Scienza

L'imponente scienza del mondo reale dietro i robot mecha di fantascienza e anime

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Che si tratti di uno Stryder Titan di Titanfall , un'unità EVA di Neon Genesis Evangelion , o un buon costume Gundam vecchio stile, i mecha sono il gold standard della tecnologia fantascientifica, insieme a hyperdrive e spade laser. Ora che la battaglia mecha MegaBots vs. Suidobashi altamente pubblicizzata è finalmente andato giù nel nostro mondo, con Eagle Prime che rappresenta gli Stati Uniti e Kuratas che combatte per i giapponesi, i mech da battaglia si sono avvicinati molto alla realtà.

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Sebbene questi mecha del mondo reale si muovessero più come carrelli elevatori geriatrici che veri motori di distruzione, Eagle Prime v. Kuratas è stato il primo combattimento di robot giganti al mondo e ha dimostrato alcune delle principali sfide tecnologiche che devono affrontare la costruzione di mecha della vita reale.

Ecco i grandi.



DA COSA LO COSTRUIAMO?

Guardando Eagle Prime e Kuratas, noterai due cose: primo, non camminano su due gambe, e secondo, sono molto, molto lenti. Si scopre che il vero movimento bipede è incredibilmente difficile quanto più grande (e pesante) diventa qualcosa. Di fatto, almeno una persona ha eseguito i numeri e ha scoperto che un robot delle dimensioni di un Jaeger sarebbe praticamente impossibile. Un ingegnere di nome JJ Duncan dice questo:

“Nessun materiale noto sarebbe in grado di sostenere lo stress di così tante attività nel robot, specialmente nelle articolazioni… La lega di acciaio ad alta resistenza ha una resistenza massima di 760 MPa (megapascal) e la fibra di carbonio ha una resistenza massima di 6.370 MPa. Ma se un robot sta prendendo a pugni un mostro, saltando e correndo, le forze G create sono grandi numeri.'

Secondo Jekanthan Thangavelautham , un associato post-dottorato in robotica al MIT, il materiale da costruzione di un mech sarà uno dei più grandi ostacoli da superare perché qualsiasi materiale abbastanza forte da consentire a un robot gigante di essere abile e agile sarà troppo pesante e rigido per tirarlo effettivamente spento. Tuttavia, afferma che la sostanza berillio sarebbe una potenziale opzione, così come il titanio e la plastica rinforzata con carbonio.

Neon Genesis Evangelion, punti salienti

Credito: Cartoon Network

Potresti pensare che Evangelion ha avuto l'idea giusta: non costruire robot, far crescere esseri umani giganti e riadattarli con parti robotiche, una sorta di quegli esoscheletri robotici i militari stanno sperimentando. Il corpo umano è in realtà un design eccellente per affrontare terreni accidentati e trasportare pesi elevati, ma il problema non è il design, sono le proporzioni.

Secondo Space.com , all'aumentare dell'altezza, il peso aumenta di otto volte, e all'aumentare delle dimensioni e del peso, la quantità di energia per spostarlo aumenta in modo esponenziale. Questo è in realtà uno dei principi che ha limitato la crescita dei dinosauri, secondo Andy Ruina, professore di robotica alla Cornell University: 'Quando [i dinosauri] sono diventati più grandi, hanno avuto più difficoltà a trascinarsi dietro il proprio peso. È un po' controintuitivo: penseresti che sarebbe bilanciato, ma non è così.'

COME LO POTERREMO ALIMENTARE?

Se la questione dei materiali da costruzione può essere superata, la prossima grande sfida sarà il potere. A meno che i robot non vadano in giro con lunghi cavi ombelicali come un'unità EVA, avranno bisogno di una fonte di energia potente e relativamente piccola. Secondo Thangavelautham:

'I reattori a fissione portatili sono usati per alimentare le portaerei, ma avrebbero comunque bisogno di essere miniaturizzati e la densità di potenza notevolmente migliorata anche per far camminare questi robot... Le fonti di energia esotiche sono sia la sfida principale che la tecnologia rivoluzionaria che potrebbe fare questo tipo di cose raggiungere la realtà.'

Per 'energia esotica', Thangavelautham significa energia nucleare o materia oscura. Ma anche se troviamo una fonte di energia che potrebbe fare il lavoro pesante, potremmo non avere la tecnologia per effettivamente eseguire il sollevamento pesante. Nel un'intervista a Gizmodo , Daniel Wilson ha sollevato un grosso problema di ingegneria: 'Non so come un attuatore sarebbe in grado di mantenere una struttura così gigantesca in posizione verticale con un vento forte, e tanto meno di spostarla con sufficiente destrezza per camminare'.

Anche alzando il braccio di Jaeger parallelo al suolo sarebbe una lotta a causa dell'incredibile quantità di coppia richiesta: circa 81 milioni di libbre-piedi. Per fare un confronto, i sistemi idraulici più potenti del mondo possono erogare solo circa 1,3 milioni di libbre-piedi.

Da un punto di vista pratico, i robot giganti sono semplicemente troppo grandi per il loro bene.

COME LO CONTROLLIAMO?

Mettendo da parte le insidie ​​della costruzione, la maggior parte dei mech si affida a una sorta di connessione neurale tra pilota e robot: margine Pacifico ha il suo sistema di deriva, Titanfall ha collegamenti neurali, Evangelion ha il suo tasso di sincronizzazione, e Gundams ce l'hai nel nome (pensavo dipenda dal canone) — G generale tu nilaterale n euro-Link D ispersivo A autonomico m aneuver.

Potrebbe sembrare fantascienza, ma la start-up Neurable di Boston sta già lavorando sulla capacità controllare la tecnologia solo con i pensieri , e avere anche demo di un gioco VR chiamata Risveglio questo è completamente controllato dal pensiero. Abbinato a giochi come Il progetto Iota , in cui si pilota un mecha VR tramite un auricolare, controllare un robot alto dieci piani solo con la mente inizia a sembrare abbastanza fattibile.

jennifer lawrence nei giochi della fame

Il concetto di collegamenti neurali diventa ancora più credibile quando si apprende che l'Università della California ha creato una macchina in grado di tradurre le onde cerebrali in parole e anche frasi complete. Naturalmente, sia i dispositivi Neurable che quelli dell'Università della California richiedono elettrodi attaccati al cranio, quindi un pilota dovrà indossare un casco, proprio come fanno nella fantascienza.

Potresti chiederti come una singola persona può coordinare i movimenti di un intero robot, dal momento che margine Pacifico afferma che è troppo complesso da gestire per una mente, ma si scopre che camminare e muoversi è in realtà piuttosto facile. Secondo un giornale di Robin R. Murphy, '...la locomozione sta diventando una delle funzioni più facili da delegare totalmente a un robot.'

Il segreto, dice Murphy, sono i CPG, o 'generatori di schemi centrali', un meccanismo biologico presente nella maggior parte degli animali con le zampe che consente loro di coordinare il movimento dei loro piedi. Gli scienziati hanno usato i GPG artificiali per far camminare i robot dagli anni '80 e l'Atlas di Boston Dynamics ha è stato persino mostrato mentre navigava su terreni difficili da solo.

QUANTO COSTA?

L'ultima domanda è quanti soldi il mondo dovrà spendere per far sì che ciò accada. A circa 20 piedi di altezza e 28 tonnellate (nel caso di un modello Atlas ), i Titani di Titanfall non sono molto diversi da Eagle Prime, il robot di punta di Megabot. Aquila Primo ha il profilo di un carro armato leggero, un'auto da corsa e un aereo militare tutti mescolati insieme: ha un motore V8 con 340 cavalli, è in grado di esercitare 4.600 libbre-piedi, la sua pressione idraulica è di 4.000 psi e striscia su Ripsaw personalizzato brani.

L'Aquila Prime ha impiegato 2,5 milioni di dollari per costruirlo , mentre la sua controparte giapponese Kuratas era precedentemente vendo per circa 1 milione di dollari . Nel frattempo, il carro armato principale francese AMX-56 Leclerc, il carro armato più costoso al mondo, costa circa $ 12,6 milioni . Per qualcosa come i mech su piccola scala di Titanfall, potremmo aspettarci che costino decine di milioni.

Ma che dire di un'unità Jaeger o EVA, che può essere alta da 200 a 288 piedi? Per avvolgere le nostre teste attorno a una macchina di queste dimensioni, un buon confronto potrebbe essere il nuovo USS Gerald Ford , il La portaerei più recente della Marina . Pesa 90.000 tonnellate, è lungo circa 1.106 piedi e, come un Jaeger, il vettore è a propulsione nucleare. Il Gerald Ford è costato $ 13 miliardi per la costruzione, il che ci fornisce una stima approssimativa della quantità di dosh necessaria per difenderci dal kaiju. Nel frattempo, SciencePortal ha eseguito alcuni numeri e ha scoperto che la creazione di un Gundam da zero (compresi materiali e computer) avrebbe... costa circa $ 725 milioni .

CONCLUSIONE

margine Pacifico regista Guillermo del Toro una volta detto , 'C'è qualcosa nell'avere qualcosa di veramente, molto grande che distrugge un sacco di piccole cose.' $ 700 milioni e un sequel dopo, sembra che avesse ragione: c'è qualcosa nel guardare un robot gigante che commette atti catastrofici di danni alla proprietà che porta gioia a milioni di persone.

Ora, se solo potessimo incanalare quei soldi in ricerca e sviluppo, potremmo essere in grado di fare la cosa reale.



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