Винаги ли сте си представяли как се качвате в гигантски роботизиран костюм и се биете, или вдигате тежки предмети, обръщате коли? Филмите показват, че това е достъпно удоволствие. Всъщност, създаването на такова устройство от план може да бъде огромно предизвикателство.
В продължение на много десетилетия сме свикнали да мислим, че бойното поле на бъдещето ще изглежда точно така: гигантски роботи, в които хората седят (или по-добре да не седят). Тези титанични животни - по-известни като „Мехи“, са се превърнали в своеобразен синопсис за войните в бъдещето. Пилотираните роботи се появяват за първи път в японското аниме, но много скоро мигрират в западния свят чрез всякакви сериали. Холивудски филми като „Извънземни“, „Аватар“и „Тихоокеански край“се справиха чудесно, за да покажат как трябва да изглежда.
Филмите са филми, но колко реални са такива проекти в действителност? Кога ще видим хората да пилотират гигантски роботи?
Джордан Вайсман от Harebrained Schemes прави игри на BattleTech на тема Mech през 80-те години. Той възприе относително земен подход, когато замисли своите Mechs в сравнение с предишните примери. Джордан си представяше мехове, изградени от стоманена рамка, заобиколена от електрически заредени изкуствени мускули, които движат ставите, с жироскопичен стабилизатор и вградена електроцентрала.
Основното послание на Йордания е достатъчно ясно. Изкуствената мускулатура до известна степен приличаше на електроактивни полимери. „Електрическите лъчи, които се разширяват или свиват при преминаване на електричество, са мускулите в духа ни“, казва Вайсман. „Тридесет години по-късно същият материал вече се използва при разработването на протези.“
Една от причините, поради която човешката форма привлича дизайнерите, е нейният специален ергономичен дизайн. „Човешката анатомия е невероятно ефективна за ходене по скали и пътища“, обяснява Роб Бъкингам, директор на Race в научния център Culham. „Просто погледнете войник, който може да пренася няколко пъти собственото си тегло през всякакъв терен.“Ходенето на два крака обаче изисква специална сръчност и поддържането на баланс може да бъде много трудно.
Също така, как управлявате триметровия гигант? Професор Сету Виджаякумар от Единбургския робототехнически център предлага комбинация от телеоперация и автоматизирана система, която реагира на намерението на пилота. „Намерението на по-високо ниво ще дойде от оператора, но в платформата ще бъде вграден много контрол на ниско ниво, като поддържането на баланс по време на ходене“, казва Сету.
Промоционално видео:
Всъщност ще бъде по-лесно да се направи контролиран от човека двуноги мех, отколкото самостоятелен. „Това е напълно осъществим тип технология. По-вероятно от автономна система, тъй като напълно автономната система има много проблеми по отношение на сетивното и контекстуално вземане на решения."
Въпреки това, всеки тип система за телеконтрол ще изисква комуникационна платформа, която е защитена от фалшифициране и устойчива на повреди и е способна да обработва 500 000 операции в секунда.
Съществува и въпросът с каква енергия ще работи козината. Вайсман смяташе, че BattleTech Mechs ще работи на термоядрени реактори, но като се има предвид днешните термоядрени реактори с фабрични размери, това е малко вероятно. Мехите в Тихоокеанския ръб използваха конвенционални реактори за ядрено делене, които осигуряват висока мощност, но са изключително опасни. „Технологията на батериите и енергийната плътност изостават теоретично възможно“, казва Сету. „Изследванията са в ход, но все още са в зародиш по отношение на това, което може да се направи.“
Предоставянето на пилот на контекстуална информация и осъзнаване на ситуацията е друго предизвикателство. „Постигнахме напредък с контроли в реално време, като баланс“, казва Сету. "Проблемът е, че знаем как да го направим, но когато работим със сензори от реалния свят, всяко леко отклонение в сензорите ще изключи системата."
Обратната връзка с вибрациите - подобна на тази, която се намира на джойстиците на играта - е полезна за определяне дали докосвате нещо или не. Но предоставянето на пилота на допълнителни усещания, които добавят контекст към това, което изпитва роботът, носи риск да затрупа пилота с ненужна информация.
Естествено, колкото повече изграждате нещо, толкова по-тежко става. Натискът, упражняван върху повърхността, е силата, разделена на площта. Когато имате двунога система, като козина, по-голямата част от масата е концентрирана в двата крака. Това създава „ефект на фиби”, при който цялото тегло е съсредоточено в малка площ. „Ако вземете жена и я концентрирате на четвърт инч в пета, тя може да пробие доста количество материал“, казва Вайсман.
Германците са изправени пред подобен проблем при разработването на свръхтежкия танк за мишки по време на Втората световна война. С тегло 188 тона, той премина тестовете върху стоманобетонен кладенец, но при първото полево изпитание заседна в земята.
Друг проблем би бил да накараш козината да ходи. Жиростабилизаторът вече позволява на машини като круизни кораби да се самобалансират. Независимо от това, актът на ходене е много нестабилен процес. Хората вървят, като пристъпват напред и поставят тежестта си върху краката си. И колкото по-висок е обектът, толкова по-трудно е да се балансира.
Kuratas, разработен от Suidobashi Heavy Industry и Mark-2, разработен от MegaBots, и двете заявени като „Mechs“. Въпреки че и двамата имитират човешка форма, роботите разчитат на движение на колела, вместо на двуноги. Един от проблемите е, че имитирането на човешката форма - която има добре разпределена система от тегло и енергия - е предизвикателство за инженерите.
Двигателите във всяка връзка могат да решат проблема, но такова решение изисква тежки двигатели, които да поддържат останалата част от тялото. Двигателите са относително тежки, така че много тегло ще бъде съсредоточено в ставите и за козината ще бъде по-трудно да поддържа баланс.
Изследванията върху пневматичните мускули напредват, но ще са необходими две за всяка става. „От пневматични мускули можете да създадете нещо с пет стави“, казва Сету. "Но когато се опитате да ги обедините в двукрака система, всичко отива по дяволите по отношение на електрониката, маршрутизацията и окабеляването."
Вече започнахме производството на маншон с прототипа Assist Suit AWN-03 exoskeleton от ActiveLink. Този костюм за подкрепа се разработва като решение на недостига на работна ръка, който може да възникне при застаряването на населението. Мотокарите и асансьорите не са подходящи за всякакви ситуации. „Има някои изолирани полета, които не могат да бъдат механизирани и индустриалните работници все още ще трябва да носят тежки предмети сами“, казва Хиромичи Фуджимото, президент на ActiveLink.
Следващата стъпка в Assist Suit ще бъде намаляване на теглото и производствените разходи и след това разработване на модел за по-тежка работа. Новият асистиращ костюм ще може да повдига предмети, които иначе човек не би могъл да вдигне сам.
Един ден ще имаме пилотирани от човека екзоскелети за движещи се товари и евентуално тежка конструкция. Но гигантските „мехове“, които прекрачват сградите, все още ще останат успешен материал. „Във фантастика всичко изглежда красиво, но говорейки за практически военен транспорт, вероятно не искате да е висок“, казва Вайсман.
„В известен смисъл цялата технология вече е налице“, казва Сету. „Ще направим хуманоидни мехове, ако можем да ги използваме.“Само писателите на научна фантастика се интересуват дали ще имат две ръце и два крака."
ИЛЯ ХЕЛ