Borbeni višenamjenski robotski kompleks "Uran-9"
Pogled na tehnologiju, razvoj, trenutno stanje i perspektive kopnenih mobilnih robotskih sistema (SMRK)
Razvoj novih operativnih doktrina, posebno za urbano ratovanje i asimetrične sukobe, zahtijevat će nove sisteme i tehnologiju kako bi se smanjile žrtve među vojskom i civilima. To se može postići razvojem na području SMRK-a, upotrebom naprednih tehnologija za promatranje i prikupljanje informacija, kao i izviđanjem i otkrivanjem ciljeva, zaštitom i preciznim udarima. SMRK, poput njihovih letećih kolega, zbog široke upotrebe ultramodernih robotskih tehnologija, nemaju ljudskog operatera na brodu.
Ovi sistemi su takođe neophodni za rad u zagađenom okruženju ili za obavljanje drugih "glupih, prljavih i opasnih" zadataka. Potreba za razvojem naprednog SMRK -a povezana je s potrebom korištenja bespilotnih sistema za direktnu podršku na bojnom polju. Prema nekim vojnim stručnjacima, nenaseljena vozila, čija će se autonomija postupno povećavati, postat će jedan od najvažnijih taktičkih elemenata u strukturi modernih kopnenih snaga.
Robotski kompleks zasnovan na oklopnom vozilu TERRAMAX M-ATV vodi kolonu bespilotnih vozila
Operativne potrebe i razvoj SMRK -a
Krajem 2003. godine, Centralna komanda SAD -a izdala je hitne, hitne zahtjeve za sisteme za suzbijanje prijetnje od improvizovanih eksplozivnih naprava (IED). Zajedničko kopneno robotsko preduzeće (JGRE) smislilo je plan koji bi mogao brzo osigurati značajno povećanje sposobnosti upotrebom malih robotskih mašina. Vremenom su te tehnologije evoluirale, bilo je postavljeno više sistema, a korisnici su dobili napredne prototipe za procjenu. Kao rezultat toga, došlo je do povećanja broja vojnog osoblja i jedinica uključenih u oblast unutrašnje sigurnosti, koje su naučile da upravljaju naprednim robotskim sistemima.
Agencija za napredne odbrambene projekte (DARPA) trenutno istražuje robotsku tehnologiju u strojnom učenju, nadovezujući se na svoj razvoj u umjetnoj inteligenciji i prepoznavanju slika. Sve ove tehnologije, razvijene u okviru programa UPI (Unmanned Perception Integration), mogu pružiti bolje razumijevanje okoliša / terena za vozilo s dobrom pokretljivošću. Rezultat ovog istraživanja bila je mašina zvana CRUSHER, koja je započela operativnu evaluaciju još 2009. godine; od tada je napravljeno još nekoliko prototipova.
MPRS (Man-Portable Robotic System) program trenutno se fokusira na razvoj autonomne navigacije i sistema za izbjegavanje sudara za male robote. Također identificira, proučava i optimizira tehnologije razvijene za povećanje razine autonomije i funkcionalnosti robotskih sistema. Program RACS (Robotic for Agile Combat Support) razvija različite robotske tehnologije kako bi zadovoljio trenutne prijetnje i operativne zahtjeve, kao i buduće potrebe i sposobnosti. Program RACS također razvija i integrira tehnologije automatizacije za različite borbene misije i različite platforme, zasnovane na konceptu zajedničke arhitekture i temeljnim karakteristikama kao što su mobilnost, brzina, kontrola i interakcija nekoliko mašina.
Učešće robota u savremenim borbenim operacijama omogućava oružanim snagama da steknu neprocjenjivo iskustvo u svojim operacijama. Pojavilo se nekoliko zanimljivih područja u vezi s upotrebom bespilotnih letjelica (bespilotnih letjelica) i SMRK -ova u jednom operativnom prostoru, a vojni planeri namjeravaju ih pažljivo proučiti, uključujući općenito upravljanje nekoliko platformi, razvoj zamjenjivih sistema na brodu koji se mogu instalirati na bespilotne letelice i na SMRK s ciljem proširenja globalnih sposobnosti, kao i nove tehnologije za obećavajuće borbene nenaseljene sisteme.
Prema eksperimentalnom programu ARCD (Active Range Clearance Developments), razvit će se takozvani scenarij "osiguravanja sigurnosti zone automatskim putem", u kojem će nekoliko SMRK-a raditi zajedno s nekoliko bespilotnih letjelica. Osim toga, bit će provedena procjena tehnoloških rješenja u vezi s korištenjem radarskih stanica na bespilotnim platformama, procjena integracije sistema upravljanja i nadzora i ukupne efikasnosti sistema. Kao dio programa ARCD, zračne snage SAD -a planiraju razviti tehnologije potrebne za povećanje učinkovitosti zajedničkih akcija SMRK -a i bespilotnih letjelica (i zrakoplovnih i helikopterskih shema), kao i algoritme za "besprijekoran" rad senzora svih uključenih platforme, razmjena navigacijskih podataka i podataka o određenim preprekama.
Unutrašnji raspored mehaničkih, električnih i elektroničkih komponenti SMRK SPINNER
Istraživačka laboratorija američke vojske ARL (Army Research Laboratory) provodi eksperimente u sklopu svojih istraživačkih programa kako bi procijenila zrelost tehnologije. Na primjer, ARL provodi eksperimente koji procjenjuju sposobnost potpuno autonomnog SMRK -a da otkrije i izbjegne kretanje automobila i ljudi u pokretu. Osim toga, Centar za svemirsko i morsko naoružanje američke mornarice provodi istraživanje novih robotskih tehnologija i srodnih ključnih tehničkih rješenja, uključujući autonomno mapiranje, izbjegavanje prepreka, napredne komunikacijske sustave i zajedničke misije SMRK i UAV.
Svi ovi eksperimenti uz istovremeno sudjelovanje nekoliko kopnenih i zračnih platformi provode se u realnim vanjskim uvjetima, koje karakterizira složen teren i niz realnih zadataka tijekom kojih se procjenjuju sposobnosti svih komponenti i sistema. Kao dio ovih pilot programa (i pripadajuće tehnološke strategije) za razvoj naprednih SMRC -a, identificirani su sljedeći pravci kako bi se maksimizirao povrat budućih ulaganja:
- razvoj tehnologije će pružiti tehnološku osnovu za podsisteme i komponente i odgovarajuću integraciju u SMRK prototipove za testiranje performansi;
- vodeće kompanije u ovoj oblasti razvit će napredne tehnologije potrebne za proširenje opsega robotizacije, na primjer, povećanjem dometa SMRK -a i povećanjem opsega komunikacijskih kanala; i
- program za smanjenje rizika osigurat će razvoj naprednih tehnologija za određeni sistem i omogućiti prevazilaženje nekih tehnoloških problema.
Zahvaljujući razvoju ovih tehnologija, SMRK -i su potencijalno sposobni pružiti revolucionaran skok naprijed u vojnoj sferi, njihova upotreba će smanjiti ljudske gubitke i povećati borbenu efikasnost. Međutim, kako bi to postigli, moraju biti sposobni samostalno raditi, uključujući izvršavanje složenih zadataka.
Primjer naoružane SMRK. AVANTGUARD izraelske kompanije G-NIUS Unmanned Ground Systems
Napredni modularni robotski sistem MAARS (Modularni napredni naoružani robotski sistem), naoružan mitraljezom i bacačima granata
Razvila NASA SMRK GROVER na snježnim terenima
Tehnički zahtjevi za napredni SMRK
Napredni SMRK -ovi dizajnirani su i razvijeni za vojne misije i djeluju prvenstveno u opasnim uvjetima. Danas mnoge zemlje pružaju istraživanje i razvoj u području robotskih bespilotnih sistema sposobnih za rad u većini slučajeva na neravnom terenu. Moderni SMRK -ovi mogu operateru slati video signale, informacije o preprekama, ciljevima i drugim varijablama koje su zanimljive s taktičkog stajališta ili, u slučaju najnaprednijih sustava, donositi potpuno neovisne odluke. Zapravo, ovi sustavi mogu biti poluautonomni kada se koriste navigacijski podaci zajedno s podacima ugrađenog senzora i daljinskim naredbama operatera za određivanje rute. Potpuno autonomno vozilo samostalno određuje svoj kurs, koristeći samo ugrađene senzore za razvoj rute, ali istovremeno operater uvijek ima priliku donijeti potrebne posebne odluke i preuzeti kontrolu u kritičnim situacijama ili u slučaju oštećenja do mašine.
Danas, moderni SMRK -ovi mogu brzo otkriti, identificirati, lokalizirati i neutralizirati mnoge vrste prijetnji, uključujući aktivnosti neprijatelja u uvjetima radijacije, kemijske ili biološke kontaminacije na različitim vrstama terena. Prilikom razvoja modernog SMRK -a, glavni problem je stvaranje funkcionalno efikasnog dizajna. Ključne tačke uključuju mehanički dizajn, skup ugrađenih senzora i navigacionih sistema, interakciju čovjek-robot, mobilnost, komunikacije i potrošnju energije / energije.
Zahtjevi za interakciju robota i čovjeka uključuju vrlo složena sučelja čovjek-stroj i stoga se moraju razviti multimodalna tehnička rješenja za sigurna i prijateljska sučelja. Savremena tehnologija interakcije robot-čovjek vrlo je složena i zahtijevat će mnoga ispitivanja i procjene u realnim radnim uslovima kako bi se postigao dobar nivo pouzdanosti, kako u interakciji čovjek-robot, tako i u interakciji robot-robot.
Naoružani SMRK razvijen od estonske kompanije MILREM
Cilj dizajnera je uspješan razvoj SMRK -a sposobnog za obavljanje svojih zadataka danonoćno na teškim terenima. Kako bi se postigla maksimalna učinkovitost u svakoj specifičnoj situaciji, SMRK bi se trebao moći kretati po svim vrstama terena s preprekama velikom brzinom, s velikom okretnošću i brzim promjenama smjera bez značajnog smanjenja brzine. Parametri dizajna povezani s mobilnošću također uključuju kinematičke karakteristike (prvenstveno sposobnost održavanja kontakta sa tlom u svim uvjetima). SMRK ima, osim prednosti što nema ograničenja svojstvena ljudima, i nedostatak potrebe za integriranjem složenih mehanizama koji mogu zamijeniti ljudska kretanja. Dizajn zahtjevi za performanse vožnje moraju biti integrirani s tehnologijom sensinga, kao i razvojem senzora i softvera kako bi se postigla dobra mobilnost i mogućnost izbjegavanja različitih vrsta prepreka.
Jedan od izuzetno važnih zahtjeva za visoku pokretljivost je sposobnost korištenja informacija o prirodnom okruženju (usponi, vegetacija, kamenje ili voda), objektima koje je stvorio čovjek (mostovi, putevi ili zgrade), vremenskim prilikama i neprijateljskim preprekama (minska polja ili prepreke). U tom slučaju postaje moguće odrediti vlastite položaje i neprijateljske položaje, a primjenom značajne promjene brzine i smjera, šanse SMRK -a za preživljavanje pod neprijateljskom vatrom značajno se povećavaju. Takve tehničke karakteristike omogućuju razvoj oružanog izviđačkog SMRK-a sposobnog za izvršavanje zadataka izviđanja, osmatranja i hvatanja ciljeva, vatrenih misija u prisustvu kompleksa naoružanja, a također i za otkrivanje prijetnji u svrhe samoodbrane (mine, neprijateljski oružani sistemi itd.).
Sve ove borbene sposobnosti moraju se primijeniti u stvarnom vremenu kako bi se izbjegle prijetnje i neutralizirali neprijatelji, koristeći vlastito oružje ili komunikacijske kanale s udaljenim sistemima naoružanja. Velika mobilnost i sposobnost lokalizacije i praćenja neprijateljskih ciljeva i aktivnosti u teškim borbenim uvjetima izuzetno su važni. To zahtijeva razvoj inteligentnog SMRK-a sposobnog za praćenje neprijateljskih aktivnosti u stvarnom vremenu zbog ugrađenih složenih algoritama za prepoznavanje pokreta.
Napredne mogućnosti, uključujući senzore, algoritme za fuziju podataka, proaktivnu vizualizaciju i obradu podataka, neophodne su i zahtijevaju modernu hardversku i softversku arhitekturu. Prilikom izvršavanja zadatka u modernom SMRK -u, GPS sistem, inercijalna mjerna jedinica i inercijalni navigacijski sistem koriste se za procjenu lokacije.
Koristeći navigacijske podatke dobivene zahvaljujući ovim sistemima, SMRK se može samostalno kretati u skladu s naredbama programa na vozilu ili sistema daljinskog upravljanja. U isto vrijeme, SMRK može slati navigacijske podatke udaljenoj kontrolnoj stanici u kratkim intervalima, tako da operater zna za njenu tačnu lokaciju. Potpuno autonomni SMRK -ovi mogu planirati svoje akcije, a za to je apsolutno potrebno razviti rutu koja isključuje sudare, uz minimiziranje osnovnih parametara kao što su vrijeme, energija i udaljenost. Navigacijski računar i računar s informacijama mogu se koristiti za iscrtavanje optimalne rute i njeno ispravljanje (laserski daljinomjeri i ultrazvučni senzori mogu se koristiti za učinkovito otkrivanje prepreka).
Sastavni dijelovi prototipa naoružanog SMRK -a koji su razvili indijski studenti
Projektovanje navigacionih i komunikacionih sistema
Drugi važan problem u razvoju efikasnog SMRK -a je dizajn navigacijskog / komunikacijskog sistema. Digitalni fotoaparati i senzori ugrađeni su za vizuelnu povratnu informaciju, dok su infracrveni sistemi instalirani za noćni rad; operater može vidjeti video sliku na svom računaru i poslati neke osnovne naredbe za navigaciju SMRK -u (desno / lijevo, stop, naprijed) kako bi ispravio navigacijske signale.
U slučaju potpuno autonomnog SMRK -a, sistemi vizualizacije su integrirani sa navigacijskim sistemima zasnovanim na digitalnim kartama i GPS podacima. Za stvaranje potpuno autonomnog SMRK -a za osnovne funkcije poput navigacije bit će potrebno integrirati sisteme za percepciju vanjskih uvjeta, planiranje rute i komunikacijski kanal.
Iako je integracija navigacijskih sustava za jednu SMRK u poodmakloj fazi, razvoj algoritama za planiranje istovremenog rada nekoliko SMRK -a i zajedničkih zadataka SMRK -a i UAV -a je u ranoj fazi, jer je vrlo teško uspostaviti komunikacijsku interakciju između nekoliko robotskih sistema odjednom. Eksperimenti koji su u toku pomoći će odrediti koje su frekvencije i rasponi frekvencija potrebni i kako će se zahtjevi razlikovati za određenu aplikaciju. Nakon što se ove karakteristike utvrde, bit će moguće razviti napredne funkcije i softver za nekoliko robotskih strojeva.
Bespilotni helikopter K-MAX prenosi robotsko vozilo SMSS (Squad Mission Support System) tokom testova autonomije; dok je pilot bio u pilotskoj kabini K-MAX, ali nije njime upravljao
Komunikacijska sredstva su vrlo važna za funkcioniranje SMRK -a, ali bežična rješenja imaju prilično značajne nedostatke, jer se uspostavljena komunikacija može izgubiti zbog smetnji povezanih s terenom, preprekama ili djelovanjem neprijateljskog elektroničkog sistema za suzbijanje. Najnovija dostignuća u komunikacijskim sistemima između strojeva vrlo su zanimljiva, a zahvaljujući ovom istraživanju može se stvoriti pristupačna i učinkovita oprema za komunikaciju između robotskih platformi. Standard za posebnu komunikaciju kratkog dometa DRSC (Dedicated Short-Range Communication) će se primjenjivati u stvarnim uslovima za komunikaciju između SMRK-a i između SMRK-a i UAV-a. Trenutno se velika pažnja posvećuje osiguranju sigurnosti komunikacije u operacijama usmjerenim na mrežu, pa bi stoga budući projekti u području sistema s ljudskom posadom i nenaseljenih trebali biti zasnovani na naprednim rješenjima koja su u skladu sa zajedničkim standardima interfejsa.
Danas su zahtjevi za kratkoročne zadatke male snage u velikoj mjeri ispunjeni, ali postoje problemi s platformama koje izvode dugoročne zadatke s velikom potrošnjom energije, posebno jedno od najhitnijih pitanja je prijenos videozapisa.
Gorivo
Opcije za izvore energije ovise o vrsti sistema: za male SMRK -ove, izvor energije može biti napredna punjiva baterija, ali za veće SMRK -ove konvencionalno gorivo može generirati potrebnu energiju, što omogućuje implementaciju sheme s električnim motor-generator ili hibridni električni pogonski sistem nove generacije. Najočigledniji faktori koji utječu na opskrbu energijom su okolišni uvjeti, težina i dimenzije stroja te vrijeme izvršavanja zadataka. U nekim slučajevima sistem napajanja mora se sastojati od sistema goriva kao glavnog izvora i punjive baterije (smanjena vidljivost). Izbor odgovarajuće vrste energije ovisi o svim faktorima koji utječu na izvršavanje zadatka, a izvor energije mora osigurati potrebnu mobilnost, neprekidan rad komunikacijskog sistema, senzorskog seta i kompleksa naoružanja (ako ih ima).
Osim toga, potrebno je riješiti tehničke probleme povezane s mobilnošću na teškim terenima, percepcijom prepreka i samoispravljanjem pogrešnih radnji. Kao dio modernih projekata, razvijene su nove napredne robotske tehnologije koje se odnose na integraciju ugrađenih senzora i obradu podataka, odabir rute i navigaciju, otkrivanje, klasifikaciju i izbjegavanje prepreka, kao i uklanjanje grešaka povezanih s gubitkom komunikacije i destabilizacija platforme. Autonomna terenska navigacija zahtijeva da vozilo razlikuje teren, što uključuje 3D orografiju terena (opis terena) i identifikaciju prepreka kao što su kamenje, drveće, ustajale vode itd. Opće sposobnosti se stalno povećavaju i već danas možemo govoriti o dovoljno visokom nivou definicije slike terena, ali samo danju i po lijepom vremenu, ali o mogućnostima robotskih platformi u nepoznatom prostoru i po lošem vremenu uslovi su i dalje nedovoljni. S tim u vezi, DARPA provodi nekoliko eksperimentalnih programa, gdje se sposobnosti robotskih platformi testiraju na nepoznatom terenu, po bilo kojem vremenu, danju i noću. Program DARPA, nazvan Primijenjena istraživanja u umjetnoj inteligenciji (Applied Research in Artificial Intelligence), istražuje inteligentno donošenje odluka i druga napredna tehnološka rješenja za autonomne sisteme za posebne aplikacije u naprednim robotskim sistemima, kao i razvoj autonomnih multi-robotskih algoritama za izvođenje zajednički zadaci, koji će omogućiti grupama robota da automatski obrađuju nove zadatke i međusobno preraspodjeljuju uloge.
Kao što je već spomenuto, radni uvjeti i vrsta zadatka određuju dizajn modernog SMRK -a, koji je mobilna platforma s napajanjem, senzorima, računalima i softverskom arhitekturom za percepciju, navigaciju, komunikaciju, učenje / adaptaciju, interakciju između robot i osoba. U budućnosti će biti više multilateralni, imaće povećan nivo objedinjavanja i interakcije, a takođe će biti efikasniji sa ekonomskog stanovišta. Posebno su interesantni sistemi sa modularnim korisnim opterećenjem koji omogućavaju prilagođavanje mašina za različite zadatke. U sljedećoj deceniji robotska vozila zasnovana na otvorenoj arhitekturi postat će dostupna za taktičke operacije i zaštitu baza i druge infrastrukture. Odlikovat će ih značajan nivo ujednačenosti i autonomije, velika mobilnost i modularni ugrađeni sistemi.
SMRK tehnologija za vojne primjene brzo se razvija, što će omogućiti mnogim oružanim snagama uklanjanje vojnika iz opasnih zadataka, uključujući otkrivanje i uništavanje IED -a, izviđanje, zaštitu njihovih snaga, razminiranje i još mnogo toga. Na primjer, koncept borbenih grupa brigade američke vojske, putem naprednih kompjuterskih simulacija, borbene obuke i borbenog iskustva u stvarnom svijetu, pokazao je da su robotska vozila poboljšala opstanak kopnenih vozila s posadom i značajno poboljšala borbenu efikasnost. Razvoj tehnologija koje obećavaju, kao što su mobilnost, autonomija, opremanje oružjem, interfejs čovjek-mašina, umjetna inteligencija za robotske sisteme, integracija s drugim SMRK-om i sistemima s ljudskom posadom, omogućit će povećanje sposobnosti nenaseljenih zemaljskih sistema i njihov nivo autonomija.
Ruski udaraljkaški robotski kompleks Platform-M koji je razvila NITI "Progress"
