Caminante

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Los andadores , o máquinas para caminar , son una variedad de máquinas que se mueven con la ayuda de estructuras de soporte ("piernas") que se doblan o giran sobre una bisagra , por el método de su reordenamiento traslacional sincronizado (parecido exteriormente a un paso de una persona o animal, es decir, una máquina en un movimiento de "caminar") con accionamientos hidráulicos , mecánicos , eléctricos y de otro tipo de los diseños especificados y sus combinaciones: electromecánico , hidromecánico , etc.

Debido a la complejidad del diseño de ejecución, la ambigüedad del propósito previsto y, como resultado, la incertidumbre del alcance de la aplicación práctica, por un lado, y por otro lado, el bajo costo, la confiabilidad y la facilidad de operación de vehículos terrestres en versiones tradicionales de una plataforma móvil (principalmente con ruedas , orugas , rieles , cable-cable , así como también de anillo de fresado , levitación magnética , etc.), las máquinas para caminar aún no han recibido una amplia distribución en la vida real. De los mecanismos utilizados en la práctica, se pueden llamar excavadoras móviles . Otros factores importantes que impiden su introducción en la industria y la economía nacional (así como su introducción como equipo militar ) y que deben abordarse son los costos de energía, que son relativamente altos en sí mismos y aumentan con el aumento de la masa del cuerpo móvil de la máquina. , la longitud de las estructuras de soporte móviles ("extremidades para caminar") y la amplitud del paso , así como las cargas vestibulares sobre el operador humano ( conductor ) debido a la posición inestable de la cabina del operador en "dos patas" y "cuatro patas" modelos (por lo tanto, el área principal de trabajo que implementa tales opciones de configuración para estructuras de soporte para caminar es la robótica , que no requiere que una persona esté en el automóvil y se controla de forma remota o mediante una computadora a bordo con un incorporado algoritmo de acciones).

Los caminantes son muy populares en la ciencia ficción como posibles ejemplos de vehículos terrestres (incluidos los militares), en particular, se encuentran en el anime y el manga , donde se utilizan activamente como una característica del género mecha-sentai . En comparación con los vehículos con ruedas y con orugas, los andadores se caracterizan por una mayor capacidad de campo a través. El principal problema en la creación de andadores es la relación entre el precio y la eficiencia (incluida la velocidad de marcha), así como la falta de fuentes de energía suficientemente intensivas en energía y al mismo tiempo compactas y unidades de alta velocidad para las piernas para caminar. Sin embargo, ya se están realizando desarrollos para crear máquinas para caminar completas.

Historia

El creador del primer caminante en el sentido moderno de la palabra puede ser considerado el científico ruso P. L. Chebyshev , quien en las décadas de 1860  y 1870 . establecer experimentos con mecanismos para caminar de varias configuraciones [1] Sin embargo, ni la industria ni la ciencia de esos años exigían tales dispositivos y existieron durante mucho tiempo en forma de invenciones extrañas, juguetes, etc. Acerca de su aplicación práctica para resolver problemas industriales o las tareas militares estaban fuera de cuestión. La primera propuesta de racionalización para utilizar andadores con fines militares se remonta a 1940, en la etapa inicial de la Segunda Guerra Mundial , impresionados por los éxitos de la Wehrmacht en Francia , científicos británicos, empleados de la empresa de ingeniería Allen & Co A. Hutchinson y F. Smith propuso crear un tanque ambulante de mil toneladas (tanque ambulante de 1000 toneladas) sobre cuatro patas de apoyo para contrarrestar de manera eficaz a la Panzerwaffe alemana . Bajo su dirección, los ingenieros de la empresa compilaron una selección de dibujos y documentación técnica para la producción industrial de esta invención. El sistema de suspensión de un tanque ambulante teóricamente le proporcionaba estabilidad en movimiento sobre una superficie irregular. No fue posible interesar a las autoridades imperiales británicas en la industria militar y la ciencia en este proyecto y el plan no se implementó en la forma prevista, el Departamento de Guerra dejó de financiar el proyecto a favor de áreas de trabajo más prácticas y los científicos solo lograron diseñar un prototipo experimental de un tanque ambulante más pequeño (sin armas) que tuviera una vista zoomorfa, una especie de articulaciones giratorias de cadera y rodilla (articulación de muslo rodante), controladas por un sistema de cables que enredaban las extremidades de soporte de la máquina y convergían en la consola del operador . El operador controlaba la máquina por la fuerza de los brazos y las piernas sobre las palancas y los pedales, respectivamente. Las palancas ponen en movimiento las extremidades anteriores, los pedales, las extremidades posteriores. Los esfuerzos mecánicos del operador se transfirieron a las curvas de los miembros de apoyo por medio de servomotores hidráulicos . El automóvil subió colinas con éxito como una pila de libros [2] .

El comienzo del desarrollo de las máquinas andantes se sitúa en la posguerra, en la década de 1950 . En 1954, Estados Unidos inició un programa de investigación fundamental y trabajos de investigación sobre la creación de "máquinas naturales" que implementan en su diseño las formas y métodos naturales de locomoción de los seres vivos. Las cosas no fueron más allá de los dibujos y la justificación de la inconveniencia de la ejecución técnica de este tipo de empresa. La más avanzada entre las instituciones científicas involucradas avanzó la Universidad de Rutgers , un grupo de científicos que, bajo el liderazgo del jefe del departamento de ingeniería mecánica, el profesor R.K. Bernard, en realidad estableció la dirección de todo el trabajo posterior en esta dirección. Los científicos han trabajado a fondo el aspecto teórico del problema del desarrollo de la propulsión biomecánica y han probado modelos en miniatura de dispositivos para caminar, correr, saltar, galopar, saltar y gatear. De todas las formas estudiadas, fue el "vehículo apalancado" (vehículo apalancado) en la realización que rebota o camina, según los científicos, el más adecuado para realizar diversas tareas militares. Al mismo tiempo, fue la máquina de rebote la que se reconoció como una opción ideal de este tipo, se pidió a las instituciones de diseño que tomaran saltamontes comunes como modelo para copiar extremidades y movimientos entre los representantes de la fauna . Sin embargo, también se reconoció que esta opción es la más difícil de implementar técnicamente, ya que ciertamente requiere medios adicionales para corregir la trayectoria de vuelo (los mismos saltamontes tienen alas para esto, lo que les permite corregir la trayectoria de vuelo y aumentar la precisión del aterrizaje, y los canguros usan la cola), sin mencionar las cargas dinámicas sobre las extremidades de apoyo en el momento del empuje y especialmente del aterrizaje. Por lo tanto, a pesar de que las máquinas que rebotaban eran superiores en velocidad y maniobrabilidad a las que caminaban, estas últimas fueron reconocidas como más fáciles para el estudio técnico. La Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Michigan, bajo la dirección del decano de la facultad, el profesor Joseph Shigli , se encargó de desarrollar modelos de transmisión y engranajes para tales máquinas. En realidad, justo antes de que el Prof. Shigli y su equipo de científicos plantearon lo que se puede llamar una tarea táctica y técnica de diez puntos bastante específicos en esencia (8 de 10 puntos correspondían a los principios de movimiento de los seres vivos y solo 2 tenían un origen claramente artificial), ya que todos los trabajos anteriores eran de naturaleza abstracta. El equipo de la Universidad de Michigan creó una máquina de 16 brazos con control manual por parte de un operador desde una cabina ubicada en la parte trasera de la estructura de la máquina. Es el prototipo de Michigan y el trabajo realizado bajo la dirección del prof. Shigli proporcionó una gran cantidad de pruebas empíricas sobre la viabilidad/no viabilidad de los diseños anteriores de máquinas andantes. Un poco más tarde, Shigli publicó un resumen condensado de sus hallazgos en The New Scientist . A principios de la década de 1960 un dispositivo para caminar con forma de araña con un mecanismo de manivela para convertir la energía de rotación del motor en movimientos de traslación de las extremidades de apoyo fue diseñado por el Laboratorio de Locomoción Terrestre del Arsenal de Detroit en Warren , Michigan [3] .

Sin embargo, todos los experimentos anteriores no tenían la intención de confirmar, sino de refutar varias teorías e ideas falsas de una manera científica y práctica, y se llevaron a cabo con pequeños fondos o con autofinanciamiento. La intensificación del trabajo en la creación de máquinas andantes (principalmente zoomorfas, de cuatro y seis patas) en Estados Unidos se produjo a mediados de la década de 1960. y coincidió con la intensificación de la intervención militar estadounidense en el sudeste asiático durante la Segunda Guerra de Indochina . En relación con la falta de preparación de las Fuerzas Armadas de los EE . UU. para las operaciones en los bosques tropicales y subtropicales , que se reveló en la etapa inicial de la escalada de las hostilidades en Vietnam , las empresas de la industria militar estadounidense se apresuraron a llenar el vacío identificado, compitiendo entre sí. otro para ofrecer al mando de los componentes terrestres de varios tipos de fuerzas armadas sus proyectos de vehículos terrestres y anfibios, caracterizados por una mayor capacidad de campo traviesa en comparación con los vehículos tradicionales de ruedas y orugas, lo que impulsó el desarrollo de máquinas con hélice de barrena , máquinas con chasis flexible (vehículos de armazón flexible), vehículos articulados (vehículos articulados), máquinas con ruedas elipsoides (vehículos de ruedas elípticas), propulsión de oruga con pistas de patinaje inflables, vehículos de transporte y combate aerodeslizadores , varios tipos de vehículos voladores y "jeeps voladores ", medios de movilidad aérea individual sobre tracción a chorro y tornillo . Desarrollo recibido y andadores.

El 21 de abril de 1964, en la Feria Mundial de Nueva York , se inauguró el pabellón Mobility Looks to the Future del Departamento de Ejército de EE. UU., donde se encuentran ocho conceptos prometedores de medios futuristas para garantizar la movilidad de las fuerzas terrestres en forma de bocetos y pinturas. se presentó el andador "Land-Walker" (Army Landwalker) en cuatro extremidades de apoyo ("piernas") con cuatro manipuladores de palanca ("brazos"), los oficiales del servicio de transporte y logística explicaron a los visitantes de la exposición las direcciones de trabajo de las instituciones de investigación de la Administración de Transporte del Ejército de EE. UU. para el futuro y el potencial para la aplicación del tipo específico de máquinas [4] .

La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de EE. UU. (DARPA), un patrocinador tradicional de todo tipo de ideas revolucionarias, inició el programa Agile (AGILE), que financió una serie de proyectos de vehículos con opciones de propulsión no convencionales que se probaron en los estados continentales , así como en la zona del Canal de Panamá controlada por el contingente militar estadounidense (se sabe que más de una treintena de prototipos de vehículos con varios tipos de propulsión pasaron las pruebas, sin embargo, no se sabe con certeza si hubo muestras de vehículos andantes entre ellos ). El rango de uso potencial de los andadores incluía su uso para actividades de contraguerrilla , barreras de agua forzadas con bancos empinados y corrientes rápidas, marchas forzadas en terrenos rocosos montañosos . En general, la atmósfera misma de la década de 1960 , la abundancia de logros del progreso científico y tecnológico de ese período, introducidos en un uso generalizado, favorecieron el desarrollo de varias direcciones revolucionarias en el desarrollo de equipos militares y no militares, ni antes ni después. esa década, nada parecido en escala y alcance tuvo lugar en la historia mundial. El vuelo de la imaginación técnica de los diseñadores se vio limitado únicamente por las posibilidades reales de los vehículos andantes (que eran muy limitadas), la base productiva existente y los órganos de control presupuestario , que "cortaron" sin piedad áreas de trabajo prometedoras, "noqueando" la financiación de cualquier proyecto de este tipo y devolverlo a la etapa de diseño en papel. La lógica de los innovadores , que justificaban financiera y técnicamente la producción para proyectos de este tipo, era bastante simple y se basaba en juicios sobre la alta capacidad de campo traviesa de este tipo de equipos: [5] “En ciertos tipos de terreno, un un caballo de cincuenta dólares superará a un tanque de un cuarto de millón de dólares”. [6]

El problema con la implementación técnica de este juicio fue que las opciones para traducir "caballos mecánicos" en metal no eran mucho más baratas que los tanques por un cuarto de millón de dólares. Además, el lobby industrial, alimentado por fábricas de tanques que producían vehículos blindados con orugas y asociado con los más altos círculos políticos, no permitiría, bajo ningún pretexto, invadir los sectores del presupuesto federal que se jugaba, por lo que incluso hablar de la adopción y producción en masa de equipos militares para caminar en el futuro previsible no se llevó a cabo. Sin embargo, el gigante industrial General Electric logró monopolizar la dirección del desarrollo de la tecnología para caminar (General Electric, General Motors , Westinghouse realizaron sus propios proyectos de robótica industrial ) [7] y recibió una serie de pedidos para trabajos de desarrollo. División Electrónica en Pittsfield , Massachusetts . En gran medida, los "motores" de este proceso fueron los propios empleados de la empresa, quienes durante mucho tiempo se dedicaron a experimentos privados con andadores, cuyo principal inspirador ideológico puede llamarse Ralph Mosher, quien dedicó muchos años a trabajar en este tema. En paralelo con General Electric, el proyecto de su propio " walking truck " (con una carrocería como un camión convencional) fue desarrollado bajo el liderazgo de Ronald Liston por la Land Locomotion Division, Mobility Systems Laboratory, US Army Armored Directorate en Warren, Michigan. . Al mismo tiempo, el mencionado científico - Liston recibió un premio especial del Secretario del Ejército de los EE. UU. por la investigación en un tema determinado, junto con científicos de la Universidad Tecnológica de Michigan , lo que enfatizó la importancia y prioridad de esta área de investigación. ​​​investigación para el liderazgo militar [8] Sin embargo, el trabajo no avanza más allá de la creación por parte de ingenieros de maquetas de madera de tamaño natural y un prototipo sin terminar de la Dirección Blindada, así como un prototipo de General Electric empresa que pasó la prueba, pero no entró en producción [6] [9] . A principios de la década de 1970. las acciones de las tropas estadounidenses en el teatro terrestre de operaciones militares de la Guerra de Vietnam comenzaron a desvanecerse, pasando al plano de los ataques aéreos en los grandes centros administrativos e industriales del enemigo y las operaciones de aviación táctica en su propia retaguardia. En estas condiciones , los vehículos todoterreno se hicieron innecesarios, y casi todos los proyectos de este tipo que se habían llevado a cabo hasta ese momento quedaron discontinuados, muchos para siempre. Los experimentos soviéticos en el mismo período, en la dirección de crear una especie de andador para uso práctico bajo el agua, se limitaron a una serie de vehículos de control remoto deshabitados (complejos de información y control) " Manta ", desarrollado por el Instituto de Oceanología de la Academia de Ciencias de la URSS y probado en 1971-1973. [diez]

Quedando en forma de dibujos, maquetas y fotogramas de noticiarios documentales, los ejemplos de tecnología andante inspiraron a escritores de ciencia ficción y figuras del cine estadounidense a incluirla en sus obras artísticas. El renacimiento de la tecnología para caminar en los Estados Unidos se produjo tras el final del período de distensión y el resurgimiento de la tensión internacional durante la siguiente ronda de la confrontación entre Estados Unidos y la Unión Soviética. A raíz de la Iniciativa de Defensa Estratégica ("Star Wars") iniciada por el presidente estadounidense Ronald Reagan , se han desarrollado una serie de proyectos de armas basados ​​en nuevos principios. Entre otros, en julio-agosto de 1983, la Universidad Estatal de Ohio en Columbus recibió nada menos que un contrato para desarrollar un " walking tank " (tanque andante). En la prensa científica, este episodio fue comentado más bien en broma que el comando militar había visto suficiente de las películas del ciclo Star Wars (donde había escenas de batalla muy realistas con " caminantes imperiales " en dos y cuatro extremidades). La razón para invertir fondos presupuestarios fue el mismo problema de aumentar la capacidad de los vehículos terrestres a campo traviesa, ya que la agencia insistió en que la mitad de la superficie terrestre es fundamentalmente intransitable para los vehículos de ruedas y orugas [11] . El tercer nacimiento de la tecnología de caminar, ahora robótica, sin un operador adentro, cayó en el período de la intervención militar estadounidense en países del tercer mundo , pero nuevamente no avanzó más allá de la creación de prototipos experimentales.

Híbridos

Los defensores de la creación y la introducción generalizada de máquinas para caminar, en particular el mismo Mosher, al darse cuenta de que la atención de la alta dirección se había ido irrevocablemente, tratando de revivir la idea misma de los andadores, ofrecieron opciones de propulsión intermedias y combinadas: andar sobre ruedas, oruga-caminar, caminar-flotar, etc. e. En todas las opciones anteriores, la máquina tenía motores principales y auxiliares. A los miembros móviles se les asignó el papel de un motor auxiliar, diseñado, por ejemplo, para moverse en suelos blandos, inestables y viscosos, [12] autoextracción por la propia máquina de suelos viscosos, [13] remolcar, empujar y empujar otros máquinas atascadas, [14] dando a la máquina una posición estable en terreno irregular para apuntar con mayor precisión las armas y realizar otros trabajos útiles, [15] creando puntos de apoyo adicionales para compensar la fuerza de retroceso de las armas con cañón , siendo la masa de la carga movidos durante las operaciones de carga y descarga , [16] mantenimiento de instalaciones y bases militares submarinas, [ 17] así como para otras necesidades. Una opción alternativa eran las máquinas con dispositivos de palanca modular (patas modulares), que permitían a la máquina realizar las funciones de grúa , remolcador , etc. De esta forma, ya no se trataba de caminar, sino de máquinas de palanca, donde la palanca (s ) podría utilizarse para diversos trabajos mecánicos , incluso para el movimiento de la máquina transportadora [18] . Además de las máquinas con patas de apoyo ya descritas anteriormente, se propusieron variantes de andadores de ruedas , donde se utilizaban juegos de ruedas longitudinales sobre una suspensión independiente flexible como soportes, caminando girando el juego de ruedas alrededor de su eje [19] .

Máquinas robóticas

En la segunda mitad de la década de 1980. La corporación " Martin-Marietta " logró traer fondos de DARPA bajo el próximo programa para la creación de vehículos terrestres autónomos (Proyecto de Vehículo Terrestre Autónomo) con varios tipos de propulsión [20] . En este caso, se entendía por “autónoma” a las máquinas robotizadas sin operarios y sin cabina, operando en modo totalmente autónomo según un programa programado, o en modo semiautónomo según comandos de un control remoto . La etapa inicial del programa fue la simulación por computadora del movimiento animal (Computer Simulation of Animal Navigation, CSAN), [21] para lo cual se desarrolló un complejo especial de software y hardware con varios tipos de terreno simulado [22] . Se desconoce hasta dónde lograron avanzar los ingenieros de Martin-Marietta.

Cronología

Los siguientes son los principales hitos en el desarrollo de máquinas para caminar:

antecedentes Historia

En ciencia ficción

Una de las primeras apariciones de máquinas andantes tuvo lugar en los libros de ciencia ficción clásicos: Julio Verne, en su novela The Steam House, y en War of the Worlds de HG Wells (la frase " trípodes de combate" se ha convertido en una palabra familiar) .

En la cultura popular

Lista de películas y juegos de computadora en los que aparecen caminantes

Véase también

Notas

  1. ↑ 1 2 González de Santos et al., 2006 , p. 13
  2. ↑ Coctelera y sabio. Guerra sin hombres, 1988 , p. 17
  3. ↑ Shigley, Joseph E. La teoría de los vehículos andantes . // New Scientist , 8 de junio de 1961, v. 10, núm. 238, págs. 584-585.
  4. ↑ El ejército se une al Departamento de Defensa y la NASA para organizar la exposición de la feria mundial . // Investigación y desarrollo del ejército , abril de 1964, v. 5, núm. 4, pág. 36.
  5. ↑ Coctelera y sabio. Guerra sin hombres, 1988 , p. 73.
  6. ↑ 1 2 Liston, Ronald A. Estudios de máquinas andantes . // Investigación y desarrollo del ejército , abril de 1967, v. 8, núm. 4, págs. 22-24.
  7. ↑ Molinero. Aplicaciones robóticas, 1991 , pág. 37.
  8. ^ Ejecutivo de ATAC seleccionado para la beca SARS . // Investigación y desarrollo del ejército , abril de 1967, v. 8, núm. 4, pág. 29
  9. ↑ Gundel, BH Glamour en equipos de movilidad a campo traviesa . // Investigación y desarrollo del ejército , marzo de 1968, v. 9, núm. 3, págs. 26-27.
  10. ↑ Coctelera y sabio. Guerra sin hombres, 1988 , pp. 42-43.
  11. ↑ Ingresa al tanque ambulante . // New Scientist , 4 de agosto de 1983, v. 99, núm. 1369, pág. 348.
  12. ↑ Moser. Aplicación de Force Feedback, 1973 , págs. 108-109.
  13. ↑ Moser. Aplicación de Force Feedback, 1973 , págs. 108, 111.
  14. ↑ Moser. Aplicación de Force Feedback, 1973 , págs. 112-113.
  15. ↑ Moser. Aplicación de Force Feedback, 1973 , págs. 112, 114.
  16. ↑ Moser. Aplicación de Force Feedback, 1973 , págs. 112, 117.
  17. ↑ Moser. Aplicación de Force Feedback, 1973 , págs. 125-127.
  18. ↑ Moser. Aplicación de Force Feedback, 1973 , págs. 127-131.
  19. ↑ Moser. Aplicación de Force Feedback, 1973 , págs. 121-125.
  20. ↑ ERI. Sistemas de Planificación para ALV, 1989 , A-2.
  21. ↑ ERI. Sistemas de Planificación para ALV, 1989 , p. 6.
  22. ↑ ERI. Sistemas de Planificación para ALV, 1989 , p. diez.
  23. ↑ 1 2 González de Santos et al., 2006 , p. 6.
  24. ↑ González de Santos et al., 2006 , pp. 3-7.
  25. ↑ Caballo mecánico . Patente de EE. UU. No. 491927, 14 de febrero de 1893.
  26. ↑ González de Santos et al., 2006 , pp. 6-8.
  27. ↑ Keith Haddock. Excavadoras gigantes: una historia ilustrada . — MotorBooks Internacional. — 228 págs. - ISBN 978-1-61060-586-1 .
  28. ↑ González de Santos et al., 2006 , pp. 6-9.
  29. ↑ 1 2 3 González de Santos et al., 2006 , p. 9.
  30. ↑ Tod. Walking Machines, 1985 , págs. 16-18.
  31. ↑ Tod. Walking Machines, 1985 , p. 171.
  32. ↑ González de Santos et al., 2006 , pp. 8-9.
  33. ↑ Coctelera y sabio. Guerra sin hombres, 1988 , p. 42.
  34. ↑ 1 2 González de Santos et al., 2006 , p. cuatro
  35. ↑ Ayres Roberto  ; Miller, Steve . The Impacts of Industrial Robots Archivado el 24 de octubre de 2018 en Wayback Machine , Carnegie Mellon University , 1981, p. 48.
  36. ↑ González de Santos et al., 2006 , pp. 10-11.
  37. ↑ Tod. Walking Machines, 1985 , p. 160.
  38. ↑ González de Santos et al., 2006 , p. 23
  39. ↑ Molinero. Aplicaciones robóticas, 1991 , pág. 138.
  40. ↑ Tod. Walking Machines, 1985 , págs. 24-26.
  41. ↑ Tod. Walking Machines, 1985 , p. 151.
  42. ↑ González de Santos et al., 2006 , pp. 8-11.
  43. ↑ Molinero. Aplicaciones robóticas, 1991 , pág. 53.
  44. ↑ 1 2 3 Raibert et al. Locomoción con patas dinámicas, 1995 , p. 2.
  45. ↑ Boston Dynamics: Cambiando su idea de lo que pueden hacer los robots

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