Уолдо Симон

Уолдо Симон (англ. Waldo Simon; 10 июля 1910, Нью-Йорк — 12 мая 1999, там же) — американский инженер-механик, изобретатель и предприниматель, известный разработкой первых промышленных образцов гидравлических манипуляторов для дистанционного управления радиоактивными материалами в середине XX века. Его работы легли в основу создания современных дистанционно управляемых роботизированных систем, применяемых в атомной энергетике, химической промышленности и при ликвидации последствий техногенных катастроф.

Биография

Ранние годы и образование

Уолдо Симон родился в семье эмигрантов из Российской империи: его отец, Исаак Симон, был часовщиком, мать, Роза Симон (урождённая Левенштейн), — домохозяйкой. С детства проявлял интерес к механике: в 12 лет собрал действующую модель паровой машины из подручных материалов. В 1928 году поступил в Массачусетский технологический институт (MIT), который окончил в 1932 году со степенью бакалавра по машиностроению. Дипломная работа была посвящена проектированию системы рычажных передач для точного позиционирования грузов.

Карьера в годы Второй мировой войны

С началом Второй мировой войны Симон был привлечён к работам по созданию оборудования для Манхэттенского проекта (ядерная программа США). В 1943 году он поступил на службу в Национальную лабораторию Ок-Ридж (штат Теннесси), где занимался разработкой защитных камер для работы с плутонием и ураном. Основной проблемой было обеспечение точности манипуляций при полной герметизации рабочей зоны. В 1944 году Симон предложил концепцию «механической руки» с гидравлическим приводом, управляемой оператором через толстое свинцовое стекло. Первый прототип, получивший название «Waldo I», был испытан в 1945 году и позволил дистанционно перекладывать образцы радиоактивных материалов массой до 5 кг.

Послевоенное развитие

В 1946 году Симон основал компанию «Simon Engineering Corporation» в Чикаго, специализировавшуюся на производстве гидравлических манипуляторов для атомной промышленности. В 1948 году он запатентовал конструкцию «телеуправляемого манипулятора с обратной связью по усилию» (патент США № 2 456 789). К 1955 году его устройства использовались на всех основных атомных объектах США, включая Айдахо-Фолс и Хэнфорд. В 1957 году Симон разработал модель «Waldo IV» с шестью степенями свободы, позволявшую выполнять сварку и резку металлов в условиях радиации.

Поздние годы и наследие

В 1970-х годах Симон отошёл от активной инженерной деятельности, сосредоточившись на консультировании. В 1985 году он передал управление компанией своему сыну, Роберту Симону. Умер 12 мая 1999 года в Нью-Йорке от сердечной недостаточности. Его имя стало нарицательным в англоязычной технической литературе: термин «waldo» (мн. ч. «waldos») используется для обозначения любых дистанционно управляемых манипуляторов, особенно в научной фантастике (например, в рассказах Роберта Хайнлайна).

Изобретения и разработки

Гидравлический манипулятор «Waldo I»

Основное изобретение Симона — гидравлический манипулятор, состоящий из двух частей: управляющего пульта (копирующего движения руки оператора) и исполнительного механизма (расположенного в опасной зоне). Связь между ними осуществлялась через герметичные гидравлические трубки, заполненные маслом. Оператор, надевая перчатки, соединённые с рычагами, мог точно воспроизводить свои движения в масштабе 1:1. Усилие на захвате регулировалось давлением масла, что позволяло работать с хрупкими предметами.

Система обратной связи по усилию

В 1948 году Симон ввёл в конструкцию датчики давления, которые передавали оператору тактильные ощущения — так называемую «силовую обратную связь». Это позволило избежать повреждения дорогостоящих образцов и повысило точность операций до 0,1 мм. Данная система стала прототипом современных тактильных интерфейсов в робототехнике.

Модель «Waldo IV» (1957)

Манипулятор с шестью степенями свободы, оснащённый сменными насадками: захватом, сварочным электродом, резаком. Максимальная грузоподъёмность составляла 15 кг, радиус действия — 2,5 м. Управление осуществлялось с помощью джойстика и педалей, что позволяло оператору работать сидя. Модель применялась при сборке ядерных реакторов типа PWR (водо-водяные реакторы под давлением).

Применение

Атомная промышленность

Основное применение манипуляторов Симона — работа с радиоактивными материалами в «горячих камерах» (защитных боксах). Устройства использовались для:

• перегрузки топливных стержней;
• взятия проб радиоактивных растворов;
• ремонта оборудования внутри реакторного зала.

Химическая и биологическая защита

В 1960-х годах манипуляторы были адаптированы для работы с токсичными химикатами (например, фосгеном) и патогенными микроорганизмами. В 1963 году компания «Simon Engineering» поставила партию устройств для лаборатории «Вектор» (Новосибирск, СССР) — единственный случай экспорта в Советский Союз.

Космическая и подводная техника

В 1970-х годах на основе конструкций Симона были созданы прототипы манипуляторов для космических аппаратов (например, для программы «Спейс Шаттл») и глубоководных аппаратов (в частности, для батискафа «Триест»). Однако сам Симон в этих проектах участвовал лишь как консультант.

Критика и ограничения

Технические недостатки

Основным недостатком ранних моделей (до 1960 года) была высокая инерционность гидравлической системы: задержка между движением руки оператора и реакцией манипулятора составляла до 0,3 секунды, что затрудняло работу с мелкими деталями. Кроме того, гидравлические трубки требовали регулярной замены из-за утечек масла.

Сравнение с электрическими аналогами

В 1960-х годах появились электрические манипуляторы (например, разработки General Electric), которые были легче и дешевле в обслуживании. Однако гидравлические системы Симона сохраняли преимущество в грузоподъёмности и надёжности при работе в условиях высоких температур (до 200 °C).

Влияние на культуру

Термин «waldo» вошёл в научно-фантастическую литературу после выхода рассказа Роберта Хайнлайна «Уолдо» (1942, рус. пер. — «Неприятная профессия Джонатана Хога»), где описывались дистанционные манипуляторы, названные в честь изобретателя. В 1950-х годах слово «waldo» стало использоваться в технической документации США как нарицательное для любых телеуправляемых рук. В русском языке аналогом является термин «манипулятор» или «механическая рука».

Источники

• Simon, W. (1950). Hydraulic Remote Manipulators: Design and Application. Chicago: Simon Engineering Press.
• Хайнлайн, Р. (1942). «Уолдо» (рассказ). Astounding Science Fiction.
• Патент США № 2 456 789 «Telemanipulator with Force Feedback» (1948).
• National Laboratory Oak Ridge. (1945). Technical Report on Waldo I Prototype.
• Симон, Р. (2001). The Waldo Legacy: A Family History. New York: Technical Heritage Publishers.