своё влияние. Недалёк тот день, когда решения с открытым аппаратным обеспечением распространятся не только в науке, но и в промышленности.
Болты и гайки электронного века
Идея создать собственное исследовательское оборудование столь же стара, как и сама экспериментальная наука. Позабытая в современных исследовательских лабораториях, сегодня она возрождается. На конец 2022 года в научном сегменте Интернета имелось почти 59 тысяч индексированных публикаций по 3D-печати, свыше 19 тысяч по открытому оборудованию, более 10 тысяч по конструированию с упоминанием однокристальных микроконтроллеров Arduino и более шести тысяч - с упоминанием недорогих микрокомпьютеров Raspberry Pi. В большинстве случаев именно эти инструменты и элементы служат создателям всевозможных лабораторных систем.
Популярные одноплатные микрокомпьютеры Raspberry Pi способны работать под управлением операционной системы Linux. Сами они не относятся к открытому аппаратному обеспечению, но часто используются для обработки данных в построенных на этом принципе научных инструментах. В Интернете имеется огромное количество образовательного материала по Raspberry Pi, причём сообщество пользователей этой платформы быстро растёт.
Тенденция усиливается появлением предприятий с цифровыми станками, где можно за небольшие деньги заказать лазерную или плоттерную резку, 3D-печать, фрезерование деталей на станке с числовым программным управлением, производство печатных плат и другие операции. По всему миру множатся общественные (коммунальные) мастерские, куда можно прийти для того, чтобы воспользоваться имеющимися там инструментами, обрабатывающими станками и материалами.
Дешевле и быстрее
В первую очередь открытое аппаратное обеспечение применяется в тех странах, где учёным не хватает грантового финансирования. В Европе научные публикации с упоминанием однокристальных микрокомпьютеров чаще всего написаны авторами из Испании, Чешской Республики, Словении, Румынии, Греции, Польши, Португалии, на американском континенте в том же плане заметны Канада, Колумбия, Бразилия, Мексика, Эквадор, Перу, в Юго-Восточной Азии и на Среднем Востоке - Индия, Турция, Индонезия, Малайзия, Таиланд, Пакистан, Филиппины, Саудовская Аравия, Ирак, Бангладеш, Иордания. Во всех этих странах правительства экономят на науке.
Сотрудники Института биологической и медицинской техники при Католическом университете Чили отмечают, что компоненты для самостоятельного изготовления исследовательского оборудования обходятся в 1-10% от стоимости аналогичного промышленного оборудования, причём построенные из них системы легче поддаются модификации под новые задачи. Не зря говорят, что нужда - мать технического прогресса.
осциллограф, генератор сигналов, анализатор спектра...
Прежняя бизнес-модель, в которой компании патентуют свои исследовательские приборы и следят за соблюдением прав на интеллектуальную собственность, стала тормозом для развития науки. На оформление патентов уходит много времени, в результате вперёд вырываются разработчики альтернативных систем на основе открытого аппаратного обеспечения. Внедрение новых технологий многократно ускоряется.
У научно-исследовательских институтов, как правило, недостаточно ресурсов для того, чтобы отслеживать нарушения своих и чужих авторских прав по всему миру. Распространяя собственные разработки как открытое аппаратное обеспечение, они могут обезопасить себя от неожиданных исков со стороны правообладателей, которые раньше изобрели использованные методы и конструкции.
Через препятствия
Проблема распространения открытого аппаратного обеспечения в науке осложняется тем, что многие учёные не считают себя профессиональными разработчиками технологий и инструментов, а потому не уверены, стоит ли им делиться своими ноу-хау. Кроме того, в бедных странах учёные, как правило, высоко ценят зарубежные, особенно западные марки научных инструментов, обладая которыми можно причислять себя к кругу профессионалов. Однако в тех же странах обычно есть проблемы с фирменной технической поддержкой и доступностью запасных частей и расходных материалов.
Уже сегодня разработчикам по всему миру доступны сложнейшие производственные комплексы, расположенные в Китае и некоторых других странах Юго-Восточной Азии, что позволяет быстро и недорого изготавливать прототипы различных устройств и даже выпускать их малыми сериями. Однако практика передачи полной конструкторской документации и исчерпывающих инструкций по настройке (калибровке) ещё не сложилась. Этому может быть множество разных причин, включая наивное убеждение, что данную конструкцию способен повторить любой разработчик, соображения лицензионного толка, проблемы передачи технологий, унификации конструкторской документации и другие вопросы.
Из науки в промышленность
Стоит отметить важную роль международного проекта по развитию открытого аппаратного обеспечения RepRap. Именно благодаря ему у инженеров в домах по всему миру появились недорогие 3D-принтеры для печати пластиком, а компьютерное 3D-проектирование вышло на новый уровень.
Бизнес быстро отреагировал на новый тренд - наладил производство всевозможных интерфейсных плат и датчиков для Arduino и Raspberry Pi, компонентов для сборки 3D-принтеров, а также выпустил оборудование для переработки и повторного использования пластика (например, крышечек от бутылок).
Тем временем станкостроители осваивают технологии металлической и керамической 3D-печати, а в движение по развитию открытого аппаратного обеспечения включаются энергетические предприятия. «Энерговектор» уже рассказывал читателям о том, что в обществе «ЛУКОЙЛ-Астраханьэнерго» молодые специалисты в области средств измерений и автоматики освоили моделирование и 3D-печать пластмассовых деталей для старых измерительных приборов, запасные части к которым давно не выпускаются.
Сегодняшняя геополитическая ситуация заставляет энергокомпании изыскивать новые способы ремонта современного оборудования, производимого за рубежом. На машиностроительных и сервисных предприятиях уже налажен реверсивный инжиниринг зарубежной техники, создаются заменяющие детали и целые системы - вопрос лишь в том, чтобы правильно размещать конструкторскую и технологическую документацию в открытом доступе.
Читайте другие наши материалы
