Hai mai immaginato come ti metti in una gigantesca tuta robotica e combatti, beh, o sollevi oggetti pesanti, capovolgi le auto? I film mostrano che questo è un piacere accessibile. In effetti, creare un dispositivo del genere da un progetto può essere un'enorme sfida.
Per molti decenni ci siamo abituati a pensare che il campo di battaglia del futuro sarà esattamente così: robot giganti in cui le persone si siedono (o meglio non si siedono). Questi mostri titanici - meglio conosciuti come 'Mech - sono diventati una sorta di sinossi per le guerre del futuro. I robot pilotati sono apparsi per la prima volta negli anime giapponesi, ma ben presto sono migrati nel mondo occidentale attraverso tutti i tipi di serie. I film di Hollywood come Aliens, Avatar e Pacific Rim hanno fatto un ottimo lavoro nel mostrare come dovrebbe apparire.
I film sono film, ma quanto sono reali tali progetti nella realtà? Quando vedremo persone che pilotano robot giganti?
Jordan Weissman di Harebrained Schemes ha realizzato giochi BattleTech a tema Mech negli anni '80. Ha adottato un approccio relativamente semplice quando ha concepito i suoi Mech rispetto agli esempi precedenti. Jordan ha immaginato mech costruiti da un telaio in acciaio circondato da muscoli artificiali caricati elettricamente che muovono le articolazioni, con uno stabilizzatore giroscopico e una centrale elettrica a bordo.
Il messaggio di base di Jordan è abbastanza chiaro. La muscolatura artificiale era, in una certa misura, come i polimeri elettroattivi. "I raggi elettrici che si espandono o si contraggono quando viene trasmessa l'elettricità erano i muscoli del nostro mantice", afferma Weissman. "Trent'anni dopo, lo stesso materiale viene ora utilizzato per lo sviluppo di protesi".
Uno dei motivi per cui la forma umana attrae i designer è il suo speciale design ergonomico. "L'anatomia umana è incredibilmente efficace per camminare su rocce e strade", spiega Rob Buckingham, direttore di Race presso il Culham Science Center. "Guarda un soldato che può portare più volte il proprio peso su qualsiasi terreno." Tuttavia, camminare su due gambe richiede una destrezza speciale e mantenere l'equilibrio può essere molto difficile.
Inoltre, come gestisci un gigante di tre metri? Il professor Setu Vijayakumar dell'Edinburgh Robotics Centre propone una combinazione di teleoperazione e un sistema automatico che reagisce all'intento del pilota. "L'intento di alto livello verrà dall'operatore, ma nella piattaforma sarà integrato un grande controllo di basso livello, come mantenere l'equilibrio mentre si cammina", dice Setu.
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In effetti, creare un mech bipede controllato dall'uomo sarà più facile che crearne uno autonomo. “Questo è un tipo di tecnologia completamente fattibile. Più probabile di un sistema autonomo, poiché un sistema completamente autonomo ha molti problemi in termini di processo decisionale sensoriale e contestuale.
Tuttavia, qualsiasi tipo di sistema di telecontrollo richiederà una piattaforma di comunicazione che sia a prova di manomissione e tollerante ai guasti e in grado di gestire 500.000 operazioni al secondo.
C'è anche la questione di quale energia agirà la pelliccia. Weissman pensava che i BattleTech Mech avrebbero funzionato con reattori a fusione, ma dati i reattori a fusione delle dimensioni di una fabbrica di oggi, questo è improbabile. I 'Mech del Pacific Rim hanno utilizzato reattori nucleari convenzionali a fissione, che forniscono un'elevata potenza, ma sono estremamente pericolosi. "La tecnologia delle batterie e la densità di energia sono in ritardo teoricamente possibile", afferma Setu. "La ricerca è in corso, ma è ancora agli inizi in termini di ciò che può essere fatto".
Fornire al pilota informazioni contestuali e consapevolezza della situazione è un'altra sfida. "Abbiamo fatto progressi con i controlli in tempo reale come il bilanciamento", afferma Setu. "Il problema è che sappiamo come farlo, ma quando si lavora con sensori del mondo reale, qualsiasi leggera deviazione nei sensori spegnerà il sistema".
Il feedback vibratorio, simile a quello che si trova sui joystick di gioco, è utile per determinare se stai toccando qualcosa o meno. Ma fornire al pilota sensazioni extra che aggiungano contesto a ciò che sta vivendo il robot comporta il rischio di sopraffare il pilota con informazioni non necessarie.
Naturalmente, più costruisci qualcosa, più diventa pesante. La pressione esercitata su una superficie è la forza divisa per l'area. Quando hai un sistema bipede, come una pelliccia, la maggior parte della massa è concentrata nelle due gambe. Questo crea un "effetto tornante" dove tutto il peso è concentrato in una piccola area. "Se prendi una donna e la concentri tutta in un quarto di pollice su un tacco a spillo, può perforare una buona quantità di materiale", dice Weissman.
I tedeschi hanno affrontato un problema simile durante lo sviluppo del carro armato per topi super pesante durante la seconda guerra mondiale. Con un peso di 188 tonnellate, ha superato bene le prove su cemento armato, ma alla prima prova sul campo è rimasta incastrata nel terreno.
Un altro problema sarà far camminare la pelliccia. Lo stabilizzatore giroscopico consente già a macchine come le navi da crociera di bilanciarsi autonomamente. Tuttavia, l'atto di camminare è un processo molto instabile. Le persone camminano facendo un passo avanti e appoggiando il peso sulle gambe. E più alto è l'oggetto, più difficile è bilanciarlo.
Kuratas sviluppato da Suidobashi Heavy Industry e Mark-2 sviluppato da MegaBots, entrambi dichiarati 'Mechs. Sebbene entrambi imitino la forma umana, i robot si affidano al movimento su ruote anziché al movimento bipede. Un problema è che imitare la forma umana - che ha un sistema ben distribuito di peso ed energia - è una sfida per gli ingegneri.
I motori in ogni giunto potrebbero risolvere il problema, ma una tale soluzione richiede motori pesanti per supportare il resto del corpo. I motori sono relativamente pesanti, quindi molto peso sarà concentrato nelle articolazioni e sarà più difficile per la pelliccia mantenere l'equilibrio.
La ricerca sui muscoli pneumatici sta avanzando, ma saranno necessari due per ciascuna articolazione. "Dai muscoli pneumatici, puoi creare qualcosa con cinque articolazioni", dice Setu. "Ma quando provi a metterli insieme in un sistema a due gambe, tutto va a puttane in termini di elettronica, instradamento e cablaggio".
Abbiamo già avviato la produzione di soffietti con l'esoscheletro prototipo Assist Suit AWN-03 di ActiveLink. Questa tuta di sostegno è stata sviluppata come soluzione alla carenza di manodopera che può sorgere con l'invecchiamento della popolazione. I carrelli elevatori e gli ascensori non sono adatti a tutte le situazioni. "Ci sono alcuni campi isolati che non possono essere meccanizzati e i lavoratori dell'industria dovranno comunque trasportare oggetti pesanti da soli", afferma Hiromichi Fujimoto, presidente di ActiveLink.
Il passo successivo nella tuta assistita sarà quello di ridurre il peso ei costi di produzione, quindi sviluppare un modello per il lavoro più pesante. La nuova tuta assistita sarà in grado di sollevare oggetti che una persona non sarebbe altrimenti in grado di sollevare da sola.
Un giorno avremo esoscheletri pilotati da esseri umani per lo spostamento di carichi e possibilmente per costruzioni pesanti. Ma i giganteschi 'Mech che calpestano gli edifici rimarranno comunque materiale di successo. "Nella narrativa, sembra tutto carino, ma parlando di trasporto militare pratico, probabilmente non vuoi che sia alto", dice Weissman.
"In un certo senso, tutta la tecnologia è già disponibile", afferma Setu. "Faremo mech umanoidi se possiamo usarli." Solo gli scrittori di fantascienza si preoccupano se avranno due braccia e due gambe ".
ILYA KHEL
