Мечта на миллион

Хочу поделиться своей мечтой. Напишу сразу всю суть идеи, а потом углублюсь в детали.
Я бы хотел, чтобы существовала система для создания и эксплуатации автономных любительских исследователей Земли.
Вдохновлена эта мечта марсоходами, «Солнечным импульсом», «Исследователем океана», Платформой Ветер и статьями про марсоход в коробке.
Сейчас уже возможно создать автономный модуль с источником на солнечных батареях, который сможет достаточно долго плавать в океане, парить в воздухе, ездить в пустыне, исследовать Антарктиду и другие малообитаемые стихии, оставаясь при этом на связи с группой своих пользователей (назовем их «навигаторами»).
Навигаторам доступна система управления проектом, включая контроль бюджета, стратегических и тактических целей, технический, экологический и социальный мониторинг.
Я мечтаю о такой машине с детства. С запасом энергии, с источником электричества, с панелью управления агрегатами, с запасом живучести и автономности. И с возможностью посоветоваться с друзьями, распределить работы, а потом поделиться собранными материалами.
Понятно, что электронная и системная начинка могут быть универсальными, а шасси должны адаптироваться под выбранные среды. Робот передвигается, фотографирует и измеряет окружающий мир, передает на сервер собранные данные. Навигаторы обрабатывают данные, планируют миссии, занимаются управлением, пишут в блог исследователя, делят прибыль от рекламы 😉

Вот мне попался фрагмент дневника одного из Навигаторов:

Утром, за чашечкой кофе, вместо газеты я включил платшетник и убедился, что за световой день аккумулятор моего пустынного посланника на другой половине планеты подзарядился до 83%, а значит можно включить назад вырубившуюся камеру ночной съемки, охлаждаемую элементами Пельтье, и запустить автофото от датчика движений. Есть надежда поймать неизвестных ночных жителей: студенты-энтомологи очень просили. Они до сих завидуют соседям с зоологического с фотками подкустовного выползня, который приходил обнюхивать пустынника.
А вот мой северный «Солик», как его окрестили фанаты, похоже, переживает тяжелые времена. Штормит, пасмурно, солнце низко, он давно без движения болтается на поверхности, за день тусклого света хватает лишь на сеанс связи и минимальный обогрев аккумуляторов. Хорошо, он хоть в термоизоляционном исполнении, но ведь выходит на связь все реже и реже, и я уже жалею, что согласился послать его в заполярье. Программа кратчайшего и срочного возврата в более теплые широты уже отправлена, но он же который день не включает двигатели и экономит каждый милливатт. Я очень надеюсь, что солнце просветит раньше, чем промерзнут дешевые аккумуляторы. Эх, иметь бы РИТЭГ ватт на 10!
В очередной раз смотрю на небольшой список оставшихся потребителей тока. Наконец, решаюсь, что можно отключить GPS, весь модуль навигации с маячком. Всё равно, пока не зарядится, эта информация бесполезна…"

Ладно, дальше он опять пишет про какую-то вредную девчонку, давайте лучше углубимся и обсудим различные аспекты реализации подобных проектов.

Наземный робот	Летающий робот	Плавающий робот
Колесный или гусеничный. Предназначен для езды в пустыне.	Легкий самолет с большой поверхностью крыла и аккумуляторами.	Плавает в нейтральных водах открытого океана. Монолитный герметичный монокок с солнечными панелями под защитным пластиком.
Наиболее дешевый и простой вариант, не боится остановок, но уязвим для вандализма.	Наиболее дорогой и сложный вариант. Очень уязвим к ошибкам пилотирования и неблагоприятным условиям, скорее всего будет запрещен.	Способен погружаться и осуществлять подводную съемку. В аварийном режиме всплывает и заряжается до восстановления работоспособности.

Проектирование и производство

Для проектирования, естественно, мне видится наиболее приемлемым вариант Open Source разработки. Это несколько параллельных проектов:

• Электронная начинка с универсальной открытой платформой
• Подключаемые модули: фотосъемка, метеоблок, зонды, датчики, модули связи и т.п.
• Проекты шасси в формате для 3D печати или заказа на производстве
• Проекты серверного обеспечения
• Прошивки для бортовой электроники
• Шаблоны интернет-проектов. (модели привлечения, рекламы, монетизации и проч.)

Естественно, никто не мешает большим производителям создавать отдельные проприетарные комплектующие, подключаемые к открытой платформе через стандартные интерфейсы.
Таким образом, электроника по максимуму должна использоваться стандартная, тут нет никакой нужды покупать радиационно стойкие микросхемы и тратиться на эксклюзивное исполнение. Софт, конечно, нужно дописать какой-то, но операционки вполне подойдут и готовые. Изготовление шасси по 3D моделям, сборка и плата за связь — пожалуй основные расходы участников.

Запуск проекта

Понятно, что в одиночку подобные игрушки пока потянуть довольно сложно, особенно на первых порах. (Хотя… если представить себе старенького миллионера, который из в своего особнячка очень хочет посмотреть мир, то всё возможно)
Как это могло бы выглядеть, если бы первая версия софта, начинки и шасси была уже готова?
Группа энтузиастов создает проект на RoboHub и начинает прием участников. Участники могут быть нескольких уровней:

• Навигаторы — основные акционеры проекта
• Команда — пользователи, получающие ограниченный доступ к системе за небольшую плату.
• Наблюдатели — скорее всего, бесплатные зарегистрированные пользователи, интересующиеся проектом
• Публика — незарегистрированные посетители сайтов проекта.

Навигаторы и команда формируют бюджет, определяют конфигурацию робота, заказывают компоненты, вносят отчисления при использовании готовых сервисов (например, собственно в RoboHub за хостинг и лицензии), покупают тарифный план для связи, торжественно запускают борт в открытое плавание.

Организация связи

Хорошо запускать роботов в Москве. Купил симку за 300 рублей в месяц и твой робот на связи. Можно даже летающего робота заставить устанавливать связь при пролете над сотовыми вышками.
Не всё так радужно в океане или в пустыне: без спутникового канала не обойтись. Конечно, сейчас это дорого. Например, Inmarsat хочет 7$ за мегабайт. Впрочем, это смотря с чем сравнивать. Думаю, Spirit или Curiosity молча завидуют цифре 7 без буквы К.
Видимо, для управляющего канала, в любом нужно будет иметь спутниковое подключение. Для загрузки фоток, видео и остального можно подумать об обычном спутниковом интернете или о периодическом подходе к зонам с более дешевым радиоканалом. Хотя, кто знает, сколько будет платных пользователей, может и 7$ за аплоад каждой фотки легко окупятся…

Автономность и управляемость

Так как роботы ориентированы на использование любителями в условиях ограниченного канала связи, роботы имеют следующие режимы работы:

• Выживание. Автоматическая программа по восстановлению заряда, восстановлению связи или аварийному возврату в точку обслуживания.
• Движение к стратегической цели. В случае штатного функционирования ключевых систем, робот автоматически прокладывает маршрут к намеченным целям и движется к ним.
• Самосохранение. Краткосрочный режим избежания столкновения с нежелательными объектами. (суда, крупные животные, вандалы)
• Пилотирование. Ручное управление пилотом при наличии устойчивого канала связи.
• Миссия. Выполнение заданий.

Устройство

Понятно, что у нас пара бортовых компьютеров, каждый из которых живуч и устойчив к сбоям сам по себе, и один аварийный, минимального энергопотребления, отвечает за выживание. У нас есть внутренние модули расширения, которые могут быть физически отключены в случае проблем, и у нас есть навесные модули, при необходимости отстреливаемые пироболтами.
Энергию робот получает от солнечных батарей и запасает в аккумуляторах. Плавающие модели одни из самых крупных, несут на борту много батарей, наземные — поменьше. Дрейфующие и стационарные модели без двигателя не тратят энергию на движение, но у них и площадь батарей поменьше.
Наземные роботы предназначены скорее всего для пустыни. Поэтому имеют колесное, гусеничное или комбинированное шасси. За бортом у нас не Марс, поэтому основное оборудование внутри прочного прозрачного корпуса, навесных модулей минимум и все они вспомогательные. Черепаха, в общем.
Плавающий робот, маринер, имеет основной винтовой и резервный движитель (колесо или даже парус), на случай поломки винта. Чтобы аппарат мог аварийно всплыть даже при потере энергии, используем простой поршень с пружиной в герметичной части. Насос накачивает воду, поршень сжимает пружину и воздух, уменьшая объем, аппарат погружается. Магнитный замок держит выпускной клапан. При аварии замок размыкается, пружина и воздух выталкивают воду, расширяя объем, аппарат всплывает. Заряжается, связывается с командным центром, продолжает миссию.

Жизнь сообщества

Для участников проекта есть сайт. Посетители читают отчеты-рассказы, смотрят фотки, графики, переживают за судьбу питомцев, смотрят рекламу.
Наблюдатели получают доступ к уведомлениям, внутренним форумам, могут инициировать проекты использования данных — например, классификации встретившихся в пучинах обитателей.
Команда имеет доступ к технической информации, собранным данным, обсуждению и формированию целей и миссий, пилотированию аппаратов и т.д.
Навигаторы управляют целями высшего приоритета, имеют право решающего голоса, несут ограниченную материальную ответственность.

Безопасность

Самый тяжелый, пожалуй, аспект.
Нет, конечно и канал связи шифрован, и командные пакеты подписываются заранее прошитыми аппаратными ключами. И даже от злоумышленников можно научиться оперативно уклоняться.
Но что делать с разбойниками обоих типов: с государством и его врагами? Одни ловят роботов с помощью специальной техники и требуют выкуп, а другие просто запрещают и не брезгуют сбивать наших мирных посланников со своих вооруженных беспилотников?
Опять что-ли только на другие планеты запускать роботов?