Kas olete kunagi ette kujutanud, kuidas ronite hiiglaslikku robotikostüümi ja võitlete, noh, või tõstate raskeid esemeid, keerate autosid? Filmid näitavad, et see on taskukohane rõõm. Tegelikult võib sellise seadme loomine kavandist olla suur väljakutse.
Paljude aastakümnete jooksul oleme harjunud arvama, et tuleviku lahinguväli näeb välja selline: hiiglaslikud robotid, milles inimesed istuvad (või parem mitte istuda). Nendest titaanlikest koletistest - paremini tuntud kui "mehhid" - on saanud tulevaste sõdade jaoks omamoodi kokkuvõte. Pilootrobotid ilmusid esmakordselt Jaapani anime'is, kuid rändasid väga kiiresti igasuguste seriaalide kaudu läänemaailma. Hollywoodi filmid nagu Aliens, Avatar ja Pacific Rim tegid suurepärast tööd, näidates, kuidas see peaks välja nägema.
Filmid on filmid, kuid kui reaalsed on sellised projektid tegelikkuses? Millal näeme inimesi, kes piloteerivad hiiglaslikke roboteid?
Jordan Weissman, Harebrained Schemes, tegi 1980. aastatel Mechi-teemalisi BattleTech-mänge. Varasemate näidetega võrreldes kasutas ta oma mehekate eostamisel suhteliselt maalähedast lähenemist. Jordan kujutas mehhanisme, mis olid ehitatud terasraamist, ümbritsetud elektriliselt laetud kunstlihastega, mis liigutavad liigeseid, koos güroskoopilise stabilisaatori ja pardal asuva jõujaamaga.
Jordaania põhisõnum on piisavalt selge. Kunstlik lihaskond oli mingil määral nagu elektroaktiivsed polümeerid. "Elektrilised kiired, mis elektri läbimisel laienevad või tõmbuvad kokku, olid meie lõõtsa lihased," ütleb Weissman. "Kolmkümmend aastat hiljem kasutatakse sama materjali nüüd proteeside väljatöötamisel."
Üks põhjus, miks inimese kuju disainereid köidab, on selle eriline ergonoomiline disain. "Inimese anatoomia on uskumatult efektiivne kividel ja teedel kõndimiseks," selgitab Robul Buckingham, Culhami teaduskeskuse Race'i direktor. "Vaadake lihtsalt sõdurit, kes suudab oma kaalu mitu korda üle kogu maastiku kanda." Kahel jalal kõndimine nõuab aga erilist osavust ja tasakaalu hoidmine võib olla väga keeruline.
Samuti, kuidas töötada kolmemeetrise hiiglasega? Edinburghi robootikakeskuse professor Setu Vijayakumar pakub välja teleopereerimise ja piloodi kavatsustele reageeriva automatiseeritud süsteemi kombinatsiooni. "Kõrgetasemeline kavatsus tuleb operaatorilt, kuid platvormile on sisse ehitatud palju madalama taseme juhtimist, näiteks kõndimise ajal tasakaalu säilitamine," ütleb Setu.
Reklaamvideo:
Tegelikult on inimese juhitava kahejalgse mehhanismi valmistamine lihtsam kui iseseisva valmistamine. “See on täiesti teostatav tehnoloogia tüüp. Tõenäolisem kui autonoomne süsteem, kuna täiesti autonoomsel süsteemil on sensoorse ja kontekstuaalse otsuste tegemisel palju probleeme."
Igat tüüpi kaugjuhtimissüsteemid vajavad aga omavolilist ja rikketaluvat kommunikatsiooniplatvormi, mis suudab 500 000 toimingut sekundis läbi viia.
Samuti on küsimus, millist energiat karusnahk tööle hakkab. Weissman arvas, et BattleTech Mechid töötavad termotuumasünteesireaktoritel, kuid arvestades tänaseid tehasesuuruseid termotuumasünteesireaktoreid, pole see tõenäoline. Vaikse ookeani äärsed mechid kasutasid tavapäraseid tuumalõhustumisreaktoreid, mis annavad küll suure võimsuse, kuid on äärmiselt ohtlikud. "Aku tehnoloogia ja energia tihedus jäävad teoreetiliselt võimalikust maha," ütleb Setu. "Uuringud on käimas, kuid need on veel lapsekingades, mida teha saab."
Pilotile kontekstuaalse teabe ja olukorrateadlikkuse pakkumine on veel üks väljakutse. "Oleme reaalajas juhtimisega nagu tasakaal olnud edusamme," ütleb Setu. "Probleem on selles, et me teame, kuidas seda teha, kuid reaalses maailmas kasutatavate anduritega töötades sulgeb igasugune väike andurite kõrvalekalle süsteemi."
Vibratsiooni tagasiside - sarnane mängujuhtide abil leitule - on kasulik selleks, et teha kindlaks, kas puudutate midagi või mitte. Kuid piloodile täiendavate aistingute pakkumine, mis lisab roboti kogetule konteksti, ohustab piloodi ebavajaliku teabega üle ujutada.
Loomulikult, mida rohkem te midagi ehitate, seda raskemaks see muutub. Pinnale avaldatav rõhk on jõud jagatud pindalaga. Kui teil on kahejalgne süsteem, nagu karusnahk, on suurem osa massist koondunud kahte jalga. See loob juuksenõela efekti, kus kogu kaal koondub väikesele alale. "Kui võtate naise ja koondate kogu ta veerand tolli tikkkontsa, saab ta läbi lüüa paraja koguse materjali," ütleb Weissman.
Sakslased seisid II maailmasõja ajal üliraskete hiirtankide väljatöötamisel silmitsi sarnase probleemiga. Kaaludes 188 tonni, läbis see raudbetoonkatsed hästi, kuid esimesel välikatsel jäi maa sisse kinni.
Teine probleem on karusnaha saamine kõndimiseks. Güroskoop stabilisaator võimaldab juba kruiisilaevade masinatel end tasakaalustada. Sellest hoolimata on kõndimine väga ebastabiilne protsess. Inimesed kõnnivad, astudes edasi ja asetades oma kaalu jalgadele. Ja mida kõrgem objekt, seda raskem on tasakaalustada.
Suidobashi rasketööstuse välja töötatud Kuratas ja MegaBotsi välja töötatud Mark-2, mis mõlemad olid mechid. Ehkki mõlemad jäljendavad inimkuju, toetuvad robotid kahejalgse liikumise asemel rataste liikumisele. Üks probleem on see, et inimvormi jäljendamine - millel on hästi jaotunud kaalu- ja energiasüsteem - on inseneridele väljakutse.
Igas liigeses olevad mootorid võivad probleemi lahendada, kuid selline lahendus nõuab ülejäänud keha toetamiseks raskeid mootoreid. Mootorid on suhteliselt rasked, seetõttu koondub liigestesse suur kaal ja karusnahkadel on raskem tasakaalu säilitada.
Pneumaatiliste lihaste uurimine edeneb, kuid iga liigese jaoks on vaja kahte. "Pneumaatilistest lihastest saate luua midagi viie liigendiga," ütleb Setu. "Aga kui proovite neid kokku panna kahe jalaga süsteemiks, läheb elektroonika, marsruutimise ja juhtmestiku osas kõik põrgu."
Oleme juba alustanud ActiveLinki prototüübiga Assist Suit AWN-03 lõõtsade tootmist. Seda tugikostüümi töötatakse välja lahenduseks vananeva elanikkonnaga tekkida võivale tööjõupuudusele. Tõstukid ja tõstukid ei sobi kõikidesse olukordadesse. "Seal on mõned eraldatud väljad, mida ei saa mehhaniseerida, ja tööstustöötajad peavad ikkagi raskeid esemeid ise kandma," ütleb ActiveLinki president Hiromichi Fujimoto.
Järgmine samm abikostüümis on kaalu ja tootmiskulude vähendamine ning seejärel raskema töö mudeli väljatöötamine. Uus abikostüüm suudab tõsta esemeid, mida inimene muidu ise ei saaks.
Ühel päeval on meil inimeste juhitavad eksoskeletid koormate liikumiseks ja võimalik, et ka rasketeks ehitustöödeks. Kuid hoonetest üle astuvad hiiglaslikud mehhanismid jäävad endiselt populaarseimaks materjaliks. "Ilukirjanduses näeb see kõik ilus välja, kuid rääkides praktilisest sõjaväetranspordist, ei taha te ilmselt, et see oleks pikk," ütleb Weissman.
"Mõnes mõttes on kogu tehnoloogia juba olemas," ütleb Setu. "Valmistame humanoidmehhanisme, kui saame neid kasutada." Ainult ulmekirjanikud hoolivad sellest, kas neil on kaks kätt ja kaks jalga."
ILYA KHEL
