Wetenschap

De torenhoge real-world wetenschap achter sci-fi en anime's mecha-robots

2024

Of het nu een Stryder Titan is van Val der titanen , een EVA-eenheid van Neon Genesis Evangelion , of een goed ouderwets Gundam-pak, mecha's zijn de gouden standaard van sci-fi-technologie, samen met hyperdrives en lichtzwaarden. Nu de veelbesproken MegaBots vs. Suidobashi mecha-strijd is eindelijk gedaald in onze eigen wereld, met Eagle Prime die de VS vertegenwoordigt en Kuratas die voor de Japanners vechten, zijn gevechtsmechs een stuk dichter bij de realiteit gekomen.

Hoewel deze echte mecha's meer als geriatrische vorkheftrucks bewogen dan als echte vernietigingsmachines, was Eagle Prime v. Kuratas 's werelds eerste gigantische robotgevecht, en het demonstreerde enkele van de belangrijkste technologische uitdagingen waarmee de constructie van echte mecha wordt geconfronteerd.

Hier zijn de groten.

WAAR ZOUDEN WE HET VAN OPBOUWEN?

Als je naar Eagle Prime en Kuratas kijkt, zie je twee dingen: ten eerste lopen ze niet op twee benen en ten tweede zijn ze heel, heel langzaam. Het blijkt dat echte tweevoetige beweging ongelooflijk moeilijk is naarmate iets groter (en zwaarder) wordt. In feite, minstens één persoon heeft de cijfers uitgevoerd en ontdekte dat een robot ter grootte van een Jaeger praktisch onmogelijk zou zijn. Een ingenieur genaamd JJ Duncan zegt dit:

'Geen bekende materialen zouden de stress van zoveel activiteit in de robot kunnen dragen, vooral in de gewrichten... Hoge sterkte staallegering heeft een ultieme sterkte van 760 MPa (megapascal) en koolstofvezel heeft een ultieme sterkte van 6.370 MPa. Maar als een robot een monster slaat, springt en rent, zijn de gecreëerde G-krachten grote getallen.'

Volgens Jekanthan Thangavelautham , een postdoctoraal robotica-medewerker aan het MIT, zal het bouwmateriaal van een mecha een van de grootste hindernissen zijn om te overwinnen, omdat elk materiaal dat sterk genoeg is om een gigantische robot behendig en wendbaar te maken, te zwaar en stijf zal zijn om het daadwerkelijk te trekken uit. Hij zegt echter dat de stof beryllium een mogelijke optie zou zijn, evenals titanium en met koolstof versterkt plastic.

star wars de kracht ontwaakt pg-13

Krediet: Cartoon Network

Je zou kunnen denken dat Evangelion het juiste idee had: geen robots bouwen, gigantische mensen laten groeien en ze achteraf uitrusten met robotonderdelen, een beetje zoals een van die robotachtige exoskeletten waarmee het leger experimenteert. Het menselijk lichaam is eigenlijk een uitstekend ontwerp voor het omgaan met ruw terrein en het dragen van zware gewichten, maar het probleem is niet het ontwerp, maar de verhoudingen.

Volgens Space.com , naarmate de lengte verdubbelt, neemt het gewicht achtvoudig toe, en naarmate de grootte en het gewicht toenemen, neemt de hoeveelheid energie om alles te verplaatsen exponentieel toe. Volgens Andy Ruina, hoogleraar robotica aan de Cornell University, is dit eigenlijk een van de principes die de groei van de dinosauriërs beperkten: 'Toen [dinosaurussen] groter werden, hadden ze het moeilijker om met hun eigen gewicht rond te slepen. Het is een beetje contra-intuïtief - je zou denken dat het in evenwicht zou zijn, maar dat is niet zo.'

HOE ZOUDEN WE HET AANVOEREN?

Als het probleem van bouwmaterialen kan worden overwonnen, wordt de volgende grote uitdaging macht. Tenzij robots rondlopen met lange voedingskabels zoals een EVA-eenheid, hebben ze een energiebron nodig die krachtig en relatief klein is. Volgens Thangavelautham:

'Draagbare splijtingsreactoren worden gebruikt om vliegdekschepen van stroom te voorzien, maar ze moeten nog steeds worden geminiaturiseerd en de vermogensdichtheid moet aanzienlijk worden verbeterd om deze robots zelfs maar te laten lopen... Exotische energiebronnen zijn zowel de grootste uitdaging als de baanbrekende technologie die dit soort dingen zou kunnen maken werkelijkheid bereiken.'

het meisje dat de maan dronk door Kelly Barnhill

Met 'exotische energie' bedoelt Thangavelautham kernenergie of donkere materie. Maar zelfs als we een energiebron vinden die het zware werk kan doen, hebben we misschien niet de technologie om daadwerkelijk presteren het zware werk. In een interview met Gizmodo , Daniel Wilson bracht een groot technisch probleem naar voren: 'Ik weet niet hoe een actuator zo'n gigantische constructie rechtop zou kunnen houden bij harde wind, laat staan met voldoende behendigheid om te lopen.'

Zelfs de arm van een Jaeger evenwijdig aan de grond optillen zou een strijd zijn vanwege de ongelooflijke hoeveelheid koppel die nodig is: ongeveer 81 miljoen pond-voet. Ter vergelijking: de krachtigste hydraulische systemen ter wereld kunnen slechts ongeveer 1,3 miljoen lb.-ft produceren.

Vanuit praktisch oogpunt zijn gigantische robots gewoon te groot voor hun eigen bestwil.

HOE ZULLEN WE HET CONTROLEREN?

Afgezien van de valkuilen van de constructie, vertrouwen de meeste mechs op een soort neurale verbinding tussen piloot en robot: Pacific Rim heeft zijn driftsysteem, Val der titanen heeft neurale verbindingen, Evangelion heeft zijn synchronisatiesnelheid, en Gundams heb het goed in de naam (dacht dat het van de canon afhangt) — G algemeen u nilateraal N euro-link NS ispersief TOT utonomisch m aneuver.

Het klinkt misschien als sci-fi, maar de in Boston gevestigde start-up Neurable werkt al aan de mogelijkheid om technologie alleen met gedachten te besturen , en heb zelfs een VR-game gedemonstreerd genaamd Ontwaken dat is volledig gedachtegestuurd. In combinatie met games zoals Het Iota-project , waar je een VR-mecha bestuurt via een headset, en een tien verdiepingen hoge robot bestuurt met alleen je geest, begint redelijk uitvoerbaar te klinken.

Het concept van neurale verbindingen wordt nog geloofwaardiger als je ontdekt dat de Universiteit van Californië heeft een machine gemaakt die hersengolven in woorden kan vertalen en zelfs volledige zinnen. Natuurlijk hebben zowel de Neurable- als de University of California-apparaten elektroden nodig die aan de schedel zijn bevestigd, dus een piloot moet een helm dragen - net zoals in sciencefiction.

Je vraagt je misschien af hoe een enkele persoon de bewegingen van een hele robot kan coördineren, aangezien Pacific Rim beweert dat het te complex is om met één geest om te gaan, maar het blijkt dat lopen en bewegen eigenlijk vrij eenvoudig is. Volgens een krant door Robin R. Murphy, '... voortbeweging wordt een van de gemakkelijkste functies om volledig aan een robot te delegeren.'

de avonturen van Huckleberry Finn recensie

Het geheim, zegt Murphy, zijn CPG's, of 'centrale patroongeneratoren', een biologisch mechanisme dat bij de meeste dieren met poten wordt aangetroffen en waarmee ze de beweging van hun voeten kunnen coördineren. Wetenschappers gebruiken al sinds de jaren 80 kunstmatige CPG's om robots te laten lopen, en de Atlas van Boston Dynamics heeft dat ook gedaan zelfs getoond navigeren op moeilijk terrein op zichzelf.

HOEVEEL ZOU HET KOSTEN?

john lont 3 gezond verstand media

De laatste vraag is hoeveel geld de wereld moet ophoesten om dit mogelijk te maken. Op ongeveer 20 voet lang en 28 ton (in het geval van een Atlas-model ), de Titanen uit Val der titanen verschillen niet veel van Eagle Prime, de vlaggenschiprobot van Megabot. Eagle Prime heeft het profiel van een lichte tank, een raceauto en een militair vliegtuig allemaal door elkaar: het heeft een V8-motor met 340 pk, het is in staat om 4.600 lb.-voet uit te oefenen, de hydraulische druk is 4.000 psi en het kruipt rond op aangepaste Ripsaw sporen.

De Arend Prime kostte $ 2,5 miljoen om te bouwen , terwijl zijn Japanse tegenhanger de Kuratas eerder was verkopen voor ongeveer $ 1 miljoen . Ondertussen, de Franse AMX-56 Leclerc hoofdgevechtstank, de duurste tank ter wereld, kost ongeveer $ 12,6 miljoen . Voor zoiets als de kleinschalige mechs van Titanfall, zouden we kunnen verwachten dat ze in de tientallen miljoenen kosten.

Maar hoe zit het met een Jaeger- of EVA-eenheid, die tussen de 200 en 288 voet lang kan staan? Om ons hoofd rond een machine van deze schaal te wikkelen, is een goede vergelijking misschien de nieuwe USS Gerald Ford , de Het meest recente vliegdekschip van de marine . Het weegt 90.000 ton, is ongeveer 1.106 voet lang en net als een Jaeger wordt het vliegdekschip door kernenergie aangedreven. De Gerard Ford kosten $ 13 miljard om te bouwen, wat ons een schatting geeft van de hoeveelheid dosh die nodig is om onszelf te verdedigen tegen Kaiju. Ondertussen voerde SciencePortal enkele cijfers uit en ontdekte dat het maken van een Gundam vanaf de grond af (inclusief materialen en computers) zou kosten ongeveer $ 725 miljoen .

GEVOLGTREKKING

Pacific Rim regisseur Guillermo del Toro eens gezegd , 'Er is iets om iets heel, heel groots te hebben en veel kleine dingen te vernietigen.' $ 700 miljoen en een vervolg later, het lijkt erop dat hij gelijk had - er is iets aan het kijken naar een gigantische robot die catastrofale daden van materiële schade begaat die miljoenen vreugde brengen.

Als we dat geld nu maar naar R&D konden leiden, zouden we misschien het echte werk kunnen maken.