Trajes mecanizados: ... a realidade

As perspectivas sobre os trajes mecanizados, oferecidas pela ficção eram boas demais para que algo do tipo continuasse apenas como uma ideia. Na década de 60 militares norte-americanos em conjunto com a General Eletric começaram um projeto ousado: criar o primeiro traje mecanizado, o Hardiman.

Hardiman

A ideia:

Uma máquina que imite os movimentos de seu usuário, uma conexão da inteligência e versatilidade humana com a força e a resistência de uma máquina, como foi dito no "naval research reviews" de julho de 1967. A ideia já explorada e difundida pela ficção começou a ganhar forma com o projeto Hardiman: um par de exoesqueletos movidos por um sistema elétrico e hidráulico que tinha a capacidade de potencializar a força de seu usuário na proporção de 1 para 25, ou seja se um operador levantasse um peso de 100kg usando o traje ele sentiria como se fossem apenas 4kg.

O hardiman funcionava num sistema de mestre-escravo, por isso era necessário um par de exoesqueletos: em um ficava o operador, que fazia os movimentos que eram copiados pelo traje escravo. O fornecimento de energia vinha de um cordão umbilical o que não era necessariamente um problema, já que não se previsa seu uso direto em combate e sim em tarefas de material bélico, como o carregamento de bombas em aviões.

Concepção de uso: carregamento de bombas em aviões

A História:

O projeto Hardiman começa em novembro de 1965, quando uma junta do exército e marinha dos EUA assinam um contrato de desenvolvimento com a General Eletric. O principal objetivo do projeto era demonstrar o potencial dos trajes mecanizados e a exigência era de que o operador pudesse erguer uma carga de cerca de 680kg à uma altura de 1,82m. O operador ainda deveria poder andar, se inclinar, girar e etc. com o mínimo de restrições.

Os esforços iniciais se concentraram em estudos sobre a extensão do corpo humano: como deveriam ser as articulações do exoesqueleto e quais seriam os requisitos para o sistema de servo-mecanismos. Foram construídos modelos passivos que foram usados para determinar a disposição das articulações necessárias para possibilitar que o operador pudesse fazer movimentos naturais. 

Em 1968 todas as estruturas mecânicas do Hardiman estavam prontas, no entanto o desenvolvimento de um sistema puramente mecânico-hidráulico bilateral para o movimento dos trajes não havia progredido como o esperado. Estudos sobre o problema apontaram a necessidade de substituir o projeto de servos mecânicos-hidráulicos por eletro-hidráulicos.Com isso foi iniciado um programa de redesenho e substituição, em setembro daquele ano as pernas e o cinturão já haviam passado pelas alterações e em 69 todo o exoesqueleto já havia sido alterado e então foi dado início à um programa de testes.

Um modelo passivo

O Insucesso:

O Hardiman nunca conseguiu passar da fase de protótipo de testes. Seu grande peso, cerca de 650kg, sua velocidade limitada, 2,5m/s e a incapacidade de substituir a alimentação externa para uma interna foram certamente desvantagens, mas não pesaram para o fim do projeto.

A interface mestre-escravo demonstrou não ser a ideal para um traje mecanizado, a quantidade de camadas físicas entre o usuário e o traje escravo (que executava o trabalho de fato) gerava algum atraso, além de comprometer a precisão dos trabalhos, como o projeto visava exatamente aprimorar as interações homem máquina isso pesou bastante para o seu fracasso.

No entanto a razão principal do insucesso do Hardiman foi a incapacidade de fazer a máquina funcionar por completo. Qualquer tentativa nesse sentido fazia o traje agir de forma descontrolada e nunca conseguiram corrigir esse erro. Assim as pesquisas tiveram que se concentrar em movimentos isolados do braço.

Hardiman

O Legado:

Apesar do insucesso o Hardiman provou que os trajes mecanizados eram possíveis. Hoje, cerca de quadro décadas depois, EUA, Japão e França estão prestes a produzirem os primeiros modelos operacionais de tal tecnologia, sem dúvida a experiência fornecida pelo Hardiman foi crucial para isso.

Na próxima postagem (prevista para 08/09) veremos como anda a tecnologia nos dias atuais.


Fontes:
The story behind the real 'iron man' suit.
Cyberzoo
TR de julho de 1969
TR de maio de 1971

Trajes Mecanizados: Da ficção...

Como vimos, equipamentos que aumentam as habilidades de quem os usa já povoaram as lendas antigas. Na fantasia medieval, contos de cavalaria e até na recente literatura de "RPGs"¹ temos botas de velocidade, cinturões de força e capas de invisibilidade. Tais recursos sempre foram bons de serem explorados em histórias de ação, aventura e guerra e portanto, com o advento da ficção científica, não deixariam de serem usados. Todavia, para esse gênero, eles precisavam de uma explicação um pouco mais plausível e seus escritores abandonaram a magia e passaram a representa-los como máquinas. 

Serie Lensman:


O conceito de traje mecanizado não estava explicito na série de livros Lensman, do escritor doutor Edward Elmer Smith, mas os trajes espaciais da série continham escudos energéticos e outros aparatos que lembram a ideia de um traje mecanizado. Além disso em um dado momento da série, um traje é fabricado de modo que o mesmo possibilitou um personagem  sobreviver a um ataque maciço, dando a entender que a vestimenta tinha uma blindagem pesada demais para um humano comum conseguir suportar, mas ao mesmo tempo tinha algum sistema que dava liberdade de movimento ao seu usuário.

Audiobook do livro 2 da série Lensman: The First Lensman

Tropas Estelares:

Nesse romance de Robert A. Heinlein o traje mecanizado aparece explicitamente. Na verdade o traje da infantaria móvel (IM) é quase um protagonista e boa parte do livro fala sobre ele. Em Tropas Estelares os soldados da I.M. são a supremacia em combate, eles tem a mobilidade e proteção da cavalaria, com a pessoalidade da infantaria, graças aos seus trajes mecanizados. Estes contavam com uma série de sensores de pressão que captavam o movimento do usuário e o traje reproduzia com mais força. Além disso, os trajes contavam com jetpack, sonar, visor noturno, "depósito de armas" e proporcionavam uma formidável proteção extra.

Uma das capas de Tropas Estelares

O modelo de tropas estelares serviu de inspiração para uma grande gama de outras obras, desde Warhammer 40k até o Homem de Ferro, todos usam como base os trajes lançados na ficção por Heinlein.

Bioarmaduras:

Bioarmaduras são uma versão "biológica" dos trajes mecanizados e que só existem no mundo fictício. Foram usadas em obras como o livro Fallen Dragon de Peter F. Hamilton, o "comic book" X-O Manowar de Jim Shooter e o mangá Bio Booster Armor Guyver. Aqui no Brasil a "bioarmadura" dos universos de RPG Tormenta e Invasão é a mais conhecida.

Uma bioarmadura é descrita como uma criatura simbionte, que reveste o hospedeiro oferecendo todos os benefícios de um traje mecanizado (aumento de força, velocidade e proteção). Teria a vantagem sobre o traje comum por estar sempre com o seu usuário podendo ser acionada quando conveniente. Além disso a maior parte dos ganhos em força e velocidade estariam associados à mudanças na estrutura biológica de quem hospeda uma bioarmadura do que pela estrutura da coisa em si

Bioarmaduras em um livro de RPG da série Tormenta

Nanoarmaduras:

Apesar das vantagens das bioarmaduras é pouco provável que elas deixem a ficção. O esforço para desenvolver tal tecnologia seria grande demais e os resultados poderiam ser substituídos com ganho pela nanotecnologia.

No jogo Crysis os membros das forças especiais do EUA usam trajes que proporcionam aumento de força, velocidade, proteção e invisibilidade. O "nanosuit" lembra pouco o traje mecanizado convencional, uma grande armadura com servomotores, ao invés disso se parece com uma roupa fibrosa, feita de uma liga molecular. O aumento de força e de velocidade também é feito de forma diferente: nanopartículas são absorvidas pelo usuário e estas estimulam o trabalho muscular, respiratório e cardíaco do mesmo.

Enquanto bioarmaduras estão longe de se tornarem reais, nanoarmaduras podem entrar em cena nos campos de batalha ainda neste século.

Nanosuit de Crysis

Quase mágicas:

A ficção atual produziu trajes mecanizados que nada devem às armaduras mágicas da antiguidade. Vestimentas anti-gravitacionais em Perry Rhodan, os Chrono Commando de Command and Conquer assustariam até mesmo Thor com seu cinto de força. As tentativas de explicar o fornecimento de energia dos trajes também ainda estão além do alcance de nossa ciência atual, em fallout por exemplo, a armadura é alimenta por uma pilha de fusão nuclear!

Quase reais:

Os escritores, desenhistas e game-designers nunca explicaram de fato como funcionava suas criações, nem era possível que fizessem, mas conseguiram inspirar gerações de engenheiros à passar para a realidade tal conceito. Além disso com uma ideia ou outra eles conseguiram pincelar um pouco o futuro dessa tecnologia. Heinlein, sem dúvida, foi o que mais contribuiu, passando não só as vantagens dos trajes como uma possível doutrina de uso.

Não é atoa que após a publicação de tropas estelares o primeiro projeto real de traje mecanizado foi conduzido nos EUA.

Na próxima postagem: Trajes Mecanizados: ... a realidade, vamos abordar o projeto hardiman.

Trajes Mecanizados: O conceito.

"Um traje não é um traje espacial - embora possa servir como um. Não é primariamente uma armadura - embora os Cavaleiros da Távola Redonda não estivessem tão bem blindados como nós. Não é um tanque - mas um só soldado IM. poderia enfrentar um esquadrão daquelas coisas e acabar com elas sem ajuda se alguém fosse tolo o bastante para colocar tanques contra IM. Um traje não é uma nave mas pode voar,

 um pouco - por outro lado, nem naves, nem aeroplanos podem lutar contra um homem num traje exceto por bombardeio de saturação da área onde ele se encontra (como queimar uma casa para pegar uma pulga!). Inversamente, podemos fazer muitas coisas que nenhuma nave - no ar, na água ou no espaço podem." (Tropas Estelares)

Foi com essas palavras que Robert A. Heinlein descreveu o traje mecanizado, em seu romance intitulado "tropas estelares", em 1959. A ideia de uma vestimenta que não só fornecesse uma defesa favorável ao seu usuário, como também potencializasse  sua força e agilidade porém é bem antiga.

Uma das capas do livro "tropas estelares"

Armaduras Mágicas:

Em diversas culturas existem lendas que falam de peças de armaduras que davam muito mais do que uma proteção extra à seu usuário. O cinturão de Thor (bem... isso não é bem uma armadura) dobrava a força do deus, o Tarnhelm, também da mitologia nórdica/germânica, possibilitava seu dono mudar de forma e até ficar invisível tal qual o elmo da escuridão de Hades. O escudo de Lancelot o curou instantaneamente em um episódio e lhe dava a força de três homens! Há outras vestimentas que também davam poderes incríveis à seus usuários como as sandálias de mercúrio que tinham asas e as botas de sete-léguas e a invulnerável armadura de Aquiles.

Aumento de força, super-camuflagem, aumento de mobilidade, defesa extrema, desde muito o imaginário do homem foi povoado por itens que pudessem transformar o comum em um grande guerreiro e verdadeiros heróis em máquinas lendárias de combate. Assim, com as revoluções industriais e o surgimento de máquinas que facilitavam o trabalho e possibilitavam que um homem sozinho fizesse o serviço de outros trinta, não é de se espantar que tais idéias começassem a deixar o mundo das lendas...

Os precursores:

Em 25 de julho de 1889, o inventor russo Nicholas Yagin enviou ao escritório de patentes dos Estados Unidos da América um pedido de patente de um "aparato para facilitar a caminhada, corrida e salto". O aparelho agia passivamente, armazenando a energia do movimento das pernas do próprio usuário, aplicando-a nos momentos devidos. Essa estranha geringonça não era um traje mecanizado propriamente dito, uma vez que não fornecia energia extra ao seu usuário e não tinha motor próprio.

Carta patente do aparato.

Figura retirada da carta patente

Em 1917 foi a vez de um norte-americano, Leslie C. Kelley, ajudar a tecnologia dos exoesqueletos a dar seus primeiros passos. Ele enviou um pedido de patente de sua máquina chamada "pedomotor". Tal invento também utilizava um "motor à vapor" e ligamentos paralelos à musculatura do usuário para amplificar o poder de corrida do usuário.

Carta patente do pedomotor

Figura retirada da carta patente

O que seria então um traje mecanizado?

Nem o pedomotor, nem o aparato para facilitar a caminhada, a corrida e o salto foram trajes mecanizados propriamente ditos. Sendo assim, o que seria um traje mecanizado?

Um traje mecanizado é uma vestimenta que acompanha os movimentos de seu usuário e os potencializa, por meio de motores localizados e um suprimento próprio de energia. Sendo assim, o "aparatus" por depender da energia gerada pelo movimento de seu usuário, não é nem parte de um traje mecanizado, já o pedomotor não acompanha a movimentação de quem o veste, sendo limitado à corrida e a caminhada, não podendo ser usado para chutes, saltos e dependo de uma partida do motor.

Um traje mecanizado basicamente consiste de um conjunto de sensores, para avaliar o movimento realizado pelo seu usuário, uma central de processamento, para analisar a intensidade do movimento e comandar os motores que irão intensificar as ações de quem o comanda.

Basicamente um traje mecanizado proporciona aumento na força e velocidade de quem o veste, mas seus benefícios podem ser estendidos à proteção extra, tanto física quanto QBN (química, biológica e nuclear), otimização dos sentidos (equipamentos de visão noturna embutidos, microfone de longo alcance...) e no futuro à camuflagem, podendo isolar o calor do usuário e do fornecimento de energia, dificultando o traje de ser captado em equipamentos de infravermelho, tratamento contra ruídos, tornando sua operação silenciosa e até um sistema de "mesclagem", dando-o a capacidade de ter uma pseudo-invisibilidade.

Exoesqueleto norte-americano XOS

Mechas e bípedes:

Enquanto já existem protótipos até de trajes mecanizados, um mecha é um conceito que por enquanto meramente ficcional. No entanto quando nos referimos ao primeiro, para muitas pessoas a imagem que é remetida é do segundo.

O termo "mecha" aqui, apesar de ter sido pego emprestado do universo de animes e tokusatus, não se refere à robôs gigantescos tripulados. Mas sim máquinas humanoides, não tão grandes assim, tripuladas. Ok, ainda não está fácil fazer a distinção do "mecha possível" do "fictício" e do exoesqueleto, então vamos tentar novamente: Um mecha possível não é um robô de tamanho absurdo e sem sentido, e sim uma plataforma de armas que usa pernas mecânicas para se locomover (meio que teoricamente daria maior mobilidade em terrenos irregulares, cheios de entulho, estreitos...) e braços mecânicos armados. Diferente de um exoesqueleto, um "mecha" não é uma "vestimenta", o seu operador teoricamente ficaria em um cockpit. Um mecha também não tem o compromisso de amplificar os movimentos do seu usuário:  as pernas mecanizadas podem fazer apenas movimentos pré-programados sem se importar com o movimento das pernas do piloto e os braços mecanizados, que não são obrigatórios, podem ser operados como um braço robótico normal, podendo ter inclusive menor grau de liberdade que um braço humano.

Ou seja, basicamente a diferença entre um traje mecanizado e um "mecha", é que o segundo precisa de uma programação para seus movimentos e o primeiro não, quem faz o movimento é o usuário e o traje só potencializa. Por causa dessa característica inclusive, um traje mecanizado pode ser usado para a recuperação de uma pessoa com deficiências, enquanto um "mecha" não.

Kuratas, um "mecha" japonês. Apenas entretenimento.

O Futuro da guerra:

Soldados se correndo dezenas de quilômetros por hora, saltando alturas incríveis, completamente imunes aos calibres anti-pessoais convencionais e com força sobre-humana. Essas "armaduras mágicas" modernas que prometem revolucionar o campo de batalha, parecem coisa de filme. De fato a ficção explorou muito os trajes mecanizados. Confira nossa próxima postagem: saindo da ficção.

Pernas cibernéticas e trajes mecanizados.

Já faz algum tempo e eu postei uma notícia no site do grupo PET Mecatrônica/BSI do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais, Campus Juiz de Fora, sobre as "Hercule", pernas mecatrônicas que o ministério da Defesa Francês está adotando para as suas forças. Elas, que são silenciosas e fáceis de usar, tem autonomia de cerca de 20km, alcançando velocidade de 4km/h e suportando 100kg de carga. Entre suas aplicações estariam missões de infiltração e uso por parte do pessoal de armamentos pesados. Apesar de não parecer grande coisa (a velocidade não é alta, elas não oferecem proteção adicional ao seu usuário, provavelmente limitam os movimentos do mesmo) as Rb3d Hercule dão os primeiros passos rumo à adoção de trajes mecanizados.

Rb3d Hercule

A história dos trajes mecanizados começa em 1890, com um inventor russo chamado Nicholas Yagin, que fez um sistema, usando gás comprimido para "armazenar energia" e aprimorar a força de movimentos humanos. Em 1917 um inventor norte-americano chamado Leslie C. Kelley inventou uma máquina à vapor chamada de pedomotor e que acompanhava os movimentos de seu usuário. Em 1959, Robert A. Heinlein difunde a ideia do uso de exoesqueletos em seu romance "Tropas Estelares", ele foi o primeiro autor de ficção científica a usar tal conceito em uma de suas obras. No ano seguinte surge o Hardiman, o primeiro "exoesqueleto" em sí. Desenvolvido em conjunto pelos militares norte-americanos e a General Eletric, o traje podia fazer um ser humano levantar 110kg como se fossem meros 4,5kg e usava sistemas hidráulicos e elétricos. O Hardiman porém era muito limitado, ele era pesado, sua velocidade muito baixa e ele era muito complexo, testes com o exoesqueleto inteiro resultavam em perda do controle e movimentos violentos, o projeto teve que ser abandonado.

Hardiman

O interesse pelo desenvolvimento de trajes mecanizados porém nunca diminuiu. A promessa de uma vestimenta que aumente a força e a velocidade de um soldado e ainda proporcione proteção extra à ele é tentadora demais para ser largada ao esquecimento. O argumento foi explorado amplamente na ficção, como nas séries warhammer 40k e com o personagem homem de ferro. Hoje existem pelo menos 8 modelos de "exoesqueletos" (contando com as pernas hercule, que fazem parte do projeto hercule para um exoesqueleto completo). A maior parte da pesquisa no ramo é norte americana e os japoneses são entram em segundo lugar na tecnologia.

XOS, um exoesqueleto norte-americano

Eu pretendo produzir, aqui no blog, um dossiê sobre essa tecnologia, suas aplicações civis e militares (principalmente militares), seus desafios, o que temos, o que teremos e como ela poderá afetar a guerra futura. Não estranhem demoras nas postagens, ou postagens pequenas e fora do tema, porque pretendo produzir o material aos poucos, com calma, para que fique algo bem feito. No mais isso é tudo.

Guerra cibernética, a nova frente.

Para defender nossa nação, precisamos comprar caças russos ou lançadores de misseis terra-ar? É necessário comprar mais leopards ou montar divisões inteiras com blindados nacionais? É de extrema urgência termos mais uma super-tropa de elite, ou devemos romper com tudo e manufaturarmos nossa primeira ogiva nuclear? Talvez devêssemos comprar alguns computadores...

Antes de protestos veementes dos, como o Rodolfo (panzertruppe) chama, "cavalos doidos", não nego a importância do blindado, do avião, da embarcação... E também sei que o infante ocupando a posição conquistada ainda é fundamental em uma guerra. Mas fatos recentes demonstram que cada vez mais o computador pode causar danos tão severos quanto uma detonação nuclear. Sim, estou falando de ataques hacker.

O primeiro registro importante de ataques desse tipo, eu considero o conflito da Geórgia em 2008. Hackers russos invadiram computadores do governo georgiano, sabotaram servidores, roubaram informações e principalmente, agiram como meio de propaganda de guerra, colocando fotos de Adolph Hitler ao lado das fotos do presidente de tal nação. A partir dai, diversos ataques à nações tem sido registrados até os mais recentes ataques à diversas empresas que pararam de apoiar o wikileaks. Sim, esses ataques estão inclusos como registros dessa "nova frente".

Da mesma forma que no mundo "real", governos enfrentam problemas com terroristas "convencionais", que usam bombas, seqüestros e assassinatos para promoverem seus ideais, o mundo virtual também tem seus terroristas, eles roubam contas de pessoas importantes em sites "sociais", censuram jornais virtuais, difamam, atacam seus bens, levando o medo e impedindo a liberdade de expressão.

Está cada dia mais claro que um país que investir em tecnologia informática, para fins bélicos, terá em suas mãos uma arma extremamente poderosa. Também fica a observação de que as pessoas não correm riscos só no mundo real e que a segurança do individuo e da nação deve ser reforçada também no virtual.