Tänk dig någonsin hur du klättrar in i en jätte robotdräkt och slåss, eller lyfter tunga föremål, vänder bilar? Filmerna visar att detta är ett prisvärt nöje. Att skapa en sådan enhet från en ritning kan faktiskt vara en enorm utmaning.
Under många decennier har vi vant oss vid att tro att framtidens slagfält kommer att se ut så här: jätterobotar där människor sitter (eller bättre inte sitter). Dessa titaniska monster - bättre kända som 'Mechs' har blivit en sammanfattning för framtidens krig. Pilotrobotar dök upp först i japansk anime, men migrerade mycket snart till västvärlden genom alla slags serier. Hollywoodfilmer som Aliens, Avatar och Pacific Rim gjorde ett bra jobb med att visa hur det skulle se ut.
Filmer är filmer, men hur verkliga är sådana projekt i verkligheten? När kommer vi att se människor som piloterar jätteroboter?
Jordan Weissman från Harebrained Schemes gjorde BattleTech-spel med Mech-tema på 1980-talet. Han tog ett relativt jordnära tillvägagångssätt när han tänkte på sina mekaniker jämfört med tidigare exempel. Jordanien föreställde sig mechs byggda av en stålram omgiven av elektriskt laddade konstgjorda muskler som förflyttar leder, med en gyroskopisk stabilisator och ett inbyggt kraftverk.
Jordans grundläggande budskap är tydligt nog. Konstgjord muskulatur var till viss del som elektroaktiva polymerer. "De elektriska strålarna som expanderar eller dras samman när el passerar var musklerna i vår bälg", säger Weissman. "Trettio år senare används nu samma material vid utveckling av proteser."
En av anledningarna till att den mänskliga formen lockar designers är dess speciella ergonomiska design. "Mänsklig anatomi är oerhört effektiv för att gå på stenar och vägar", förklarar Rob Buckingham, chef för Race vid Culham Science Center. "Titta bara på en soldat som kan bära flera gånger sin egen vikt över vilken terräng som helst." Men att gå på två ben kräver speciell skicklighet, och det kan vara mycket svårt att upprätthålla balans.
Och hur man driver en tre meter jätte? Professor Setu Vijayakumar från Edinburgh Robotics Centre föreslår en kombination av teleoperation och ett automatiskt system som reagerar på pilotens avsikt. "Högre nivå avsikter kommer från operatören, men mycket låg nivå kontroll kommer att byggas in i plattformen, som att upprätthålla balans medan man går," säger Setu.
Kampanjvideo:
I själva verket är det lättare att göra en människokontrollerad tvåpansmekanism än att göra en fristående.”Detta är en helt genomförbar typ av teknik. Mer sannolikt än ett autonomt system, eftersom ett helt autonomt system har många problem när det gäller sensoriska och kontextuella beslutsfattande."
Vilken typ av telekontrollsystem som helst behöver dock en kommunikationsplattform som är manipuleringssäker och feletolerant och som kan hantera 500 000 operationer per sekund.
Det är också frågan om vilken energi pälsen kommer att fungera på. Weissman trodde att BattleTech Mechs skulle fungera på fusionsreaktorer, men med tanke på dagens fusionsreaktorer i fabriksstorlek är det osannolikt. 'Mechs vid Pacific Rim använde konventionella kärnklyvningsreaktorer, som ger hög effekt, men är extremt osäkra. "Batteriteknik och energitäthet ligger efter teoretiskt möjligt", säger Setu. "Forskning pågår, men det är fortfarande i sin linda när det gäller vad som kan göras."
Att ge piloten kontextuell information och lägesmedvetenhet är en annan utmaning. "Vi har gjort framsteg med kontroller i realtid som balans", säger Setu. "Problemet är att vi vet hur man gör det, men när man arbetar med verkliga sensorer kommer alla avvikelser i sensorerna att stänga av systemet."
Vibrationsåterkoppling - liknande den som finns på joysticks för spel - är användbar för att avgöra om du rör vid något eller inte. Men att förse piloten med ytterligare förnimmelser som lägger till sammanhang till vad roboten upplever innebär en risk att överväldiga piloten med onödig information.
Ju mer du bygger något desto tyngre blir det naturligtvis. Trycket som utövas på en yta är kraften dividerat med området. När du har ett tvåbent system, som en päls, koncentreras det mesta av massan i två ben. Detta skapar en “hårnålseffekt” där all vikt koncentreras i ett litet område. "Om du tar en kvinna och koncentrerar henne på en kvarts tum i en stilettklack, kan hon slå igenom en hel del material", säger Weissman.
Tyskarna stod inför ett liknande problem i utvecklingen av Maus supertunga tank under andra världskriget. Den vägde 188 ton och klarade provningarna på armerad betong väl, men vid det första fälttestet fastnade den i marken.
Ett annat problem är att få pälsen att gå. Gyro-stabilisatorn tillåter redan maskiner som kryssningsfartyg att balansera sig själv. Ändå är det att gå en mycket instabil process. Människor går genom att gå framåt och lägga sin vikt på benen. Och ju högre objektet är, desto svårare är det att balansera.
Kuratas utvecklade av Suidobashi Heavy Industry och Mark-2 utvecklade av MegaBots, båda hävdade som 'Mechs. Även om de båda efterliknar mänsklig form, förlitar sig robotarna på hjulrörelser istället för tvåsidiga rörelser. Ett problem är att efterlikna den mänskliga formen - som har ett väl fördelat system av vikt och energi - är en utmaning för ingenjörer.
Motorerna i varje fog kan lösa problemet, men en sådan lösning kräver tunga motorer för att stödja resten av kroppen. Motorerna är relativt tunga, så mycket vikt kommer att koncentreras i lederna och det blir svårare för pälsen att hålla balansen.
Forskning på pneumatiska muskler går framåt, men två kommer att behövas för varje led. "Från pneumatiska muskler kan du skapa något med fem leder", säger Setu. "Men när du försöker sätta ihop dem i ett tvåbent system, går allt i helvete när det gäller elektronik, dirigering och ledningar."
Vi har redan börjat producera bälgar med prototypen Assist Suit AWN-03 exoskeleton från ActiveLink. Denna stöddräkt utvecklas som en lösning på arbetskraftsbristen som kan uppstå med en åldrande befolkning. Gaffeltruckar och hissar är inte lämpliga för alla situationer.”Det finns några isolerade fält som inte kan mekaniseras, och industriarbetare kommer fortfarande att behöva bära tunga föremål själva”, säger Hiromichi Fujimoto, vd för ActiveLink.
Nästa steg i hjälpdräkten är att minska vikt och produktionskostnader och sedan utveckla en modell för tyngre arbete. Den nya hjältdräkten kommer att kunna lyfta föremål som en person annars inte skulle kunna lyfta på egen hand.
En dag kommer vi att ha människopiloterade exoskelett för att flytta laster och eventuellt tunga konstruktioner. Men gigantiska mekaniker som går över byggnader kommer fortfarande att vara blockbustermaterial. "I fiktion ser det allt vackert ut, men när man talar om praktisk militärtransport vill du förmodligen inte att den ska vara lång", säger Weissman.
"På sätt och vis är all teknik redan där", säger Setu. "Vi kommer att göra humanoida mekaniker om vi kan använda dem." Endast science fiction-författare bryr sig om de kommer att ha två armar och två ben."
ILYA KHEL