Walkie Tankie - aneb když tanky kráčí

[Rase]

Tento článek původně vznikal jako krátký text o kráčejících tancích, jejž vznikaly jako projekty, prototypy kráčejících strojů z poloviny 20.století. Ty pomocí čidel kopírovaly pohyb operátora. Text se brzy rozvinul do poněkud košaté podoby, kdy bylo nutno zmínit jak kráčející stroje ovládané lidmi – ať již pomocí řídítek, volantu, nebo senzorů. Tak i různé mechanické končetiny – především robotické ruce a různá chapadla, od kterých je to jen krok k mechům - exoskeletům, nebo jinak též super oblekům. Různé kráčející náklaďáky, až po zcela autonomní – robotické, mechanické muly současnosti. Proč jsem si vybral, pro název článku hravé označení "Walkie Tankie", se dočtete níže. Pohodlně se usaďte a vstupte do vědeckofantastického snu, který se někteří lidé snažili a snaží uvést v život.

Předchůdci mechů a exoskeletů

První pokusy o vytvoření kráčejícího stroje, který by kopíroval lidský pohyb, se dají datovat do středověku a snad i starověkého Řecka, ale pro moderní dobu jej znovuobjevil světoznámý spisovatel Jules Verne (1828-1905), který svými vizemi ovlivnil celé následující generace čtenářů. Nás ale zajímá dobrodružný román Zemí šelem (La Maison à vapeur) z roku 1880. Jedná se o dobrodružný román s vědeckofantastickými prvky z cyklu Podivuhodné cesty (Les Voyages extraordinaires). Francouzský název románu znamená v překladu Dům na páru, česky kniha také vyšla pod názvem Nana Sahib nebo Ocelový olbřím (ocelový obr). Román vypráví napínavý příběh odehrávající se v Indii roku 1867. Inženýr Banks pozve plukovníka Munra, kapitána Hooda a Francouze Mauclera na výpravu po severních částech Indie. Jako dopravní prostředek jim má sloužit obrovský ocelový slon poháněný parním strojem, původně vyrobený jako hračka pro bohatého rádžu. Kolos jako kráčející lokomotiva táhne dva pojízdné obytné bungalovy, je však také schopen plavby ve vodě, neboť jeho nohy mohou ve vodním prostředí sloužit jako lopatková kola a bungalovy mohou rovněž plavat. Jako komín slouží stroji zvednutý chobot. Jednalo se tedy o velice inovativní nápad a je velice pravděpodobné, že v tomto případě byl Verne inspirován různými orientálními mechanickými hračkami, které vykonávaly velice složité pohyby. Příkladem můžou být japonské mechanické loutky Karakuri ningyo. V moderní literatuře, se objevil pozoruhodný kráčející tank. Tentokrát ve vědeckofantastickém románu Válka světů (The War of the Worlds) z roku 1898. Herbert George Wells (1866-1946) zde popisuje invazi mimozemšťanů z Marsu do Anglie. Marťané zde drtí jakýkoliv odpor lidských armád, pomocí ohromných robotických monster, jimž jsou vysoké třínohé bojové stroje vyzbrojené paprskometem a chemickou zbraní, černým kouřem. Klasický mech neboli bojový oblek, pochází z románu Galactic Patrol z roku 1937, jehož autorem byl Američan E. E. Smith (1890-1965). Mnohem známější je ale vědeckofantastický román z roku 1959, pod názvem Hvězdná pěchota (Starship Troopers) od amerického spisovatele Roberta A. Heinleina (1907-1988). Samostatnou kapitolou pak jsou mechové v japonské kultuře anime a mangy. Zde byl prvním mechem Tetsujin 28-Go (1956). Tetsujin byl řízen operátorem, který se nenalézal přímo v mechovi. Tím byl až Mazinger Z (1972) od Go Nagai (narozen roku 1945). Zde bychom mohli zdlouhavě popisovat pozdější vliv japonské kultury na tu Západní, ale raději zde skončím a popíšu reálné kráčející stroje. Armáda vždy měla zájem o kráčející prostředky, od kterých si slibovala, že budou mít v nejtěžším terénu podobné schopnosti jako lidé a zvířata. Tedy že budou moci překonávat překážky, s nimiž si kola nebo pásy neporadí.

Vernolův Walking Vehicle

V roce 1868 si nechal američan R. C. Vernol, patentovat kráčející stroj - Walking Vehicle. V podstatě se jednalo o klasický parní stroj, který měl místo zadní kolové nápravy jakési chůdy, nebo nohy bez kloubů. Ty stroj pomalu odrážely. Patent získal číslo 74176.

Iron Dobbin a Panzerpferd

V Itálii vznikl na začátku 30.let velice pozoruhodný stroj, který měl být používán k výcviku mladých jezdců, konkrétně v mládežnické fašistické organizaci - Gioventù Italiana del Littorio (GIL). O pohon stroje se staral malý benzínový motor, který rozpohybovával čtyři velké nohy, které umožňovaly pohyb i v těžkém terénu (pole). Jezdec byl usazen poměrně nízko a celek působil jako jízda na motocyklu. Mechanizmus to byl velice zvláštní a rozhodně měl nemálo konstrukčních problému. Kvůli nepraktičnosti byl nakonec odmítnut a zůstalo jen u prototypu. Oblíbený americký měsíčník Popular Science, otiskl v dubnu 1933 zprávu o tomto pozoruhodném vozidle. Fascinující je, že informace o tomto vozidle se tak oklikou dostaly zpět do Evropy, konkrétně do Německa. Zde tento článek vzbudil takový zájem představitelů armády, že bylo rozhodnuto o výrobě mechanického koně / muly - Panzerpferd, pro jednotky horských myslivců (Gebirgsjaeger). Ač tento nápad dokonale předznamenal současný trend, který vedl až k dnešnímu Legged Squad Support System (LS3) - jinak též BigDog, na jehož vývoji se podílí a DARPA. Byl vývoj Panzerpferdu zrušen a dána přednost konvenčnějším projektům. Přeci jen obnovená armáda potřebovala především tanky a investovat kapacity do "mechanické muly" nemělo smysl.





Anthrophor

Možná překvapí, že 10.prosince 1935 si nechal maďar Ference Okolicsányi patentovat dálkově ovládaný stroj, pojmenovaný Anthrophor. Ten kopíroval pohyby operátora pomocí elektro-mechanického zařízení – více patrné z fotek. Patent získal číslo 118.544. Okolicsányi si nechal svůj výtvor přihlásit i v Německu, konkrétně již 12.prosince 1935. Tou dobou totiž žil v Norimberku (známý pod jménem Franz von Okolicsanyi). Ve Velké Británii o rok později 11.prosince 1936 - GB486604.

Walking SuperTank

Britská firma W. H. Allen & Company Ltd, představila roku 1940, zástupcům britské armády návrh prvního kráčejícího tanku a je třeba říci, že se nejednalo o stroj podobný tehdejším tankům, ale hned o monstrum o váze 1000 tun – proto pracovní název "Walking SuperTank". Návrh pochází z rýsovacího stolu A. C. Hutchinsona a F. S. Smitha. Projekt se dostal až do fáze ověřovacího demonstrátoru a byly testovány i různé konfigurace s odlišným počtem končetin. Hutchinson a Smith studovali různé mechanismy fungování končetin a rozhodli se pro konstrukci s velkým stehenním kloubem - fungujícím jako obrácené kolo, a teleskopickými rameny - končetinami. Díky tomuto řešení se dařilo překonávat relativně velké překážky. Ovládání by probíhalo pomocí čidel na rukou nebo nohou operátora, která by přenášela pohyb do mechanických končetin. Jedná se tedy o obdobné řešení, jaké bylo později rozvíjeno u projektu Walking Truck, z 60.let, od společnosti General Electric. Tomuto stroji se ale budu věnovat samostatně. Hutchinson a Smith postavili čtyřnohý model vysoký zhruba 60cm. Každá z končetin měla dva klouby, které byly napojeny pomocí pružných kabelů na vzdálenou ovládací konzolu. Ta byla napojená na sedícího operátora, který model ovládal pomocí pohybů končetin. U jednotlivé končetiny byly dvě čidla, která kopírovala pohyb končetiny dopředu a druhé pro zpětný pohyb (takový přepínač). Model byl určen k chůzi po rovné ploše a dokázal přelézt hromadu knih. Konstrukce samotného tanku byla v podstatě taková velká krabice, přičemž nohy samotné byly z velké části ukryty pod vysokým lemem, vyrobeným z pancíře o tloušťce 15 cm (6 palců). Navrhované rozměry byly: necelých 13 metrů délky, 9 metrů šířky a 5,5 metru výšky. Patrně nepřekvapí že, v roce 1940, britské ministerstvo války projekt zavrhlo a dalo přednost již zavedeným tankovým konstrukcím.

Zdroj:
http://cyberneticzoo.com/man-amplifiers ... -american/
http://cyberneticzoo.com/wp-content/upl ... Moct65.pdf
http://cyberneticzoo.com/walking-machin ... h-british/
http://www.radiodixie.cz/clanek/top-10- ... ch-vozidel
https://www.google.cz/search?q=walking+ ... 27&dpr=0.9
https://en.wikipedia.org/wiki/Iron_Dobbin
https://en.wikipedia.org/wiki/Mecha
Machines can walk – A.C. Hutchinson:
http://cyberneticzoo.com/wp-content/upl ... -Nov67.pdf

[Aaron Goldstein]

Budoucnost už tu nastíněna byla dokonce ve filmové podobě...

[Rase]

Ještě jsem do článku přidal Okolicsányho Anthrophor (1935) a Vernolův Walking Vehicle (1868)

Video z testů vozidla Walking Truck:

Pedipulator:

[satanik]

U odkazů na scifi literaturu a filmy bych rád připomenul manipulátor z filmu Vetřelci http://www.csfd.cz/film/1245-vetrelci/prehled/ . Ten byl tak dobrý, že s ním Ripleyová nakopala největšího vetřelce do ... no to nevím, anatomie vetřelců mi ještě tak nejde. Nicméně ten manipulátor byl opravdu úžasně ztvárněný.

[El Diablo]

Alien Anthology - Aliens - Power Loader

[Rase]

Možná překvapí, že idea "Pedipulatoru" byla živá i v SSSR.
Níže je fotka Efimova šestinohého stroje z roku 1979.

[Rase]

Handyman, Pedipulator a Walkie Tankie

Na konci 50.let, se zabýval americký vědec Ralph Mosher, konstrukcemi, které by znásobily lidské schopnosti. Dnes by se daly označit za jedny z prvních exoskeletonů, nebo Mechů. Samotný Mosher je označoval zkratkou CAM - Cybernetic Anthropomorphic Machines. V roce 1956 přišel s konstrukcí nazvanou "Yes-Man" (Teleoperator), která na dálku kopírovala pohyby operátora – v novinách jsou úsměvné fotografie, na niž autor pomáhá dámě do kabátu, na několikametrovou vzdálenost, nebo nalévá vodu do kádě. V letech 1958 až 1959, přišel Mosher a jeho tým s mechanickou rukavicí, která reagovala na pohyby jejího nositele a zvyšovala jak jeho sílu, tak mu propůjčovala mnoho výhod s manipulací různými předměty. Problémem byla absence zabudovaného zdroj energie, která umožňovala provoz těchto technologických novinek, pouze s napojením na elektrickou síť. U některých výtvorů to nebyl problém, ale pokud měly fungovat v terénu, bylo nutné je osamostatnit. Jelikož se nacházíme v období, které by se dalo označit "dobou atomovou", byly tyto problémy druhotné a vše se dalo vyřešit malým jaderným reaktorem. Zpět ale k tomuto mechanickému ramenu.
Mosherův výrobek získal název G.E. Handyman. První dvě písmena značí společnost General Electric’s, konkrétně její oddělení GE Advanced Technology Laboratories ve městě Schenectady, okres New York. Právě zde Ralph Mosher a jeho tým působil a tyto projekty byly bedlivě sledovány zástupci US Army, která s G.E. kooperovala a podílela se na vývoji. Zde je vhodné zmínit, že původně armáda spolupracovala s univerzitou v Michiganu, kde má tento projekt počátky – konkrétně byl součástí programu letectva: AEC-USAF Aircraft Nuclear Propulsion Program. Právě letectvo vidělo v tomto projektu potenciál, který by se hodil k manipulaci s jadernými motory u jejich bojových letounů (!) Nyní ale zpátky z projektu Handyman. Ten se skládal ze dvou ramen, ve kterých byly senzory zaznamenávající pohyby operátorových rukou – sama osobě velice pozoruhodná. Tyto pohyby pak byly přenášeny do dvojce vzdálených chapadel, které byly určené k samotné manipulaci s předměty – velice podobné dnešním výrobním robotům. Autor schopnosti tohoto zařízení demonstroval při točení obručí, zatloukání hřebíků atd. S tím, že druhou rukou bylo možno předmět pevně stisknout a držet, jednalo se tedy o takové hydraulické, dvojprsté manipulační chapadlo.

Pro náš příběh je ale důležitější konstrukce pojmenovaná Pedipulator. Právě ten vznikl pod záštitou G.E. a US Army a dal by se chápat jako "nohy budoucího exoskeletonu". Mosher přišel s tímto návrhem již v roce 1962 a označil jej "walking automatons" (kráčející automat). Nejednalo se tedy o autonomní roboty, ale spíš o užitné pomocníky (nástroje), které budou přesně reagovat na lidské pohyby - Mechy. Firma General Electric zkonstruovala několik verzí "kráčejících vozidel". Vzniklo několik modelů a demonstrátorů.
Zde zmíním především projekt Pedipulator (1962), což byl dvounohý Mech, určený k manipulaci s těžkými předměty (více jak 3,5 tuny). Vznikl dokonce prototyp (1964), vysoký 18stop, který byl určený k testování rovnováhy. Výsledný produkt měl mít i dvě manipulační zařízení, jakási teleskopická chapadla, přičemž by byl operátor usazen v moderní kabině, které připomíná kabinu dnešních buldozerů. Ve své době byl Pedipulator zobrazován především jako pomocník při kácení stromů, nebo jako pomoc při odklízení spadlých stromů, které zatarasily silnici. Poněkud ale připomíná dvounohé kráčející tanky z filmu Star Wars, Return of the Jedi, kde jsou pojmenovaná AT-ST ("chicken walkers"). Zpět ale k Pedipulatoru.

Později vznikl i koncept "Iron Mule Train", který se skládal z většího množství Pedipulátorů, které byly spojené v nekonečné řadě, pomocí jakýchsi tyčí, přičemž vždy mezi dvěma stroji, byl velký přepravní box. Jednotlivé Pedipulátory měly volná manipulační chapadla, tak operátor mohl uchopovat věci i v této sestavě.
Nás ale zajímá již promyšlenější stroj s již mnohem větší užitnou hodnotou, vyvinutý v roce 1969. Tím byl "Walking Truck" (kráčející náklaďák), jinak též zvaný "Walkie Tankie" (kráčející tančík nebo nádržička) - slovní hříčka podobná pojmu "walkie talkie", tj. slangovému termínu pro vysílačku. Zde se již mělo jednat o čtyřnohý náklaďák s oddělenou kabinou operátora a prostoru určeného pro zboží (bedny, nebo palety). Armáda si od něj slibovala schopnost překonávat i velice strmý terén a dostat tak nezbytné zásoby i do míst, které byly nepřekonatelné pro běžná vozidla. Opět si neodpustím přirovnání s kráčejícími tanky, tentokrát čtyřnohými AT-AT. Jeden prototyp kráčejícího náklaďáku se nachází v muzeu U.S. Army Transportation Museum ve městě Fort Eustis, ve Virginii (založeno 1959). Postupně se ukazovalo, že konstrukce takovéhoto složitého prostředku, jakým byl Pedipulator a Walking Truck, je nesmírně náročná, jelikož vyžaduje umělé napodobení procesů, které lidské tělo vykonává automaticky. Zejména koordinaci pohybů a udržování rovnováhy. Nakonec byla použita tehdy opravdu ultramoderní technologie CAMS (Cybernetic Anthropomorphous Machine System), která kopírovala pohyby končetin lidského operátora a přenášela je na kráčející podvozek. Byla zvládnuta i zpětná vazba, která upozorňovala operátora, na překážky v cestě. Ta se projevovala tak, že operátor pocítil na svojí končetině, v příslušném místě tlak. Ovládání však vyžadovalo náročný výcvik a velkou koncentraci, takže se armáda tohoto svého snu vzdala. Nebyl to ale konec.
V letech 1965 až 1971, vznikl již projekt klasického exoskeletonu, tak jak jej známe v současnosti. Byl jím - "G.E. Hardiman I Exoskeleton". Zde byl operátor usazen přímo v obleku, jednotlivé končetiny přímo v příslušných částech obleku. Krom vojenského využití při nakládce jaderných pum a raket do bojových letounů, zde byla i možnost využít oblek při stavbách budov, nebo jiných, fyzicky náročných činnostech v civilním sektoru. Na první pohled si ale člověk vzpomene na film Matrix Revolutions (2003) kde se objevily podobné exoskeletony zvané APU, při obraně posledního lidského města Sion.
Posledním evolučním krokem, na němž se podílel Ralph Mosher, již ve spolupráci s Donaldem A. Kugathem, byl projekt "G.E. Man-Mate Industrial Manipulator" z roku 1969. Zde se ale jednalo o jednoduché manipulační rameno, kdy operátor ovládal pravou rukou samotné rameno s různými zakončeními. Buď jako klasické chapadlo k manipulaci se sudy, nebo přísavky učené k manipulaci s plechem nebo sklem. Také zde byly zakončení v podobě kleští a existovala i varianta se dvěma rameny. Zde se jednalo o nejstřízlivěji pojatý koncept, který má využití i na hlubokomořských výzkumných ponorkách nebo továrních robotech (byť automatických – programovatelných). Zde se ale již jedná o jiný příběh a nezapadá do textu o kráčejícím tanku.

BigDog a LS3

Zmíním, že i na německé univerzitě - Universität Duisburg-Essen, vzniklo experimentální vozidlo ALDURO. Vozidlo mělo ve střední části kabinu operátora a stálo na čtyřech nohou. Byť byly zakončené malými koly. Americká firma Timberjack, dceřiná společnost John Deere, vytvořila praktický šestinohý stroj - Walking Forest Machine, jakýsi kombajn pro práci v lese. Velice pozoruhodným je pak osminohý kráčející stroj, vážící sedm tun. Je pojmenovaný - Walking Beast a postavil jej Martin Montesano. V roce 2005 představila firma Boston Dynamics robotického čtyřnohého mezka pojmenovaného BigDog. Je jedním z mnoha kráčejících robotů, která tato společnost vyvinula. Větší a modernější AlphaDog, představený v roce 2008, je schopen přenášet 200 kilogramů nákladu na vzdálenost 36 kilometrů, oproti 170 kilogramům a 20 kilometrům u BigDoga. Díky zájmu ze strany armády, převzala projekt společnost DARPA, která projekt upravila pro vojenské použití a dál jej rozvíjí. Projekt má poněkud krkolomný název Legged Squad Support System (LS3). Dá se říct, že projekt ideologicky navazuje na již zmíněný Panzerpferd z 30.let, který měl být skvělým pomocníkem horských myslivců – Gebirgsjaegerů. Na původním produktu stále pracuje i Boston Dynamics, kde v roce 2013, představili upravený stroj, který již není jen sofistikovanějším nosičem zavazadel, ale získal novou, opravdu nečekanou dovednost. Vědci jej totiž vybavili robotickou rukou, která zvedne až 23 kg a dokáže vykonávat i prudké pohyby. Při testu BigDog například uchopil betonovou tvárnici a švihem ji hodil za sebe. Ač to zní jednoduše, ve skutečnosti šlo o rafinovanou souhru ruky, těla i nohou BigDoga. "Cílem je použít sílu nohou a trupu k vylepšení pohybové síly ruky," stojí v oficiálním prohlášení společnosti Boston Dynamics. "Tento druh dynamiky a koordinace celého těla je běžný pro lidi a zvířata, nyní posílí schopnosti pokročilých robotů." Vědci se podobnými pokusy učí, jak robotům dát schopnost provádět dynamické, prudké pohyby. Nejde o nic lehkého, protože při prudkém a rychlém pohybu se mění těžiště robota a vznikají velké síly působící v různých směrech proti robotu. Důsledkem může být samozřejmě pád, poškození, případně pohyb nebude mít potřebnou dynamiku. Paradoxní je, že původní BigDog působil jako bezhlavé torzo muly, ale nyní s robotickým ramenem na místě hlavy, působí mnohem přirozeněji (jako lama). Boston Dynamics je také tvůrcem nejrychlejšího robota s nohami. Jejich čtyřnohý Cheetah dokáže vyvinout rychlost 45,5 km/h, což je více než nejrychlejší muž planety.