¿Qué tan grandes puedes construir robots humanoides con materiales modernos antes de que comiencen a experimentar problemas estructurales?

Presión sobre el suelo

Si no tiene en cuenta la practicidad de un mecanismo, el principal factor limitante no será la altura absoluta, sino la presión sobre el suelo. Mientras mantenga la presión sobre el suelo por debajo de aproximadamente 40 psi/275 kPa, debería poder operar en suelo firme. Si lo mantiene por debajo de aproximadamente 10 psi / 70 kPa, podrá ir a cualquier lugar al que pueda ir un humano (suponiendo que encaje). Sin embargo, gracias a los efectos de escala (ley del cuadrado al cubo), el área de contacto debajo de los pies tendrá que aumentar proporcionalmente para mantener una presión sobre el suelo aceptable.

Si duplica las dimensiones lineales de un ser humano, aumenta su masa 8 veces, pero solo aumenta el área de superficie 4 veces, por lo que sus pies deben duplicar el área (41% de aumento en ancho y largo) para mantener la misma presión sobre el suelo. Es probable que un robot no solo sea más grande que un humano, sino también más denso, lo que requerirá pies aún más grandes en proporción a su tamaño. Eventualmente, las dimensiones del mecanismo lo harán incapaz de replicar el movimiento humano, incluso si la estructura y los actuadores están a la altura.

Si estos mechs son poco más que carrozas de desfile, pueden ser tan grandes como quieras, con una carcasa externa de peso mínimo soportada no solo por los pies sino también por los gases de elevación. Esto puede ser menos un mecanismo clásico y más un zepelín terrestre articulado de forma extraña, pero si no hay consideraciones prácticas, podría cumplir con sus requisitos, y en realidad sería más fácil cumplir con esos requisitos a medida que se hizo más grande. En este caso, la ley del cuadrado al cubo en realidad estaría funcionando a su favor, y aumentaría la fuerza de elevación con la que tenía que trabajar más rápido de lo que aumentó el peso necesario de la estructura.

Movimiento 1:1 verdadero

Si desea que el mecanismo coincida con los movimientos de un operador 1: 1, no solo en términos de perfil de movimiento, sino también de velocidad (el mecanismo no solo hace el mismo movimiento, lo hace al mismo tiempo, y los movimientos del operador no son restringido para permitir el mecanismo) hay un límite de tamaño más concreto. Tenga en cuenta que los números a continuación son muy aproximados, ya que esta no es una tecnología que se haya buscado seriamente y desarrollado hasta la madurez en la realidad. Además, uso "un humano" como referencia a continuación porque, en igualdad de condiciones, un humano más pequeño podrá realizar movimientos proporcionalmente más rápidos (aunque no necesariamente absolutamente más rápidos) que un humano más grande, que a su vez escalará a movimientos más rápidos de el mecanico

A medida que aumenta la escala de un objeto, aumentará su masa con la tercera potencia de su escala lineal (2 veces el tamaño lineal, 8 veces la masa), y las aceleraciones necesarias aumentarán linealmente (el doble de la distancia que un objeto debe moverse en el mismo tiempo, el doble de la aceleración), lo que significa que las fuerzas requeridas aumentarán con la cuarta potencia de la escala lineal. Mientras tanto, la resistencia estructural del objeto solo aumentará con la segunda potencia de la escala lineal (2 veces el tamaño lineal, 4 veces el área de la sección transversal). Por lo tanto, las tensiones que se aplicarían a la estructura si fuera necesaria para igualar un movimiento determinado aumentarán con la segunda potencia de la escala lineal. Si cambia de carne y hueso a titanio, puede aumentar la resistencia al peso en aproximadamente 6 veces, pero esto solo le permitirá hacer un mecanismo aproximadamente 2,5 veces más grande que un humano. Si usa compuestos modernos, podría construir un mecanismo un poco menos de 9,5 veces más grande que un humano. Con los materiales más fuertes conocidos (grafeno o nanotubos) se podría fabricar un mecanismo unas 38 veces más grande que un humano, aunque sería difícil llamar a esta tecnología "moderna".

En cuanto a los actuadores, la potencia tiende a escalar con la tercera potencia de la escala lineal, mientras que la fuerza que pueden aplicar solo aumenta con la segunda potencia de la escala lineal (la fuerza que puede aplicar un cilindro hidráulico o un haz de fibras musculares es proporcional a la fuerza transversal). área de la sección). Como tal, la fuerza que pueden aplicar los actuadores probablemente limitará la movilidad de su robot antes de su potencia de salida. Con la hidráulica, el límite es de unas 7,5 veces el tamaño de un ser humano. Otros tipos de actuadores actualmente en desarrollo podrían aumentar eso a unas 11 veces (polímero ferroeléctrico relajante). Si se pueden resolver los problemas técnicos actuales con las aleaciones con memoria de forma, sería posible construir un mecanismo de este tipo unas 24 veces el tamaño de un humano.

Estas aproximaciones, por supuesto, asumen que usted mantiene las mismas proporciones de estructura y actuador que ve en el cuerpo humano. Si estuviera construyendo un mecanismo usando titanio e hidráulica, podría usar actuadores proporcionalmente más pequeños y una estructura proporcionalmente más robusta. Un varón humano en forma tiene, como referencia, aproximadamente un 82 % de músculo y aproximadamente un 14 % de hueso en peso, por lo que un mecanismo que use hidráulica y titanio que tenga aproximadamente un 60 % de estructura y un 40 % de actuador en peso, podría replicar los movimientos de un piloto en un poco más de 5 veces la escala humana.

Tenga en cuenta que esto no tiene en cuenta la presión sobre el suelo, el peso de la planta de energía, el peso de la cabina, el peso de los controladores de movimiento u otro hardware, o cualquier armadura o equipo que lleve el robot. Todo lo que obtiene aquí es un marco vacío y los actuadores para moverlo.

10 metros

https://www.dailyrecord.co.uk/news/scottish-news/thousands-watch-huge-puppet-storm-21308724

¿Cuáles son las figuras humanoides más grandes construidas actualmente? marionetas gigantes! Estos deben soportar su propio peso y no desmoronarse. Representado: Storm, una marioneta articulada de 10 metros que caminaba por la calle para inspirar a la gente de Escocia. Me parece que está hecha en gran parte de plástico y fibra. También encontré una marioneta muy linda de 8 metros hecha de madera. No estoy seguro de cuál sería mejor para tus mecanismos. La niña mecánica realista no se ha hecho que yo sepa.

Los constructores de estos títeres podrían haber utilizado aluminio o titanio; estos títeres gigantes son proyectos de prestigio, no se construyen a bajo precio, y creo que si los metales ligeros ofrecieran una ventaja, se utilizarían. Pero a mi ojo no lo son. Tal vez hay un esqueleto invisible. Creo que el plástico y la fibra son el camino a seguir para los títeres / mechs articulados gigantes.

Tengo una visión de un mecanismo de este tipo que podría ser más liviano porque, al igual que estos títeres gigantes, es todo de plástico y fibra, y no contiene máquinas. Los pies son dos tanques normales con bandas de rodadura, y los cables de articulación para el mecanismo de arriba se basan en los tanques. Eso pone el motor bajo y en un vehículo probado. El robot se movería como si llevara patines. Se elevaría por encima de los tanques y satisfaría tus necesidades mecánicas. Los tanques podrían mantener sus armas, lo que también haría que tu robot fuera más liviano porque no tendría que llevar armas.

Creo que sería más seguro tener a la persona que el robot estaba emulando en uno de los tanques, no en la cabeza al estilo Pacific Rim. De esa manera, el mecanismo podría recibir un disparo en la cabeza o la ingle o donde sea y estaría bien.

¡Vamos, Gundam!

De hecho, alguien ha estado trabajando en esto. Así un poco.

El robot humanoide más grande del mundo se está desarrollando en Yokohama (Japón, por supuesto, ¿quién más?).
El tamaño será de 18mt (60 pies) de altura, 25 toneladas y 24 grados de libertad.
Solo las manos medirán unos 2 metros (5,5 pies) y pesarán 200 kg cada una.
Los ingenieros tienen que planificar cuidadosamente los materiales y los motores para evitar que la estructura se rompa.
Aquí está el enlace a un artículo completo con videos.
Robot Gundam

Por supuesto, depende de lo que deba hacer su robot. Este simplemente caminará y se moverá en un área limitada. ¿Quizás saludar a la multitud? No es como si pudiera caminar por el campo.

ACTUALIZACIÓN Enero 2023 Tienes hasta marzo para visitar el parque de la fábrica Gundam en Yokohama. ver artículo