Bekæmp multifunktionelt robotkompleks "Uran-9"
Et kig på teknologi, udvikling, aktuelle situation og udsigter for mobile mobile robotsystemer (SMRK)
Udviklingen af nye operationelle doktriner, især for bykrig og asymmetriske konflikter, vil kræve nye systemer og teknologi for at reducere tab blandt militæret og civile. Dette kan realiseres gennem udviklingen inden for SMRK, brug af avancerede teknologier til observation og informationsindsamling samt rekognoscering og måldetektion, beskyttelse og højpræcisionsstrejke. SMRK har ligesom deres flyvende modstykker på grund af den udbredte brug af ultramoderne robotteknologier ikke en menneskelig operatør om bord.
Disse systemer er også uundværlige til drift i et forurenet miljø eller til at udføre andre "dumme, beskidte og farlige" opgaver. Behovet for udvikling af avanceret SMRK er forbundet med behovet for at bruge ubemandede systemer til direkte støtte på slagmarken. Ifølge nogle militære eksperter vil ubeboede køretøjer, hvis autonomi gradvist vil blive øget, blive et af de vigtigste taktiske elementer i strukturen af moderne jordstyrker.
Et robotkompleks baseret på det pansrede køretøj TERRAMAX M-ATV fører en søjle med ubemandede køretøjer
Operationelle behov og udvikling af SMRK
I slutningen af 2003 udsendte den amerikanske centralkommando hastende og hastende anmodninger om systemer til at imødegå truslen om improviserede eksplosive enheder (IED'er). Joint Ground Robotics Enterprise (JGRE) er kommet med en plan, der hurtigt kan give betydelige stigninger i kapaciteter ved brug af små robotmaskiner. Over tid har disse teknologier udviklet sig, flere systemer er blevet implementeret, og brugerne har modtaget avancerede prototyper til evaluering. Som følge heraf er der sket en stigning i antallet af militærpersonale og enheder involveret inden for intern sikkerhed, som har lært at betjene avancerede robotsystemer.
Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) forsker i øjeblikket i robotteknologi inden for maskinlæring og bygger på udviklingen inden for kunstig intelligens og billedgenkendelse. Alle disse teknologier, der er udviklet under UPI (Unmanned Perception Integration) -programmet, er i stand til at give en bedre forståelse af miljøet / terrænet for et køretøj med god mobilitet. Resultatet af denne forskning var en maskine kaldet CRUSHER, som begyndte operationel evaluering tilbage i 2009; siden den tid er der blevet lavet flere prototyper.
MPRS-programmet (Man-Portable Robotic System) fokuserer i øjeblikket på udviklingen af autonome navigations- og kollisionsforebyggelsessystemer til små robotter. Det identificerer, studerer og optimerer også teknologier udviklet til at øge autonomi og funktionalitet i robotsystemer. RACS -programmet (Robotic for Agile Combat Support) udvikler forskellige robotteknologier til at imødekomme aktuelle trusler og operationelle krav samt fremtidige behov og kapaciteter. RACS -programmet udvikler og integrerer også automatiseringsteknologier til forskellige kampopgaver og forskellige platforme, baseret på konceptet om en fælles arkitektur og sådanne grundlæggende egenskaber som mobilitet, hastighed, kontrol og interaktion mellem flere maskiner.
Robots deltagelse i moderne kampoperationer gør det muligt for de væbnede styrker at få uvurderlig erfaring i deres operation. Flere interessante områder er dukket op vedrørende brugen af ubemandede luftfartøjer (UAV'er) og SMRK'er i et operationelt teater, og militære planlæggere har til hensigt at undersøge dem omhyggeligt, herunder den generelle ledelse af flere platforme, udvikling af udskiftelige onboard -systemer, der kan installeres både på UAV'er og på SMRK med det formål at udvide globale kapaciteter samt nye teknologier til lovende bekæmpelse af ubeboede systemer.
Ifølge forsøgsprogrammet ARCD (Active Range Clearance Developments) udvikles det såkaldte scenario om "at sikre zonens sikkerhed med automatiske midler", hvor flere SMRK vil arbejde sammen med flere UAV'er. Derudover vil der blive foretaget en vurdering af teknologiske løsninger vedrørende brug af radarstationer på ubemandede platforme, en vurdering af integrationen af kontrol- og overvågningssystemer og systemernes samlede effektivitet. Som en del af ARCD -programmet planlægger det amerikanske luftvåben at udvikle teknologier, der er nødvendige for at øge effektiviteten af fælles aktioner mellem SMRK og UAV'er (både fly- og helikopterordninger) samt algoritmer til "problemfri" drift af sensorer for alle involverede platforme, udveksling af navigationsdata og data om visse forhindringer.
Intern layout af mekaniske, elektriske og elektroniske komponenter SMRK SPINNER
American Army Research Laboratory ARL (Army Research Laboratory) udfører eksperimenter som en del af sine forskningsprogrammer for at vurdere teknologiens modenhed. For eksempel udfører ARL eksperimenter, der vurderer evnen hos en fuldt autonom SMRK til at opdage og undgå at bevæge biler og mennesker i bevægelse. Derudover forsker den amerikanske flådes rum- og havvåbencenter i nye robotteknologier og relaterede vigtige tekniske løsninger, herunder autonom kortlægning, forhindring af forhindringer, avancerede kommunikationssystemer og fælles SMRK- og UAV -missioner.
Alle disse eksperimenter med samtidig deltagelse af flere jord- og luftplatforme udføres under realistiske ydre forhold, præget af komplekst terræn og et sæt realistiske opgaver, hvor alle komponenter og systemers muligheder evalueres. Som en del af disse pilotprogrammer (og den tilhørende teknologistrategi) til udvikling af avancerede SMRC'er er følgende retninger blevet identificeret for at maksimere afkastet af fremtidige investeringer:
- teknologiudvikling vil danne et teknologisk grundlag for delsystemer og komponenter og passende integration i SMRK -prototyper til præstationstest;
- førende virksomheder på dette område vil udvikle avancerede teknologier, der er nødvendige for at udvide omfanget af robotisering, f.eks. ved at øge SMRK's rækkevidde og øge rækkevidden af kommunikationskanaler; og
- risikoreducerende program vil sikre udviklingen af avancerede teknologier til et specifikt system og vil gøre det muligt at overvinde nogle teknologiske problemer.
Takket være udviklingen af disse teknologier er SMRK'er potentielt i stand til at give et revolutionerende spring fremad på militærområdet, deres anvendelse vil reducere menneskelige tab og øge kampeffektiviteten. For at opnå dette skal de imidlertid kunne arbejde selvstændigt, herunder udføre komplekse opgaver.
Et eksempel på en bevæbnet SMRK. AVANTGUARD fra det israelske selskab G-NIUS Unmanned Ground Systems
Avanceret modulært robotsystem MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), bevæbnet med et maskingevær og granatkastere
Udviklet af NASA SMRK GROVER på snedækket terræn
Tekniske krav til avanceret SMRK
Avancerede SMRK'er er designet og udviklet til militære missioner og fungerer primært under farlige forhold. I dag leverer mange lande forskning og udvikling inden for robot ubemandede systemer, der i de fleste tilfælde kan arbejde på ujævnt terræn. Moderne SMRK'er kan sende videosignaler til operatøren, oplysninger om forhindringer, mål og andre variabler, der er interessante fra et taktisk synspunkt, eller i tilfælde af de mest avancerede systemer træffe helt uafhængige beslutninger. Faktisk kan disse systemer være semi-autonome, når navigationsdata bruges sammen med indbyggede sensordata og fjernoperatørkommandoer til at bestemme ruten. Et fuldt autonomt køretøj bestemmer selv sin kurs ved kun at bruge sensorer ombord til at udvikle en rute, men samtidig har operatøren altid mulighed for at træffe de nødvendige specifikke beslutninger og tage kontrol i kritiske situationer eller i tilfælde af skade til maskinen.
I dag kan moderne SMRK'er hurtigt opdage, identificere, lokalisere og neutralisere mange former for trusler, herunder fjendens aktivitet under stråling, kemisk eller biologisk forurening på forskellige typer terræn. Ved udviklingen af moderne SMRK er hovedproblemet skabelsen af et funktionelt effektivt design. Nøglepunkter inkluderer mekanisk design, en række indbyggede sensorer og navigationssystemer, interaktion mellem mennesker og robotter, mobilitet, kommunikation og strøm / energiforbrug.
Krav til robot-menneske-interaktion omfatter meget komplekse mennesker-maskine-grænseflader, og derfor skal multimodale tekniske løsninger udvikles til sikre og venlige grænseflader. Moderne robot-menneskelig interaktionsteknologi er meget kompleks og vil kræve mange tests og evalueringer under realistiske driftsbetingelser for at opnå et godt pålidelighedsniveau, både i menneske-robot-interaktion og i robot-robot-interaktion.
Bevæbnet SMRK udviklet af det estiske firma MILREM
Designernes mål er en vellykket udvikling af en SMRK, der er i stand til at udføre sin opgave dag og nat på vanskeligt terræn. For at opnå maksimal effektivitet i hver specifik situation, skal SMRK være i stand til at bevæge sig på alle typer terræn med forhindringer ved høj hastighed, med høj manøvredygtighed og hurtigt ændre retning uden en væsentlig hastighedsreduktion. Mobilitetsrelaterede designparametre inkluderer også kinematiske egenskaber (primært evnen til at opretholde kontakt med jorden under alle forhold). SMRK har ud over den fordel, at den ikke har de begrænsninger, der er iboende hos mennesker, også ulempen ved behovet for at integrere komplekse mekanismer, der kan erstatte menneskelige bevægelser. Designkravene til køreydelse skal integreres med sensorteknologi samt sensor- og softwareudvikling for at opnå god mobilitet og evnen til at undgå forskellige former for forhindringer.
Et af de ekstremt vigtige krav til høj mobilitet er evnen til at bruge oplysninger om det naturlige miljø (stigninger, vegetation, klipper eller vand), menneskeskabte genstande (broer, veje eller bygninger), vejr og fjendtlige forhindringer (minefelter eller forhindringer). I dette tilfælde bliver det muligt at bestemme egne positioner og fjendtlige positioner, og ved at anvende en betydelig ændring i hastighed og retning øges SMRK's chancer for at overleve under fjendens ild betydeligt. Sådanne tekniske egenskaber gør det muligt at udvikle væbnet rekognoscering SMRK, der er i stand til at udføre rekognoscering, observation og målanskaffelsesopgaver, brandmissioner i nærværelse af et kompleks af våben og også i stand til at opdage trusler til selvforsvarsformål (miner, fjendtlige våbensystemer), etc.).
Alle disse kampmuligheder skal implementeres i realtid for at undgå trusler og neutralisere fjenden ved hjælp af enten deres egne våben eller kommunikationskanaler med fjerntliggende våbensystemer. Høj mobilitet og evnen til at lokalisere og spore fjendtlige mål og aktivitet under vanskelige kampforhold er ekstremt vigtigt. Dette kræver udvikling af intelligent SMRK, der er i stand til at spore fjendtlig aktivitet i realtid på grund af de indbyggede komplekse algoritmer til genkendelse af bevægelser.
Avancerede muligheder, herunder sensorer, algoritmer til datafusion, proaktiv visualisering og databehandling, er afgørende og kræver en moderne hardware- og softwarearkitektur. Når du udfører en opgave i moderne SMRK, bruges GPS -systemet, en inertial måleenhed og et inertialnavigationssystem til at estimere placeringen.
Ved hjælp af navigationsdata opnået takket være disse systemer kan SMRK uafhængigt bevæge sig i overensstemmelse med kommandoerne i det indbyggede program eller fjernbetjeningssystemet. Samtidig er SMRK i stand til at sende navigationsdata til en fjernbetjeningsstation med korte intervaller, så operatøren ved om dens nøjagtige placering. Fuldt autonome SMRK'er kan planlægge deres handlinger, og til dette er det absolut nødvendigt at udvikle en rute, der udelukker kollisioner, samtidig med at minimere sådanne grundlæggende parametre som tid, energi og afstand. En navigationscomputer og en computer med information kan bruges til at plotte den optimale rute og rette den (laserafstandsmålere og ultralydssensorer kan bruges til effektivt at opdage forhindringer).
Komponenter i en prototype bevæbnet SMRK udviklet af indiske studerende
Design af navigations- og kommunikationssystemer
Et andet vigtigt problem i udviklingen af et effektivt SMRK er designet af navigations- / kommunikationssystemet. Digitale kameraer og sensorer er installeret til visuel feedback, mens infrarøde systemer er installeret til natdrift; operatøren kan se videobilledet på sin computer og sende nogle grundlæggende navigationskommandoer til SMRK (højre / venstre, stop, fremad) for at korrigere navigationssignalerne.
I tilfælde af fuldt autonomt SMRK er visualiseringssystemer integreret med navigationssystemer baseret på digitale kort og GPS -data. For at oprette en fuldt autonom SMRK, for sådanne grundlæggende funktioner som navigation, vil det være nødvendigt at integrere systemer til opfattelse af eksterne forhold, ruteplanlægning og en kommunikationskanal.
Mens integrationen af navigationssystemer til enkelt SMRK er på et avanceret stadium, er udviklingen af algoritmer til planlægning af samtidig drift af flere SMRK og fælles opgaver for SMRK og UAV på et tidligt stadium, da det er meget vanskeligt at etablere kommunikationsinteraktion mellem flere robotsystemer på én gang. De igangværende forsøg hjælper med at bestemme, hvilke frekvenser og frekvensområder der er behov for, og hvordan kravene vil variere for en bestemt applikation. Når disse egenskaber er fastlagt, vil det være muligt at udvikle avancerede funktioner og software til flere robotmaskiner.
Ubemandet K-MAX-helikopter transporterer SMSS (Squad Mission Support System) robotvogn under autonomitest; mens piloten var i K-MAX cockpittet, men ikke kontrollerede det
Kommunikationsmidler er meget vigtige for SMRK's funktion, men trådløse løsninger har temmelig betydelige ulemper, da den etablerede kommunikation kan gå tabt på grund af interferens forbundet med terrænet, forhindringer eller aktiviteten i fjendens elektroniske undertrykkelsessystem. Den seneste udvikling inden for maskine-til-maskine kommunikationssystemer er meget interessant, og takket være denne forskning kan der oprettes overkommeligt og effektivt udstyr til kommunikation mellem robotplatforme. Standarden for særlig kortdistancekommunikation DRSC (Dedicated Short-Range Communication) vil blive anvendt under reelle forhold for kommunikation mellem SMRK og mellem SMRK og UAV. Der lægges i øjeblikket meget opmærksomhed på at sikre kommunikationssikkerheden i netværkscentrerede operationer, og derfor bør fremtidige projekter inden for bemandede og ubeboede systemer være baseret på avancerede løsninger, der overholder fælles grænsefladestandarder.
I dag er kravene til kortsigtede laveffektopgaver stort set opfyldt, men der er problemer med, at platforme udfører langsigtede opgaver med højt strømforbrug, især et af de mest presserende spørgsmål er videostreaming.
Brændstof
Mulighederne for energikilder afhænger af systemtypen: for små SMRK'er kan energikilden være et avanceret genopladeligt batteri, men for større SMRK'er kan konventionelt brændstof generere den nødvendige energi, hvilket gør det muligt at implementere en ordning med en elektrisk motorgenerator eller en ny generation hybrid elektrisk fremdriftssystem. De mest oplagte faktorer, der påvirker energiforsyningen, er miljøforhold, maskinens vægt og dimensioner og opgavens udførelsestid. I nogle tilfælde skal strømforsyningssystemet bestå af et brændstofsystem som hovedkilde og et genopladeligt batteri (nedsat synlighed). Valget af den passende energitype afhænger af alle faktorer, der påvirker opgavens udførelse, og energikilden skal sørge for den nødvendige mobilitet, uafbrudt drift af kommunikationssystemet, sensorsættet og våbenkompleks (hvis nogen).
Derudover er det nødvendigt at løse tekniske problemer forbundet med mobilitet på vanskeligt terræn, opfattelsen af forhindringer og selvkorrektion af fejlagtige handlinger. Som en del af moderne projekter er der udviklet nye avancerede robotteknologier vedrørende integration af indbyggede sensorer og databehandling, rutevalg og navigation, afsløring, klassificering og undgåelse af forhindringer samt fjernelse af fejl i forbindelse med tab af kommunikation og platform destabilisering. Autonom off-road navigation kræver, at køretøjet adskiller terrænet, som inkluderer 3D-orografi af terrænet (terrænbeskrivelse) og identifikation af forhindringer som klipper, træer, stillestående vandområder osv. De generelle kapaciteter stiger konstant, og i dag kan vi allerede tale om et tilstrækkeligt højt definitionniveau af billedet af terrænet, men kun i dagtimerne og i godt vejr, men kapaciteten på robotplatforme i et ukendt rum og i dårligt vejr betingelserne er stadig utilstrækkelige. I denne henseende udfører DARPA flere eksperimentelle programmer, hvor robotplatformers muligheder testes i ukendt terræn, i al slags vejr, dag og nat. DARPA-programmet, kaldet Applied Research in AI (Applied Research in Artificial Intelligence), forsker i intelligent beslutningstagning og andre avancerede teknologiske løsninger til autonome systemer til specifikke applikationer i avancerede robotsystemer samt udvikler autonome multirobotiske læringsalgoritmer til at udføre fælles opgaver, som giver grupper af robotter mulighed for automatisk at behandle nye opgaver og omfordele roller indbyrdes.
Som allerede nævnt bestemmer driftsbetingelserne og opgavetypen designet af en moderne SMRK, som er en mobil platform med strømforsyning, sensorer, computere og softwarearkitektur til opfattelse, navigation, kommunikation, læring / tilpasning, interaktion mellem en robot og en person. I fremtiden vil de være mere multilaterale, have et øget niveau af forening og interaktion og vil også være mere effektive ud fra et økonomisk synspunkt. Af særlig interesse er systemer med modulær nyttelast, som gør det muligt at tilpasse maskinerne til forskellige opgaver. I det næste årti vil robotkøretøjer baseret på åben arkitektur blive tilgængelige til taktiske operationer og beskyttelse af baser og anden infrastruktur. De vil være præget af et betydeligt niveau af ensartethed og autonomi, høj mobilitet og modulære indbyggede systemer.
SMRK -teknologien til militære applikationer udvikler sig hurtigt, hvilket vil gøre det muligt for mange væbnede styrker at fjerne soldater fra farlige opgaver, herunder at opdage og ødelægge IED'er, rekognoscering, beskytte deres styrker, minerydning og meget mere. Eksempelvis har konceptet om amerikanske hærs brigades kampgrupper gennem avancerede computersimuleringer, kamptræning og kampoplevelse i den virkelige verden vist, at robotkøretøjer har forbedret overlevelsesevnen for besætningsbaserede terrængående køretøjer og markant forbedret kampeffektivitet. Udviklingen af lovende teknologier, såsom mobilitet, autonomi, udstyr med våben, grænseflader mellem mennesker og maskiner, kunstig intelligens til robotsystemer, integration med andre SMRK og bemandede systemer, vil give en forøgelse af evnen til ubeboede grundsystemer og deres niveau af autonomi.
Russisk percussion robotkompleks Platform-M udviklet af NITI "Progress"
