Chodící bojoví roboti jsou esencí téměř každého správného sci-fi. Čtyřnohými AT-AT ze série Star Wars počínaje a dvounohými Gundamy z japonských anime konče.
Aktuální studie z Army Research Laboratory, výzkumné laboratoře americké armády, ovšem ukazuje, že by tyhle chodící stroje zkázy mohly v budoucnu hrát důležitou roli i ve skutečné armádě po boku vojenských vozidel. A to i přesto, že jejich vývoj zatím příliš nepokročil.
Americký Pentagon se budoucností chůzeschopných robotů zabýval už v minulosti. Asi nejznámějším příkladem je čtyřnohý robot BigDog od společnosti Boston Dynamics, kterou loni za téměř miliardu dolarů koupila automobilka Hyundai. BigDog, který se proslavil díky videím na YouTube, měl být pomocníkem pěším vojákům v přesouvání těžších nákladů.
Getty
BigDog společnosti Boston Dynamics | Foto Getty
Ačkoliv se stal robot díky videím populární, jeho následovník, který nesl označení LS3, to do armády nedotáhl. Pro využití na bojišti byl příliš hlučný a firma tak jeho vývoj v roce 2015 ukončila. Neúspěchy z minulosti však ještě pro budoucnost reálných sourozenců Imperiálních chodců z Hvězdných válek nemusí nic znamenat.
„Roboti s nohama ještě rozhodně nejsou zatraceni,“ říká Alexander Kott z výzkumného týmu U.S. Army Research Laboratory (ARL). „Technologie nicméně potřebuje ještě trochu uzrát, aby se lépe vyvážil poměr mezi schopností přizpůsobovat se a účinností,“ dodává.
Podle Kotta se například u zvířat dosahuje nejlepší účinnosti pohybu pomocí šlach a svalů, které jako natahující se gumičky při každém kroku shromažďují a následně využívají energii. Díky tomu mohou nohy co do účinnosti konkurovat třeba kolům nebo pásům, na což se Kottův tým v rámci studie zaměřil.
Práce výzkumného týmu vychází ze vzorce pro odhad síly potřebné k tomu, aby se zvíře dané velikosti mohlo pohybovat danou rychlostí. Formulka z 80. let známá jako Heglundův vzorec ukázala, že se pohyb všech zvířat od švábů až po slony řídí podle stejného zákona.
Aktuální práce ARL tento vzorec rozšiřuje tak, aby dokázal porovnat poměr síly a rychlosti mezi kolovými a pásovými vozidly na jedné straně a nohama robotů na straně druhé.
Studie sesbírala informace z široké plejády pozemních vozidel a robotů od stařičkého Fordu model T až po nejnovější bezpilotní bojová vozidla a porovnala celkový výkon jejich motorů ve vztahu k maximální rychlosti. Zároveň vědci do výpočtů zahrnuli také různé druhy zvířat včetně pavouků, krabů, tučňáků nebo koní, ale také lidi. Pohyb všech se řídil podle stejného vzorce.
„Vypozorovali jsme silnou podobnost mezi přírodními a umělými systémy. Jak organismy, tak uměle vyrobené stroje se obdobným způsobem řídí podle Heglundova vzorce,“ píše se v závěru studie. To znamená, že by optimálně vyvinutí chodící roboti měli být schopni co do účinnosti držet krok s vozidly na kolech.
A navíc mají nohy výhodu při překonávání překážek nebo strmých stoupání. Přestože většina chodících robotů zatím účinností příliš neoplývala, některé pokročilejší stroje, jako například robotický čtyřnožec Cheetah z dílny MIT, dokážou kolům v účinnosti konkurovat.
„Neustále se zdokonaluje vývoj baterií a zdrojů energie, stejně tak stoupá i účinnost robotů díky optimalizaci designu nohou a začlenění pasivních pružinových prvků do nohou a páteře robotů. Proto věřím, že můžeme postupně zmenšit rozdíly mezi účinností přírodního a mechanického světa,“ předpovídá Jason Pusey, strojní inženýr týmu ARL.
Příkladem toho, že je možné vývoj posouvat dál, je podle Puseyho dramatické zvýšení účinnosti u elektrických automobilů, které je patrné v posledních několika letech.
Ještě před pár lety byly elektromobily poměrně nepraktické. S vývojem baterií a lepšími motory ale postupně více a více konkurují spalovacím motorům. Chůzeschopní roboti by mohli tento trend také následovat.
Ve studii se mluví i o konkrétním hypotetickém robotovi, kterého vědci nazvali EDMEC (Exploratory Design for Mule-like Equipment Carrier). Jde o čtyřnohého nákladního robota, který by měl být schopný přenášet jídlo, munici a další vybavení a asistovat tak jednotkám pěchoty.
EDMEC by se mohl pohybovat rychlostí kolem sedmi kilometrů za hodinu, což by z něj dělalo v porovnání s kolovými vozidly loudala, nicméně s pěšáky by krok udržel. Navíc by mu nedělaly problémy lesy, skalnatý terén ani strmé horské cesty, které jsou často velkou překážkou pro standardní vozidla. Poslání by bylo jasné. Uspět tam, kde BigDog selhal.
Ačkoliv je EDMEC zatím jen návrhem na papíru, je známkou toho, že je další vývoj možný. Téma je zároveň nyní vysoce relevantní. Americká armáda totiž aktuálně například řeší podobu malého robotického nákladního dopravce, který má být v provozu do roku 2025. Ten má následovat pěší vojáky podobně, jako to navrhovali vědci z ARL.
Zatím sice vítězí návrhy, které pracují s pohybem na kolech nebo pásech, ale jakmile budou mít robotické nohy vyšší účinnost, mohou vozítka na kolech jednoduše převálcovat.
Otázkou je, jak to bude s velkými chodícími tanky, které známe ze Star Wars filmů a dalších kultovních sci-fi. Už zmíněný vzorec, se kterým vědci pracovali, fungoval až do celkové váhy pětatřiceti tun. Je tedy možné, že by taková chodící robotická monstra v budoucnu byla také ve vývoji?
„Z praktického hlediska o tak velkých chodících robotech pochybuji. Kromě nějakých úzce specializovaných výjimek,“ konstatuje Kott. „Navyšování rozměrů a hmotnosti obecně přináší vážné problémy s namáháním jednotlivých částí nohou. Je ale pravda, že s vývojem nových materiálů by tento problém mohl v budoucnu odpadnout,“ dodává. Zdá se tedy, že chodící tanky také nejsou zcela mimo mísu.
„Pár příkladů velkých strojů na nohách už ostatně existuje,“ doplňuje Pusey a připomíná stroj na těžbu dřeva Timberjack od společnosti John Deere, chodící bagry nebo obří „kráčející“ jeřáby. Zároveň ale dodává, že jde o vysoce specializované stroje, které se pohybují opravdu nízkými rychlostmi. „Nejsem si jistý, že by tak velké a těžké stroje měly v armádě využití,“ pochybuje Kott.
V případě chodících tanků ale nikdy nešlo o praktičnost. Ovšem pokud chcete, aby váš robot vypadal cool, nohy jsou ta správná cesta. V článku z roku 2011 o tom, jestli by měla mít americká armáda AT-AT jako vojska Impéria v Hvězdných válkách, to magazín CSMonitor shrnul otázkou: Musíme se vůbec ptát? To, co lidé skutečně chtějí vědět, je, kolik takových robotů armáda může mít. A navíc – výzkumy v oblasti sci-fi naznačují, že se takoví roboti mohou velmi hodit v bojích s velkými příšerami z vesmíru.
Nicméně zpátky do reálného světa. Výzkumníci věří, že americká armáda omezí svůj zájem především na menší stroje, které budou postupně stále více účinné a konkurenceschopné vozidlům s koly a pásy.
Pokud jsou výzkumy přesné, mohou se v blízké budoucnosti stát bojiště přehlídkou chodících robotů všech konfigurací – dvounohých a čtyřnohých strojů lezoucích a škrábajících se přes překážky. A to by mohl být poměrně šokující a oslňující pohled i bez Imperiálních chodců ze Star Wars.
