giovedì 11 marzo 2010

È uno sporco lavoro, ma qualcuno deve pur farlo. O no?


Tempo fa, parlai della fattibilità dei robot da combattimento che hanno popolato la nostra infanzia e adolescenza, senza trascurare l'annoso problema energetico che affligeva persino un piccoletto dall'aria innocente come Astro Boy.
Leggere questo post sul blog di Glauco, mi ha fatto tornare voglia di parlarne, affrontando la cosa – una volta di più – da un punto di vista banalmente teorico.
Cos'hanno di speciale i robottoni da combattimento dei manga e degli anime rispetto tutti gli altri robot partoriti dalla letteratura e dal cinema di fantascienza?
Ok, sono più grossi, e, spesso, più armati.
Ma non solo: mancano di autosufficienza, e devono essere pilotati da qualcuno al loro interno.
Il che, se da un lato rende la faccenda piuttosto romantica (l'eroe non sarebbe tale se ne stesse comodamente seduto in poltrona in qualche base remota a spingere qualche leva), fa del pilota del robot un mestiere schifoso.
Vediamo perché, e iniziamo da qualcosa di facile: camminare.
Mazinga Zeta è alto circa 18 metri. Secondo le schede tecniche che si trovano in giro, può camminare a circa 50 chilometri orari, cioè 14 metri al secondo.
La maggior parte delle persone si alza e si abbassa di circa tre centimetri a ogni passo: essendo Mazinga Zeta dieci volte più alto di un comune essere umano, questa cifra va moltiplicata per dieci. Il che significa che Koji Kabuto viene sballottato in continuazione su e giù a balzi di trenta centimetri sulla poltrona, mentre corre a una velocità di 50 chilometri orari: nulla di piacevole... ma, se ci si allena a sufficienza, immagino sia possibile resistere alla nausea.
I veri problemi iniziano quando Mazinga inizia a correre. Sempre secondo i suoi creatori, la sua velocità di corsa è di 360 chilometri l'ora... circa cento metri al secondo, dieci volte il record massimo di Carl Lewis.

L'atleta compì i cento metri in 9,92 secondi bruciandoli in 43 passi , cioè un passo ogni 0,23 secondi. Secondo i calcoli (pubblicati nella Scienza della corsa di Hiromichi Kobayashi), i suoi piedi si trovarono contemporaneamente sospesi in aria per 0,14 secondi, e a terra per 0,09.
Nel caso di Mazinga Zeta, queste cifre vanno di nuovo moltiplicate per dieci... il che significa che si troverà in aria per 1,4 secondi e a terra per 0,9, disegnando una parabola alta 2,4 metri e larga 230: ora, quando un corpo descrive una smile parabola, al suo interno si verifica una momentanea assenza di gravità. Avete presente quando siete in discesa sulle montagne russe o viaggiate in aereo e c'è un vuoto d'aria? Quella sensazione di stomaco che esce dalla bocca è causato esattamente da questo tipo di decelerazione gravitazionale, ed è quella che prova il pilota di Mazinga Zeta per 1,4 secondi... prima di ripartire per un altro passo, proprio come il vagoncino delle montagne russe risale all'istante dopo la picchiata, schiacciandovi contro il sedile.
Quando un essere umano corre, questa pressione è pari circa tre volte il suo peso, ma le forze in gioco nel caso di un robot alto diciotto metri sono dieci volte superiori, quindi, se Koji pesa settanta chili, sarà sottoposto ad un'alternanza continua di totale assenza di gravità e di una pressione di oltre due tonnellate ogni 2,3 secondi (grafico qua sotto).
Tutti i corpi solidi, se sottoposti a sollecitazioni ripetute, si logorano e si spezzano, metalli compresi. Kabuto potrebbe sopravvivere a due o tre colpi di questo tipo, ma non ad una serie ogni 2, 3 secondi. Resterebbe con tutte le ossa spezzate dopo pochi passi.
E dopo la corsa, i salti.
Mazinga Zeta può balzare fino a 20 metri d'altezza. Nel salto, quando si ritorna al suolo l'impatto è proporzionale all'altezza del salto stesso. Il pilota sperimenterebbe quindi una caduta da un'altezza di venti metri, pur restando legato al suo seggiolino. Al momento dell'impatto la sua velocità è di oltre 70 chilometri orari, ma non è il solo fattore da prendere in considerazione. C'è la durata del salto: questa varia (e non poco) a seconda di come il robot atterra. Se piega le ginocchia il salto durerà mezzo secondo e la forza d'impatto sarà di 280 chili... già abbastanza devastanti, ma guardando le immagini dell'anime, Mazinga Zeta salta in posizione praticamente eretta... e probabilmente ha delle ottime sospensioni, perché non affonda neanche nel terreno. Non piegandosi, la durata del salto precipita a 0,2 secondi, e la forza d'impatto schizza a sette tonnellate.
7 tonnellate è la potenza media: nell'istante di picco, è ancora più intensa. Se tutto l'impatto viene assorbito dalle sospensioni del robot, il pilota, a meno che non sia dotato di muscoli bionici, finirebbe spiaccicato come budino.
Ma questo, amici, è ancora niente.Questi robot sono progettati sostanzialmente con un solo scopo: combattere.
Ed è proprio il combattimento che sarebbe l'attività più pericolosa da svolgere standovi al suo interno.
L'antropoformizzazione di questi oggetti ha portato i suoi creatori a farli combattere, oltre che con laser, missili e proiettili di vario tipo, anche col caro, vecchio, corpo a corpo.
Leggo, sempre sulla scheda tecnica, che Mazinga Zeta ha una potenza di circa 750.000 cavalli, ed è lecito presumere che i suoi avversari dispongano di una forza equivalente. La forza di un pugno è in funzione dell'energia del robot e del tempo impiegato per scagliarlo. Un colpo mediamente veloce viene sferrato in circa mezzo secondo. Con una potenza di 750.000 cavalli, l'energia prodotta in questo lasso di tempo è di 24.000.000 di joule... di cui circa la metà viene dispersa dall'attrito, un quarto colpisce il bersaglio e un quarto finisce nel contraccolpo.
Ma, considerato che la superlega con cui è costruito non cede di un millimetro (non l'abbiamo mai visto ammaccato, giusto?), l'intera metà di 24.000 joule si trasforma in energia cinetica, che farebbe volare all'indietro il robot per 1,2 chilometri a 390 chilometri orari, con quasi la stessa velocità d'impatto al suolo.
Possibilità di sopravvivenza per il pilota umano? Praticamente inesistenti.
E vi ricordo che nella cabina di pilotaggio non si vedono cinture di sicurezza... che, anche se fossero presenti, non farebbero che diminuire le probabilità di morire. Secondo la legge dei grandi numeri, sottoposto a ripetuti attacchi, il pilota del robot finirà alla lunga con il lasciarci la pelle, cintura o non cintura.
Semplificando, se senza cintura le probabilità di morire sono pari al 100% e del 10% con la cintura, dopo dieci attacchi la probabilità di sopravvivere sarà del 35%, e dopo venti del 12%.
Se calcolate che un robot, in una qualsiasi puntata del vostro anime preferito è sottoposto a una media di venti attacchi, il suo rischio di mortalità è superiore all'88%. Voi ci salireste?
Magari state pensando ad un airbag.
Efficace, certamente... solo che può funzionare una sola volta. E riempire di airbag la cabina potrebbe non rivelarsi la soluzione più pratica, considerato il numero di attacchi del nemico.
Un'idea abbastanza inedita potrebbe essere riempire la cabina di un liquido a bassa viscosità (come l'alcool), dove il pilota potrebbe guidare immerso vestito di una tuta stagna. Immerso nel liquido, però, il pilota sarebbe isolato dai movimenti del robot, e tutti i suoi movimenti sarebbero rallentati e piuttosto goffi.
Conclusione: qualunque robot da combattimento che implica la presenza di un pilota al suo interno contiene un cruciale errore di progettazione.
Il pilota farebbe prima a starsene al sicuro nella base di cui vi dicevo all'inizio, e pilotarlo a distanza. Non c'è davvero alcun motivo plausibile per costringere un poveraccio ad andare a massacrarsi volontariamente dentro un robot alto decine di metri che si muove a svariate centinaia di chilometri orari... se non proprio il fascino dell'idea che questo si muove in sintonia col suo pilota. Che, però, una volta morto, non serve più a niente.

Grazie ancora a Rikao Yanagita, che ha condotto un'accurata analisi sulla scienza dei manga e degli anime... comprate il suo libro se vi ha divertito il contenuto di questo post (Anime University, Kappa Edizioni).

21 commenti:

elgraeco ha detto...

Bellissimo articolo!
Ho un'osservazione da fare:

tu scrivi,
"Immerso nel liquido, però, il pilota sarebbe isolato dai movimenti del robot, e tutti i suoi movimenti sarebbero rallentati e piuttosto goffi."

Non se il pilota è dotato di un casco stile Clint Eastwood in "Firefox - Volpe di Fuoco" che gli consente di manovrare attraverso gli impulsi cerebrali! :D LOL

E del Gundam che mi racconti? Se non sbaglio era stato concepito con criteri di "realismo"...

Christian ha detto...

Mazinga e Goldrake erano due miei miti personali, da piccolo pensavo che si potessero veramente costruire che e che avrebbero potuto spaccare il mondo in due.
Non avrei pensato che un giorno qualcuno avrebbe affrontato con realismo il problema! :D
Fortunatamente, non abbiamo (ancora) bisogno di fabbricare robot del genere, ammesso avessimo la tecnologia per farlo...

Roberta la Dolce ha detto...

Sai cosa ho pensato leggendo il tuo post (non sono uan grande appassionata, ma l'ho letto fino in fondo... giuro!)?
Che è più o meno la stessa cosa per i piloti dei caccia militari... rischiano moltissimo e sono sottoposti a forti sollecitazioni perché stanno dentro il loro aeroplano, ma forse potrebbero pilotarlo da terra, credo ci siano già aerei senza pilota.
E, allargando il discorso, si potrebbero rendere telecomandabili tutti quei mezzi che implicano un pericolo per chi li guida... credo che il primo dovere della tecnologia sia proteggere la vita umana!

Anonimo ha detto...

bhe', tutti i "robottoni" (in realta' esoscheletri) di shirow sono infatti ragionati in termini realistici, e fattibili.

il punto e' che da remoto hai sempre un certo lag (ritardo) nelle azioni, partendo dal presupposto che il cattivo di turno e' invece pilotato in tempo reale, senza avere il pilota a bordo sarebbe impossibile qualsiasi combattimento.
contando anche che la marea di attuatori sul mech in questione genera di suo gia' un certo ritardo fisiologico.

Larsen

Anonimo ha detto...

ah, mi dimenticavo degli "eva" di evangelion, dove i "robottoni" in realta' sono biologici, per di piu' con alimentazione esterna (o minima autonomia con quella interna).

Larsen

iSDC ha detto...

In Evangelion i piloti sono immersi in un liquido semi amniotico (e c'è un perché, ovviamente) che li protegge ed aiuta il collegamento sinaptico con il "robot" (e anche le virgolette hanno il loro perché).

Alex McNab ha detto...

Adoro questo genere di articoli, quindi complimenti!

In realtà credo che l'unica soluzione di una certa logica che potrebbe spingere alla costruzione di un "robottone" è quella del pilotaggio a distanza.
Che poi è lo stesso principio che muove i programmatori robotici che stanno applicando la loro scienza all'arte bellica.
E poi, proprio questi ultimi, stanno in realtà facendo il percorso opposto: dal macro passano al micro.
A quanto pare i migliori robot da combattimento avranno la forma e le dimensioni di insetti.
Infatti ne stanno già producendo.

Gloutchov ha detto...

Ovviamente si ragiona pensando alle possibilità tecnologiche terrestri.

Goldrake veniva da un altro pianeta e, chissà, magari la cabina era protetta in modi a noi incomprensibili (tra le altre cose è l'unico Mecha di Go-Nagai a non subire mai danni... se non contro il "gorilla gigante, mentre i Mazinga perdevano spesso gli arti nei combattimenti!). Stessa cosa per il Daitarn III, anch'esso sviluppato con tecnologie provenienti da Marte.

Jeeg... quello poi è il più difficile da spiegare. Niente meccanismi. Pezzi d'acciaio attaccati attraverso il magnetismo e in grado di muoversi in modo analogo al corpo umano in chissà quale maniera! Se penso poi che Hiroshi, ogni volta che si trasformava in Jeeg, lasciava cadere la propria moto in un burrone... quante moto possedeva, che fine facevano i rottami di quelle moto?

Rimane da analizzare i danni che un Mazinga Z in corsa potrebbe creare all'ambiente senza che per forza ci sia un combattimento contro un alieno. :)

Meglio immaginare i robottoni con gli occhi di un bambino!!

CyberLuke ha detto...

@elgraeco: Daitarn operava nel vuoto, e se questo risolveva alcuni problemi, ne creava di altri.
La verità è che la massa è sempre la stessa, sulla Terra come nello spazio, e quando questa diventa considerevole, diventano considerevoli anche tutti i problemi legati ad essa.
Ma il suo problema più grande, era l'alimentazione ad energia solare, che, sfortunatamente, ha un basso rendimento... del tutto insufficiente anche per fargli compiere le operazioni più semplici.
Pur concedendo che in futuro la tecnologia sarà presumibilmente migliore di quella attuale, le equazioni restano costanti nel tempo.
Cmq, trovi tutto sul mio vecchio post QUI.

elgraeco ha detto...

@ CyberLuke
Sì, sì, li ho letti i vecchi post. Molto belli!
Io avevo chiesto di Gundam, però, non di Daitarn. Non so se Gundam fosse alimentato ad energia solare. Cercando cercando, ad ogni modo, mi sono imbattuto in questa follia tipicamente giapponese:

http://io9.com/5073073/japanese-academy-to-make-gundam-a-reality

Sarà vero?
Ciao!

@ Glauco
La moto di Hiroshi era sempre la stessa. Era indistruttibile! O no? Be', a me piace pensare di sì. Piuttosto spiegami, se sei capace, come il suddetto Hiroshi si trasformava in una testa metallica di un robot gigante... tsk tsk :D

Taka ha detto...

si beh, ma tu non tieni conto di futuristici congegni di startrekkiana memoria come gli "smorzatori inerziali"... :p

CyberLuke ha detto...

@elgraeco: azz, li ho confusi. Mi informo e ti dico.
@Taka: lo smorzatore inerziale di Star Trek (detto per brevità IDS, Inertial Damper Shield) serve a contrastare le accelerazioni che si creano durante la normale navigazione dell'astronave, che se altrimenti ammazzerebbero all'istante ogni membro dell'equipaggio non appena si superasse la soglia di tot metri al secondo.
L'IDS utilizza un campo di forza di piccola intensità, mantenuto attivo in tutta la parte abitabile della nave, e in effetti sarebbe perfetto, magari con qualche modifica, a salvare la pellaccia anche ai piloti di super-robot.
Sfortunatamente, i principi su cui si basa (generatori di campo abbinati a sorgenti di polarità gravitonica) sono completamente frutto dell'impareggaibile fantasia di Roddenberry e soci, e sono fattibili quanto la scopa volante di Harry Potter.

Angel-A ha detto...

Ma quante ne sai? ^___^

LaSintesi ha detto...

@Larsen: se parliamo di simbiosi tra esseri umani ed organismi biomeccanici, allora direi che facciamo un passo deciso nella fantascienza, e ci lasciamo alle spalle la scienza, e questi discorsi iniziano a perdere di senso. ;)
I robottoni, almeno i più tradizionali, di massima si potrebbero costruire, con le attuali tecnologie aerospaziali e belliche (non si potrebbero guidare, è vero...), ma gli Eva di Evangelion li vedo onestamente fuori portata.

Simone ha detto...

Uhm. Leggendo questo articolo pensavo a Mazinga che scoperchia la casa del tizio che ha scritto il libro di cui parli, e gli spara con un raggio laser che non potrebbe esistere, ma che però lo disintegra lo stesso.

Simone

Anonimo ha detto...

teoricamente no, perche' ormai la genetica sta facendo passi da gigante.
la parte difficile resta ancora l'interfaccia neurale, ma ci si sta arrivando...
un'esoscheletro tipo patlabor o appleseed e' gia' realizzabile ed utilizzabile, tant'e' che i primi prototipi (militari ovviamente) sono gia' in fase di test.
anche qui ci sarebbe la possibilita' di controllarli da remoto, alla fine sono attuatori che interpretano un movimento umano, quindi non ci sarebbe teoricamente nessuna difficolta' a studiarli gia' per il controllo remoto (cosi' come si fa per i droni predator).
resta il problema del "ritardo del segnale", se un'uomo dentro una "armor suite" e' teoricamente un tank umano (considerando una blindatura ovviamente, senno' non ha molto senso) con tempi di reazione umani (vedo il bersaglio, sparo al bersaglio, il bersaglio mi spara, io reagisco: si tratta di millisecondi, un ritardo di segnale compromette tutto).

addirittura si sta arrivando agli "animali da soma" cibernetici: una specie di mulo motorizzato che e' in grado di portare 400kg di carico su percorsi dove solo a piedi e' possibile passare.
problema di rumorosita' del motore a parte, l'incredibile aggeggio e' gia' pienamente funzionante.

il futuro e' molto piu' vicino di quanto non sembri.

Larsen

CyberLuke ha detto...

Il mulo robotico mi sembrava infatti di averlo visto... fa quasi paura.
Però vorrei vederne uno grosso come una casa.

Anonimo ha detto...

no vabbe', io parlo di cose "realizzabili", con i robottoni anni 70 il primo problema era strutturale.
non sarebbero sopravvissuti manco al loro stesso peso.
anche con leghe superleggere e resistentissime, nessuna giuntura di quei "cosi" poteva lontanamente reggere il peso dell'arto che aveva attaccato :D

senza contare che, specie nelle citta', non avrebbero potuto fare un passo senza sprofondare inesorabilmente sfondando fognature e quant'altro :D

un'esoscheletro potenziato, o un mech da combattimento stile robotech o gundam e' gia' piu' "credibile", almeno sul piano statico.

per dire, il gundam che hai avuto la fortuna di vedere in dimensione reale in terra d'oriente, e' credibile anche a livello strutturale, pur se poco adatto magari a combattere in una citta' europea o peggio italiana :D (per i resti archeologici eh, mica per le voragini che vengono fuori ogni inverno :D).

Larsen

dandia ha detto...

Mi hai distrutto un mito. Niente camminate, corse, combattimenti corpo a corpo...
Un Mazinga Zeta su sedia a rotelle che lancia solo raggi fotonici e pugni a razzo sarebbe più credibile?

Fra ha detto...

Ciao!!!
WOW che bel post!!! :))
Mentre leggevo del povero Koji sballottato qua e là, pensavo, in effetti a quanto erano belli quei cartoni animati... Ovviamente non avevo mai pensato alle implicazioni del pilota dentro la testa del robot, anche perché - a sette anni - quei calcoli sulle parabole e l'assenza di gravità non avrei saputo nemmeno come immaginarli (nemmeno a quasi quaranta comunque)... Però, come hai detto tu, è molto più romantico e poi... vuoi mettere le bellissime sequenze di Atlas Ufo Robot in cui Actarus emergeva dalla cascata dentro la sua navicella che si incastrava nella testa di Goldrake? (http://www.youtube.com/watch?v=MALbj213JDY) Actarus dietro un pannello di comandi dentro la base spaziale sarebbe stato meno entusiasmante!

PS grazie per esserti preoccupato per me! :) sono solo incasinatissima con il lavoro.

CyberLuke ha detto...

@Fra: tu lavori troppo, piccola.
@elgraeco: a proposito di Gundam.
Tutto il suo fabbisogno di energia è assolto dall'Energy CAP, un sistema di concentrazione che utilizza le "particelle Minovsky".
Secondo i creatori di Gundam, si tratterebbe di particelle che "sconvolgono la teoria della relatività", ma, trattandosi di pura fantasia, tanto varrebbe dire che Gundam è mosso dalla forza dei Manzanilli (un applauso per chi sa cosa sono, senza ricorrere a Google). :)
Per il resto, concordo che c'è stato un grosso studio pseudoscientifico per "spiegare" Gundam e la sua tecnologia, così come è stato fatto, ad esempio, per l'Enterprise di Star Trek, ma sfortunatamente basandosi spesso su presupposti fisicamente impossibili.

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