Videnskab

Den ruvende virkelige videnskab bag sci-fi og animes mecha-robotter

2024

Uanset om det er en Stryder Titan fra Titan fald , en EVA -enhed fra Neon Genesis Evangelion , eller en god gammeldags Gundam-dragt, er mechaer guldstandarden for sci-fi tech sammen med hyperdrev og lyssværd. Nu hvor den meget omtalte MegaBots mod Suidobashi mecha -kamp er endelig gået ned i vores egen verden, hvor Eagle Prime genoptog USA og Kuratas kæmpede for japanerne, er kampmestre kommet meget tættere på virkeligheden.

Selvom disse virkelige mekaer bevægede sig mere som geriatriske gaffeltrucks end sande ødelæggelsesmotorer, var Eagle Prime v. Kuratas verdens første kæmpe robotkamp, og det demonstrerede nogle af de store teknologiske udfordringer, der står over for konstruktionen af virkelige mechaer.

Her er de store.

HVAD VIL VI BYGGE DET FRA?

Når man ser på Eagle Prime og Kuratas, vil man bemærke to ting: For det første går de ikke rundt på to ben, og for det andet er de meget, meget langsomme. Det viser sig, at ægte tobenet bevægelse er utrolig vanskelig, jo større (og tungere) noget bliver. Faktisk, mindst én person har kørt tallene og fundet ud af, at en robot på størrelse med en Jaeger praktisk talt ville være umulig. En ingeniør ved navn JJ Duncan siger dette:

meteor og de mægtige monstertrucks

'Ingen kendte materialer ville være i stand til at understøtte belastningen ved så meget aktivitet i robotten, især i leddene ... Højstyrket stållegering har en ultimativ styrke på 760 MPa (megapascal), og kulfiber har en ultimativ styrke på 6.370 MPa. Men hvis en robot slår et monster, hopper og løber, er de skabte G -kræfter store tal. '

Ifølge Jekanthan Thangavelautham , en robotik -postdoktor hos MIT, vil en mekanisks byggemateriale være en af de største forhindringer, der skal overvindes, fordi ethvert materiale, der er stærkt nok til at tillade en kæmpe robot at være behændig og smidig, bliver for tung og stiv til faktisk at trække det af. Han siger imidlertid, at stoffet beryllium ville være en potentiel mulighed, såvel som titanium og kulforstærket plast.

Kredit: Cartoon Network

Det tror du måske Evangelion havde den rigtige idé: Lad være med at bygge robotter, dyrk kæmpemennesker og eftermonter dem med robotdele, ligesom en af dem de roboteksoskeletoner militæret eksperimenterer med. Menneskekroppen er faktisk et fremragende design til at håndtere ujævnt terræn og bære tunge vægte, men problemet er ikke design, det er proportioner.

Ifølge Space.com Når højden fordobles, stiger vægten otte gange, og når størrelse og vægt stiger, stiger mængden af energi til at flytte det hele eksponentielt. Dette er faktisk et af principperne, der begrænsede dinosaurernes vækst, ifølge Andy Ruina, professor i robotteknologi ved Cornell University: 'Da [dinosaurerne] blev større, havde de sværere ved at trække rundt i deres egen vægt. Det er lidt kontraintuitivt - man skulle tro, at det ville balancere, men det gør det ikke. '

HVORDAN VILLER VI DET?

Hvis spørgsmålet om byggematerialer kan erobres, er den næste store udfordring magt. Medmindre robotter går rundt med lange navlestreng som en EVA -enhed, får de brug for en energikilde, der er kraftfuld og relativt lille. Ifølge Thangavelautham:

'Bærbare fissionsreaktorer bruges til at drive hangarskibe, men de skal stadig miniaturiseres og effekttætheden forbedres betydeligt for selv at få disse robotter til at gå ... Eksotiske energikilder er både den største udfordring og gennembrudsteknologi, der kan gøre denne type ting nå virkeligheden. '

Med 'eksotisk energi' betyder Thangavelautham atomkraft eller mørkt stof. Men selvom vi finder en energikilde, der kan klare de tunge løft, har vi måske ikke teknologien til faktisk udføre de tunge løft. I et interview med Gizmodo , Daniel Wilson bragte et stort ingeniørproblem op: 'Jeg ved ikke, hvordan en aktuator ville være i stand til at holde en sådan kæmpe struktur oprejst i en kraftig vind, langt mindre flytte den med nok fingerfærdighed til at gå.'

Selv løfte en Jaegers arm parallelt med jorden ville være en kamp på grund af den utrolige mængde moment, der kræves: omkring 81 millioner pund-fod. Til sammenligning kan de mest kraftfulde hydrauliske systemer i verden kun udsætte omkring 1,3 millioner lb.-ft.

Fra et praktisk perspektiv er gigantiske robotter bare for store til deres eget bedste.

HVORDAN VIL VI KONTROLERE DET?

Bortset fra konstruktionens faldgruber, er de fleste mekanikere afhængige af en slags neural forbindelse mellem pilot og robot: Stillehavsfælgen har sit driftssystem, Titan fald har neurale links, Evangelion har sin synkroniseringshastighed og Gundams have det rigtigt i navnet (troede det afhænger af kanonen) - G energisk U nilateral N euro-link D ispersive TIL utonomisk M anøvre.

Det lyder måske som sci-fi, men Boston-baseret opstart Neurable arbejder allerede på evnen at styre teknologien med tanker alene , og har endda demonstrerede et VR -spil hedder Opvågning det er fuldstændig tankekontrolleret. Parret med spil som Iota -projektet , hvor du styrer en VR-mecha via et headset, begynder det at lyde ret gennemførligt at styre en ti etager høj robot med kun dit sind.

Begrebet neurale links bliver endnu mere troværdigt, når du lærer, at University of California har skabt en maskine, der kan oversætte hjernebølger til ord og endda hele sætninger. Selvfølgelig kræver både Neurable og University of California -enheder elektroder, der er fastgjort til kraniet, så en pilot skal have hjelm på - ligesom de gør inden for science fiction.

Du undrer dig måske over, hvordan en enkelt person kan koordinere bevægelser af en hel robot siden Stillehavsfælgen hævder, at det er for komplekst til, at et sind kan håndtere det, men det viser sig faktisk at være ganske let at gå og bevæge sig rundt. Ifølge et papir af Robin R. Murphy, '... bevægelse er ved at blive en af de letteste funktioner til fuldstændigt at delegere til en robot.'

Hemmeligheden, siger Murphy, er CPG'er eller '' centrale mønstergeneratorer '', en biologisk mekaniker, der findes hos de fleste benede dyr, som gør det muligt for dem at koordinere bevægelsen af deres fødder. Forskere har brugt kunstige CPG'er til at få robotter til at gå siden 80'erne, og Boston Dynamics 'Atlas har endda blevet vist at navigere i vanskeligt terræn af sig selv.

Hvor meget ville det koste?

Det sidste spørgsmål er, hvor mange penge verden skal slamre for at få dette til at ske. Omkring 20 fod høj og 28 tons (i tilfælde af en Atlas model ), Titanerne fra Titan fald er ikke alt for forskellige fra Eagle Prime, Megabots flagskibsrobot. Eagle Prime har profilen af en let tank, en racerbil og et militærfly alle blandet sammen: den har en V8-motor med 340 hestekræfter, den er i stand til at udøve 4.600 lb.-fødder, dens hydrauliske tryk løber 4.000 psi, og den kravler rundt på brugerdefineret Ripsaw spor.

Ørnen Prime tog 2,5 millioner dollars at bygge , mens dens japanske modstykke Kurataerne tidligere var sælges for omkring 1 million dollars . I mellemtiden er Frankrigs AMX-56 Leclerc hovedkampvogn, den dyreste tank i verden, koster omkring 12,6 millioner dollars . For noget som Titanfalls små mekaniske maskiner, kan vi forvente, at de koster i titusinder af millioner.

Men hvad med en Jaeger- eller EVA -enhed, som kan stå overalt fra 200 til 288 fod høj? For at vikle vores hoveder omkring en maskine i denne skala, kan en god sammenligning være den nye USS Gerald Ford , det Søværnets seneste hangarskib . Den vejer 90.000 tons, er cirka 1.106 fod lang, og ligesom en Jaeger er luftfartsselskabet atomdrevet. Det Gerald Ford kostede 13 milliarder dollar at bygge, hvilket giver os et skøn over et ballpark -skøn for mængden af dosh, der er nødvendig for at forsvare os mod kaiju. I mellemtiden kørte SciencePortal nogle tal og fandt ud af, at oprettelse af en Gundam fra bunden (herunder materialer og computere) ville kostede omkring 725 millioner dollars .

KONKLUSION

Stillehavsfælgen direktør Guillermo del Toro engang sagt , 'Der er noget ved, at noget virkelig, virkelig stort ødelægger mange små ting.' 700 millioner dollars og en efterfølger senere ser det ud til, at han havde ret - der er noget ved at se en kæmpe robot begå katastrofale tingskade, der glæder millioner.

Nu, hvis vi bare kunne trække disse penge ind i F&U, kunne vi muligvis lave den rigtige ting.