Film „Giganci ze stali” (ang. „Real Steel”) dzieje się w niedalekiej przyszłości (za dziesięć lat), w  świecie bardzo podobnym do nam współczesnego. Ludzie jeżdżą samochodami, rozmawiają przez komórki, używają laptopów dokładnie tak samo jak dziś. Jedynie świat sportów walki przeżył rewolucję. To już nie ludzie toczą pojedynki, ale roboty: walki ludzi są zakazane. Roboty-bokserzy ruszają się i walczą jak ludzie, a ich twórcy zaopatrzyli je nawet w sztuczny „układ krwionośny”, dzięki czemu zmaltretowana przez przeciwnika maszyna „krwawi” na obraz i podobieństwo swego białkowego pierwowzoru. Zastanówmy się: czy możliwe jest zbudowanie takiego robota-boksera?

Lewy prosty, prawy sierp!

Robot-bokser musi przede wszystkim bić przeciwnika i to w taki sposób, by więcej szkody zadać jemu niż sobie. Cios musi być zadany w sposób sprężysty, tak aby siła uderzenia była w  pełni wykorzystana. W pierwszym przypadku siła działa na ciało, w które trafiło uderzenie, a w przypadku ciosu niesprężystego – siła rozproszy się również na kończynę uderzającego, niszcząc ją. Szczególnie metalowe konstrukcje mogą być na to narażone!

„To złożona kwestia” – mówi Marcin Kaczmarski, asystent w Zakładzie Sterowania Robotów Politechniki Łódzkiej. – „Pewnych wskazówek dostarcza tutaj budowa robotów rehabilitacyjnych, działających w interakcji z człowiekiem. Roboty takie muszą umieć powtarzać zaprogramowane przez fizjoterapeutę ruchy, np. zgięcie i wyprost w stawie kolanowym. Dodatkowo muszą być w stanie wyczuć stany napięcia mięśniowego i odpowiednio modyfikować zaprogramowane zadanie. Jeśli kończyna się napina, to robot – przykładając zbyt dużą siłę – może skrzywdzić pacjenta. Powinien zatem umieć płynnie przechodzić od sterowania pozycyjnego (zadana trajektoria ruchu) do sterowania siłowego (przełożenie siły w określonym kierunku) i na odwrót. Powinien umieć „zmiękczyć” swoje ruchy, tak by móc poddać się nieoczekiwanym reakcjom ze strony pacjenta. 

Bardzo podobnie wyglądałaby sytuacja w przypadku robota przeznaczonego do walki. W momencie zadawania ciosu musi on umieć znaleźć punkt pośredni między sterowaniem pozycją a sterowaniem siłą. Inaczej w momencie uderzenia siła ciosu uszkodzi jego kończynę tak samo jak i kończynę przeciwnika. „Konieczne jest, by robot był w stanie precyzyjnie wyprowadzić cios, sterując ręką pozycyjnie, lecz na chwilę przed uderzeniem zwiotczyć całą rękę i uderzyć robota siłą bezwładności kończyny” – tłumaczy Marcin Kaczmarski. 

Ach, te baterie

Innym palącym problemem konstrukcyjnym jest kwestia napędu i zasilania. Asimo, dzieło Hondy, jeden z  najdoskonalszych współczesnych robotów humanoidalnych, zdolny naśladować chód człowieka, biegać i omijać przeszkody, może funkcjonować bez doładowywania baterii jedynie 40 do 60 minut. Czas ładowania baterii to aż 4 godziny! Możemy sobie wyobrazić, ile energii zużyje podczas walki taki robot. Człowiek, chodząc, zużywa około 160 kcal, a w czasie walki nawet do 800 kcal na godzinę! Naładowana do pełna bateria Asimo starczyłaby więc na maksimum 10-minutową walkę – czyli na trzy rundy zawodowego pojedynku. Na pełne dwanaście rund trzeba by znacznie powiększyć pojemność akumulatorów.

Jest jednak trudniejszy problem – dzisiejsze baterie nie są w stanie wygenerować wystarczającej mocy (tzn. uwolnić odpowiednio dużo energii w krótkim czasie), by napędzić szybko poruszającą się, ciężką stalową maszynę. „Zasilanie jest dużym problemem, obecnie nie dałoby się wyprodukować robota do walk, który nie byłby podłączony do stałego źródła energii zapewniającego mu wystarczającą moc” – uważa Marcin Kaczmarski.

A jakiego rodzaju napęd powinien mieć taki robot? Jak tłumaczy Kaczmarski, napędy elektryczne są powszechnie stosowane, ze względu na łatwość sterowania nimi i powszechność ich źródła zasilania w postaci energii elektrycznej. Moc z nich generowana w stosunku do ich wagi jest jednak niewielka w porównaniu z napędami pneumatycznymi i hydraulicznymi. Jeżeli chcielibyśmy uzyskać dużą moc przy relatywnie niewielkiej wadze, rozwiązaniem byłby napęd hydrauliczny. Jest to jednak „brudna” technologia, oparta na olejach, i pęknięcie w czasie walki hydraulicznego przewodu zasilającego byłoby nie lada problemem. Poza tym taki mechanizm jest sztywny i wolny, a to wpływałoby na możliwości dynamicznego sterowania ruchem. W przypadku napędów pneumatycznych istnieje możliwość szybkiej regulacji zadanej pozycji, zmiany sztywności i generowanej siły.

Są one jednak trudne w  sterowaniu ze względu na sprężyste właściwości powietrza użytego w takim napędzie.

Karzełki ze stali

Tu warto zaznaczyć, że roboty do walki są już konstruowane. Na RoboGames w San Francisco występują różne wersje Gigantów ze Stali: roboty boksujące, walczące w sumo, kung-fu. Jedyny problem to to, że dzisiejsi „Giganci” nie przekraczają 18 cali wysokości, czyli w przybliżeniu 45 cm. Większość wystawionych w konkurencji konstrukcji to roboty gąsienicowe lub poruszające się na kołach. Robotów humanoidalnych jest niewiele, a ich słabym punktem jest stabilność. Większość łatwo traci równowagę pod naporem ciosów przeciwnika.