Bekjemp multifunksjonelt robotkompleks "Uran-9"
En titt på teknologi, utvikling, nåværende situasjon og utsiktene for landmobilske robotsystemer (SMRK)
Utviklingen av nye operative doktriner, spesielt for urbane krigføring og asymmetriske konflikter, vil kreve nye systemer og teknologi for å redusere tap blant militæret og sivile. Dette kan realiseres gjennom utviklingen innen SMRK, bruk av avansert teknologi for observasjon og informasjonsinnhenting, samt rekognosering og måldeteksjon, beskyttelse og strekk med høy presisjon. SMRK, i likhet med sine flygende kolleger, på grunn av den utbredte bruken av ultramoderne robotteknologi, har ikke en menneskelig operatør om bord.
Disse systemene er også uunnværlige for drift i et forurenset miljø eller for å utføre andre "dumme, skitne og farlige" oppgaver. Behovet for utvikling av avansert SMRK er forbundet med behovet for å bruke ubemannede systemer for direkte støtte på slagmarken. Ifølge noen militære eksperter vil ubebodde kjøretøyer, hvis grad av autonomi gradvis økes, bli et av de viktigste taktiske elementene i strukturen til moderne bakkestyrker.
Et robotkompleks basert på det pansrede kjøretøyet TERRAMAX M-ATV leder en kolonne med ubemannede kjøretøyer
Operasjonelle behov og utvikling av SMRK
På slutten av 2003 utstedte USAs sentrale kommando hastende, hastende forespørsler om systemer for å motvirke trusselen om improviserte eksplosive enheter (IED). Joint Ground Robotics Enterprise (JGRE) har kommet med en plan som raskt kan gi betydelige kapasitetsøkninger ved bruk av små robotmaskiner. Over tid har disse teknologiene utviklet seg, flere systemer har blitt distribuert, og brukerne har mottatt avanserte prototyper for evaluering. Som et resultat har det vært en økning i antall militært personell og enheter som er involvert innen intern sikkerhet, som har lært å bruke avanserte robotsystemer.
Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) forsker for tiden på robotteknologi innen maskinlæring, og bygger videre på utviklingen innen kunstig intelligens og bildegjenkjenning. Alle disse teknologiene, utviklet under UPI (Unmanned Perception Integration) -programmet, kan gi en bedre forståelse av miljø / terreng for et kjøretøy med god mobilitet. Resultatet av denne forskningen var en maskin kalt CRUSHER, som begynte med operativ evaluering tilbake i 2009; siden den tiden har flere prototyper blitt laget.
MPRS (Man-Portable Robotic System) -programmet fokuserer for tiden på utviklingen av autonome navigasjons- og kollisjonsforebyggende systemer for små roboter. Den identifiserer, studerer og optimaliserer også teknologier utviklet for å øke autonomien og funksjonaliteten til robotsystemer. RACS -programmet (Robotic for Agile Combat Support) utvikler ulike robotteknologier for å møte dagens trusler og operasjonelle krav, samt fremtidige behov og evner. RACS -programmet utvikler og integrerer også automatiseringsteknologier for forskjellige kampoppdrag og forskjellige plattformer, basert på konseptet om en felles arkitektur og slike grunnleggende egenskaper som mobilitet, hastighet, kontroll og interaksjon mellom flere maskiner.
Deltakelse av roboter i moderne kampoperasjoner gjør at de væpnede styrkene kan få uvurderlig erfaring i operasjonen. Flere interessante områder har dukket opp når det gjelder bruk av ubemannede luftfartøyer (UAV) og SMRK i ett operasjonsteater, og militære planleggere har til hensikt å studere dem nøye, inkludert den generelle styringen av flere plattformer, utvikling av utskiftbare innebygde systemer som kan installeres både på UAV og på SMRK med sikte på å utvide globale evner, i tillegg til ny teknologi for lovende kamp ubebodde systemer.
I henhold til eksperimentelt program ARCD (Active Range Clearance Developments), vil det såkalte scenariet om "å sikre sonens sikkerhet med automatiske midler" bli utviklet, der flere SMRK vil jobbe sammen med flere UAV. I tillegg vil det bli gjennomført en vurdering av teknologiske løsninger vedrørende bruk av radarstasjoner på ubemannede plattformer, en vurdering av integrering av kontroll- og overvåkingssystemer og systemets samlede effektivitet. Som en del av ARCD -programmet planlegger det amerikanske luftvåpenet å utvikle teknologier som er nødvendige for å øke effektiviteten av felles handlinger mellom SMRK og UAV (både fly og helikopterordninger), samt algoritmer for "sømløs" drift av sensorer for alle involverte plattformer, utveksling av navigasjonsdata og data om visse hindringer.
Intern layout av mekaniske, elektriske og elektroniske komponenter SMRK SPINNER
American Army Research Laboratory ARL (Army Research Laboratory) utfører eksperimenter som en del av sine forskningsprogrammer for å vurdere teknologiens modenhet. For eksempel utfører ARL eksperimenter som evaluerer evnen til et fullt autonomt SMRK til å oppdage og unngå å bevege biler og mennesker i bevegelse. I tillegg forsker US Navy's Space and Marine Weapons Center på nye robotteknologier og relaterte viktige tekniske løsninger, inkludert autonom kartlegging, hindring av hindringer, avanserte kommunikasjonssystemer og felles SMRK- og UAV -oppdrag.
Alle disse eksperimentene med samtidig deltakelse av flere bakke- og luftplattformer utføres under realistiske ytre forhold, preget av komplekst terreng og et sett med realistiske oppgaver der evnen til alle komponenter og systemer evalueres. Som en del av disse pilotprogrammene (og den tilhørende teknologistrategien) for utvikling av avanserte SMRC -er, er følgende retninger identifisert for å maksimere avkastningen på fremtidige investeringer:
- teknologiutvikling vil gi et teknologisk grunnlag for delsystemer og komponenter og passende integrering i SMRK -prototyper for ytelsestesting;
- ledende selskaper på dette området vil utvikle avansert teknologi som er nødvendig for å utvide omfanget av robotisering, for eksempel ved å øke rekkevidden til SMRK og øke rekkevidden av kommunikasjonskanaler; og
- risikoreduserende program vil sikre utvikling av avansert teknologi for et bestemt system og vil gjøre det mulig å overvinne noen teknologiske problemer.
Takket være utviklingen av disse teknologiene er SMRK potensielt i stand til å gi et revolusjonerende sprang fremover på militærområdet, bruken av dem vil redusere menneskelige tap og øke kampeffektiviteten. For å oppnå dette må de imidlertid kunne jobbe selvstendig, inkludert å utføre komplekse oppgaver.
Et eksempel på en væpnet SMRK. AVANTGUARD fra det israelske selskapet G-NIUS Unmanned Ground Systems
Avansert modulært robotsystem MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), bevæpnet med et maskingevær og granatkastere
Utviklet av NASA SMRK GROVER i snødekt terreng
Tekniske krav for avansert SMRK
Avanserte SMRK -er er designet og utviklet for militære oppdrag og opererer hovedsakelig under farlige forhold. I dag tilbyr mange land forskning og utvikling innen robotiserte ubemannede systemer, som i de fleste tilfeller kan fungere i ulendt terreng. Moderne SMRK kan sende videosignaler til operatøren, informasjon om hindringer, mål og andre variabler som er interessante fra et taktisk synspunkt, eller, for de mest avanserte systemene, ta helt uavhengige beslutninger. Faktisk kan disse systemene være semi-autonome når navigasjonsdata brukes sammen med innebygde sensordata og eksterne operatørkommandoer for å bestemme ruten. Et helt autonomt kjøretøy bestemmer sin egen kurs selv, ved å bare bruke innebygde sensorer for å utvikle en rute, men samtidig har operatøren alltid muligheten til å ta de nødvendige spesifikke avgjørelsene og ta kontroll i kritiske situasjoner eller i tilfelle skade til maskinen.
I dag kan moderne SMRK raskt oppdage, identifisere, lokalisere og nøytralisere mange typer trusler, inkludert fiendtlig aktivitet under stråling, kjemisk eller biologisk forurensning på forskjellige terrengtyper. Når man utvikler moderne SMRK, er hovedproblemet å lage et funksjonelt effektivt design. Nøkkelpunkter inkluderer mekanisk design, en pakke med innebygde sensorer og navigasjonssystemer, interaksjon mellom mennesker og roboter, mobilitet, kommunikasjon og strøm / energiforbruk.
Krav til robot-menneske-interaksjon inkluderer svært komplekse grensesnitt mellom mennesker og maskiner, og derfor må multimodale tekniske løsninger utvikles for trygge og vennlige grensesnitt. Moderne teknologi for robot-menneske-interaksjon er veldig kompleks og vil kreve mange tester og evalueringer under realistiske driftsforhold for å oppnå gode pålitelighetsnivåer, både i interaksjon mellom mennesker og robot og i robot-robot-interaksjon.
Bevæpnet SMRK utviklet av det estiske selskapet MILREM
Målet for designerne er en vellykket utvikling av en SMRK som er i stand til å utføre oppgaven dag og natt i vanskelig terreng. For å oppnå maksimal effektivitet i hver spesifikke situasjon, bør SMRK kunne bevege seg på alle typer terreng med hindringer i høy hastighet, med høy manøvrerbarhet og raskt endre retning uten en vesentlig reduksjon i hastighet. Mobilitetsrelaterte designparametere inkluderer også kinematiske egenskaper (først og fremst evnen til å opprettholde kontakt med bakken under alle forhold). SMRK har, i tillegg til fordelen at den ikke har begrensningene iboende hos mennesker, også ulempen med behovet for å integrere komplekse mekanismer som kan erstatte menneskelige bevegelser. Designkravene for kjøreytelse må integreres med sensingteknologi, samt sensor- og programvareutvikling for å oppnå god mobilitet og evne til å unngå forskjellige typer hindringer.
Et av de ekstremt viktige kravene til høy mobilitet er evnen til å bruke informasjon om det naturlige miljøet (klatringer, vegetasjon, steiner eller vann), menneskeskapte gjenstander (broer, veier eller bygninger), vær og fiendtlige hindringer (minefelt eller hindringer). I dette tilfellet blir det mulig å bestemme egne posisjoner og fiendeposisjoner, og ved å anvende en betydelig endring i hastighet og retning, øker SMRKs sjanser til å overleve under fiendens ild betydelig. Slike tekniske egenskaper gjør det mulig å utvikle væpnet rekognosering SMRK som er i stand til å utføre rekognoserings-, observasjons- og målinnsamlingsoppgaver, brannoppdrag i nærvær av et kompleks av våpen, og også i stand til å oppdage trusler for selvforsvarsformål (gruver, fiendtlige våpensystemer), etc.).
Alle disse kampfunksjonene må implementeres i sanntid for å unngå trusler og nøytralisere fienden, enten ved å bruke sine egne våpen eller kommunikasjonskanaler med eksterne våpensystemer. Høy mobilitet og evnen til å lokalisere og spore fiendens mål og aktivitet under vanskelige kampforhold er ekstremt viktig. Dette krever utvikling av intelligent SMRK som er i stand til å spore fiendens aktivitet i sanntid på grunn av de innebygde komplekse algoritmene for å gjenkjenne bevegelser.
Avanserte muligheter, inkludert sensorer, algoritmer for datafusjon, proaktiv visualisering og databehandling, er avgjørende og krever en moderne maskinvare- og programvarearkitektur. Når du utfører en oppgave i moderne SMRK, brukes GPS -systemet, en treghetsmåleenhet og et treghetsnavigasjonssystem for å estimere plasseringen.
Ved å bruke navigasjonsdataene som er oppnådd takket være disse systemene, kan SMRK uavhengig bevege seg i henhold til kommandoene til det innebygde programmet eller fjernkontrollsystemet. Samtidig er SMRK i stand til å sende navigasjonsdata til en fjernkontrollstasjon med korte intervaller, slik at operatøren vet om den nøyaktige plasseringen. Helt autonome SMRK -er kan planlegge sine handlinger, og for dette er det helt nødvendig å utvikle en rute som utelukker kollisjoner, samtidig som de minimerer slike grunnleggende parametere som tid, energi og avstand. En navigasjonscomputer og en datamaskin med informasjon kan brukes til å plotte den optimale ruten og korrigere den (laseravstandsmålere og ultralydsensorer kan brukes til effektivt å oppdage hindringer).
Komponenter av en prototype bevæpnet SMRK utviklet av indiske studenter
Design av navigasjons- og kommunikasjonssystemer
Et annet viktig problem i utviklingen av et effektivt SMRK er utformingen av navigasjons- / kommunikasjonssystemet. Digitale kameraer og sensorer er installert for visuell tilbakemelding, mens infrarøde systemer er installert for nattdrift; operatøren kan se videobildet på datamaskinen sin og sende noen grunnleggende navigasjonskommandoer til SMRK (høyre / venstre, stopp, fremover) for å korrigere navigasjonssignalene.
Når det gjelder fullt autonomt SMRK, er visualiseringssystemer integrert med navigasjonssystemer basert på digitale kart og GPS -data. For å lage en helt autonom SMRK, for grunnleggende funksjoner som navigasjon, vil det være nødvendig å integrere systemer for oppfatning av eksterne forhold, ruteplanlegging og en kommunikasjonskanal.
Mens integrasjonen av navigasjonssystemer for enkelt SMRK er på et avansert stadium, er utviklingen av algoritmer for planlegging av samtidig drift av flere SMRK og felles oppgaver for SMRK og UAV på et tidlig stadium, siden det er svært vanskelig å etablere kommunikasjonsinteraksjon mellom flere robotsystemer samtidig. De pågående eksperimentene vil bidra til å bestemme hvilke frekvenser og frekvensområder som er nødvendige og hvordan kravene vil variere for en bestemt applikasjon. Når disse egenskapene er bestemt, vil det være mulig å utvikle avanserte funksjoner og programvare for flere robotmaskiner.
Ubemannet K-MAX helikopter transporterer SMSS (Squad Mission Support System) robotbil under autonomi tester; mens piloten var i K-MAX cockpit, men ikke kontrollerte den
Kommunikasjonsmidler er svært viktige for funksjonen til SMRK, men trådløse løsninger har ganske betydelige ulemper, siden den etablerte kommunikasjonen kan gå tapt på grunn av interferens forbundet med terrenget, hindringer eller aktiviteten til fiendens elektroniske undertrykkelsessystem. Nyere utvikling i maskin-til-maskin-kommunikasjonssystemer er veldig interessant, og takket være denne forskningen kan rimelig og effektivt utstyr for kommunikasjon mellom robotplattformer opprettes. Standarden for spesiell kortdistansekommunikasjon DRSC (Dedicated Short-Range Communication) vil bli brukt under reelle forhold for kommunikasjon mellom SMRK og mellom SMRK og UAV. Mye oppmerksomhet er for tiden viet til å sikre kommunikasjonssikkerheten i nettverkssentrerte operasjoner, og derfor bør fremtidige prosjekter innen bemannede og ubebodde systemer være basert på avanserte løsninger som overholder vanlige grensesnittstandarder.
I dag er kravene til kortsiktige laveffektoppgaver stort sett oppfylt, men det er problemer med plattformer som utfører langsiktige oppgaver med høyt strømforbruk, spesielt en av de mest presserende problemene er videostreaming.
Brensel
Alternativene for energikilder avhenger av typen system: for små SMRK -er kan energikilden være et avansert oppladbart batteri, men for større SMRK -er kan konvensjonelt drivstoff generere nødvendig energi, noe som gjør det mulig å implementere et opplegg med elektrisk motorgenerator eller en ny generasjon hybrid elektrisk fremdriftssystem. De mest åpenbare faktorene som påvirker energiforsyningen er miljøforhold, maskinvekt og dimensjoner, og oppgavetid. I noen tilfeller må strømforsyningssystemet bestå av et drivstoffsystem som hovedkilde og et oppladbart batteri (redusert synlighet). Valget av riktig energitype avhenger av alle faktorer som påvirker oppgavens utførelse, og energikilden må gi nødvendig mobilitet, uavbrutt drift av kommunikasjonssystemet, sensorsettet og våpenkomplekset (hvis det er noe).
I tillegg er det nødvendig å løse tekniske problemer knyttet til mobilitet på vanskelig terreng, oppfatning av hindringer og selvkorrigering av feilaktige handlinger. Som en del av moderne prosjekter har nye avanserte robotteknologier blitt utviklet angående integrering av innebygde sensorer og databehandling, rutevalg og navigering, deteksjon, klassifisering og unngåelse av hindringer, samt eliminering av feil knyttet til tap av kommunikasjon og plattformdestabilisering. Autonom terrengnavigasjon krever at kjøretøyet skiller terrenget, som inkluderer 3D-orografi av terrenget (terrengbeskrivelse) og identifisering av hindringer som steiner, trær, stillestående vannmasser osv. De generelle evnene øker stadig, og i dag kan vi allerede snakke om et tilstrekkelig høyt definisjonsnivå for bildet av terrenget, men bare på dagtid og i godt vær, men mulighetene til robotplattformer i et ukjent rom og i dårlig vær forholdene er fortsatt utilstrekkelige. I denne forbindelse utfører DARPA flere eksperimentelle programmer, hvor evnen til robotplattformer testes i ukjent terreng, i alle vær, dag og natt. DARPA-programmet, kalt Applied Research in AI (Applied Research in Artificial Intelligence), forsker på intelligente beslutninger og andre avanserte teknologiske løsninger for autonome systemer for spesifikke applikasjoner i avanserte robotsystemer, samt utvikler autonome multirobotiske læringsalgoritmer for å utføre felles oppgaver, som vil tillate grupper av roboter å automatisk behandle nye oppgaver og omfordele roller seg imellom.
Som allerede nevnt bestemmer driftsforholdene og oppgavetypen utformingen av en moderne SMRK, som er en mobil plattform med strømforsyning, sensorer, datamaskiner og programvarearkitektur for persepsjon, navigasjon, kommunikasjon, læring / tilpasning, interaksjon mellom en robot og en person. I fremtiden vil de være mer multilaterale, ha et økt nivå av forening og interaksjon, og vil også være mer effektive fra et økonomisk synspunkt. Av spesiell interesse er systemer med modulær nyttelast, som gjør at maskinene kan tilpasses forskjellige oppgaver. I det neste tiåret vil robotbiler basert på åpen arkitektur bli tilgjengelige for taktiske operasjoner og beskyttelse av baser og annen infrastruktur. De vil bli preget av et betydelig nivå av enhetlighet og autonomi, høy mobilitet og modulære innebygde systemer.
SMRK -teknologien for militære applikasjoner utvikler seg raskt, noe som vil gjøre det mulig for mange væpnede styrker å fjerne soldater fra farlige oppgaver, inkludert å oppdage og ødelegge IED, rekognosering, beskytte sine styrker, minedrift og mye mer. For eksempel har konseptet med den amerikanske hærens brigades kampgrupper, gjennom avanserte datasimuleringer, kamptrening og kampopplevelse i den virkelige verden, vist at robotbiler har forbedret overlevelsesevnen til bemannede bakkekjøretøyer og betydelig forbedret kampeffektivitet. Utviklingen av lovende teknologier, som mobilitet, autonomi, utstyr med våpen, grensesnitt mellom mennesker og maskiner, kunstig intelligens for robotsystemer, integrasjon med andre SMRK og bemannede systemer, vil gi en økning i evnen til ubebodde bakkesystemer og deres nivå på autonomi.
Russisk slagverk robotkompleks Platform-M utviklet av NITI "Progress"
