El tudta képzelni, hogyan mászik be egy hatalmas robotruhába, és harcol, nos, vagy nehéz tárgyakat emel, megfordítja az autókat? A filmek azt mutatják, hogy ez megfizethető öröm. Valójában egy ilyen eszköz tervrajzból való létrehozása hatalmas kihívást jelenthet.
Hosszú évtizedek óta megszokhattuk, hogy a jövő csatatere így fog kinézni: óriási robotok, amelyekben az emberek ülnek (vagy jobb, ha nem ülnek). Ezek a titáni szörnyek - ismertebb nevén „mechek” - a jövő háborúinak jellegzetes szinopszisává váltak. A kísérleti robotok először japán animékben jelentek meg, de nagyon hamar mindenféle sorozatokon keresztül vándoroltak a nyugati világba. Az olyan hollywoodi filmek, mint az Aliens, az Avatar és a Pacific Rim, nagyszerű munkát végeztek azzal, hogy megmutassák, hogyan kell kinéznie.
A filmek filmek, de mennyire valóságosak az ilyen projektek a valóságban? Mikor fogunk látni embereket, akik óriási robotokat vezetnek?
Jordan Weissman, a Harebrained Schemes készítette a Mech témájú BattleTech játékokat az 1980-as években. Viszonylag földhözragadt megközelítést alkalmazott, amikor megalkotta mechjeit a korábbi példákhoz képest. Jordan olyan acélvázból épített mecheket képzelt el, amelyeket elektromosan töltött mesterséges izmok vesznek körül, amelyek mozgatják az ízületeket, giroszkópos stabilizátorral és fedélzeti erőművel.
Jordan alapvető üzenete elég világos. A mesterséges izomzat bizonyos mértékben hasonló volt az elektroaktív polimerekhez. "A villanynyalábok, amelyek kitágulnak vagy összehúzódnak, amikor az áram eljut, az izmok voltak a fújtatónkban" - mondja Weissman. "Harminc évvel később ugyanezt az anyagot használják a protézisek fejlesztésében."
Az egyik oka annak, hogy az emberi forma vonzza a tervezőket, különleges ergonómiai kialakítása. "Az emberi anatómia hihetetlenül hatékony sziklákon és utakon való járáshoz" - magyarázza Rob Buckingham, a Culham Tudományos Központ Race igazgatója. - Csak nézzen egy katonára, aki a saját súlyának többszörösét képes bármilyen terepen elviselni. A két lábon járás azonban különleges ügyességet igényel, és az egyensúly fenntartása nagyon nehéz lehet.
Továbbá, hogyan kezelheti a három méteres óriást? Setu Vijayakumar, az Edinburghi Robotikai Központ professzora a teleoperáció és az automatizált rendszer kombinációját javasolja, amely reagál a pilóta szándékára. "A magas szintű szándék a kezelőtől származik, de sok alacsony szintű vezérlés beépül a platformba, például az egyensúly fenntartása járás közben" - mondja Setu.
Promóciós videó:
Valójában egy ember által vezérelt kétlábú mech készítése könnyebb lesz, mint az önálló. „Ez egy teljesen megvalósítható technológia. Valószínűbb, mint egy autonóm rendszer, mivel egy teljesen autonóm rendszernek nagyon sok problémája van a szenzoros és a kontextus szerinti döntéshozatal szempontjából."
Bármilyen típusú távvezérlő rendszerhez azonban szükség lesz egy olyan kommunikációs platformra, amely manipulációbiztos és hibatűrő, és másodpercenként 500 000 műveletet képes kezelni.
Felmerül az a kérdés is, hogy a szőr milyen energiát fog működni. Weissman úgy gondolta, hogy a BattleTech Mech fúziós reaktorokon fog működni, de a mai gyár méretű fúziós reaktorok miatt ez nem valószínű. A csendes-óceáni part mechjei hagyományos maghasadásos reaktorokat használtak, amelyek ugyan nagy teljesítményt nyújtanak, de rendkívül veszélyesek. "Az akkumulátorok technológiája és az energia sűrűsége elmarad az elméletileg lehetségesektől" - mondja Setu. "A kutatás folyamatban van, de még mindig gyerekcipőben jár, tekintve, hogy mit lehet tenni."
További kihívást jelent a pilóta számára a kontextus szerinti információk és a helyzettudatosság biztosítása. "Előreléptünk a valós idejű ellenőrzés, például az egyensúly terén" - mondja Setu. "A probléma az, hogy tudjuk, hogyan kell csinálni, de amikor valós szenzorokkal dolgozunk, az érzékelők bármilyen kis eltérése leállítja a rendszert."
A rezgés visszajelzése - hasonlóan a játék joystickjainál találtakhoz - hasznos annak megállapításához, hogy megérint-e valamit vagy sem. De ha a pilótának további érzéseket ad, amelyek kontextust adnak a robot tapasztalataihoz, fennáll annak a veszélye, hogy felesleges információkkal borítja fel a pilótát.
Természetesen minél többet építesz, annál nehezebb lesz. A felületre gyakorolt nyomás az erő elosztva a területtel. Ha kétlábú rendszered van, mint egy szőr, a tömeg nagy része két lábra koncentrálódik. Ez létrehoz egy „hajtű-hatást”, ahol az egész súly egy kis területre koncentrálódik. "Ha elvesz egy nőt, és az összeset koncentrálja negyed hüvelykbe egy tűsarkúba, akkor megfelelő mennyiségű anyagot tud átütni" - mondja Weissman.
A németek hasonló problémával szembesültek, amikor a második világháború idején kifejlesztették a szuper nehéz egértartályt. 188 tonna súlyú, jól megfelelt a vasbeton teszteken, de az első terepi teszten a földbe szorult.
Egy másik probléma az lesz, hogy a bunda járni fog. A giroszkóp stabilizátor már lehetővé teszi az önkiegyensúlyozottságot a tengerjáró hajókhoz hasonló gépeknél. Ennek ellenére a járás nagyon instabil folyamat. Az emberek úgy lépkednek, hogy előre lépnek és súlyukat a lábukra helyezik. És minél magasabb a tárgy, annál nehezebb egyensúlyba hozni.
A Suidobashi Heavy Industry által kifejlesztett Kuratas és a MegaBots által kifejlesztett Mark-2 mindkettő mechnek vallotta magát. Bár mindkettő utánozza az emberi formát, a robotok a kétkerekű mozgás helyett a kerekes mozgásra támaszkodnak. Az egyik probléma az, hogy az emberi forma utánzása - amely jól elosztott súly- és energiarendszerrel rendelkezik - kihívást jelent a mérnökök számára.
Az egyes kötések motorjai megoldhatják a problémát, de egy ilyen megoldáshoz nehéz motorokra van szükség a test többi részének támogatásához. A motorok viszonylag nehézek, ezért nagy tömeg koncentrálódik az ízületekbe, és a prémnek nehezebb lesz fenntartani az egyensúlyt.
A pneumatikus izmok kutatása előrehalad, de minden egyes ízülethez kettőre lesz szükség. "A pneumatikus izmokból öt ízülettel létrehozhat valamit" - mondja Setu. "De amikor megpróbálja összeállítani őket kétlábú rendszerré, az elektronika, az útválasztás és a vezetékezés szempontjából minden a pokolba kerül."
Már megkezdtük a harmonika gyártását az ActiveLink Assist Suit AWN-03 exoskeleton prototípusával. Ezt a támogatási ruhát a népesség elöregedése esetén felmerülő munkaerőhiány megoldására fejlesztik ki. A targoncák és felvonók nem alkalmasak minden helyzetre. "Van néhány elszigetelt mező, amelyet nem lehet gépesíteni, és az ipari dolgozóknak továbbra is nehéz tárgyakat kell magukkal cipelniük" - mondja Hiromichi Fujimoto, az ActiveLink elnöke.
Az Assist Suit következő lépése a súly és a gyártási költségek csökkentése, majd a nehezebb munkához szükséges modell kidolgozása lesz. Az új segédruházat olyan tárgyakat képes felemelni, amelyeket egyébként egy személy nem tudna egyedül felemelni.
Egy napon ember által irányított exoskeletonok lesznek a rakomány mozgatásához és az esetlegesen nehéz építéshez. De az épületek fölé lépő óriási mechek továbbra is nagy sikerű anyagok maradnak. "A szépirodalomban mindez szépnek tűnik, de a gyakorlati katonai szállításról szólva valószínűleg nem akarod, hogy magas legyen" - mondja Weissman.
"Bizonyos értelemben az összes technológia már megvan" - mondja Setu. "Ha tudunk használni, akkor humanoid mecheket készítünk." Csak a tudományos-fantasztikus írók törődnek azzal, hogy lesz-e két karjuk és két lábuk."
KHEL ILYA