Wie groß kann man humanoide Mechs mit modernen Materialien bauen, bevor strukturelle Probleme auftreten?

Bodendruck

Wenn Sie die Praktikabilität eines Mechs nicht berücksichtigen, ist der primäre begrenzende Faktor nicht die absolute Höhe, sondern der Bodendruck. Solange Sie den Bodendruck unter etwa 40 psi/275 kPa halten, sollte es in der Lage sein, auf festem Boden zu arbeiten. Wenn Sie es unter etwa 10 psi / 70 kPa halten, kann es überall hingehen, wo ein Mensch hingehen könnte (vorausgesetzt, es passt). Dank Skalierungseffekten (Quadratwürfelgesetz) muss die Kontaktfläche unter den Füßen jedoch proportional zunehmen, um einen akzeptablen Bodendruck aufrechtzuerhalten.

Wenn Sie die linearen Abmessungen eines Menschen verdoppeln, erhöhen Sie seine Masse um das 8-fache, aber vergrößern Sie die Oberfläche nur um das 4-fache, sodass sich seine Füße verdoppeln müssen (41% Zunahme in Breite und Länge), um den gleichen Bodendruck aufrechtzuerhalten. Ein Mech ist wahrscheinlich nicht nur größer als ein Mensch, sondern auch dichter und erfordert proportional zu seiner Größe noch größere Füße. Schließlich werden die Abmessungen des Mechs ihn unfähig machen, menschliche Bewegungen nachzubilden, selbst wenn die Struktur und die Aktuatoren der Aufgabe gewachsen sind.

Wenn diese Mechs kaum mehr als Paradewagen sind, können sie so groß sein, wie Sie möchten, mit einer Außenhülle mit minimalem Gewicht, die nicht nur von den Füßen getragen wird, sondern auch durch das Heben von Gasen. Dies mag weniger ein klassischer Mech und eher ein seltsam geformter gelenkiger terrestrischer Zeppelin sein, aber wenn es keine praktischen Überlegungen gibt, könnte er Ihre Anforderungen erfüllen, und es würde tatsächlich einfacher werden, diese Anforderungen zu erfüllen, wenn er größer wird. In diesem Fall würde das Quadratwürfelgesetz tatsächlich zu Ihren Gunsten wirken und die Hubkraft, mit der Sie arbeiten müssten, schneller erhöhen, als das erforderliche Gewicht der Struktur zunimmt.

Echte 1:1-Bewegung

Wenn Sie möchten, dass der Mech den Bewegungen eines Bedieners 1:1 entspricht, nicht nur in Bezug auf das Bewegungsprofil, sondern auch in Bezug auf die Geschwindigkeit (der Mech macht nicht nur die gleiche Bewegung, er macht sie in der gleichen Zeit, und die Bewegungen des Bedieners nicht eingeschränkt, um den Mech zuzulassen) gibt es eine konkretere Größenbeschränkung. Beachten Sie, dass die folgenden Zahlen sehr ungefähr sind, da dies keine Technologie ist, die ernsthaft verfolgt und in der Realität zur Reife entwickelt wurde. Außerdem verwende ich unten "einen Menschen" als Referenz, da bei sonst gleichen Bedingungen ein kleinerer Mensch proportional schnellere (wenn auch nicht unbedingt absolut schnellere) Bewegungen ausführen kann als ein größerer Mensch, was wiederum zu schnelleren Bewegungen führt von der Mech.

Wenn Sie ein Objekt vergrößern, nimmt seine Masse mit der 3. Potenz seiner linearen Skala zu (2-mal die lineare Größe, 8-mal die Masse), und die erforderlichen Beschleunigungen werden linear zunehmen (das Doppelte der Strecke, die sich ein Objekt bewegen muss). gleichzeitig doppelte Beschleunigung), d. h. die erforderlichen Kräfte steigen mit der 4. Potenz der linearen Skala. Die strukturelle Festigkeit des Objekts nimmt hingegen nur mit der 2. Potenz des linearen Maßstabs zu (2-fache lineare Größe, 4-fache Querschnittsfläche). Somit werden die Belastungen, die auf die Struktur ausgeübt würden, wenn sie einer gegebenen Bewegung entsprechen müsste, mit der 2. Potenz der linearen Skala zunehmen. Wenn Sie von Fleisch und Knochen zu Titan wechseln, können Sie die Stärke des Gewichts um etwa das 6-fache erhöhen, aber dies ermöglicht Ihnen nur, einen Mech zu bauen, der etwa 2,5-mal größer ist als ein Mensch. Wenn Sie moderne Verbundwerkstoffe verwenden, könnten Sie einen Mech bauen, der etwas weniger als 9,5-mal so groß ist wie ein Mensch. Mit den stärksten bekannten Materialien (Graphen oder Nanoröhren) könnte man einen Mech bauen, der etwa 38-mal so groß ist wie ein Mensch, obwohl es schwer wäre, diese Technologie als „modern“ zu bezeichnen.

Bei Aktuatoren tendiert die Kraft dazu, mit der 3. Potenz der linearen Skala zu skalieren, während die Kraft, die sie aufbringen können, nur mit der 2. Potenz der linearen Skala zunimmt (die Kraft, die ein Hydraulikzylinder oder ein Bündel Muskelfasern aufbringen kann, ist proportional zum Kreuz Querschnittsfläche). Daher wird die Kraft, die die Aktuatoren aufbringen können, wahrscheinlich die Mobilität Ihres Mechs vor seiner Leistungsabgabe einschränken. Bei der Hydraulik liegt die Grenze bei etwa der 7,5-fachen Größe eines Menschen. Andere Arten von Aktoren, die derzeit in der Entwicklung sind, könnten dies auf etwa das 11-fache erhöhen (relaxierendes ferroelektrisches Polymer). Wenn die aktuellen technischen Probleme mit Formgedächtnislegierungen gelöst werden können, wäre es möglich, einen solchen Mech zu bauen, der etwa 24 Mal so groß ist wie ein Mensch.

Diese Annäherungen gehen natürlich davon aus, dass Sie die gleichen Proportionen von Struktur und Aktuator beibehalten, die Sie im menschlichen Körper sehen. Wenn Sie einen Mech aus Titan und Hydraulik bauen würden, könnten Sie proportional kleinere Aktuatoren und eine proportional robustere Struktur verwenden. Ein fitter männlicher Mensch besteht zu Referenzzwecken zu etwa 82 % aus Muskeln und zu etwa 14 % aus Knochen. Ein Mech mit Hydraulik und Titan, der zu etwa 60 % aus Struktur und zu 40 % aus Aktuatoren besteht, könnte die Bewegungen eines solchen Piloten ein wenig nachahmen über 5 Mal menschliche Skala.

Denken Sie daran, dass der Bodendruck, das Gewicht des Triebwerks, das Gewicht des Cockpits, das Gewicht von Bewegungssteuerungen oder anderer Hardware oder Rüstung oder Ausrüstung, die der Mech trägt, nicht berücksichtigt werden. Alles, was Sie hier bekommen, ist ein leerer Rahmen und die Aktuatoren, um ihn zu bewegen.

10 Meter.

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

Was sind die größten derzeit konstruierten humanoiden Figuren? Riesige Marionetten! Diese müssen ihr eigenes Gewicht tragen und dürfen nicht auseinanderfallen. Abgebildet: Storm, eine 10 Meter lange bewegliche Marionette, die die Straße hinunterging, um die Menschen in Schottland zu inspirieren. Es sieht für mich so aus, als ob sie größtenteils aus Kunststoff und Fasern besteht. Ich habe auch eine sehr niedliche 8-Meter-Marionette aus Holz gefunden. Ich bin mir nicht sicher, was für Ihre Mechs besser aussehen würde. Der lebensechte Mädchen-Mech wurde meines Wissens nicht gemacht.

Die Erbauer dieser Puppen hätten Aluminium oder Titan verwenden können; Diese riesigen Marionetten sind Prestigeprojekte, nicht billig gebaut, und ich denke, wenn Leichtmetalle einen Vorteil bieten würden, würden sie verwendet werden. Aber in meinen Augen sind sie es nicht. Vielleicht gibt es ein unsichtbares Skelett. Ich denke, Kunststoff und Fasern sind der richtige Weg für riesige Gelenkpuppen / Mechs.

Ich habe eine Vision von einem Mech dieser Art, der leichter sein könnte, weil er wie diese riesigen Puppen nur aus Plastik und Fasern besteht und keine Maschinen enthält. Die Füße sind zwei normale Tanks mit Laufflächen, und Gelenkkabel für den darüber liegenden Mech befinden sich in den Tanks. Das bringt den Motor niedrig und in ein bewährtes Fahrzeug. Der Mech würde sich bewegen, als würde er Rollschuhe tragen. Es würde die Panzer überragen und Ihre mechanischen Bedürfnisse erfüllen. Die Panzer könnten ihre Kanonen behalten, was auch Ihren Mech leichter machen würde, da er keine Kanonen tragen müsste.

Ich denke, es wäre am sichersten, die Person, die der Mech emulierte, in einem der Panzer zu haben, nicht oben im Kopf des Pacific Rim. Auf diese Weise könnte der Mech in den Kopf oder in die Leiste oder wo auch immer geschossen werden, und es wäre in Ordnung.

Los Gundam!

Tatsächlich hat jemand daran gearbeitet. Naja irgendwie.

In Yokohama (natürlich Japan, wer sonst?) wird der größte humanoide Roboter der Welt entwickelt.
Die Größe beträgt 18 Meter (60 Fuß) Höhe, 25 Tonnen und 24 Freiheitsgrade.
Allein die Hände sind etwa 2 Meter lang und wiegen jeweils 200 kg.
Die Ingenieure müssen Materialien und Motoren sorgfältig planen, damit die Struktur nicht auseinander reißt.
Hier ist der Link zu einem vollständigen Artikel mit Videos.
Gundam-Roboter

Natürlich hängt es davon ab, was Ihr Roboter tun soll. Dieser wird einfach herumlaufen und sich in einem begrenzten Bereich bewegen. Vielleicht der Menge zuwinken? Es ist nicht so, dass es auf dem Land herumlaufen kann.

UPDATE Januar 2023 Sie haben bis März Zeit, den Gundam-Fabrikpark in Yokohama zu besuchen. Siehe Artikel