Představili jste si někdy, jak vlezete do obřího robotického obleku a bojujete nebo zvedáte těžké předměty, převracíte auta? Filmy ukazují, že se jedná o dostupné potěšení. Ve skutečnosti může být vytvoření takového zařízení z plánu obrovskou výzvou.
Po mnoho desetiletí jsme si zvykli myslet, že bojiště budoucnosti bude vypadat přesně takto: obří roboti, ve kterých lidé sedí (nebo lépe nesedí). Tato titánská monstra - lépe známá jako „mechové“- se stala jakýmsi souhrnem pro války budoucnosti. Pilotovaní roboti se poprvé objevili v japonských anime, ale velmi brzy migrovali do západního světa prostřednictvím různých seriálů. Hollywoodské filmy jako Aliens, Avatar a Pacific Rim odvedly skvělou práci, když ukázaly, jak by to mělo vypadat.
Filmy jsou filmy, ale jak skutečné jsou takové projekty ve skutečnosti? Kdy uvidíme lidi pilotovat obří roboty?
Jordan Weissman of Harebrained Schemes vyrobil v 80. letech hry BattleTech s mechem tematikou. Když koncipoval své Mechy ve srovnání s předchozími příklady, zaujal přístup relativně k zemi. Jordan si představil mechy postavené z ocelového rámu obklopeného elektricky nabitými umělými svaly, které hýbou klouby, s gyroskopickým stabilizátorem a palubní elektrárnou.
Jordanova základní zpráva je dostatečně jasná. Umělé svalstvo bylo do jisté míry jako elektroaktivní polymery. "Elektrické paprsky, které se při průchodu elektřiny rozpínají nebo smršťují, byly svaly v našem měchu," říká Weissman. "O třicet let později se tentýž materiál nyní používá při vývoji protéz."
Jedním z důvodů, proč lidský tvar přitahuje designéry, je jeho speciální ergonomický design. "Lidská anatomie je neuvěřitelně efektivní při chůzi po skalách a silnicích," vysvětluje Rob Buckingham, ředitel závodu v Culham Science Center. „Stačí se podívat na vojáka, který unese několikanásobek své vlastní váhy v jakémkoli terénu.“Chůze na dvou nohách však vyžaduje zvláštní obratnost a udržení rovnováhy může být velmi obtížné.
Jak také zvládnete třímetrového obra? Profesor Setu Vijayakumar z Edinburgh Robotics Center navrhuje kombinaci teleoperace a automatického systému, který reaguje na záměr pilota. "Záměr na vysoké úrovni přijde od operátora, ale do platformy bude zabudováno mnoho ovládání na nízké úrovni, jako je udržování rovnováhy při chůzi," říká Setu.
Propagační video:
Ve skutečnosti bude jednodušší vyrobit bipedální mech ovládaný člověkem než samostatný. "Jedná se o zcela proveditelný typ technologie." Pravděpodobnější než autonomní systém, protože plně autonomní systém má mnoho problémů, pokud jde o smyslové a kontextové rozhodování. “
Jakýkoli typ dálkového ovládání však bude vyžadovat komunikační platformu, která je odolná proti neoprávněné manipulaci a odolná proti chybám a je schopná zpracovat 500 000 operací za sekundu.
Existuje také otázka, na jakou energii bude kožešina působit. Weissman si myslel, že BattleTech Mechs poběží na fúzních reaktorech, ale vzhledem k dnešním fúzním reaktorům velikosti továrny je to nepravděpodobné. Mechové v Pacifiku používali konvenční jaderné štěpné reaktory, které sice poskytují vysoký výkon, ale jsou extrémně nebezpečné. "Technologie baterií a hustota energie jsou teoreticky možné," říká Setu. „Výzkum probíhá, ale pokud jde o to, co lze udělat, je stále ještě v plenkách.“
Poskytnout pilotovi kontextové informace a situační povědomí je další výzva. "Učinili jsme pokrok pomocí ovládacích prvků v reálném čase, jako je vyvážení," říká Setu. „Problém je v tom, že víme, jak to udělat, ale při práci se senzory v reálném světě každá nepatrná odchylka v senzorech systém vypne.“
Vibrační zpětná vazba - obdobná jako na herních joystickech - je užitečná pro zjištění, zda se něčeho dotýkáte nebo ne. Ale poskytnout pilotovi extra vjemy, které přidávají kontext k tomu, co robot zažívá, s sebou nese riziko zahlcení pilota zbytečnými informacemi.
Přirozeně, čím více něco budujete, tím těžší je. Tlak vyvíjený na povrch je síla dělená plochou. Pokud máte dvounohý systém, jako je kožešina, většina hmoty je soustředěna do dvou nohou. Tím se vytvoří „vlásenkový efekt“, kdy se veškerá váha soustředí na malou plochu. "Pokud si vezmete ženu a soustředíte ji na čtvrt palce na jehlovém podpatku, dokáže prorazit značné množství materiálu," říká Weissman.
Němci čelili podobnému problému při vývoji super těžkého tanku Maus během druhé světové války. S hmotností 188 tun prošel zkouškami na železobetonu dobře, ale při první polní zkoušce se zasekl v zemi.
Dalším problémem by bylo přimět kožešinu chodit. Stabilizátor gyroskopu již umožňuje samovyvažování strojů, jako jsou výletní lodě. Akt chůze je nicméně velmi nestabilní proces. Lidé chodí tak, že vykročí dopředu a svou váhu si položí na nohy. A čím vyšší je předmět, tím těžší je vyvážení.
Kuratas vyvinutý Suidobashi Heavy Industry a Mark-2 vyvinutý MegaBots, oba prohlášeni za 'Mechs. Ačkoli oba napodobují lidskou podobu, roboti se spoléhají na pohyb na kolečkách místo na bipedální pohyb. Jedním z problémů je, že napodobování lidské formy - která má dobře rozložený systém hmotnosti a energie - je výzvou pro inženýry.
Motory v každém kloubu by mohly problém vyřešit, ale takové řešení vyžaduje těžké motory, které podpírají zbytek těla. Motory jsou relativně těžké, takže velká váha bude soustředěna do kloubů a bude pro srst obtížnější udržovat rovnováhu.
Výzkum pneumatických svalů postupuje, ale pro každý kloub budou zapotřebí dva. "Z pneumatických svalů můžete vytvořit něco s pěti klouby," říká Setu. „Ale když se je pokusíte spojit do dvounohého systému, všechno jde do pekla, pokud jde o elektroniku, směrování a kabeláž.“
Již jsme zahájili výrobu měchů s prototypem exoskeletonu Assist Suit AWN-03 od společnosti ActiveLink. Tento oblek podpory se vyvíjí jako řešení nedostatku pracovních sil, který může nastat u stárnoucí populace. Vysokozdvižné vozíky nejsou vhodné pro všechny situace. "Existují některá izolovaná pole, která nelze mechanizovat, a průmysloví pracovníci budou muset i nadále nosit těžké předměty sami," říká Hiromichi Fujimoto, prezident společnosti ActiveLink.
Dalším krokem v Assist Suit bude snížení hmotnosti a výrobních nákladů a poté vývoj modelu pro těžší práci. Nový pomocný oblek bude schopen zvedat předměty, které by jinak člověk nedokázal zvednout sám.
Jednoho dne budeme mít člověkem pilotované exoskeletony pro přesun nákladu a možná těžkou konstrukci. Ale gigantičtí mechové, kteří šlapou po budovách, zůstanou stále průlomovým materiálem. "V beletrii to všechno vypadá hezky, ale když už mluvíme o praktickém vojenském transportu, pravděpodobně nechcete, aby byl vysoký," říká Weissman.
"V jistém smyslu je tam celá technologie," říká Setu. "Vyrobíme humanoidní mechy, pokud je můžeme použít." Pouze autoři sci-fi se zajímají, zda budou mít dvě ruce a dvě nohy. “
ILYA KHEL