Tenk deg hvordan du klatrer i en gigantisk robotdrakt og kjemper, eller løfter tunge gjenstander, snu biler? Filmene viser at dette er en rimelig nytelse. Å lage en slik enhet fra en tegning kan faktisk være en stor utfordring.
I mange tiår har vi blitt vant til å tenke at fremtidens slagmark vil se slik ut: gigantiske roboter der folk sitter (eller bedre ikke sitter). Disse titaniske monstrene - bedre kjent som 'Mechs' - har blitt en slags synopsis for fremtidens kriger. Piloterte roboter dukket først opp i japansk anime, men migrerte veldig snart til den vestlige verden gjennom alle slags serier. Hollywood-filmer som Aliens, Avatar og Pacific Rim gjorde en god jobb med å vise hvordan det skulle se ut.
Filmer er filmer, men hvor virkelige er slike prosjekter i virkeligheten? Når vil vi se folk pilotere gigantiske roboter?
Jordan Weissman fra Harebrained Schemes laget BattleTech-spill med Mech-tema på 1980-tallet. Han tok en relativt jordnær tilnærming da han unnfanget sine Mechs sammenlignet med tidligere eksempler. Jordan forestilte meg mechs bygget av en stålramme omgitt av elektrisk ladede kunstige muskler som beveger leddene, med en gyroskopisk stabilisator og et innebygd kraftstasjon.
Jordans grunnleggende budskap er tydelig nok. Kunstig muskulatur var til en viss grad som elektroaktive polymerer. "De elektriske bjelkene som ekspanderer eller trekker seg sammen når strømmen passerer, var musklene i belgen," sier Weissman. "Tretti år senere blir det samme materialet nå brukt i utviklingen av proteser."
En av grunnene til at den menneskelige formen tiltrekker designere, er dens spesielle ergonomiske design. "Menneskelig anatomi er utrolig effektiv for å gå på steiner og veier," forklarer Rob Buckingham, direktør for Race ved Culham Science Center. "Bare se på en soldat som kan bære flere ganger sin egen vekt over ethvert terreng." Å gå på to ben krever imidlertid spesiell fingerferdighet, og det kan være veldig vanskelig å opprettholde balanse.
Også, hvordan operere en tre meter gigant? Professor Setu Vijayakumar fra Edinburgh Robotics Centre foreslår en kombinasjon av teleoperasjon og et automatisk system som reagerer på pilotens intensjon. "Høynivåintensjoner kommer fra operatøren, men mye lavnivåkontroll vil bli innebygd i plattformen, som å opprettholde balanse mens du går," sier Setu.
Kampanjevideo:
Faktisk vil det være lettere å lage en menneskekontrollert bipedal mech enn en frittstående. “Dette er en helt gjennomførbar type teknologi. Mer sannsynlig enn et autonomt system, siden et fullt autonomt system har mange problemer når det gjelder sensorisk og kontekstuell beslutningstaking."
Imidlertid vil enhver type telekontrollsystem kreve en kommunikasjonsplattform som er manipulasjonssikker og feiltolerant og i stand til å håndtere 500 000 operasjoner per sekund.
Det er også spørsmålet om hvilken energi pelsen vil operere på. Weissman trodde at BattleTech Mechs ville kjøre på fusjonsreaktorer, men gitt dagens fabrikkstørrelse fusjonsreaktorer, er dette lite sannsynlig. 'Mechs at the Pacific Rim brukte konvensjonelle kjernefysiske fisjoneringsreaktorer, som gir høy effekt, men er ekstremt usikre. "Batteriteknologi og energitetthet henger etter teoretisk mulig," sier Setu. "Forskning er i gang, men den er fortsatt i sin spede begynnelse når det gjelder hva som kan gjøres."
Å gi piloten kontekstuell informasjon og situasjonsbevissthet er en annen utfordring. "Vi har gjort fremgang med sanntidskontroll, for eksempel balanse," sier Setu. "Problemet er at vi vet hvordan vi skal gjøre det, men når du arbeider med virkelige sensorer, vil ethvert lite avvik i sensorene slå av systemet."
Vibrasjonstilbakemelding - som den som finnes på spill-joysticks - er nyttig for å bestemme om du berører noe eller ikke. Men å gi piloten ekstra følelser som gir kontekst til det roboten opplever, medfører en risiko for å overvelde piloten med unødvendig informasjon.
Naturligvis, jo mer du bygger noe, jo tyngre blir det. Trykket som utøves på en overflate er kraften delt på området. Når du har et tobeinssystem, som en pels, er det meste av massen konsentrert i to ben. Dette skaper en “hårnåleffekt” der all vekten er konsentrert i et lite område. "Hvis du tar en kvinne og konsentrerer hele henne på en centimeter i en stiletthæl, kan hun slå gjennom en god del materiale," sier Weissman.
Tyskerne sto overfor et lignende problem da de utviklet den supertunge musetanken under andre verdenskrig. Med en vekt på 188 tonn klarte den testene på armert betong godt, men ved den første feltprøven ble den sittende fast i bakken.
Et annet problem ville være å få pelsen til å gå. Gyrostabilisatoren tillater allerede maskiner som cruiseskip å balansere seg selv. Likevel er det å gå en veldig ustabil prosess. Folk går ved å gå fremover og legge vekten på bena. Og jo høyere objektet er, desto vanskeligere er det å balansere.
Kuratas utviklet av Suidobashi Heavy Industry og Mark-2 utviklet av MegaBots, begge hevdet å være 'Mechs. Selv om de begge etterligner menneskelig form, stoler robotene på hjulbevegelse i stedet for tosidig bevegelse. Et problem er at å imitere den menneskelige formen - som har et godt distribuert system av vekt og energi - er en utfordring for ingeniører.
Motorene i hver skjøt kunne løse problemet, men en slik løsning krever tunge motorer for å støtte resten av kroppen. Motorene er relativt tunge, så mye vekt vil konsentreres i leddene, og det vil være vanskeligere for pelsen å opprettholde balansen.
Forskning på pneumatiske muskler går fremover, men to vil være nødvendig for hvert ledd. "Fra pneumatiske muskler kan du lage noe med fem ledd," sier Setu. "Men når du prøver å sette dem sammen i et tobenet system, går alt til helvete når det gjelder elektronikk, ruting og ledninger."
Vi har allerede startet produksjonen av belger med prototypen Assist Suit AWN-03 exoskeleton fra ActiveLink. Denne støttedrakten utvikles som en løsning på mangel på arbeidskraft som kan oppstå med en aldrende befolkning. Gaffeltrucker og heiser er ikke egnet i alle situasjoner. "Det er noen isolerte felt som ikke kan mekaniseres, og industriarbeidere vil fortsatt måtte bære tunge gjenstander alene," sier Hiromichi Fujimoto, president for ActiveLink.
Det neste trinnet i hjelpedrakten vil være å redusere vekt og produksjonskostnader, og deretter utvikle en modell for tyngre arbeid. Den nye assistentdrakten vil kunne løfte gjenstander som en person ellers ikke ville kunne løfte på egen hånd.
En dag vil vi ha menneskestyrte eksoskjeletter for å flytte last og muligens tung konstruksjon. Men gigantiske 'Mechs som tråkker over bygninger, vil fortsatt forbli blockbuster-materiale. "I fiksjon ser det hele pent ut, men når du snakker om praktisk militær transport, vil du sannsynligvis ikke at den skal være høy," sier Weissman.
"På en måte er all teknologien allerede der," sier Setu. "Vi lager humanoide mechs hvis vi kan bruke dem." Bare science fiction-forfattere bryr seg om de vil ha to armer og to ben."
ILYA KHEL
