W filmie „Mission: Impossible 4 – Ghost Protocol” możemy podziwiać granego przez Toma Cruise’a, człowieka pająka, wspinającego się bez wysiłku na najwyższy wieżowiec świata: Burj Khalifa w Dubaju. Elektromagnetyczne rękawice – gadżet użyty w filmie – są rzeczywistością czy fikcją?
Zaczynam poszukiwania w sieci i znajduję firmę Spider Climbing Inc. Wynalazek nazywany Spider Climbing Gear umożliwia wspinanie się na ściany zbudowane ze specjalnego stopu metali, w sposób bezpieczny dla użytkownika. Ściany takie można zamówić wraz z rękawicami. Firma reklamuje swój produkt jako genialne rozwiązanie dla parków rozrywki i klubów fitness.
Jak twierdzi prezes firmy Dave Burnes, dzięki magnesom Spider Climbing człowiek może się wpinać nawet do góry nogami niczym prawdziwy pająk. Byłoby to zgodne z wypowiedzią Petera Blabera, dowódcy Delta Force w stanie spoczynku, doradcy ds. wojskowych przy produkcji „Mission Impossible” i kilku innych tytułów zleconych przez kanał CBS. Blaber twierdzi na łamach „Washington Post”, że rękawice używane przez Toma Cruise?a w filmie są rzeczywistością, a nie fikcją! Pytanie tylko, czy jest to rzeczywistość osiągalna dla każdego, czy jedynie dla producentów z Hollywood i wojskowych?
Robot potrafi
Czy człowiek może się wspinać jak Tom Cruise?
–Trudno powiedzieć – mówi dr Cezary Rzymkowski z Wydziału Mechaniki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej. – Są ludzie, którzy wspięli się na Burj Khalifa o własnych siłach bez użycia jakichkolwiek gadżetów, jak choćby słynny francuski człowiek pająk Alain Robert. Nie jest to jednak wyczyn do powtórzenia dla każdego. Potrafimy konstruować roboty, które się wspinają po wielu różnych podłożach, trudno jednak powiedzieć, czy technologie, których używają konstruktorzy robotów, dałyby się z powodzeniem zastosować w przypadku ludzi. Roboty takie wykorzystują różne technologie, najczęściej używane są elektromagnesy (podobnie jak w przypadku rękawic agenta Howka). Często też wykorzystuje się nanomateriały, jak np. popularną teraz Gecko tape: materiał kopiujący właściwości łapek gekona, jaszczurki będącej w stanie chodzić, nawet do góry nogami, niemal po każdej powierzchni! Pozostają jeszcze klasyczne przyssawki używane przez wiele robotów; w przypadku dorosłego człowieka wymagałyby one pompy próżniowej, która wzmocni siłę przylegania przyssawki, za każdym razem kiedy kończyna w nią zaopatrzona będzie dotykać podłoża. Jeśli chciałby pan wiedzieć więcej, polecam udać się do Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów! Tam konstruowane są takie roboty.
Dzwonię do PIAP-u i zostaję przekierowany do Macieja Cadera, współtwórcy robota SPIDER, służącego do badania zużycia kotłów energetycznych wysokiej mocy.
Prąd czy powietrze?
– Nasz robot – mówi Cader – porusza się dzięki zintegrowanej pracy dwóch chwytaków magnetycznych włączanych i wyłączanych w odpowiedniej kolejności, tak aby robot mógł przemieszczać się względem metalowej powierzchni kotła. Mieliśmy do wyboru albo elektromagnesy (wytwarzają pole magnetyczne, kiedy przez uzwojenie płynie prąd), albo zwykłe magnesy obracane za pomocą sprzężonego powietrza (ani silnik elektryczny, ani siła mięśni ludzkich nie potrafiłyby obrócić magnesów). Wybraliśmy drugie rozwiązanie. Sprzężone powietrze dostarczamy robotowi poprzez rurkę-pępowinę. Teraz pracujemy nad robotem wykorzystującym elektromagnesy. Elektromagnesy są małe i lekkie, ale bardzo energochłonne, co wymaga zamontowania ciężkich akumulatorów na pokładzie robota lub dostarczania energii przez kabel.
– Czy człowiek mógłby się wspinać dzięki takim magnesom lub elektromagnesom?
– Myślę, że tak. Ale musiałby, podobnie jak robot, ciągnąć za sobą przewód dostarczający powietrze lub energię elektryczną, co przy dużych wysokościach mogłoby się stać wręcz niemożliwe – ze względu na rosnącą wagę kabla. Wspinacz musiałby więc mieć na sobie zbiornik z powietrzem lub ciężki akumulator zasilający elektromagnesy. Jednak w razie wyczerpania akumulatorów człowiek odpadłby od ściany. A wyczerpanie powietrza przykleiłoby go do ściany na wielkiej wysokości.
Jak więc są skonstruowane rękawice z firmy Spider Climbing Inc.? To zwykłe magnesy, które po prostu przyciągane są przez powierzchnię z metali ferromagnetycznych. Rękawice uzupełniają magnesy na stopach i kolanach. System mechanicznych dźwigni ułatwia odrywanie kończyny.
Trzeba tylko pamiętać, żeby nie odrywać więcej niż jednej kończyny jednocześnie. Niestety, odrywając kończynę, łatwo można spaść – dlatego systemu używa się wyłącznie z zabezpieczeniem linowym.
Przewagą magnesu używanego przez robota SPIDER jest jego wielka moc, jeden chwytak może udźwignąć masę do 150 kg! Jednak mielibyśmy do wyboru: albo dźwigać ciężki akumulator lub butlę ze sprężonym powietrzem, albo ciągnąć za sobą kabel czy długą rurę.
– Na dłuższą metę trzeba mieć albo kondycję Alaina… albo używać specjalnego podłoża kompatybilnego z naszym sprzętem. Tak jest w przypadku Spider Climbing Wall firmy Spider Climbing. Ta ściana wspinaczkowa zapewnia optymalne przyleganie magnetycznych chwytaków – mówi kolejny ekspert Michał Mikulski z Politechniki Śląskiej. Michał jest twórcą pierwszego w Polsce egzoszkieletu rehabilitacyjnego, czyli czegoś w rodzaju „robota zewnętrznego” doczepianego do człowieka niczym wspomagająca jego ruchy zbroja. Czy taki egzoszkielet mógłby pomóc we spinaczce?
He-Man alpinista
– W robotyce problemy dopasowania do podłoża są rozwiązywane w różnoraki sposób – mówi Mikulski. Istnieje kilka technologii, które mogą być wykorzystane. Zastosowanie podciśnienia w ssawkach robotów działa dość dobrze na powierzchniach płaskich, takich jak szyby. O ile nie jedziemy po dużych dziurach, nie ma problemu. Zakładając idealnie sztywne ciało (budynek z szybami), to poruszanie się robotów podciśnieniowych jest jak najbardziej możliwe. Niestety wymaga to także sprężarki na pokładzie robota. Roboty typu „gecko”, czyli wykorzystujące nanotechnologię naśladującą włoski na kończynach gekonów bądź silne kleje, pozwalają zminimalizować rozmiar robotów, co jest istotne w przypadku wspinaczki (takie jednak technologie są wrażliwe na zanieczyszczenia podłoża – przyp. autora). Kolejnym typem są roboty, których nogi są w stanie zagłębić się w nierówny materiał, np. RiSE firmy Boston Dynamics.
– Czy którąś z tych technologii uda się zastosować w przypadku człowieka?
– Tak, ale należy się liczyć z ciężarem oprzyrządowania – twierdzi Mikulski.
– Czy użycie egzoszkieletów pomogłoby człowiekowi dźwigać ten sprzęt?
– Nie do końca – odpowiada Mikulski. Egzoszkielety rzeczywiście mają na celu zwiększyć siłę człowieka, niestety istotną wadą jest ich waga, zazwyczaj około kilkudziesięciu kilogramów. W przypadku standardowego poruszania się: chodzenia, biegania, czołgania czy też skakania ta waga nie jest istotna, ponieważ egzoszkielet sam przenosi swój ciężar i użytkownika na własnych nogach. Sytuacja zmienia się diametralnie w przypadku wspinaczki, gdyż ciężar sprzętu niezbędnego do obsługi elektromagnesów dodaje się do cieżaru egzoszkieletu, a to wymaga kolejnych nakładów energii.
Do wspinaczki należy założyć egzoszkielet całego ciała, np. XOS2 firmy Raytheon, który prawdopodobnie jako jedyny na świecie byłby w stanie wspomagać wspinaczkę. Oczywiście zakładając, że materiał, po którym człowiek by się wspinał, wytrzymałby dodatkowe obciążenie egzoszkieletu. XOS2, niestety, jest zasilany za pomocą zewnętrznej pompy i nie posiada wersji w pełni mobilnej, więc na razie i tak jest to sprawa przyszłości.
Rzeczywistość czy fikcja?
Po wysłuchaniu ekspertów zadaję sobie pytanie, dlaczego ekspert pracujący dla producentów „Mission Impossible” Peter Blaber twierdził, że elektromagnetyczne rękawice są już w użytku? Czy miał na myśli wynalazek Spider Climbing Inc.? Tam wykorzystano jednak najzwyklejsze w świecie magnesy! Skomplikowane ciężkie systemy elektromagnetyczne, które umożliwiają wspinaczkę robotom, w filmie nie występują. Są tylko rękawice elektromagnetyczne – a takie na razie nie istnieją.