Bojoví humanoidní roboti, tak jak je známe z filmu Terminátor, jsou splněným snem všech vojenských generálů. Odolní, silní, schopní nést těžké zbraně, bez emocí a strachu, ochotni okamžitě uposlechnout jakýkoliv rozkaz - jednoduše ztělesnění dokonalého stroje na zabíjení. Avšak k takovému ideálu vede ještě dlouhý technický vývoj skrze stovky miliard dolarů. V dnešním článku jsme zkusili nastínit nejdůležitější technologické překážky, které brání v konstrukci "ultimativního vojáka", skutečného Terminátora.

Foto: Bojový humanoidní robot „Žižka", člen Podpůrné Kybernetické Pěchoty / Autor: Roland Rawen Havran, všechna práva vyhrazena

Technologický problém č.1 - Supravodivost

Každý elektrický vodič klade protékajícímu proudu odpor. Následkem je přeměna významné části elektrické energie na energii tepelnou a její vyzařování do okolí. Pokud však použijeme vodič vyrobený ze supravodivých materiálů, bude klást nulový (lépe řečeno "neměřitelný") odpor. Výsledkem jsou "nulové" ztráty elektrické energie a "nulové" přehřívání vodiče. Ač se na první pohled může jednat o ne příliš důležitou technologii, ale její plné ovládnutí přinese naprosto revoluční změny v energetice a v konstrukci strojů.

Psali jsme:Praga V3S celá v bahně, ale zvládne to

Supravodivost je jev kvantové mechaniky, při němž materiál neklade žádný zaznamenatelný odpor průchodu elektrického proudu, neuvolňuje se žádné ohmické teplo a materiál vypuzuje ze svého objemu magnetické siločáry, čímž odpuzuje vnější magnetická pole a při průchodu proudu sám kolem sebe vytváří velmi silné magnetické pole. Wikipedia

Nejprve musíme připomenout hlavní technologický problém, díky kterému si budeme muset na supravodivé elektrické vodiče ještě nějakou dobu počkat. Materiály dosahují supravodivosti, ale pouze za extrémně nízkých teplot (blízko absolutní nule -273,15°C).

V roce 1986 sice došlo k objevu vysokoteplotních supravodivých materiálů, ale i ty se musí chladit na přibližně -170°C. Výhodou však je, že vysokoteplotní supravodivé materiály lze chladit levným tekutým dusíkem, čehož se s úspěchem využívá například v urychlovačích částic.

Foto: Supravodivosti využívají i rychlovlaky Maglev cestující na magnetickém polštáři / Wikipedia

Psali jsme:Indie nakoupí 464 ruských tanků T-90MS

Cílem vědců po celém světě je najít stabilní materiál, supravodivý při pokojové teplotě. V takovém případě se mohou supravodivé vodiče bez nutnosti chlazení používat v elektromotorech, rozvodech elektřiny a dalších energetických systémech.

Jaké uplatnění najde supravodivá technologie ve stavbě našeho Terminátora? Třeba v konstrukci malých, lehkých ale přitom velmi výkonných elektromotorů - nutných pro ovládání robotických paží a nohou.

Dnešní elektromotory potřebují silné elektrické vodiče, aby mohly přenášet dostatečně velké proudy. Klasický měděný vodič dokáže přenášet proudy 4-8 ampérů na mm2 průřezu - při vyšších proudech dochází vlivem tepla k přepálení vodiče. Avšak supravodivé materiály mohou teoreticky přenášet proudy třeba až 1000 ampérů na mm2

Video: Výsledkem supravodivosti je i levitace. Předmět se vznáší nad supravodivým materiálem / Youtube

Supravodivé vodiče tak mohou mít průměr jako vlas, ale i tak dokáží přenášet obrovské proudy. Výsledkem budou extrémně kompaktní (několikanásobně menší než současné elektromotory), ale také extrémně výkonné supravodivé elektromotory pohánějící hydrauliku, šroubové a pákové mechanismy - jednoduše šlachy a svaly našeho bojového mechanického humanoida.

Technologický problém č. 2 – Kompaktní zdroj elektrické energie

Druhou mechanicky "nejméně" složitou, avšak zřejmě nejdůležitější technologií, je kompaktní a výkonný zdroj elektrické energie. Proč? Můžeme mít nejmodernější pohybové ústrojí, výkonné počítače a desítky senzorů, pokud je, ale nebudeme mít jak zásobovat elektrickou energii, bude náš Terminátor jen předráženou hromádkou šrotu.

Pro potřeby článku jsme si dovolili udělat přibližný odhad, jak výkonný a velké zdroj elektrické energie musí náš plnohodnotný a ideální bojový Terminátor vozit sebou. Vzali jsme v potaz přibližný počet elektromotorů, jejich potřebný výkon, nároky počítačových systémů a elektrické potřeby desítek senzorů.

Video: Asimo nevypadá moc drsně, ale jako odrazový můstek pro naše odhady postačuje / Youtube

Jako jakýsi etalon jsme si zvolili japonského 50kg robota Asimo. Toho pohání 43 elektromotorů s celkovým příkonem 800 Wattů. Pro naše potřeby uvažujeme s 200 kg těžkým mechanickým strojem, operační dobou 8 hodin, mnohem větším počtem výkonnějších supravodivých elektromotorů a nesrovnatelně větším počtem senzorů a další elektroniky.

Výsledek? Podle našeho odhadu (při použití jednoduché matematiky) musí elektrický zdroj energie být schopen poskytnout okamžitý výkon minimálně 5 kW, a to po dobu alespoň 8 hodin. Nejedná se samozřejmě o úplně přesný výsledek, ale k získání přibližné představy naprosto postačuje.

Foto: Budeme potřebovat něco lepšího než baterii do laptopu / Wikipedia

Jakou baterii můžeme použít? Pokud se podíváme na současný stav technologie ukládaní elektrické energie, nejpokročilejší Li-ion baterie dokáží uložit 200 W/h na 1 kg své hmotnosti. Při současném stavu technického pokroku, tak pro 8 hodin dlouhý provoz našeho 5kW Terminátora bude zapotřebí baterie o hmotnosti 200 kg.

Lithium-iontová baterie (zkráceně Li-Ion baterie) je druh nabíjitelné baterie běžně používané ve spotřebitelské elektronice. Kvůli vysoké hustotě energie vzhledem k objemu se výborně hodí pro přenosná zařízení. V současnosti je to v této oblasti asi nejvíce používaný typ. Chemický princip je velmi podobný jako v lithium-polymerových bateriích.Wikipedia

V současné době, je tedy nereálné postavit kompaktní a účinný zdroj elektrické energie pro pohon skutečného bojového Terminátora. Pokud pomineme různé sci-fi zdroje elektrické energie, jedinou reálnou cestou je zvyšování kapacity baterie.

Díky rozvoji elektro mobility jde na výzkum pokročilých baterií miliardy dolarů. Zázračných baterií se sice hned tak nedočkáme, ale vědci věří, že znají teoretické základy k vytvoření baterie s energetickou hustotou až 1000 W/h na 1 kg hmotnosti baterie.

Technologický problém č. 3 - Umělá inteligence

Uměla inteligence (AI), schopnost se orientovat v neznámém prostoru, řešit nečekané situace, umět se učit, přizpůsobit se. Nejkomplexnější a nejsložitější technický problém. Ty tam jsou předpovědi z poloviny minulého století, kdy si lidé mysleli, že umělá inteligence je na dosah ruky. Bohužel (bohudík) AI je něco více než jen hromada elektroniky a počítačový program.

Rozsah samostatnosti Terminátora bychom mohli rozdělit na několik stupňů. První je stroj zcela řízený člověkem (ala Avatar), druhým je stroj provádějící běžné úkony samostatně, ale úkolován člověkem-velitelem (něco jako současné bezpilotní letadla).

Video: Robot HRP-4. O inteligenci se zatím nedá mluvit. Uvidíme za pár let. /YouTube

Dalším, mnohem vyšším stupněm, je jistý primitivní stupeň inteligence jakou mají například zvířata (schopnost učit se, reagovat na nečekané situace) a pak nejvyšší inteligence, kdy si stroj uvědomí sám sebe.

Řekněme si, proč je vůbec plnohodnotná umělá inteligence (lidského typu) našimi technickými prostředky nedosažitelná. Člověk jako já nebo vy není jen hromada elektroniky s předem daným programem.

Člověk si uvědomuje sám sebe, ale také ostatní a také to, že ostatní si uvědomují jeho a sami sebe. Dalo by to shrnout ve větách: "Uvědomuji si, že vím, že vím" a také "Uvědomuji si, že víš, že vím". To je to, co odlišuje člověka od zvířat i od sebedokonalejších počítačů.

Foto: "Uvědomuji si, že vím, že vím". My si myslíme, že tohle od robota nikdy neuslyšíme / YouTube

Avšak nenechme se zmást. Jistým stupněm uvědomění sama sebe a vědomí jiných tvorů mají i některé zvířata. Jsou to například opice, delfíní, ale i havrani nebo krysy. Havrani např. dokážou v zrcadle poznat sami sebe, ale dokáží také obelhávat i jiné havrany - důsledek uvědomění si vědomí jiných tvorů.

Stvoření Terminátora, vybaveného skutečnou AI nebo i "zvířecí" AI je v současné době technologicky mimo realitu. Pokud je i autorovi tohoto textu známe, neexistují vyvíjené technologie, dokonce ani vize nebo představa, jak se dá sestrojit opravdová a skutečná AI. Na armádu strojů, mající vlastní vůli nebo „pudovou inteligenci" zvířat, tak (naštěstí) můžeme zapomenout.

Technologický problém č.4 - Výpočetní výkon, software a smysly

V předešlém textu jsme si uvedli, že Terminátor s vlastním AI je nedosažitelná „science - fiction". Budoucí Terminátor tak bude přinejlepším dozorován člověkem a bude mít maximálně primitivní prvky umělé inteligence (neuronová síť), díky kterým se může sám učit novým situacím.

Neuronová síť je jeden z výpočetních modelů používaných v umělé inteligenci. Jejím vzorem je chování odpovídajících biologických struktur. Umělá neuronová síť je struktura určená pro distribuované paralelní zpracování dat.
Skládá se z umělých (nebo také formálních) neuronů, jejichž předobrazem je biologický neuron. Neurony jsou vzájemně propojeny a navzájem si předávají signály a transformují je pomocí určitých přenosových funkcí. Neuron má libovolný počet vstupů, ale pouze jeden výstup. Wikipedia

Avšak i tak (nebo proto) bude muset být Terminátor vybaven doslova stovkami senzorů. Ideálně takovou řadou senzorů, schopnou imitovat lidské smysly – zrak, sluch, hmat, čich, chuť, rovnováhu, ale i takové speciality jako je vnímaní času a gravitačního pole.

Avšak nebude od věci, pokud Terminátor dostane i smysly některých zvířecích druhů, jako je vnímání elektrického a magnetického pole nebo tepelného záření (infrakamery).

Mít řadu senzorů je jedna věc, dokázat ale z nich vytvořit smysluplné povědomí o realitě, díky které může Terminátor provádět běžné úkoly, naprosto samozřejmé pro člověka, je však extrémně obtížné. Pro člověka není problém pohybovat se po hromadách sutí, obejít oheň, dát si pozor na nestabilní a praskající střechu nebo zbystřit při podezřelém zvuku za zády.

Video: Firma Boston Dynamics a robot PETMAN. Zde bádají nad skutečnými Terminátory. Nejprve je nutno naučit se chodit, pak teprve používat smysly / YouTube

Avšak naučit tyto běžné věci našeho Terminátora, lépe řečeno jeho řídící software, bude extrémně složité. Řešením bude možná vytvoření jakési výcvikové akademie, kde stroje všechny dovednosti teprve získají. I lidé všechny své znalosti a zkušenosti nedostali hned před narozením, ale až průběhu dlouhých roků života.

V ruku, v ruce s rozvojem senzorů je nutné osadit elektronický mozek Terminátora dostatečně výkonným hardwarem. Mikroprocesory budou muset umět ideálně zpracovávat každou sekundu stovky megabajtů informací. Jaké informace? Například údaje z kamer s obrovskou rozlišovací schopností (denní, infra, noční), údaje z GPS, údaje z ostatních průzkumných prostředků, pohybové senzory atd. atd.

Technologický problém č. 5 - Lehké konstrukční materiály

Poslední významnou překážkou jsou vhodné lehké konstrukční materiály pro stavbu našeho mechanického zabijáka. Vše musí být vyrobeno z pevných, tuhých, ale zároveň z lehkých, chemicky stabilních, nerezových a pokud možno levných materiálů.

Použitý materiál musí odolat nejrůznějším klimatickým podmínkám (déšť) ale i agresivním chemickým látkám. Ceněnou vlastností zajisté bude také to, aby našeho Terminátora okamžitě nevyřadila z provozu první kulka nebo šrapnel z výbuchu granátu.

Z výše uvedených důvodu, jsou nejběžnější konstrukční materiály jako hliník nebo ocel prakticky nepoužitelné. Ať už kvůli svému zcela nevhodnému poměru pevnost/hmotnost, chemické nestabilitě nebo k náchylnosti k rezavění. Vhodným konstrukčním prvkem našeho Terminátora tak můžou být titanové slitiny, různé uhlíkové slitiny, speciální hliníkové slitiny (Lockalloy) nebo nejnovější stoupající hvězda – Liquidmetal (tekutý kov).

Video: Liquidmetal a ukázka jeho neobyčejných vlastností / YouTube

Především titanové slitiny, ač velmi drahé, obtížně svařitelné a obrobitelné, jsou vhodným kandidátem. Výhodou je velmi dobrá chemická stálost, výborný poměr hmotnost/pevnost, ale také vynikající schopnost absorbování nárazu a tvarová paměť.

Skoro exoticky znějící poslední vlastnost není nic jiného, než to, že i při velkém namáhání a ohybu je materiál schopen vrátit se do původního tvaru. Každopádně výroba titanových součástek je velmi náročná a trvá někdy roky, než se výrobek dostane z rýsovacích prken do reálného světa.

Avšak skutečným hitem a jakýmsi Svatým grálem mezi konstrukčními materiály je, či lépe bude Liquidmetal. Ač je stále předmětem výzkumu, materiál daleko převyšuje užitné vlastnosti oceli, hliníku ale i titanových slitin.

Liquidmetal byl poprvé veřejnosti představen v roce 2003 a ač to může jeho název naznačovat, není tekutý při pokojové teplotě. Má několik výjimečných vlastností - vysokou pevnost v tahu, vynikající poměr pevnost/hmotnost, odolnost proti korozi, vysoký koeficient vzpruživosti a vynikající odolnost proti opotřebení.

Foto: Liquidmetal (žlutá) proti hliníku (červená), titanu (modrá) a oceli (zelená). Zprava doleva. Graf pevnosti, pevnost k váze, elasticita, tvrdost. / LiquidMetal Technologies

Navíc oproti titanu a oceli je výroba liquidmetalových součástek teoreticky mnohem jednoduší a levnější. Díky svým zcela mimořádným vlastnostem, může být tekutý kov zpracováván do velmi komplikovaných tvarů podobně jako termoplasty – tedy zahřátím na vysokou teplotu a vlitím do požadovaných tvarů. Na rozdíl od běžných kovů, kdy se vlivem tepla mění mechanické vlastnosti materiálu, si Liquidmetal zachovává své původní vlastnosti i po tepelném zpracování.

Liquid metal má mimo jiné dvojnásobně větší mez kluzu (napětí, při němž začínají vznikat v materiálu trvalé plastické deformace) a několikanásobně lepší mez pružnosti (schopnost udržet si svůj tvar) než nejlepší titanové slitiny.

Závěrečné shrnutí a prognóza do budoucna

Při psaní našeho článku jsme zjistili, že opravdový problém v konstrukci Terminátora leží „pouze" na straně umělé inteligence. U ostatních technologií existují teoretické znalosti pro jejich ovládnutí – vše je jen otázkou času a peněz. Můžeme vás tak uklidnit, že žádná vzpoura strojů se konat s největší pravděpodobnosti nebude. Avšak mechanicky odolní, silní, dokonale pohybliví bojoví humanoidní roboti, ovládaní lidmi, skuteční Terminátoři, se dozajisté stanou realitou ještě za vašich životů.

Zdroj: armadninoviny.cz