На сегодняшний день в мире наблюдается существенное повышение интереса к такому гибридному направлению науки и техники как мехатроника. Так как данная область очень обширна и тесно связана с большим количеством направлений науки и техники, выборку для анализа патентной активности было целесообразно ограничить классом международной патентной классификации (МПК) B64G «Космонавтика; космические корабли и их оборудование (способы или устройства добычи материала из внеземных источников)». Данное ограничение отсекло незначительное количество патентов, которые могут быть использованы в области космической техники, но у которых не был указан соответствующий класс МПК, что дало возможность улучшить точность поиска.

В связи с объемностью темы «механические и мехатронные системы» (МиМС) в данном выпуске дайджеста рассмотрено направление, связанное с автоматическими и роботизированными системами (АиРС), включая манипуляторы, вследствие чего для поиска были использованы следующие ключевые слова: «mechatronic systems» (мехатронные системы), «electromechanical components» (электромеханические компоненты), «manipulators» (манипуляторы), «robots» (роботы), «precision mechatronic systems» (прецизионные мехатронные системы). Такие направления как системы автоматизированного проектирования, миниатюрные (нано) электромеханические устройства, пьезоэлектрические приводы, электродвигатели как часть мехатронных систем и другие направления будут проанализированы в отдельных дайджестах.

Стоит обратить внимание, что за последние 10 лет количество публикаций выросло примерно в 4 раза. Это может быть связано с появлением таких новых игроков на технологическом рынке, как Китай, или с ростом общего технологического уровня в мире и особого внимания к развитию робототехники и искусственного интеллекта (ИИ).

Дополнительно на рис.1 показан уровень публикаций за первую половину 2021 года. Как видно на графике, количество патентных заявок на 18 августа 2021 года почти сравнялось с количеством патентных заявок, опубликованных за весь 2020 год.

По графикам на рис. 3 и рис. 4 можно сделать вывод, что лидирует в данном направлении Китай. За последние 10 лет объем патентных заявок от китайских организаций, описывающих разного рода автоматические и роботизированные системы, вырос в 7 раз. Россия также входит в тройку лидеров, опережая США на 27% по количеству опубликованных патентных заявок.

Крупнейшими игроками на рынке патентования АиРС (МиМС) являются университеты Китая. При детальном рассмотрении выборки становится очевидно, что они активно патентуют изобретения преимущественно на территории своей страны: большая часть заявок на данный момент охватывает только Китай. Но вместе с тем любопытен тот факт, что и уже действующие патенты остаются ограниченными одним государством. Например, заявки CN111547278A (Shanghai Aerospace System Engineering Institute), CN112249366A (Beijing Space Vehicle General Design Department) или патент CN103331759B (Harbin Institute of Technology).

Такая тенденция может быть обусловлена как экономическими, так и социальными и политическими интересами университетов и самой страны. Так, например, стратегия обеспечения правовой охраны может не предусматривать выход на внешние рынки.

Первое место среди зарубежных организаций по уровню публикаций патентных заявок в рамках АиРС (МиМС) занимает французская компания Thales SA. 15% заявленных разработок имеют правовую охрану на территории США, 9% – на территории Китая и 2,25% – на территории России. Охраняемые разработки преимущественно направлены на модернизацию космических аппаратов, в частности спутников дистанционного зондирования Земли. Например, патент от 17.01.2018, поданный в российское патентное ведомство, описывает устройство развертывания и свертывания гибкой конструкции спутника (RU2641398C2). В частности, предложенное устройство находит свое применение в области космического оборудования для спутников, такого как антенны, солнечные генераторы, тепловые экраны, дефлекторы или телескопы.

В космической отрасли почти каждый объект может быть рассмотрен как мехатронная система или совокупность мехатронных систем. Роботизация и приведение космической техники к автоматической работе происходит постоянно. Одним из актуальных направлений является создание систем обезвешивания или систем моделирования условий микрогравитации. Важность этих систем обуславливается необходимостью проведения экспериментальных отработок техники (и не только), которая должна будет выполнять свои задачи в условиях космического пространства.

Например, заявки на патенты и полезная модель от Tianjin Seles Electromechanical Technology Co., LTD (Китай) CN112520077A, CN112407345A и CN213594561U содержат метод, описание и модель устройства (подвески) для моделирования микрогравитации для космического механического рычага в космическом аппарате. Устройство имеет платформу с механическим поворотным рычагом, снабженную всенаправленной подвижной платформой, противовесом и кронштейном механического поворотного рычага. Всенаправленная платформа движется в разных направлениях в плоскости. Противовес используется для выравнивания центра масс всенаправленной движущейся платформы и механического поворотного рычага. Камера установлена на кронштейне механического поворотного рычага. Кронштейн механического поворотного рычага закреплен на пространственном механическом рычаге в нижней части относительно плоскости с шестью степенями свободы посредством гравитационной разгрузки и последующего компонента. Разработанное устройство устраняет влияние самогравитации на положение космического аппарата, когда механический рычаг развернут, и сохраняет бо́льшую степень свободы движения и диапазон перемещения механического рычага, так что расширяющийся диапазон движения механического рычага поддерживается на высоком уровне.

С точки зрения управления интеллектуальной собственностью необходимо отметить, что в данном случае одна разработка защищена как минимум 3 раза: как изобретение метода моделирования, изобретение устройства как такового и как полезная модель. Это хороший пример для демонстрации способа формирования портфеля прав на технологию, оптимальная охрана которой достигается путем комплексного использования различных видов результатов интеллектуальной деятельности.

Также уходит с лидирующих позиций проблема космического мусора, для решения которой появляется всё больше идей и изобретений, являющихся преимущественно мехатронными системами. В основном разработки идут по темам, касающимся работы техники в условиях сверхнизких температур, захвата и удержания объектов в космическом пространстве, или контроля положения космического аппарата при захвате объекта.

В заявке на патент Zhejiang sci-tech university (Китай) CN108516112A заявлен самоадаптирующийся разъединённый управляемый механизм для захвата целевого пространства.

1. Несущий (опорный) цилиндр

2. Механизм выдвижения (растяжения)

3. Приводимый в действие механический рычаг

4. Буферная направляющая платформа

5. Навершие механического рычага

6. Винт регулярного шага

7. Складной механизм (приводной двигатель и механический рычаг)

Преимущество данной разработки заключается в том, что механизм использует единый источник питания для реализации процесса выдвижения механического рычага и повышает гибкость расположения наконечников, имеющих различные размеры и форму.

Уровень роботизации технологических процессов постоянно растет. Системы становятся сложнее и требовательнее. Трудно провести четкую границу между разными областями техники, каждая из них заимствует и использует наработки из других. Космическая отрасль в свою очередь аккумулирует в себе достижения изобретателей в области АиРС (МиМС). Инновации данного направления непосредственно влияют на характер научно-исследовательских миссий, которые планируются в будущем. На сегодняшний день Россия находится в лидерах по рассматриваемому направлению в мире, занимая второе место. Уровень патентных публикаций растет с каждым годом, что говорит об увеличении заинтересованности в управлении интеллектуальной собственностью, в частности в оформлении правовой охраны разрабатываемых технологий, со стороны организаций космической отрасли.

1 - возвращаемая первая ступень,

2 - посадочное устройство,

3 - механический манипулятор, образованный двумя исполнительными органами,

4 - сетчатая конструкция посадочного устройства,

5 - крепежи.

За счёт сохранения исходной конструкции ступени значительно уменьшается вес ракеты-носителя в сравнении с другими техническими решениями в данном направлении (парашютные системы, парашютные системы и вертолетный подхват, собственные маршевые двигатели первой ступени и выдвижные опоры и др.).

Количество научных публикаций по теме МиМС в космической технике в России за 10 лет показывает высокий уровень внимания научных кругов к мехатронным системам. Следует также отметить, что существенная часть освещаемых в публикациях разработок потенциально может быть использована не только в космической технике.

Конкретно по АиРС (МиМС) динамику публикационной активности можно проследить по представленной на рис. 6 гистограмме.