Анализ робота из мультфильма студии Уорнер Бразерс (Warner Bros.) "Стальной гигант" (Steel giant)
с практической точки зрения

Авторы мультфильма наградили инопланетного робота целым букетом поразительных свойств и умений. В этой статье мы попробуем построить такого же большого человекоподобного робота, но уже средствами земной цивилизации. В любой сложной технике каждая деталь и каждый блок имеет конкретное предназначение, но вместе с тем все элементы большого механизма так или иначе связаны друг с другом. Поэтому сначала проанализируем каждый элемент мозаики отдельно, а затем сложим все вместе в единое целое панно.

Некоторые аспекты динамики движений

Начнем с опорно-двигательного аппарата. С механической точки зрения предплечья и голени Стального гиганта слишком массивны, что в реальной ситуации привело бы к значительному перерасходу энергии при совершении роботом быстрых движений руками или ногами, например, во время бега, прыжков, нанесении серий ударов руками или ногами. Качественно это можно понять, если сначала выполнить серию ударов рукой "по воздуху", а потом повторить то же самое, но уже с гантелей в руке. Поэтому предпочтительная схема опорно-двигательного аппарата "нашего" человекоподобного робота - это максимально облегченные голени, стопы, предплечья и кисти. Именно так устроено тело человека. А вооружение, скрытое в предплечьях и, предположительно, голенях можно с успехом разместить в плечах и бедрах.

Кроме того, непоследнюю роль в динамике движений играет выбор приводов для конечностей робота. На первый взгляд, при полной массе боевой машины в несколько десятков тонн напрашивается использование мощной гидравлики, но гидравлика не обеспечит достаточной быстроты движений. Пневмоприводы лишены этого недостатка, хотя есть проблема сжимаемости воздуха и они менее компактны при том же создаваемом усилии, что и гидроприводы. Но эти проблемы пневмопривода решаемы. Электроприводы же инерционны и требуют могучих редукторов, что неудобно. Разнообразные электрополимеры еще только "набирают обороты". Но, будем оптимистичны, наверняка в ходе экспериментов получится создать гибридный привод для конечностей робота.

Следующий важный элемент - это система стабилизации. Стальной гигант оборудован превосходной системой динамической стабилизации, которая позволяет роботу сохранять курсовую устойчивость как при ходьбе, так и в прыжках или полете. Создание подобной системы динамической стабилизации земными специалистами - задача вполне решаемая, хотя сложная, кропотливая и трудоемкая. Для начала потребуется составить математическую модель идеального тела робота: написать систему уравнений равновесия, систему дифференциальных уравнений движения, уравнения связей, уравнения аэро- и термодинамики для случая полетов на больших скоростях, уравнения колебаний, составить критерии устойчивости и т.д. Потом надо будет учесть неидеальность тела робота в виде всевозможных погрешностей, определиться с тензорами инерции составных частей тела робота. Далее последует упрощение полученных систем уравнений путем исключения малых второго порядка там, где это допустимо согласно требующимся тактико-техническим характеристикам робота. И, наконец, подготовка к решению в численном виде. Отдельным этапом пойдет натурное моделирование и продувки в аэродинамической трубе. Описанный процесс создания системы динамической стабилизации безусловно подразумевает использование современных программных комплексов для всестороннего моделирования динамики механических систем, но только как вспомогательный инструмент, позволяющий сохранить время и средства. Также, очевидно, будет полезен опыт разработчиков подобных систем для ракетной промышленности. Другими словами, систему динамической стабилизации следует повторить без внесения изменений.

Один общий момент

При разработке такого рода машин, должен быть проанализирован и использован опыт всех связанных отраслей оборонной промышленности. Например, вопросы пассивного и активного бронирования, выбора материалов для силовых и бронеэлементов тела робота, выбора вооружения и выбора конструкции тела робота, вопросы создания дублирующей системы управления и многое другое вплоть до прокладывания кабелей и способов законтривания гаек лучше обсуждать с представителями авиационной промышленности. А, как упоминалось выше, некоторые вопросы разработки систем динамической стабилизации целесообразно решать совместно с представителями ракетно-космической отрасли.

Источник энергии

Если исходить из того, с каким аппетитом и в каких количествах Стальной Гигант употреблял металл, то напрашивается однозначный вывод - металл использовался, в основном, как источник энергии. Кого из авторов мультфильма озарила идея кормить робота железом останется тайной, возможно, просто показался забавным огромный робот, пожирающий автомобили. Но факт в том, что авторы мультфильма "попали в десятку", скармливая роботу металлолом. При разрыве связей кристаллической решетки тонны железа выделится огромное количество энергии. И в настоящее время существуют обоснованные с точки зрения официальной науки, подтвержденные экспериментально и запатентованные способы подобного получения энергии путем пропускания больших токов через металл. В самом простом случае получается что-то наподобие двигателя внутреннего сгорания, работающего на металле или можно преобразовывать получаемую энергию в электрическую и так далее. Использование такого рода топлива вполне логично, так как во время войны на незнакомой планете может быть трудно достать горючесмазочные материалы, а с металлоломом на поле боя проблем не будет. Таким образом, можно с удовольствием оставить и земному роботу возможность "питаться" металлом.

При разрушении кристаллической решетки пропусканием больших токов энергия высвобождается очень быстро, иначе говоря - происходит взрыв. Можно предположить, что некоторым образом этот процесс можно использовать в ракетных двигателях, смонтированных на подошвах Стального Гиганта. Получится своеобразный твердотопливный ракетный двигатель. А "плотного обеда" роботу должно хватить на небольшой перелет.

Кроме того, "нашему" роботу будет нелишним добавить систему энергосбережения, как и у Стального Гиганта.