Вісник СНТ ДонНУ 2014

иметь wi-fi модуль для возможности беспроводного соединения с платой Arduino (с аппаратной платформой комплекса).

В собранном виде прототип аппаратной платформы имеет вид представленный на рисунке 7.

Рис. 7 Робот на базе Arduino

Реализация алгоритма навигации робота.

Для навигации робота по заданному поведению к заданной цели (определенному местоположению маркера в пространстве) необходимо реализовать программную автономную систему управления (АСУ) роботом. Обобщенный алгоритм работы АСУ приведен на рисунке 8. Робот прямолинейно двигается и сканирует пространство с помощью камеры в поиске маркера. Когда камера «захватывает» маркер, происходит измерение расстояния. На основе типа распознанного маркера и расстояния измеренного с помощью ультразвукового дальномера, основываясь на выводах из списка правил ЕСЛИ ТО, принимается решение о дальнейших действиях робота[3].

261

7. Принятие решения

8. Передача управляющих команд на робота

Рис. 8 Блок-схема алгоритма поведения робота.

При выполнении этапа 1 (см. рис.7) происходит опрос и последующий прием данных с внешних датчиков (видеокамера и ультразвуковой дальномер).

Ультразвуковой дальномер подключен к плате Arduino. Соединение двустороннее. С arduino поступает сигнал на измерение расстояния, возвращается численное значение в дюймах. Подаем сигнал, длительностью 10мкс, что запускает генератор, создающий последовательность коротких импульсов на передатчике (8 шт.). Далее, приемник получает отраженный сигнал и генерируется прямоугольный сигнал, длина которого пропорциональна времени между излучением импульсов и детектированием их приемником. Данные с камеры – это видеопоток, который представляет собой покадрово сжатие в формате JPEG изображения.

На втором этапе выполняется связь между роботом и вычислительным центром. Arduino соединен с точкой доступа и передает данные через COM порт. Камера подключена по lan к роутеру. Таким образом, находясь в одной подсети с роутером, мы можем получать данные, как с камеры, так и с ультразвукового дальномера. Для обращения к Arduino через эмулированный COM порт необходимо, чтобы обязательно были запущены 2 соединения SSH.

Для определения расстояния до маркера используются данные полученные с ультразвукового дальномера. Реальное время, за которое звук дойдет до приемника достаточно мало, поэтому чтобы по нему определить расстояние можно воспользоваться формулой [2]:

где s — расстояние, v — скорость звука, t — время получения сигнала на приемнике.

Обработка изображения. Из алгоритма обработки изображения можно выделить три ключевых этапа:

Бинаризация изображения. Первым этапом выполняется операция получения кадра с видеокамеры, и полученное изображение переводится к градациям серого.

262

После фильтрации уменьшается зернистость изображения, вызванная малыми разрешениями, с которыми может работать IP-камера. Следом за фильтрацией изображения производится обнаружение на нем границ с помощью алгоритма выделения границ Кенни.

Распознавания контура. После выделения границ на изображении будет получен набор замкнутых и разомкнутых контуров. Все замкнутые контуры могут являться эталонами, поэтому следующим этапом обработки является формирование списка всех замкнутых контуров на изображении [4-5].

Идентификации маркера. Если список контуров не пуст, то для каждого контура из списка выполняется как последовательность операций:

Измеряется площадь контура. Если площадь контура меньше определенного порогового значения, то рассмотрение данного контура прекращается, и алгоритм распознавания переходит к следующему контуру в списке;

Контур сравнивается с контурами, эталонных объектов. Сравнение производится по следующему алгоритму: Для идентифицируемого контура и для каждого контураэталона вычисляются их инвариантные моменты. Затем для контура на изображении проводится сравнение инвариантных моментов с инвариантными моментами контуров, полученных из изображений-шаблонов[6].

Принятие решения. В качестве базы знаний в системе принятия решений используется модель продукционных правил (ЕСЛИ-ТО). В случае если эталон на изображении был найден и расстояние успешно определено, то на основе этих данных в наборе правил для эталона ищется соответствующая ему команда, которая впоследствии отправляется колесной базе на выполнение. Набор правил содержит список сопоставлений значений типа контура, расстояния и командам, которые будут выполняться роботом. В таблице 1 приведено соответствие некоторых правил командам.

Состав маркеров и их количество можно изменять для настройки выполнения роботом необходимых команд и обеспечения необходимого функционала робота.

На последнем этапе алгоритма поведения робота система должна передать управляющие команды на аппаратную платформу. Для этого управляющая команда отправляется роботу в виде целочисленных кодов, посредством канала беспроводной связи с использованием роутера на роботе.

При разработке программы для управления роботом использовалась среда разработки Arduino – Arduino IDE. Общий вид окна среды представлен на рисунке 8 и состоит из встроенного текстового редактора программного кода, области сообщений, окна вывода текста(консоли), панели инструментов с кнопками часто используемых команд и нескольких меню.

Для загрузки программ и связи среда разработки подключается к аппаратной части Arduino по COM-порту.

Выводы. В работе предложен подход к навигации автономного робота на основе идентификации управляющих маркеров. Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:

263

Выполнен анализ существующих подходов к решению задачи навигации и определения местоположения по маркеру и существующих решений в прикладной робототехнике. Это позволило выбрать подход к решению задачи, который дал наилучшие результаты при решении задачи, поставленной в работе.

Реализован метод распознавания некоторого набора знаков в видеопотоке на основе таких алгоритмов компьютерного зрения, как медианная фильтрация, выделение границ Кенни, алгоритм инвариантных моментов.

Собран аппаратный комплекс автономного робота с применением возможностей платформы Arduino.

Предложенное решение может быть использовано в научных исследовательских работах, при построении систем оказания помощи людям с ограниченными возможностями, при исследовании промышленных объектов, которые находятся в аварийном состоянии без угрозы жизни и здоровью человека.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Среда разработки Arduino [Электронный ресурс], URL: http://arduino.ru/Arduino_environment (дата обращения: 11.06.2013)

2.Л. Бергман, Ультразвук и его применение в науке и технике. Перевод с немецкого. Издание 2, издательство Иностранной литературы, 1957 726 с.

3.Юревич Е.И. Основы робототехники. – 2-е изд. перераб. и доп. – СПб.: БХВ–Петербург, 2005. – 416 с.

4.Форсайт Д., Понс Ж. Компьютерное зрение. Современный подход. : Пер. с англ. – М : Издательский дом «Вильямс», 2004. – 928 с. : ил. – Парал. тит. англ.

5.Шапиро Л. Компьютерное зрение; Пер. с англ. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – 752 с., 8 с. ил. : ил.

6.OpenCV шаг за шагом. Сравнение контуров через суммарные характеристики – моменты

[Электронный ресурс], URL: http://robocraft.ru/blog/computervision/867.html (дата обращения:

01.06.2013)

7.Официальный сайт проекта Arduino [Электронный ресурс], URL: http://www.arduino.cc/ (дата обращения: 01.06.2013)

УДК: 577.152.321+663.11

ЛІГНОЛІТИЧНА АКТИВНІСТЬ ДЕЯКИХ ШТАМІВ ДЕРЕВОРУЙНІВНИХ ГРИБІВ ЗА КУЛЬТИВУВАННЯ НА СЕРЕДОВИЩАХ З РІЗНИМИ ДЖЕРЕЛАМИ ВУГЛЕЦЮ

А. Ю. Кваско, К. Г. Древаль

Резюме. У даному дослідженні вивчена лігнолітична активність деяких штамів базидіальних грибів за культивування на середовищі із лігносульфонатом або фільтрувальним папером як єдиним джерелом вуглецю. Встановлено, що загальна лігнолітична активність при культивуванні на середовищі із фільтрувальним папером більша у штаму M.gig M. giganteus, а лакказна активність більша у штамів R-4 P. pomaceus, K-5 та А-Дон-02 I. lacteus щодо субстрату сирінгалдазину. За культивування на середовищі з лігносульфонатом найвища загальна лігнолітична активність у штаму M.gig M. giganteus, а найвищий показник лакказної активності зафіксовано у штамів S.hirs S. hirsutum, T.bif T. biforme та M.gig M. giganteus щодо субстрату гваяколу.

Ключові слова: базидіоміцети, лігнін, середовище культивування, лігнолітичні ферменти.

Вступ

На сьогоднішній час постійно зростає кількість рослинних відходів, частина яких потрапляє у грунт, де починається інтенсивний процес їх розпаду. Такий розпад залежить від різноманітних екологічних умов, тому розуміння цих явищ з метою прискорення даних метаболічних процесів надзвичайно важливе. Щороку у світі

264

близько 0,15 млрд. т полімерних відходів відкладаються в потоці твердих відходів, щороку виробляється близько 0,35 млрд. т полімерних матеріалів, які тривалий час розкладаються в природних умовах, забруднюючи оточуюче середовище та погіршуючи стан природи й організму людини [3].

Лігнін, як складова частина деревини, найбільш важко утилізувати, він утворюється при хімічній переробці на целюлозо-паперових та гідролізних підприємствах. Кількість лігнінів в Україні по різним даним складає близько 5-15 млн. т [5].

Базидіоміцети є унікальними об’єктами для біотехнології, оскільки є продуцентами білка, незамінних амінокислот, біологічно активних речовин та ферментів різних класів [4]. Актуальність роботи полягає у здатності базидіоміцетів продукувати позаклітинні ензими, що здатні розкладати лігнін, оскільки це дає можливість використовувати їх з практичною метою, зокрема для утилізації відходів виробництва. Грибні лаккази широко вивчені на предмет їх використання в деяких промислових цілях [1]: у відбілюванні целюлози в паперовій промисловості, знебарвлення барвників, детоксикації забруднень оточуючого середовища та очищення від відходів стічних вод [2].

Базидіальні гриби як продуценти мають ряд переваг порівняно з іншими організмами, оскільки вони здатні проростати на легко доступних середовищах та в них відсутнє спороношення на міцеліальній стадії, що забезпечує екологічну безпечність даного виробництва [4]. Проте, основна складність при використанні цих ферментів в промислових масштабах полягає у промислових витратах. На даний час вивчено недостатню кількість штамів базидіальних грибів. Саме тому, метою роботи був пошук нових штамів вищих базидіальних грибів – продуцентів лігнолітичних ферментів.

Матеріали та методи

Дослідження проводили на 15 штамах вищих сапротрофних дереворуйнівних грибів : S-5, T.ver Trametes versicolor (L.) Lloyd, Kv14-2 Polyporus squamosus (Huds.) Fr, R-4 Phellinus pomaceus (Pers.) Maire, A-Дон-02, Д-1, Kv-5, I.1-M, I.1-b, K-1 Irpex lacteus (Fr.) Fr.,, AnSc-1 Daedaleopsis confragosa f . confragosa (Bolton) J. Schrot, S.hirs

Stereum hirsutum, Vs-2 Phellinus pomaceus (Fr.) Fr., T.bif Trametes biforme (Fr.) Pilat, M.gig Meripilus giganteus (Pers.) P. Karst. Культивування штамів проводили на середовищі Чапека із використанням лігносульфонату або фільтрувального паперу як єдиного джерела вуглецю. Активність лігнінруйнуючих ферментів визначали на 7 та 14 доби культивування по відношенню до наступних сполук: pемазол бриліантовий блакитний R (загальна лігнолітична активність), сирінгалдазин, пірокатехін та гваякол (лакказна активність). Вміст білка у культуральних фільтратах визначали спектрофотометрично на спектрофтометрі СФ-26 (Росія). За одиницю активності приймали кількість ферменту, що утворює 1 мікромоль продукту, протягом 1 хв в умовах досліду. Отримані дані обробляли статистично за допомогою методів дисперсійного аналізу, порівнння середніх – за методом Дункана.

Основний розділ

Загальна лігнолітична активність за використання фільтрувального паперу як єдиного джерела вуглецю зростала з часом культивування штамів А-Дон-02, Д-1, K-1

I. lacteus, AnSc-1 D. сonfragosa (рис.1). Для штамів Кv-5 I. lacteus, S-5 T. versicolor, Kv14-2 P. squamosus, R-4 P. pomaceus загальна лігнолітична активність дорівнювала нулю. Найвища загальна лігнолітична активність встановлена для штаму AnSc-1 D. confragosa на 14 добу експерименту (222,22 ± 11,20 UL-1).

265

Рис.1 Загальна лігнолітична активність базидіальних грибів за культивування на середовищі з фільтрувальним папером як єдиним джерелом вуглецю.

За використання сирінгалдазину як субстрату для визначення лакказної активності у штаму AnSc-1 D. сonfragosa лакказна активність зростала протягом експерименту, для інших штамів даний показник зменшувався протягом культивування. айвищий показник лакказної активності щодо сирінгалдазину зафіксовано для штаму S-5 T. versicolor на 7 добу вирощування (3,49 ± 0,01 ULˉ1)

(рис.2).

Рис.2 Лакказна активність базидіальних грибів по відношенню до сирінгалдазину за культивування на середовищі з фільтрувальним папером як єдиним джерелом вуглецю.

За використання гваяколу, лакказна активність штамів Kv-5, К-1 I. lacteus та AnSc-1 D. confragosa зростала протягом культивування, а у інших штамів лакказана активність зменшувалась протягом експерименту. Найвищий показник лакказної активності по відношенню до гваяколу зафіксовано для штаму AnSc-1 D. confragosa

на 14 добу експерименту (6727,59 ± 61,65 ULˉ1) (рис. 3).

266

Рис.3 Лакказна активність базидіальних грибів по відношенню до гваяколу за культивування на середовищі з фільтрувальним папером як єдиним джерелом вуглецю.

Щодо пірокатехину, лакказна активність штамів S-5 T. versicolor та R-4 P. pomaceus зменшувалась протягом культивування, тоді як у інших штамів даний показник збільшувався протягом експерименту. Найвищі відповідні показники також зафіксовано для цих штамів на 7 добу культивування (5495,49 ± 65,65 ULˉ1 та 5405,40

± 66,20 UL-1 відповідно), що показано на рис. 4.

Рис.4 Лакказна активність базидіальних грибів по відношенню до пірокатехину за культивування на середовищі з фільтрувальним папером як єдиним джерелом вуглецю.

За використання лігносульфонату як єдиного джерела вуглецю загальна лігнолітична активність для штамів T.ver T. versicolor, Vs-2 P. pomaceus, S.hirs S. hirsutum, M.gig M. giganteus зменшувалась протягом культивування. Найбільший показник загальної лігнолітичної активності зафіксовано для штаму M.gig M. giganteus на 7 добу культивування (2086,93 ± 144,87 UL-1) (рис. 5).

267

Рис.5 Загальна лігнолітична активність базидіальних грибів за культивування на середовищі з лігносульфонатом як єдиним джерелом вуглецю.

За використання сирінгалдазину як субстрату для визначення лакказної активності у штамів А-Дон-02, I.1-b I. lacteus, S.hirs S. hirsutum, T.bif T. biforme, M.gig

M. giganteus данний показник збільшувався протягом експерименту. Найвища лакказна активність зафіксована для штаму Vs-2 P. pomaceus на 7 добу експерименту

(56,43 ± 0,6 UL-1) (рис.6).

Рис.6 Лакказна активність базидіальних грибів по відношенню до сирінгалдазину за культивування на середовищі з лігносульфонатом як єдиним джерелом вуглецю.

Найвища лакказна активність зафіксована для штаму Vs-2 P. pomaceus на 7 добу експерименту. По відношенню до гваяколу, найвищу лакказна активність зафіксовано для штамів S.hirs S. hirsutum, T.bif T. biforme, M.gig M. giganteus на 14

добу вирощування. Для інших штамів лакказна активність збільшувалась протягом експерименту (рис.7).

268

Рис.7 Лакказна активність базидіальних грибів по відношенню до гваяколу за культивування на середовищі з лігносульфонатом як єдиним джерелом вуглецю.

По відношенню до пірокатехину показник лакказної активністі штамів AnSc-1

D. confragosa, T.ver T. versicolor, S.hirs S. hirsutum, Д-1 I. lacteus менший на 7 добу культивування. На 14 добу культивування найвищий показник лакказної активності зафіксовано для штамів I.1-M I. lacteus (4324,3 ± 23,86 UL-1), Vs-2 P. pomaceus

(8288,26 ± 382,8 UL-1), M.gig M. giganteus (4324,26 ± 38,22 UL-1) (рис.8).

Рис.8 Лакказна активність базидіальних грибів по відношенню до пірокатехину за культивування на середовищі з лігносульфонатом як єдиним джерелом вуглецю.

Висновки

Таким чином, найвищу загальну лігнолітичну активність проявляв штам M.gig M. giganteus за культивування на середовищі з лігносульфонатом, отже, даний штам гриба продукує комплекс ферментів, що здатні брати участь в процесах біотрансформації та біомодифікації різноманітних лігнінвмісних субстратів. Найвища лакказна активність у штамів R-4 P. pomaceus, K-5, А-Дон-02 I. lacteus за

269

культивування на середовищі з фільтрувальним папером щодо сирінгалдазину, проте у штаму Vs-2 P. pomaceus за культивування на середовищі з лігносульфонатом данний показник більший. Отже, такий субстрат, як сирінгалдазин, є найбільш специфічним для штаму Vs-2 P. pomaceus. Штами S.hirs S. hirsutum, T.bif T. biforme, M.gig M. giganteus продукують ферменти, для яких є найбільш специфічним субстратом гваякол за культивуванні на середовищі з лігносульфонатом; при культивуванні на середовищі з фільтрувальним папером лакказна активність по відношенню до гваяколу була меншою. По відношенню до пірокатехину найвищі показники лакказної активності зафіксовано при культивуванні на середовищі з фільтрувальним папером у штамів S-5 T. versicolor та R-4 P. pomaceus, а за культивування на середовищі з лігносульфонатом по відношенню до пірокатехину показники лакказної активності менші. Штам M.gig M. giganteus проявляє високу активність по відношенню до різних субстратів: пірокатехин, гваякол, сирінгалдазин, тобто, може бути використаний для біодеградації лігнінвмісних субстратів.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ:

1.Varnaite R., Raudoniene V. Enzymatic Biodegradation of lignin-cellulose complex in plant origin material / R. Varnaite, V. Raudoniene, Bridziuviene D. // Materials science. – 2011. – Vol. 17, № 3 – P. 99– 103.

2.Alessandra P. Induction and transcriptional regulation of laccases in fungi / P. Alessandra, P. Giardina, V. Lettera, C. Pezzella, G. Sannia, V. Faraco // Curr Genomics. – 2011. – Vol. 12, №2 – P.104–112.

3.Арбузов Н.А. Изучение редуцирующих свойств штаммов грибов Trichoderma viride Pers. На биоразлагаемые полимерные материалы / Н.А. Арбузов, Т.И. Громовых// материалы X международной найчной конференции студентов и молодых ученых [Живые системы и биологическая безопасность населения], 2012 г. – Москва,2012. – С. 12–13.

4.Гаврилова В.П. Королева О.В. Перспективы промышленного получения специфических белков и биологических катализаторов из базидиомицетов / В.П. Гаврилова, О.В. Королева // тез. докл.

ивыступл. I съезд микологов России, 11–13 апреля 2002 г. – Москва, 2002.– С.294–295.

5.Симонова В.В. Методы утилизации технических лигнинов / В.В. Симонова, Т.Г. Щедрик, Б.Н. Кузнецов // Journal of Siberian federal university. – 2010. – № 4. – С. 340–354.

УДК 539.3:534.1

НЕЛИНЕЙНЫЕ ВТОРЫЕ ГАРМОНИКИ НОРМАЛЬНЫХ ВОЛН КРУЧЕНИЯ В ЦИЛИНДРЕ С ОБОБЩЕННЫМИ СМЕШАННЫМИ ГРАНИЧНЫМИ УСЛОВИЯМИ НА БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Д. В. Кравцов, В. И. Сторожев

Резюме. С использованием модели геометрически и физически нелинейного физического деформирования, основывающейся на теории конечных деформаций и выборе квадратичного упругого потенциала в форме Мурнагана, построено аналитическое решение задачи о малых нелинейных ангармонических возмущениях при распространении нормальных упругих волн кручения в изотропном цилиндре с обобщёнными смешанными граничными условиями на боковой поверхности. Проанализированы кинематические характеристики нелинейных вторых гармоник для осесимметричных крутильных волн с различными относительными длинами в цилиндре из молибдена при задании ряда значений параметра смешанных граничных условий.

Ключевые слова: упругие цилиндры, волны кручения, нелинейные вторые гармоники.

ВВЕДЕНИЕ

Исследование малых нелинейных ангармонических эффектов при распространении волн деформаций играет важную роль для приложений в акустоэлектронике, ультраакустической дефектоскопии, сейсмоакустике и механике конструкций [5,6,9,10]. Однако ввиду сложности соответствующих задач эти эффекты с достаточной полнотой исследованы в основном для плоских и цилиндрических

270