Oletko koskaan kuvitellut, kuinka nouset jättimäiseen robottipukuun ja taistelet, tai nostat raskaita esineitä, käännät autoja? Elokuvat osoittavat, että tämä on edullinen ilo. Itse asiassa tällaisen laitteen luominen suunnitelmasta voi olla valtava haaste.
Monien vuosikymmenien ajan olemme tottuneet ajattelemaan, että tulevaisuuden taistelukenttä näyttää tältä: jättiläisrobotit, joissa ihmiset istuvat (tai parempi ei istua). Nämä titaaniset hirviöt - tunnetaan paremmin nimellä 'mechit' - ovat tulleet eräänlaisiksi synopsiksi tulevaisuuden sodille. Pilotoidut robotit ilmestyivät ensin japanilaisessa animessa, mutta muuttivat hyvin pian länsimaailmaan kaikenlaisten sarjojen kautta. Hollywood-elokuvat, kuten Aliens, Avatar ja Pacific Rim, tekivät hienoa työtä näyttääkseen, miltä sen pitäisi näyttää.
Elokuvat ovat elokuvia, mutta kuinka todellisia tällaiset projektit ovat todellisuudessa? Milloin näemme ihmisten ohjaavan jättimäisiä robotteja?
Jordan Weissman Harebrained Schemesista teki Mech-aiheisia BattleTech-pelejä 1980-luvulla. Hän otti suhteellisen maanläheisen lähestymistavan, kun hän suunnitteli mekaaninsa aikaisempiin esimerkkeihin verrattuna. Jordan kuvitteli mekanismeja, jotka oli rakennettu teräsrungosta, jota ympäröivät sähköisesti varautuneet nivelet liikkuvat keinotekoiset lihakset, gyroskooppisella stabilointiaineella ja laivalla olevalla voimalaitoksella.
Jordanian perusviesti on riittävän selkeä. Keinotekoinen lihaksisto oli jossain määrin kuin elektroaktiivisia polymeerejä. "Palkit, jotka laajenevat tai supistuvat, kun sähköä kulkee, olivat paljeemme lihakset", Weissman sanoo. "Kolmekymmentä vuotta myöhemmin samaa materiaalia käytetään nyt proteesien kehittämisessä."
Yksi syy siihen, miksi ihmisen muoto houkuttelee suunnittelijoita, on sen erityinen ergonominen muotoilu. "Ihmisen anatomia on uskomattoman tehokas kävelyyn kivillä ja teillä", kertoo Rob Buckingham, Culham Science Centerin kilpailun johtaja. "Katsokaa vain sotilasta, joka voi kantaa useita kertoja oman painonsa missä tahansa maastossa." Kahden jalan kävely vaatii kuitenkin erityistä näppäryyttä, ja tasapainon ylläpitäminen voi olla hyvin vaikeaa.
Miten hallitset myös kolmen metrin jättiläistä? Professori Setu Vijayakumar Edinburghin robotiikkakeskuksesta ehdottaa teleoperaation ja automaattisen järjestelmän yhdistelmää, joka reagoi ohjaajan aikomuksiin. "Korkean tason tarkoitus tulee kuljettajalta, mutta alustalle rakennetaan paljon matalan tason hallintaa, kuten tasapainon ylläpitäminen kävelyn aikana", Setu sanoo.
Mainosvideo:
Itse asiassa ihmisen hallitseman kaksisuuntaisen mekanismin tekeminen on helpompaa kuin itsenäisen tekeminen.”Tämä on täysin toteutettavissa oleva tekniikka. Todennäköisempi kuin autonominen järjestelmä, koska täysin itsenäisellä järjestelmällä on paljon ongelmia aistinvaraisen ja asiayhteyteen liittyvän päätöksenteon suhteen."
Kaikentyyppinen kaukosäädinjärjestelmä vaatii kuitenkin tietoliikennealustan, joka on peukaloittamaton ja vikasietoinen ja pystyy käsittelemään 500 000 operaatiota sekunnissa.
On myös kysymys siitä, mitä energiaa turkis toimii. Weissman ajatteli, että BattleTech Mechs toimisi fuusioreaktoreilla, mutta kun otetaan huomioon nykyiset tehtaan kokoiset fuusioreaktorit, tämä on epätodennäköistä. Tyynenmeren alueen mekaanit käyttivät tavanomaisia ydinfissioreaktoreita, jotka tuottavat suurta tehoa, mutta ovat erittäin vaarallisia. "Akkutekniikka ja energian tiheys ovat jäljessä teoreettisesti mahdollista", Setu sanoo. "Tutkimus on käynnissä, mutta se on vielä lapsenkengissään mitä voidaan tehdä."
Toinen haaste on antaa pilotille asiayhteyteen liittyvää tietoa ja tilannetietoisuutta. "Olemme edistyneet reaaliaikaisessa valvonnassa, kuten tasapainossa", Setu sanoo. "Ongelmana on, että tiedämme kuinka se tehdään, mutta työskennellessäsi reaalimaailman antureiden kanssa, anturien pienet poikkeamat sammuttavat järjestelmän."
Tärinäpalaute - samanlainen kuin peliohjaimissa - on hyödyllinen määritettäessä kosketatko jotain vai ei. Mutta tarjoamalla ohjaajalle ylimääräisiä aistimuksia, jotka lisäävät kontekstia robotin kokemuksiin, on riski, että ohjaaja ylitetään tarpeettomilla tiedoilla.
Luonnollisesti mitä enemmän rakennat jotain, sitä raskaammaksi se tulee. Pinnalle kohdistuva paine on voima jaettuna pinta-alalla. Kun sinulla on kaksijalkainen järjestelmä, kuten turkis, suurin osa massasta keskittyy kahteen jalkaan. Tämä luo”hiusneulaefektin”, jossa koko paino keskittyy pienelle alueelle. "Jos otat naisen ja keskität kaikki hänen neljäsosaan tuumasta korkokenkään, hän voi lyödä läpi melkoisen määrän materiaalia", Weissman sanoo.
Saksalaiset kohtasivat samanlaisen ongelman Maus-raskaan tankin kehityksessä toisen maailmansodan aikana. Punnittu 188 tonnia, se läpäisi teräsbetonin testit hyvin, mutta ensimmäisessä kenttätestissä se juuttui maahan.
Toinen ongelma olisi saada turkki kävelemään. Gyrostabilisaattori sallii jo risteilyalusten kaltaisten koneiden tasapainon. Siitä huolimatta kävely on erittäin epävakaa prosessi. Ihmiset kävelevät astumalla eteenpäin ja asettamalla painon jaloilleen. Ja mitä korkeampi esine, sitä vaikeampaa on tasapainottaa.
Suidobashi Heavy Industryin kehittämä Kuratas ja MegaBotsin kehittämä Mark-2, molemmat väittivät olevansa 'mechit. Vaikka molemmat matkivat ihmismuotoa, robotit luottavat pyörälliseen liikkeeseen kaksijalkaisen liikkeen sijaan. Yksi ongelma on, että ihmisen muodon jäljitteleminen - jolla on hyvin hajautettu paino- ja energiajärjestelmä - on haaste insinööreille.
Kunkin liitoksen moottorit voisivat ratkaista ongelman, mutta tällainen ratkaisu vaatii raskaita moottoreita muun kehon tukemiseksi. Moottorit ovat suhteellisen painavia, joten suuri paino keskittyy niveliin ja turkisen on vaikeampi ylläpitää tasapainoa.
Pneumaattisten lihasten tutkimus etenee, mutta kutakin liitosta varten tarvitaan kaksi. "Pneumaattisista lihaksista voit luoda jotain viidellä nivelellä", Setu sanoo. "Mutta kun yrität koota ne kaksijalkaiseksi järjestelmäksi, kaikki menee helvettiin elektroniikan, reitityksen ja johdotuksen suhteen."
Olemme jo aloittaneet palkeiden tuotannon ActiveLinkin prototyypillä Assist Suit AWN-03. Tätä tukipukua kehitetään ratkaisuksi työvoimapulaan, joka voi syntyä väestön ikääntyessä. Trukit ja hissit eivät sovi kaikkiin tilanteisiin. "On joitain eristettyjä kenttiä, joita ei voida koneistaa, ja teollisuustyöntekijöiden on silti kuljetettava raskaita esineitä itse", sanoo Hiromichi Fujimoto, ActiveLinkin puheenjohtaja.
Seuraava askel Assist-puvussa on vähentää painoa ja tuotantokustannuksia ja kehittää malli raskaammalle työlle. Uusi avustuspuku pystyy nostamaan esineitä, joita henkilö ei muuten pystyisi nostamaan yksin.
Eräänä päivänä meillä on ihmisen ohjaamat eksoskeletonit kuormien siirtämiseen ja mahdollisesti raskaaseen rakentamiseen. Mutta rakennusten yli kulkevat jättiläismekot pysyvät silti menestysmateriaalina. "Kaunokirjallisuudessa kaikki näyttää hyvältä, mutta käytännön sotilaskuljetuksista puhuen et todennäköisesti halua sen olevan pitkä", Weissman sanoo.
"Tietyssä mielessä kaikki tekniikat ovat jo olemassa", Setu sanoo. "Teemme humanoidimekanismeja, jos voimme käyttää niitä." Vain tieteiskirjallisuuden kirjoittajat välittävät, onko heillä kaksi kättä ja kaksi jalkaa."
ILYA KHEL