Nova formula, ki so jo iznašli vojaški znanstveniki, vodi do novih spoznanj o tem, kako zgraditi energetsko učinkovitega soigralca na nogah za pehoto.
V nedavnem strokovno pregledanem članku PLOS One je poveljstvo ameriške vojske za boj proti vojaškim zmogljivostim, znano kot DEVCOM, dr. Alexander Kott, Sean Gart in Jason Pusey ponujalo nova spoznanja o gradnji avtonomnih vojaških robotiziranih platform z nogami, ki bodo delovale enako učinkovito, kot kateri koli drugi zemeljski mobilni sistemi.
Njegova uporaba bi lahko privedla do potencialno pomembnih sprememb v razvoju vojaških vozil. Znanstveniki so dejali, da morda še ne vedo natančno, zakaj sistemi z nogami, kolesi in gosenicami ustrezajo isti krivulji, vendar so prepričani, da njihove ugotovitve spodbujajo nadaljnje preiskave.
“Če bi razvijalci vozil ugotovili, da bi določena zasnova zahtevala več moči, kot je trenutno možna glede na različne resnične omejitve, bi nova formula lahko opozorila na posebne potrebe za izboljšan prenos in proizvodnjo energije ali za premislek o masi in hitrosti vozila, “je dejal Gart.
Navdihnjena s formulo iz osemdesetih let, ki prikazuje razmerja med maso, hitrostjo in porabo moči živali, je ekipa razvila novo formulo, ki je veljala za zelo širok spekter sistemov z nogami, kolesi in gosenicami, kot so motorna vozila in zemeljski roboti.
Čeprav je večina podatkov na voljo že 30 let, ta skupina meni, da so prvi, ki dejansko sestavljajo in preučujejo razmerja, ki izhajajo iz teh podatkov. Njihove ugotovitve kažejo, da so sistemi z nogami enako učinkoviti, kot kolesne ploščadi in gosenice.
“V svetu brezpilotnih zrakoplovov in inteligentnih orožij je vse večja vloga pehot, ki lahko napredujejo, pogosto za več dni, in napadajo na najbolj neurejenem terenu, kot so gore, gosti gozdovi in urbano okolje,” je dejal Kott, ki je glavni znanstvenik laboratorija. “To je zato, ker tak teren zagotavlja največje pokritje in prikrivanje brezpilotnim zrakoplovom. To pa zahteva, da bi morali pehoti pomagati z vozili, ki se lahko brez težav premikajo po tako zahtevnem terenu. Vozila z nogami – po možnosti avtonomna – bi bila zelo koristna. “
Kot je dejal Kott, je ena od težav robotov z nogami ta, da imajo nizko energetsko učinkovitost, kar omejuje združevanje z vojaki na ostrih bojiščih.
“V zadnjih 30 letih so ameriški vojaški znanstveniki obravnavali številne izzive pri razvoju avtonomnih vozil,” je dejal Kott. “Kopenska vozila, ki manevrirajo na kolesih ali gosenicah, in zračna vozila, ki spominjajo na majhna letala, ki jim pravimo fiksna krila, in mali helikopterji, kot so rotacijska krila, so zdaj tišji in jih je lažje vključiti v formacije vojaških sil. Toda za platforme bazirane na nogah ostajajo številne ovire neprehodne, velike pa jih naredijo energetsko učinkovite.”
Vojaki si ne morejo privoščiti, da bi nosili gorivo ali baterije za “energijsko žejne robote z nogami,” je dejal.
Članek raziskuje, ali umetni zemeljsko-mobilni sistemi kažejo enak trend med maso, močjo in hitrostjo.
Kot izhodišče je skupina raziskala formulo za skaliranje, ki je bila v osemdesetih letih predlagana za oceno mehanske moči, ki jo je žival z določeno maso porabila za gibanje z določeno hitrostjo, in to primerjala z vrsto umetnih mehanskih sistemov, ki se razlikujejo po velikosti, teži in moči, ki so avtonomne ali jih vodijo ljudje.
Skupina je našla odgovor na svoje raziskovalno vprašanje: podobno, dosledno razmerje dejansko velja tudi za zemeljsko mobilne sisteme, vključno z vozili različnih tipov v širokem razponu njihovih mas.
Kott je dejal, da se je ta odnos presenetljivo izkazal enak za sisteme z nogami, kolesi in gosenicami. Te ugotovitve kažejo, da bi morale biti noge, ki jih je ustvaril človek, enako učinkovite kot platforme na kolesih in gosenicah, je še dodal.
Za izvedbo te študije je skupina zbrala raznolike podatke o zemeljskem mobilnem sistemu iz pregleda literature prejšnjih študij in objavila nize podatkov.
Preučevali so široko paleto velikosti in morfologije znotraj nabora podatkov, ki je združeval sisteme, ki so vključevali na primer britanski top iz 17. stoletja, Ford Model T, M1 Abrams tank in ACELA vlak.
Gart je dejal, da so njihove raziskave pomembne za oblikovanje zemeljskih mobilnih sistemov, saj pomagajo oblikovalcem določiti kompromise med močjo, hitrostjo in maso prihodnjih kopenskih robotov za obrambne aplikacije.
Eden od ciljev vojske je razviti nove vrste avtonomnih ali delno avtonomnih kopenskih vozil za oskrbo vojakov na zahtevnih terenih, je dejal.
“Za vleko zalog mora biti sposoben nositi določeno težo ali maso ob določenem času ali hitrosti,” je dejal Gart.
Formula lahko izračuna približek količine energije, ki jo bo vozilo potrebovalo, so povedali raziskovalci.
“Vojska mora razviti izvedljive, a ambiciozne cilje za kompromise med močjo, hitrostjo in maso prihodnjih kopenskih robotov,” je dejal Kott. “Neželeno je, da takšni cilji temeljijo na trenutnih izkušnjah, ker se vojaška strojna oprema pogosto razvija in uporablja več let in celo desetletij; zato morajo proizvajalci in oblikovalci takšne opreme cilje – konkurenčne, a dosegljive – temeljiti na prihodnjih tehnoloških priložnostih, ki v času razvoja niso nujno popolnoma razumljene. “
Formula, razvita v tem prispevku, daje tak cilj in bi vojski in industriji lahko omogočila napovedovanje prihodnjih zmogljivosti zemeljskih ploščadi, kot so roboti z nogami, glede na konstrukcijske omejitve, kot sta teža vozila in motorja, ter želena hitrost, je dejal.
Povzeto po:
https://techxplore.com/news/2021-06-similarity-legs-wheels-tracks-energy-efficient.html
Science X
