Czy kiedykolwiek wyobrażałeś sobie, jak wspinasz się do gigantycznego kombinezonu robota i walczysz, no cóż, podnosisz ciężkie przedmioty, przewracasz samochody? Filmy pokazują, że to przystępna przyjemność. W rzeczywistości stworzenie takiego urządzenia z planu może być ogromnym wyzwaniem.
Przez wiele dziesięcioleci przyzwyczailiśmy się myśleć, że pole bitwy przyszłości będzie wyglądać tak: gigantyczne roboty, w których ludzie siedzą (a lepiej nie siedzą). Te tytaniczne potwory - lepiej znane jako „Mechy” - stały się swego rodzaju konspektem wojen przyszłości. Pilotowane roboty pojawiły się po raz pierwszy w japońskim anime, ale bardzo szybko migrowały do świata zachodniego poprzez różnego rodzaju seriale. Filmy z Hollywood, takie jak Obcy, Avatar i Pacific Rim, świetnie się spisały, pokazując, jak powinny wyglądać.
Filmy to filmy, ale na ile realne są takie projekty w rzeczywistości? Kiedy zobaczymy ludzi pilotujących gigantyczne roboty?
Jordan Weissman z Harebrained Schemes stworzył gry BattleTech o tematyce Mech w latach 80. Podczas tworzenia swoich Mechów przyjął stosunkowo przyziemne podejście w porównaniu z poprzednimi przykładami. Jordan wyobraził sobie mechy zbudowane ze stalowej ramy otoczonej przez naładowane elektrycznie sztuczne mięśnie, które poruszają stawami, z żyroskopowym stabilizatorem i pokładową elektrownią.
Podstawowe przesłanie Jordana jest wystarczająco jasne. Sztuczna muskulatura była do pewnego stopnia podobna do elektroaktywnych polimerów. „Wiązki elektryczne, które rozszerzają się lub kurczą, gdy przepuszczana jest energia elektryczna, były mięśniami miechów” - mówi Weissman. „Trzydzieści lat później ten sam materiał jest obecnie używany do opracowywania protez”.
Jednym z powodów, dla których ludzki kształt przyciąga projektantów, jest jego wyjątkowy ergonomiczny kształt. „Anatomia człowieka jest niesamowicie skuteczna w chodzeniu po skałach i drogach” - wyjaśnia Rob Buckingham, dyrektor Race w Culham Science Center. „Wystarczy spojrzeć na żołnierza, który w każdym terenie może unieść kilka razy więcej niż jego ciężar”. Jednak chodzenie na dwóch nogach wymaga szczególnej zręczności, a utrzymanie równowagi może być bardzo trudne.
A także, jak obsługiwać trzymetrowego giganta? Profesor Setu Vijayakumar z Edinburgh Robotics Centre proponuje połączenie teleoperacji i zautomatyzowanego systemu, który reaguje na zamiary pilota. „Intencje wyższego poziomu będą pochodzić od operatora, ale wiele kontroli niskiego poziomu zostanie wbudowanych w platformę, na przykład utrzymywanie równowagi podczas chodzenia” - mówi Setu.
Film promocyjny:
W rzeczywistości stworzenie kontrolowanego przez człowieka dwunożnego mecha będzie łatwiejsze niż samodzielne. „Jest to całkowicie wykonalna technologia. Bardziej prawdopodobne niż system autonomiczny, ponieważ system w pełni autonomiczny ma wiele problemów związanych z podejmowaniem decyzji sensorycznych i kontekstowych”.
Jednak każdy rodzaj systemu zdalnego sterowania będzie wymagał platformy komunikacyjnej, która jest odporna na manipulacje i błędy oraz może obsługiwać 500 000 operacji na sekundę.
Powstaje również pytanie, na jakiej energii będzie działało futro. Weissman sądził, że mechy BattleTech będą działały na reaktorach termojądrowych, ale biorąc pod uwagę dzisiejsze reaktory termojądrowe wielkości fabryki, jest to mało prawdopodobne. Mechy na Pacyfiku wykorzystywały konwencjonalne reaktory rozszczepienia jądrowego, które zapewniają dużą moc wyjściową, ale są wyjątkowo niebezpieczne. „Technologia akumulatorów i gęstość energii są teoretycznie możliwe” - mówi Setu. „Badania trwają, ale pod względem tego, co można zrobić, są one wciąż w powijakach”.
Zapewnienie pilotowi informacji kontekstowych i świadomości sytuacyjnej to kolejne wyzwanie. „Zrobiliśmy postęp w zakresie kontroli w czasie rzeczywistym, takich jak balans” - mówi Setu. „Problem polega na tym, że wiemy, jak to zrobić, ale podczas pracy z czujnikami w świecie rzeczywistym każde niewielkie odchylenie czujników spowoduje zamknięcie systemu”.
Sygnał wibracyjny - podobny do tego, który można znaleźć na joystickach do gier - jest przydatny do określenia, czy czegoś dotykasz, czy nie. Jednak dostarczanie pilotowi dodatkowych wrażeń, które dodają kontekst do tego, czego doświadcza robot, niesie ze sobą ryzyko przytłoczenia pilota niepotrzebnymi informacjami.
Oczywiście im więcej coś budujesz, tym staje się cięższe. Nacisk wywierany na powierzchnię to siła podzielona przez powierzchnię. Kiedy masz układ dwunożny, taki jak futro, większość masy jest skoncentrowana w dwóch nogach. Tworzy to „efekt spinki do włosów”, w którym cały ciężar koncentruje się na niewielkiej powierzchni. „Jeśli weźmiesz kobietę i skupisz ją całą na ćwierć cala w szpilce, może przebić się przez sporą ilość materiału” - mówi Weissman.
Z podobnym problemem napotkali Niemcy podczas konstruowania superciężkiego mysiego czołgu podczas II wojny światowej. Ważąc 188 ton, przeszedł dobrze testy na żelbetonie, ale podczas pierwszej próby w terenie utknął w ziemi.
Innym problemem byłoby poruszenie futra. Stabilizator żyroskopu pozwala już maszynom, takim jak statki wycieczkowe, na samoczynne wyważenie. Niemniej jednak chodzenie jest procesem bardzo niestabilnym. Ludzie idą krok do przodu i kładą ciężar na nogach. Im wyższy obiekt, tym trudniej jest zrównoważyć.
Kuraty opracowane przez Suidobashi Heavy Industry i Mark-2 opracowane przez MegaBots, obie uważane za “ Mechy ”. Chociaż oba naśladują ludzką postać, opierają się na ruchu kołowym, a nie dwunożnym. Jednym z problemów jest to, że naśladowanie ludzkiej postaci - która ma dobrze rozłożony system ciężaru i energii - jest wyzwaniem dla inżynierów.
Silniki w każdym przegubie mogłyby rozwiązać problem, ale takie rozwiązanie wymaga ciężkich silników do podtrzymywania reszty ciała. Silniki są stosunkowo ciężkie, więc w stawach skupi się duża część ciężaru i futrze będzie trudniej utrzymać równowagę.
Badania nad mięśniami pneumatycznymi postępują, ale potrzebne będą dwa na każdy staw. „Z mięśni pneumatycznych można stworzyć coś z pięcioma stawami” - mówi Setu. „Ale kiedy próbujesz połączyć je w dwunożny system, wszystko idzie do diabła w zakresie elektroniki, routingu i okablowania”.
Rozpoczęliśmy już produkcję miechów z prototypowym egzoszkieletem Assist Suit AWN-03 firmy ActiveLink. Ten kombinezon pomocniczy jest opracowywany jako rozwiązanie problemu niedoboru siły roboczej, który może wystąpić wraz ze starzeniem się populacji. Wózki widłowe i podnośniki nie nadają się do wszystkich sytuacji. „Istnieją pewne odizolowane pola, których nie można zmechanizować, a pracownicy przemysłowi nadal będą musieli samodzielnie przenosić ciężkie przedmioty” - mówi Hiromichi Fujimoto, prezes ActiveLink.
Następnym krokiem w kombinezonie wspomagającym będzie zmniejszenie wagi i kosztów produkcji, a następnie opracowanie modelu do cięższej pracy. Nowy kombinezon asysty będzie w stanie podnosić przedmioty, których w innym przypadku osoba nie byłaby w stanie podnieść samodzielnie.
Pewnego dnia będziemy mieć sterowane przez człowieka egzoszkielety do przenoszenia ładunków i prawdopodobnie ciężkich konstrukcji. Ale gigantyczne Mechy przechodzące przez budynki nadal pozostaną przebojem. „W fikcji wszystko wygląda ładnie, ale mówiąc o praktycznym transporcie wojskowym, prawdopodobnie nie chcesz, aby był wysoki” - mówi Weissman.
„W pewnym sensie cała technologia już tam jest” - mówi Setu. „Zrobimy humanoidalne mechy, jeśli będziemy mogli ich użyć”. Tylko pisarze science fiction dbają o to, czy będą mieli dwie ręce i dwie nogi”.
ILYA KHEL