L’esercito americano sta prendendo in considerazione veicoli con le zampe

I robot da combattimento con le gambe sono un caposaldo della fantascienza, dagli AT-AT Walker a quattro zampe di Star Wars al Gundam a due gambe e altri Mecha protagonisti delle serie di anime.

Un nuovo lavoro del laboratorio di ricerca dell’esercito suggerisce che mentre i camminatori hanno fatto pochi progressi finora, in futuro potrebbero stare in piedi accanto ad altri veicoli militari. Anche carri armati con le zampe potrebbero non essere impossibili.

Il Pentagono ha già esaminato i camminatori in precedenza, forse il più famoso con BigDog di Boston Dynamics, un robot quadrupede reso famoso dai video di YouTube in cui deve trasportare un carico per fanti. Ma mentre è popolare tra gli spettatori, il successore di BigDog LS3 è stato ritenuto troppo rumoroso per essere utilizzato sul campo e il programma è stato interrotto nel 2015. Ma il passato potrebbe non essere una buona guida.

“Le macchine con le gambe non sono affatto condannate“, ha detto Alexander Kott dell’US Army Research Laboratory (ARL), ricercatore capo di un nuovo progetto. “Questa tecnologia ha bisogno di una maggiore maturazione e con la maturazione probabilmente arriveranno migliori compromessi tra adattabilità ed efficienza“.

Kott spiega che negli animali l’efficienza si ottiene con tendini e muscoli che immagazzinano e riciclano energia ad ogni passo, agendo come elastici. Kott può affermare con sicurezza che le gambe possono abbinare ruote e cingoli per l’efficienza perché è esattamente ciò che il suo team ha studiato in un nuovo documento pubblicato su PlosOne.

Il lavoro si basa su una formula sviluppata negli anni ’80 per stimare la potenza richiesta a un animale di una data taglia per muoversi a una data velocità, nota come formula di Heglund. Ciò ha dimostrato che tutti gli animali, dagli scarafaggi agli elefanti, seguono la stessa legge. Il nuovo lavoro ARL estende la formula per coprire veicoli gommati e cingolati fino a 35 tonnellate per confrontarli con le gambe.

Lo studio combina informazioni provenienti da un vasto assortimento di veicoli terrestri e robot, dal modello T Ford ai più recenti veicoli da combattimento senza equipaggio, tracciando la potenza totale del motore alla massima velocità. Vari animali, inclusi ragni, granchi, pinguini, umani, cavalli e altri, sono stati tracciati sullo stesso grafico e, in generale, hanno seguito tutti lo stesso schema fino a circa 300 cavalli (200 kilowatt), la scala dei camion pesanti o dei carri armati (lo studio ha rilevato che sopra le 35 tonnellate sono necessarie nuove regole).

“Vediamo una forte somiglianza tra i sistemi biologici e artificiali … gli organismi e i sistemi artificiali concordano strettamente con la formula di Heglund“, concludono i ricercatori.

Ciò suggerisce che i camminatori progettati in modo ottimale – o evoluti – possono abbinare ruote o binari. E ovviamente le gambe hanno dei vantaggi quando si attraversano ostacoli o pendii ripidi. E mentre la maggior parte delle macchine con le gambe sono altamente inefficienti, alcuni dei progetti più avanzati come il robot Cheetah del MIT sono paragonabili alle ruote per efficienza. Con lo sviluppo di materiali migliori che imitano il ciclo di conservazione e rilascio degli animali, il camminatore potrebbe iniziare presto a recuperare terreno.

“Con i miglioramenti delle batterie o la densità delle fonti di energia, nonché l’indagine sulla maggiore efficienza attraverso l’uso di un design ottimizzato delle gambe e l’inclusione di elementi elastici passivi nelle gambe e nella colonna vertebrale, credo che il divario di efficienza tra meccanico e biologico possa essere migliorato”, afferma Jason Pusey, un ingegnere meccanico del team ARL.

Pusey fa riferimento ai notevoli miglioramenti nell’efficienza delle auto negli ultimi anni come esempio di come è possibile ottimizzare i progetti.

Qualche anno fa, le auto elettriche erano impraticabili. Con batterie e motori migliori, sono sempre più competitive. I camminatori con le gambe potrebbero percorrere la stessa strada.

Il documento descrive un ipotetico nuovo robot, l’Exploratory Design for Mule-like Equipment Carrier, o EDMEC. Questo è un cargo quadrupede per trasportare cibo, munizioni e altre attrezzature per un’unità di fanteria. L’EDMDEC si muoverebbe ad una velocità fino a 7 Kph, lento per gli standard dei veicoli a ruote ma abbastanza per tenere il passo con le truppe a piedi e in grado di attraversare foreste, terreni rocciosi e ripidi sentieri di montagna che sono difficili per ruote o binari. Potrebbe avere successo dove BigDog ha fallito.

EDMEC, per ora, è solo un progetto di carta senza hardware, ma è un’indicazione dell’arte del possibile. È anche una missione molto rilevante. L’esercito degli Stati Uniti sta attualmente valutando i progetti per uno Squad Multipurpose Equipment Transport (SMET), un piccolo cargo robotizzato che entrerà in servizio entro il 2025. Questo seguirà le truppe proprio come il robot mulo proposto; gli attuali contendenti corrono su ruote o cingoli, ma man mano che le gambe diventano più efficienti, la loro agilità potrà aiutarli a vincere a lungo termine.

Ma che dire dei carri armati? La formula si applica fino a 35 tonnellate, quindi forse potrebbero essere fattibili potenti macchine per il trasporto di cannoni?

“Dubito della praticità delle macchine a gambe grandi, tranne che in contesti altamente specializzati“, afferma Kott. “Il ridimensionamento delle dimensioni e della massa comporta seri problemi di stress negli elementi della macchina con le gambe. Questo, tuttavia, potrebbe cambiare in qualche modo man mano che verranno sviluppati nuovi materiali”.

Quindi quei carri armati ambulanti non sono del tutto fuori discussione.

“Oggi esistono già alcuni esempi di macchine a gambe grandi”, afferma Pusey, riferendosi alla macchina per il legname con gambe Timberjack sviluppata da John Deere, agli escavatori a piedi e alla Giant Walking Dragline. Nota, tuttavia, che questi sono altamente specializzati per un particolare tipo di terreno e si muovono a velocità molto basse.

“Devo interrogarmi sulla necessità pratica di macchine con gambe pesanti in un contesto militare“, aggiunge Kott.

Ma i carri armati ambulanti non sono mai stati una questione di necessità. Quando si tratta di apparire alla moda, le macchine con le gambe sono sicuramente la strada da percorrere.

Entrambi i ricercatori ritengono che l’esercito statunitense limiterà il suo interesse a macchine più piccole man mano che diventeranno più efficienti e più competitive con cingoli e ruote. E, se la loro ricerca è accurata, il campo di battaglia può diventare un serraglio di robot con gambe di tutte le configurazioni, macchine bipedi e quadrupedi che si arrampicano, si arrampicano e scavalcano gli ostacoli.