Forestil dig nogensinde, hvordan du klatrer i en kæmpe robotdragt og kæmper eller løfter tunge genstande, vender biler? Filmene viser, at dette er en overkommelig fornøjelse. Faktisk kan det være en enorm udfordring at oprette en sådan enhed fra en plan.
I mange årtier er vi vant til at tro, at fremtidens slagmark vil se nøjagtigt sådan ud: kæmpe robotter, hvor folk sidder (eller bedre ikke sidder). Disse titaniske monstre - bedre kendt som 'Mechs - er blevet slags synopsis til fremtidens krige. Pilotede robotter dukkede først op i japansk anime, men migrerede meget hurtigt til den vestlige verden gennem alle mulige serier. Hollywood-film som Aliens, Avatar og Pacific Rim gjorde et godt stykke arbejde med at vise, hvordan det skulle se ud.
Film er film, men hvor virkelige er sådanne projekter i virkeligheden? Hvornår vil vi se folk pilotere gigantiske robotter?
Jordan Weissman fra Harebrained Schemes lavede BattleTech-spil med Mech-tema i 1980'erne. Han tog en relativt jordnær tilgang, da han udtænkte sine Mechs sammenlignet med tidligere eksempler. Jordan forestillede sig mechs bygget af en stålramme omgivet af elektrisk ladede kunstige muskler, der bevæger leddene, med en gyroskopisk stabilisator og et kraftværk ombord.
Jordans grundlæggende budskab er klar nok. Kunstig muskulatur var til en vis grad som elektroaktive polymerer.”De elektriske bjælker, der udvider sig eller trækker sig sammen, når elektricitet blev sendt, var musklerne i vores bælge,” siger Weissman.”Tredive år senere bruges det samme materiale nu til udvikling af proteser.”
En af grundene til, at den menneskelige form tiltrækker designere, er dens specielle ergonomiske design.”Menneskelig anatomi er utrolig effektiv til at gå på klipper og veje,” forklarer Rob Buckingham, direktør for Race på Culham Science Center. "Se bare på en soldat, der kan bære flere gange sin egen vægt over ethvert terræn." At gå på to ben kræver dog særlig fingerfærdighed, og det kan være meget svært at opretholde balance.
Hvordan styrer du også en tre meter kæmpe? Professor Setu Vijayakumar fra Edinburgh Robotics Centre foreslår en kombination af teleoperation og et automatiseret system, der reagerer på pilotens hensigt. "Højt niveau hensigt kommer fra operatøren, men der vil blive indbygget en masse lavt niveau kontrol i platformen, som at opretholde balance, mens man går," siger Setu.
Salgsfremmende video:
Faktisk vil det være lettere at fremstille en menneskestyret bipedal mech end en enkeltstående.”Dette er en fuldstændig gennemførlig type teknologi. Mere sandsynligt end et autonomt system, da et fuldt autonomt system har mange problemer med hensyn til sensorisk og kontekstuel beslutningstagning."
Imidlertid vil enhver type telekontrolsystem kræve en kommunikationsplatform, der er manipulationssikker og fejltolerant og i stand til at håndtere 500.000 operationer pr. Sekund.
Der er også spørgsmålet om, hvilken energi pelsen vil arbejde på. Weissman troede, at BattleTech Mechs ville køre på fusionsreaktorer, men i betragtning af dagens fusionsreaktorer i fabriksstørrelse er det usandsynligt. 'Mechs ved Stillehavsområdet brugte konventionelle kernefissionsreaktorer, som giver høj effekt, men er ekstremt usikre. "Batteriteknologi og energitæthed hænger teoretisk efter," siger Setu. "Forskning er i gang, men den er stadig i sin barndom med hensyn til hvad der kan gøres."
At give piloten kontekstuelle oplysninger og situationsbevidsthed er en anden udfordring.”Vi har gjort fremskridt med kontrol i realtid som balance,” siger Setu. "Problemet er, at vi ved, hvordan vi gør det, men når vi arbejder med sensorer fra den virkelige verden, vil enhver let afvigelse i sensorerne lukke systemet ned."
Vibrationsfeedback - svarende til den, der findes på spil-joysticks - er nyttig til at afgøre, om du rører ved noget eller ej. Men at give piloten yderligere fornemmelser, der tilføjer kontekst til det, robotten oplever, medfører en risiko for at overvælde piloten med unødvendige oplysninger.
Jo mere du bygger noget, jo tungere bliver det naturligvis. Det tryk, der udøves på en overflade, er kraften divideret med området. Når du har et tobenet system, som en pels, er det meste af massen koncentreret i to ben. Dette skaber en”hårnålseffekt”, hvor al vægten koncentreres i et lille område.”Hvis du tager en kvinde og koncentrerer hende i en kvart tomme i en stilethæl, kan hun slå igennem en hel del materiale,” siger Weissman.
Tyskerne stod over for et lignende problem i udviklingen af Maus supertunge tank under Anden Verdenskrig. Med en vægt på 188 ton bestod den prøverne på armeret beton godt, men ved den første feltprøve sidder den fast i jorden.
Et andet problem vil være at få pelsen til at gå. Gyro-stabilisatoren tillader allerede maskiner som krydstogtskibe at selvbalancere. Ikke desto mindre er det at gå en meget ustabil proces. Folk går ved at træde frem og lægge deres vægt på deres ben. Og jo højere objektet er, desto sværere er det at balancere.
Kuratas udviklet af Suidobashi Heavy Industry og Mark-2 udviklet af MegaBots, begge hævdede som 'Mechs. Selvom de begge efterligner menneskelig form, er robotterne afhængige af hjulbevægelse i stedet for tosidig bevægelse. Et problem er, at efterligning af den menneskelige form - som har et veldistribueret system af vægt og energi - er en udfordring for ingeniører.
Motorerne i hver samling kunne løse problemet, men en sådan løsning kræver tunge motorer til at understøtte resten af kroppen. Motorerne er relativt tunge, så meget vægt koncentreres i leddene, og det vil være sværere for pelsen at opretholde balance.
Forskning på pneumatiske muskler skrider frem, men to er nødvendige for hvert led.”Fra pneumatiske muskler kan du skabe noget med fem led,” siger Setu. "Men når du prøver at samle dem i et tobenet system, går alt i helvede med hensyn til elektronik, routing og ledninger."
Vi har allerede startet produktionen af bælge med prototypen Assist Suit AWN-03 exoskeleton fra ActiveLink. Denne supportdragt udvikles som en løsning på den mangel på arbejdskraft, der kan opstå med en aldrende befolkning. Gaffeltrucks og elevatorer er ikke egnede til alle situationer.”Der er nogle isolerede marker, der ikke kan mekaniseres, og industriarbejdere bliver stadig nødt til at bære tunge genstande alene,” siger Hiromichi Fujimoto, præsident for ActiveLink.
Det næste trin i hjælpedragten er at reducere vægt og produktionsomkostninger og derefter udvikle en model til tungere arbejde. Den nye assistentdragt vil være i stand til at løfte genstande, som en person ellers ikke ville være i stand til at løfte alene.
En dag vil vi have menneskestyrede eksoskeletter til at flytte belastninger og muligvis tung konstruktion. Men kæmpe 'Mechs, der træder over bygninger, forbliver stadig blockbuster-materiale.”I fiktion ser det hele smukt ud, men når man taler om praktisk militærtransport, vil man sandsynligvis ikke have det højt,” siger Weissman.
”På en måde er al teknologien allerede der,” siger Setu. "Vi laver humanoide mechs, hvis vi kan bruge dem." Kun science fiction-forfattere er ligeglade med, om de har to arme og to ben."
ILYA KHEL