Технология 3D-печати почти наверняка изменит способ производства практически всех товаров и породит десятки новых профессий. Дизайнеры во многих областях - начиная от медицинских приборов до одежды и обуви; инженеры, способные преобразовать дизайн в цифровые чертежи, технологи производства потребительских товаров, ученые, в том числе медики и биологи, архитекторы, инженеры-конструкторы - все эти специалисты должны будут работать с 3D-принтерами.

А еще копирование, моделирование и распечатывание чего угодно создаст много проблем с авторским правом, так что и юристы не останутся в стороне. Кто же научит их всех тонкостям 3D? В Уфе уже есть островки будущего, где это делают, и один из них - Центр инновационного молодежного творчества «Футурика», что располагается в знаменитом черниковском Доме-книжке на улице Мира, 14. И мы с фотографом только что прибыли сюда. А на улице утром уже довольно холодно. Как же хочется кофе!

- Если хотите, кофе вам нальет наш робот-бариста Монти, - приветствует меня директор «Футурики» Ильнур Нугуманов. Твердая и блестящая «рука» аккуратно захватывает стаканчик, ставит в кофемашину, а затем - передо мной. Очень вкусно! А робот может предложить еще и мороженое… Просто фантастика, но наводит и на тревожные мысли. Возможно, в недалеком будущем многие профессии - продавцы, охранники, секретари, рабочие, а с развитием искусственного интеллекта и, кто знает, журналисты будут заменены этими блестящими руками и умными глазами-датчиками… 

Путь в профессионалы

- Я начал работать в Нефтяном университете в 2016 году, и у нас была цель: не просто занятия, а победы на олимпиадах, в первую очередь - WorldSkills, - рассказывает Ильнур Нугуманов. - И, как показала жизнь, это была правильная цель. В прошлом году наши ребята заняли второе место на чемпионате WorldSkills Hi-Tech, в этом году - третье на Национальном чемпионате.

Специальности XXI века, которыми занимаются в центре - это изготовление и управление беспилотными летательными устройствами, прототипирование и 3D-печать, графический дизайн, электроника (умение обращаться с различными электронными устройствами, которыми наша жизнь наполнена уже сегодня, пригодится любому!), естественно, программирование, а также видеоблогинг и видеомонтаж - сейчас это очень модно среди молодежи, даже школьников. Для этих направлений также закуплено оборудование, в том числе и профессиональный квадрокоптер, который помогает сделать картинку намного более динамичной.

В просторном зале есть все необходимое для подготовки: различные станки и, разумеется, 3D-принтеры, а также целая зона, огороженная металлической сеткой - специально для тренировок с дронами: теперь при ошибках управления они не разбиваются, а просто зацепляются за сетку. А также столы с другими устройствами, назначение которых пока не ясно.

Здесь можно познакомиться и с лазерной резкой: сфокусированный лазерный луч позволяет делать супертонкие и суперточные разрезы. Станок для резки размером примерно с обеденный стол, и он вполне безопасен: способ его работы внешне схож с работой офисного принтера - вы как будто отправляете тонкий лист металла на печать, и лазерная головка начинает работать. Есть здесь и фрезерный станок, и станок UF-печати, который может нанести краску на любую поверхность.

- А как вы сами оказались практически на переднем крае современной инженерии? - осмотревшись, спрашиваю я Ильнура Раисовича.

- Первый 3D-принтер я купил, когда еще работал в компании сотовой связи, на свою премию. И увлекся 3D-печатью. Тогда все запчасти и пластик можно было купить только в США, и вся литература была на английском. Но в компании, где я работал, документация тоже была на английском, так что это не составляло особой проблемы. А в 2014-м меня пригласили в УГНТУ вести курсы 3D-печати для студентов. В 2016-м открыли Молодежный технопарк УГНТУ. К тому времени я уже, наверное, себя зарекомендовал, и в технопарке тема изготовления прототипов стала одной из центральных. В том же году мы с детьми в первый раз поехали посмотреть, что такое WorldSkills, и неожиданно для себя заняли третье место - в Екатеринбурге проводился WorldSkills Hi-Tech. (Это соревнование между корпорациями, но там есть номинации и для юниоров.)

За время, прошедшее с тех пор,  я обучил 3D-модели-рованию довольно много детей. И многим это помогло в жизни.

- Каким образом?

- При поступлении в вуз участие в олимпиадах, чемпионатах, конференциях может дать дополнительные баллы к результатам ЕГЭ.

WorldSkills (от английского skill - умение, навык) - это международные, национальные, региональные и т.д. чемпионаты, цель которых - поднять престиж рабочих и инженерных профессий. В юниорской группе могут участвовать школьники и студенты колледжей в возрасте от 10 до 16 лет (в зависимости от компетенции), в основной - с 16 до 22 лет. Есть национальный чемпионат, с которого все началось - в нем участвуют молодые люди от 18 до 22 лет, есть межвузовский, есть корпоративный. Компетенции очень разные: от кондитера до программиста, от каменщика до графического дизайнера.

Мои ребята начинают готовиться к WorldSkills с пятого класса, участвовать - в 14, 15, 16 лет, и за эти три года надо попытаться хоть раз занять призовое место. Одиннадцатиклассникам уже победа на городском этапе во многих компетенциях дает 10 дополнительных баллов к ЕГЭ.

Также победа на WorldSkills - это возможность выбрать любой вуз, участвовать в других конкурсах, создать проект и войти в 150 лучших проектов по стране, а их создатели получают возможность отправиться на море - в один из четырех федеральных детских лагерей: «Артек», «Орленок», «Смена» и «Океан» (он находится на Дальнем Востоке). Так что мотивации предостаточно, а кроме того, ребята просто увлекаются интересным делом. 

- Как проходят соревнования?

- Сначала участники получают плоскостной чертеж основных деталей устройства. За два часа они должны построить 3D-модель. Это может быть нелегко даже для профессионала. Второй модуль - обратный инжиниринг, когда дети получают готовую деталь и также должны создать 3D-модель, то есть трехмерный чертеж в программе. Это еще сложнее, и нужны специальные программы, которыми необходимо уметь пользоваться. 

Третий модуль - творческий. Дается, что вы создаете, например, квадрокоптер, у него 10 деталей, а как они крепятся друг к другу и работают - решите сами. Причем детали должны быть легко разъединяемыми. 

Следующий этап - собственно изготовление прототипа: 3D-печать и фрезерная обработка. Сложность в том, что детям до 16 лет работать на фрезерном станке не разрешается. Поэтому они должны подготовить программу и все объяснить техническому эксперту, который и займется фрезерованием. Эксперт запускает программу, и если что-то пошло не так - программа без каких-либо объяснений возвращается участнику: это значит, что ее нужно переделать.

Все смоделировали, напечатали, следующий модуль - покраска. Жюри конкурса выбирает одну-две детали, которые нужно отшпаклевать и покрасить. Причем обработка должна быть качественной - примерно такого качества, как у корпуса автомобиля. Это, конечно, не главное, но все-таки прототип - законченное устройство, и если дизайнер, моделируя его, задумал глянцевую поверхность -  изготовитель должен это выполнить. 

Соревнования идут 3 дня. Дети работают по 4-5 часов в день, взрослые - по 8.

- Да это просто высшая инженерная школа! Как же вы готовитесь?

- Берем какое-нибудь устройство и делаем прототипы - на время. Как спортсмены. Надо сказать, что пару лет назад задания были гораздо проще, они последовательно росли в сложности. Максимально сложные задания появились уже в 2019-м. Мы обсуждали, что дальнейшее усложнение не имеет смысла, поскольку за 2 часа участники уже не могут преодолеть все сложности и начинают просто упрощать детали. Словом, конкурс WorldSkills - это нечто живое, он постоянно меняется, как бы живет своей жизнью. Ну а в этом году ему пришлось принять дистанционный характер: ребята выполняют задания дома, эксперты оценивают их через видеонаблюдение.

- Также у вас есть направление «Программирование в Unity». Почему именно эта платформа?

- Она уже завоевала рынок, и большая часть игр пишется именно на Unity. После того как проект собран, его можно адаптировать под разные устройства: и телефон, и планшет, и обыкновенный компьютер (для специалистов - IBM PC-совместимый), и Macintosh. После «Введения в Unity» следующий курс - «Разработка игры под виртуальную реальность».

Ребята узнают, как помещать туда объект, брать, передвигать и так далее.

Дети, которые пришли ко мне в 2017-2018 годах, сегодня стали полноправными участниками процесса. И им не нужна какая-то дополнительная мотивация: они понимают, как будут идти дальше по жизни. Они очень многому научились и  могут самостоятельно выполнять некоторые коммерческие заказы, в том числе связанные с виртуальной реальностью.

- Виртуальная реальность чаще всего используется для моделирования опасных ситуаций и тренировки соответствующих навыков поведения.  

- Да, а также для создания игр.  Несколько наших сотрудников занимаются именно разработкой тренажеров в VR. Это, собственно, то, за счет чего мы живем. Виртуальная реальность делает обучение гораздо более эффективным. Но просто создать тренажер недостаточно. Нужны инструменты, позволяющие получить статистику использования: кто прошел, за какое время, с каким результатом. Только тогда он перестает быть игрушкой и становится рабочим инструментом. И нам это удалось.

Есть идеи? Приходите!

Центр «Футурика» - часть бизнес-центра «Фабрика будущего», куда человек может прийти со своей идеей и найти все инструменты для ее воплощения. 

После реновации, проведенной по инициативе Госкомитета РБ по предпринимательству в рамках национального проекта «Малое и среднее предпринимательство и поддержка индивидуальной предпринимательской инициативы», «Фабрика» стала еще более многофункциональной и, можно сказать, футуристичной.

На первом этаже здесь находится МФЦ, где вам бесплатно зарегистрируют юридическое лицо или ИП. На 11-м можно арендовать место в коворкинге. На 10-м располагается бизнес-инкубатор, где уже есть несколько резидентов, работает клуб инвесторов «Торатау-УГНТУ», предакселератор «УМНИК» и Центр технологического предпринимательства «Petroquantum». Здесь фильтруются идеи, и самые перспективные  получают поддержку в виде грантов и инвестиций.

На втором этаже - в «точке кипения» - можно послушать лекцию, поучаствовать в обсуждении, мозговом штурме. 

Среди всего этого логично было расположить зону, где можно что-то сделать своими руками - так появился Башкирский ремесленный коворкинг. Здесь  создано около 20 рабочих мест и уже запущено производство этнических украшений, сувениров из натуральной кожи, металлов, дерева, изготовление национальной одежды, луков и стрел.

Недавно появилась и лаборатория киберспорта и нейротехнологий. Если вы думаете, что, к примеру, футбол на экране компьютера - чистое развлечение, вы ошибаетесь. Киберспортсмен получает определенный набор навыков, полезных, например, для операторов сложных технологических установок. Также будет развиваться соревновательная робототехника - и, возможно, именно здесь будут придуманы новые роботы, и не только боевые, а те, которые облегчат нашу жизнь… и кого-нибудь заменят. Эти новшества появились недавно. 

Осмотрев центр и ознакомившись с проектами резидентов, глава Башкортостана Радий Хабиров отметил: 

- У меня появилось чувство глубокого удовлетворения, потому что мы наконец-то создали этот центр. Это первая и пока единственная в республике «Фабрика будущего». Это средоточие инноваций, коворкингов, творческой молодежи, детей. Это именно тот центр, который мы хотели. Но подчеркиваю: это только начало. Таких центров должно стать больше. 

Уже определено, что следующая «Фабрика будущего» появится в Сибае.

Ну а в «Футурике» для предпринимателя могут осуществить 3D-сканирование и 3D-моделирование будущего продукта производства, создать приложение в виртуальной реальности. Плюс съемки с квадрокоптера, лазерная резка и гравировка, фрезерная обработка на станках с ЧПУ - и это еще не все. Ребята и преподаватели выполняют заказы и по обратному инжинирингу - подготовке 3D-чертежей готовых изделий, помогающих понять, «как это работает».

Поколение 3D

Знаете ли вы, что швейцарским ученым удалось «напечатать» на 3D-принтере человеческое сердце со всей его сложной внутренней структурой? Правда, его пока нельзя пересаживать, так как использованный материал приходит в негодность спустя несколько тысяч ударов - то есть по истечении получаса.

Не говоря уже о том, что сегодня игрушки и сувениры, искусственные суставы и протезы и многое другое - все это, прежде чем окончательно воплотиться в жизнь, проходит стадию 3D-прототипа - модели, отражающей все основные функции будущего изделия. А 3D-принтеры (или шире - аддитивные технологии) позволяют очень быстро, не прибегая к трудоемкому фрезерованию, изготовить прототип и увидеть, как оно будет выглядеть и работать. Нередко это помогает избежать серьезных дефектов.

Да и настоящие протезы, собственно, уже печатают…

Одиннадцатиклассник Егор Жидяев - уже опытный, как говорят здесь, прототипер: успел поучаствовать в шести чемпионатах, до «Футурики» занимался в Молодежном технопарке УГНТУ. На всероссийском этапе WorldSkills Егор и его напарник Лев Волков моделировали беспилотник с функцией доставки посылок. (Кстати, над БПЛА с такой функцией работают многие: первую тестовую беспилотную доставку провела Google, а почта Китая доставляет таким способом уже более 500 посылок в день.)

- И что, вашему квадрокоптеру удалось поднять посылку? - спрашиваю я. 

- Собственно, у прототипа не настолько мощный двигатель, чтобы действительно переносить посылки, двигатели для таких тяжелых моделей пока существуют скорее экспериментально. Мы спаяли плату для компьютера, управляющего устройством, сделали габаритные «фары» из светодиодов, сами разработали функцию захвата посылки «клешнями». Это было сложно. Плюс одни детали напечатать на принтере, другие - сделать из оргстекла на фрезерном станке, что-то отшпаклевать, покрасить… Времени дается по 5 часов в три дня. В итоге мы заняли третье место. 

Думаю, чтобы квадрокоптеры-курьеры действительно поднимались в воздух, нужно в первую очередь максимально облегчить конструкцию.

Еще на этапах WorldSkills мы моделировали автомобиль «Формулы-1», подводный глайдер для дайверов, позволяющий быстрее передвигаться… Это из сложного. 

Конечно, в случае автомобиля требовался прототип не всего полностью, а корпуса и основной ходовой части. После этого соревнования у меня возникло желание улучшить прототип автомобиля: я разработал другую систему подвески, сейчас делаю схожую по управлению машину с дифференциалом на заднюю ось. На нее можно будет поставить маленький мотор, и она будет ездить.

Из шести интереснейших направлений, которыми можно заниматься в «Футурике» (здесь говорят «прокачивать skill’ы», то есть навыки), Егор мог выбрать только прототипирование и 3D-печать. 

- За этими технологиями будущее, - уверен он. - Буквально три года назад напечатали настоящий автомобиль из твердого пластика ABS - с двигателем и колесами, - рассказывает он. - А в Голландии в 2017-м открыли изготовленный на 3D-принтере мост: он состоит из шести элементов, каждый из которых был напечатан отдельно, а потом соединен с другими гибким стальным проводом. На восьмиметровый мост понадобилось 800 слоев бетона. В России при помощи строительного принтера возвели небольшой дом (без крыши). На возведение стен потребовалось всего 24 часа. Представляете, насколько это сокращает расходы? А в 2019 году в США появился созданный в основном таким же способом самоуправляемый мини-автобус.

- Кем вы хотите стать, что моделировать?

- Сейчас мне интересны любые устройства. Творческие задания - то, чего я раньше не делал - это каждый раз вызов для меня. Есть ведь еще и вузовские соревнования, и я планирую в них поучаствовать. Когда наберусь побольше опыта - тогда пойму, что мне интереснее всего. Надеюсь, что стану инженером-конструктором.

- Вы уже выполняете какие-нибудь заказы?

- Да. Если, скажем, у вас сломалась не очень большая деталь от какого-то устройства, мы можем помочь: сделаем новую, практически любой конфигурации. Правда, пока только из пластика разной степени твердости. А в принципе возможна печать из металла, глины и даже шоколада.

Бывают и необычные заказы: например, напечатать бюст человека. Сегодня, чтобы увековечить чей-то облик - собственный, возлюбленной или друга - не нужно ждать благодарности потомков или обращаться к скульптору.

Расширяя горизонты

Квадрокоптеры - еще одно направление, которым занимаются в «Футурике».

Ребята, которые сосредоточились на них, умеют все: собирать их из комплектующих, паять, настраивать прошивку (программу), которая будет им управлять, и автоматику - то есть «учить» реагировать на команды.

Девятиклассник школы №82 Арслан Шаймухаметов - участник регионального чемпионата WorldSkills по этой дисциплине и настолько увлечен темой, что проводит с беспилотником и свободное от занятий время.            

- Бывают коптеры обычные, а бывают гоночные, - рассказывает он. - Они развивают большую скорость, быстрее передают пилоту (то есть мне) картинку, которую «видят», и быстрее воспринимают команды. Например, мой гоночный мини-коптер (размером 10 на 10 см) развивает скорость до 38 километров в час и может подняться на высоту 9-этажного дома. Я часто выезжаю с ним в лес, чтобы поупражняться. Управляющий компьютер у него маленький: все на одной плате. Но при необходимости я могу что-то припаять, починить, так как долго тренировался на платах побольше.

С ними проводятся соревнования, в том числе в Уфе: трассы сооружаются в спортзалах, самая простая - 10 обручей в разных местах, сквозь которые надо пролететь. Ну а серьезный гоночный беспилотник развивает скорость до 100 км/ч, «гонки» на них проводятся, например, в Москве, на специальной трассе. Что же касается высоты, зарегистрирован случай, когда БПЛА пролетел над Эверестом (на высоте 9333 метра), другой поднялся еще выше - на 18805 метров, в стратосферу. 

При помощи квадрокоптеров сегодня доставляют лекарства в неблагополучные регионы, ищут пропавших туристов или, наоборот, браконьеров, они открывают новые возможности для журналистики, делая фантастические съемки городов и природы. 

- А вы не хотите придумать еще какое-нибудь применение для них? 

- Мы работаем над своим проектом: у нас есть пневматическая пушка по типу миномета и капсула, в которой спрятан дрон с камерой. При помощи пушки мы «выстреливаем» капсулой на несколько километров, она раскрывается, дрон взлетает и с камеры передает нам картинку. Это может быть очень кстати во время тушения пожара: устройство быстро залетит внутрь объекта, сделает снимки происходящего, может помочь обнаружить оставшихся там людей, при помощи тепловизора измерит температуру в разных точках.

Также это может быть актуально во время военных действий, когда простой квадрокоптер-разведчик можно заметить и быстро сбить, а капсулу заметить сложно, и устройство успеет передать снимки. Сейчас мы дорабатываем «пушку», которая выстреливает капсулу. О других командах, которые в России работали бы над подобным проектом, нам неизвестно.

Есть у меня и еще одна идея - это дрон, обеспечивающий связь в экстренных ситуациях. К примеру, вы находитесь в лесу или заехали в какую-то глушь на машине. Нет ни связи, ни Интернета, а вам нужно позвонить или открыть гугл-карту. Когда вы находитесь на земле, сигнал глушится из-за деревьев, электросетей и т.д. Но если взять с собой специальный беспилотник, он поднимется на определенную высоту, поймает и усилит сигнал.