Taistele monitoimista robottikompleksia "Uran-9"
Katsaus maan liikkuvien robottijärjestelmien (SMRK) tekniikkaan, kehitykseen, nykytilanteeseen ja näkymiin
Uusien operatiivisten opien kehittäminen erityisesti kaupunkisotaa ja epäsymmetrisiä konflikteja varten edellyttää uusia järjestelmiä ja tekniikkaa armeijan ja siviilien uhrien vähentämiseksi. Tämä voidaan saavuttaa kehittämällä SMRK-alan kehitystä, käyttämällä kehittyneitä tekniikoita havainnointiin ja tiedonkeruuseen sekä tiedustelua ja kohteen havaitsemista, suojausta ja erittäin tarkkaa lakkoa. SMRK: lla, kuten heidän lentävillä kollegoillaan, ei ole ultramodernien robottitekniikoiden laajan käytön vuoksi aluksella ihmisen kuljettajaa.
Nämä järjestelmät ovat myös välttämättömiä saastuneessa ympäristössä toimimiseen tai muiden "tyhmien, likaisten ja vaarallisten" tehtävien suorittamiseen. Tarve kehittyneen SMRK: n kehittämiseen liittyy tarpeeseen käyttää miehittämättömiä järjestelmiä suorana tukena taistelukentällä. Joidenkin sotilasasiantuntijoiden mukaan asumattomista ajoneuvoista, joiden itsenäisyyttä lisätään vähitellen, tulee yksi tärkeimmistä taktisista elementeistä nykyaikaisten maavoimien rakenteessa.
Robottikompleksi, joka perustuu panssaroituun TERRAMAX M-ATV: hen, johtaa miehittämättömien ajoneuvojen saraketta
SMRK: n operatiiviset tarpeet ja kehittäminen
Loppuvuodesta 2003 Yhdysvaltain keskusjohto esitti kiireellisiä ja kiireellisiä pyyntöjä järjestelmistä, joilla torjutaan itse tehtyjen räjähteiden (IED) uhka. Joint Ground Robotics Enterprise (JGRE) on laatinut suunnitelman, joka voisi nopeasti lisätä merkittävästi valmiuksia pienten robottikoneiden avulla. Ajan myötä nämä tekniikat ovat kehittyneet, järjestelmiä on otettu käyttöön ja käyttäjät ovat saaneet kehittyneitä prototyyppejä arvioitavaksi. Tämän seurauksena sisäisen turvallisuuden alalla työskentelevien sotilashenkilöstön ja yksiköiden määrä on kasvanut, ja he ovat oppineet käyttämään kehittyneitä robottijärjestelmiä.
Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA) tutkii parhaillaan robottitekniikkaa koneoppimisessa kehittäen tekoälyn ja kuvan tunnistamisen kehitystä. Kaikki nämä tekniikat, jotka on kehitetty UPI (Unmanned Perception Integration) -ohjelman puitteissa, voivat tarjota paremman ymmärryksen ympäristöstä / maastosta ajoneuvolle, jolla on hyvä liikkuvuus. Tämän tutkimuksen tuloksena oli kone nimeltä CRUSHER, joka aloitti toiminnan arvioinnin jo vuonna 2009; siitä lähtien on tehty useita muita prototyyppejä.
MPRS (Man-Portable Robotic System) -ohjelma keskittyy parhaillaan itsenäisten navigointi- ja törmäysten välttämisjärjestelmien kehittämiseen pienille roboteille. Se myös tunnistaa, tutkii ja optimoi teknologioita, jotka on kehitetty robottijärjestelmien itsenäisyyden ja toimivuuden lisäämiseksi. RACS (Robotic for Agile Combat Support) -ohjelma kehittää erilaisia robottitekniikoita vastaamaan nykyisiä uhkia ja operatiivisia vaatimuksia sekä tulevia tarpeita ja valmiuksia. RACS -ohjelma kehittää ja integroi myös automaatioteknologioita eri taistelutehtäville ja eri alustoille perustuen yhteisen arkkitehtuurin konseptiin ja sellaisiin perusominaisuuksiin kuin liikkuvuus, nopeus, hallinta ja useiden koneiden vuorovaikutus.
Robottien osallistuminen nykyaikaisiin taistelutoimiin antaa asevoimille mahdollisuuden saada arvokasta kokemusta toiminnastaan. Miehittämättömien ilma -alusten (UAV) ja SMRK -laitteiden käytöstä yhdessä operaatiokentässä on syntynyt useita mielenkiintoisia alueita, ja sotilaalliset suunnittelijat aikovat tutkia niitä huolellisesti, mukaan lukien useiden alustojen yleinen hallinta, vaihdettavien aluksella olevien järjestelmien kehittäminen, jotka voidaan asentaa sekä UAV -laitteissa ja SMRK -laitteissa, joiden tarkoituksena on laajentaa maailmanlaajuisia valmiuksia, sekä uusia tekniikoita lupaaville asumattomille taistelujärjestelmille.
Kokeiluohjelman ARCD (Active Range Clearance Developments) mukaan kehitetään ns. Skenaario "vyöhykkeen turvallisuuden varmistaminen automaattisin keinoin", jossa useat SMRK toimivat yhdessä useiden UAV-laitteiden kanssa. Lisäksi arvioidaan tutka -asemien käyttöä miehittämättömillä alustoilla koskevia teknisiä ratkaisuja, arvioidaan valvonta- ja valvontajärjestelmien integrointia ja järjestelmien yleistä tehokkuutta. Osana ARCD -ohjelmaa Yhdysvaltain ilmavoimat aikovat kehittää tarvittavia tekniikoita, joilla lisätään SMRK: n ja UAV: n (sekä lentokone- että helikopterijärjestelmät) yhteistoiminnan tehokkuutta, sekä algoritmeja kaikkien asianosaisten antureiden "saumattomaan" käyttöön alustoilla, navigointitietojen ja tiettyjä esteitä koskevien tietojen vaihto.
Mekaanisten, sähköisten ja elektronisten komponenttien sisäinen asettelu SMRK SPINNER
Amerikan armeijan tutkimuslaboratorio ARL (Army Research Laboratory) suorittaa kokeita osana tutkimusohjelmiaan arvioidakseen teknologian kypsyyttä. Esimerkiksi ARL tekee kokeita, joissa arvioidaan täysin itsenäisen SMRK: n kykyä havaita ja välttää liikkuvia autoja ja liikkuvia ihmisiä. Lisäksi Yhdysvaltain laivaston avaruus- ja merivoimakeskus tutkii uusia robottiteknologioita ja niihin liittyviä keskeisiä teknisiä ratkaisuja, mukaan lukien itsenäinen kartoitus, esteiden välttäminen, kehittyneet viestintäjärjestelmät sekä yhteiset SMRK- ja UAV -tehtävät.
Kaikki nämä kokeet, joihin osallistuvat samanaikaisesti useat maa- ja ilmalavat, toteutetaan realistisissa ulkoisissa olosuhteissa, joille on ominaista monimutkainen maasto ja joukko realistisia tehtäviä, joiden aikana arvioidaan kaikkien komponenttien ja järjestelmien kykyjä. Osana näitä kehittyneiden SMRC -alueiden kehittämiseen tähtääviä pilottiohjelmia (ja niihin liittyvää teknologiastrategiaa) on määritetty seuraavat ohjeet tulevien investointien tuoton maksimoimiseksi:
- teknologian kehittäminen tarjoaa teknisen perustan osajärjestelmille ja komponenteille sekä asianmukaisen integroinnin SMRK -prototyyppeihin suorituskyvyn testaamiseksi;
- alan johtavat yritykset kehittävät kehittyneitä tekniikoita, joita tarvitaan laajentamaan robotisaation laajuutta, esimerkiksi lisäämällä SMRK: n kantamaa ja laajentamalla viestintäkanavien valikoimaa; ja
- riskinhallintaohjelma varmistaa kehittyneen teknologian kehittämisen tiettyä järjestelmää varten ja mahdollistaa joidenkin teknisten ongelmien ratkaisemisen.
Näiden tekniikoiden kehityksen ansiosta SMRK: t voivat potentiaalisesti antaa vallankumouksellisen edistysaskeleen armeijassa, niiden käyttö vähentää inhimillisiä tappioita ja lisää taistelun tehokkuutta. Tämän saavuttamiseksi heidän on kuitenkin kyettävä työskentelemään itsenäisesti, myös suorittamaan monimutkaisia tehtäviä.
Esimerkki aseistetusta SMRK: sta. Israelin G-NIUS Unmanned Ground Systems -yrityksen AVANTGUARD
Kehittynyt modulaarinen robottijärjestelmä MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), aseistettu konekiväärillä ja kranaatinheittimillä
NASA SMRK GROVERin kehittämä lumisessa maastossa
Kehittyneen SMRK: n tekniset vaatimukset
Edistyneet SMRK -koneet on suunniteltu ja kehitetty sotilasoperaatioita varten ja toimivat pääasiassa vaarallisissa olosuhteissa. Nykyään monet maat tarjoavat tutkimusta ja kehitystä miehittämättömien robottijärjestelmien alalla, jotka pystyvät toimimaan useimmissa tapauksissa epätasaisessa maastossa. Nykyaikaiset SMRK: t voivat lähettää operaattorille videosignaaleja, tietoja esteistä, kohteista ja muista muuttujista, jotka ovat mielenkiintoisia taktisesta näkökulmasta, tai kehittyneimpien järjestelmien tapauksessa tehdä täysin itsenäisiä päätöksiä. Itse asiassa nämä järjestelmät voivat olla osittain itsenäisiä, kun navigointitietoja käytetään yhdessä sisäisten anturitietojen ja etäkäyttäjäkomentojen kanssa reitin määrittämiseksi. Täysin itsenäinen ajoneuvo määrittää oman kurssin itse käyttämällä reitin kehittämiseen vain sisäisiä antureita, mutta samalla kuljettajalla on aina mahdollisuus tehdä tarvittavat erityispäätökset ja ottaa hallinta haltuun kriittisissä tilanteissa tai vaurioiden sattuessa koneeseen.
Nykyään nykyaikaiset SMRK -laitteet voivat nopeasti havaita, tunnistaa, lokalisoida ja neutraloida monenlaisia uhkia, mukaan lukien vihollisen toiminta säteilyolosuhteissa, kemiallinen tai biologinen saastuminen erilaisissa maastoissa. Kun kehitetään nykyaikaista SMRK: ta, suurin ongelma on toiminnallisesti tehokkaan suunnittelun luominen. Keskeisiä kohtia ovat mekaaninen suunnittelu, joukko sisäisiä antureita ja navigointijärjestelmiä, ihmisen ja robotin vuorovaikutus, liikkuvuus, viestintä ja virran / energiankulutus.
Robotin ja ihmisen väliset vuorovaikutusvaatimukset sisältävät erittäin monimutkaisia ihmisen ja koneen rajapintoja, ja siksi on kehitettävä multimodaalisia teknisiä ratkaisuja turvallisia ja ystävällisiä rajapintoja varten. Nykyaikainen robotti-ihminen-vuorovaikutusteknologia on hyvin monimutkainen ja vaatii monia testejä ja arviointeja realistisissa käyttöolosuhteissa hyvän luotettavuustason saavuttamiseksi sekä ihmisen ja robotin vuorovaikutuksessa että robotti-robotti-vuorovaikutuksessa.
Virolaisen MILREM -yhtiön kehittämä aseellinen SMRK
Suunnittelijoiden tavoitteena on menestyksekkäästi kehittää SMRK, joka kykenee hoitamaan tehtävänsä päivin ja öin vaikeassa maastossa. Maksimaalisen tehokkuuden saavuttamiseksi kussakin erityistilanteessa SMRK: n pitäisi pystyä liikkumaan kaikentyyppisissä maastoissa, joissa on esteitä suurella nopeudella, hyvällä ohjattavuudella ja vaihtamaan suuntaa nopeasti ilman, että nopeutta vähennetään merkittävästi. Liikkuvuuteen liittyvät suunnitteluparametrit sisältävät myös kinemaattisia ominaisuuksia (ensisijaisesti kykyä ylläpitää kosketusta maahan kaikissa olosuhteissa). SMRK: lla on sen edun lisäksi, että sillä ei ole ihmiselle ominaisia rajoituksia, mutta myös haittana tarve integroida monimutkaisia mekanismeja, jotka voivat korvata ihmisen liikkeet. Ajon suorituskyvyn suunnitteluvaatimukset on yhdistettävä anturitekniikkaan sekä anturien ja ohjelmistojen kehittämiseen, jotta saavutetaan hyvä liikkuvuus ja kyky välttää erilaisia esteitä.
Yksi erittäin tärkeistä liikkuvuuden vaatimuksista on kyky käyttää tietoa luonnosta (kiipeilyt, kasvillisuus, kivet tai vesi), ihmisen tekemistä esineistä (sillat, tiet tai rakennukset), säästä ja vihollisen esteistä (miinakentät tai esteet). Tässä tapauksessa on mahdollista määrittää omat sijaintisi ja vihollisen asemat, ja muuttamalla merkittävästi nopeutta ja suuntaa SMRK: n mahdollisuudet selviytyä vihollisen tulessa lisääntyvät merkittävästi. Tällaiset tekniset ominaisuudet mahdollistavat aseellisen tiedustelu-SMRK: n kehittämisen, joka kykenee suorittamaan tiedustelu-, tarkkailu- ja kohteenhakutehtäviä, palotehtäviä aseiden kompleksin läsnä ollessa ja kykenee myös havaitsemaan uhkia itsepuolustustarkoituksiin (miinat, vihollisen asejärjestelmät), jne.).
Kaikki nämä taistelukyvyt on toteutettava reaaliajassa uhkien välttämiseksi ja vihollisen neutraloimiseksi joko käyttämällä omia aseitaan tai viestintäkanavia etäasejärjestelmien kanssa. Suuri liikkuvuus ja kyky paikallistaa ja seurata vihollisen kohteita ja toimintaa vaikeissa taisteluolosuhteissa ovat erittäin tärkeitä. Tämä edellyttää älykkään SMRK: n kehittämistä, joka pystyy seuraamaan vihollisen toimintaa reaaliajassa integroitujen integroitujen algoritmien avulla liikkeiden tunnistamiseksi.
Kehittyneet ominaisuudet, mukaan lukien anturit, tietojen yhdistämisalgoritmit, ennakoiva visualisointi ja tietojenkäsittely, ovat välttämättömiä ja edellyttävät modernia laitteisto- ja ohjelmistoarkkitehtuuria. Suoritettaessa tehtävää nykyaikaisessa SMRK: ssa GPS -järjestelmää, inertiamittausyksikköä ja inertiaalista navigointijärjestelmää käytetään sijainnin arvioimiseen.
Käyttämällä näiden järjestelmien ansiosta saatuja navigointitietoja SMRK voi liikkua itsenäisesti sisäisen ohjelman tai kauko-ohjausjärjestelmän komentojen mukaisesti. Samaan aikaan SMRK voi lähettää navigointitietoja kauko -ohjausasemalle lyhyin väliajoin, jotta käyttäjä tietää sen tarkan sijainnin. Täysin itsenäiset SMRK: t voivat suunnitella toimintansa, ja tätä varten on ehdottoman välttämätöntä kehittää reitti, joka sulkee pois törmäykset ja minimoi sellaiset perusparametrit kuin aika, energia ja etäisyys. Navigointitietokonetta ja tietoja sisältävää tietokonetta voidaan käyttää optimaalisen reitin piirtämiseen ja korjaamiseen (laser -etäisyysmittarit ja ultraääni -anturit voivat käyttää esteiden havaitsemiseen tehokkaasti).
Intialaisten opiskelijoiden kehittämän aseellisen SMRK -prototyypin komponentit
Navigointi- ja viestintäjärjestelmien suunnittelu
Toinen tärkeä ongelma tehokkaan SMRK: n kehittämisessä on navigointi- / viestintäjärjestelmän suunnittelu. Digitaaliset kamerat ja anturit on asennettu visuaalista palautetta varten, kun taas infrapunajärjestelmät on asennettu yökäyttöä varten; käyttäjä voi nähdä videokuvan tietokoneellaan ja lähettää SMRK: lle joitain perusnavigointikomentoja (oikea / vasen, pysäytys, eteenpäin) navigointisignaalien korjaamiseksi.
Täysin itsenäisen SMRK: n tapauksessa visualisointijärjestelmät on integroitu digitaalisiin karttoihin ja GPS -tietoihin perustuviin navigointijärjestelmiin. Täysin itsenäisen SMRK: n luomiseksi sellaisiin perustoimintoihin kuin navigointi on välttämätöntä integroida järjestelmät ulkoisten olosuhteiden havaitsemiseksi, reittisuunnittelu ja viestintäkanava.
Vaikka yhden SMRK: n navigointijärjestelmien integrointi on edistynyt, algoritmien kehittäminen usean SMRK: n samanaikaisen toiminnan suunnitteluun sekä SMRK: n ja UAV: n yhteisten tehtävien suunnittelu on vasta alkuvaiheessa, koska viestinnän vuorovaikutus on erittäin vaikeaa useita robottijärjestelmiä kerralla. Käynnissä olevat kokeet auttavat määrittämään, mitä taajuuksia ja taajuusalueita tarvitaan ja miten vaatimukset vaihtelevat tietylle sovellukselle. Kun nämä ominaisuudet on määritetty, on mahdollista kehittää lisätoimintoja ja ohjelmistoja useille robottikoneille.
Miehittämätön K-MAX-helikopteri kuljettaa SMSS (Squad Mission Support System) -robottiajoneuvoa autonomiakokeiden aikana; kun ohjaaja oli K-MAX-ohjaamossa, mutta ei hallinnut sitä
Viestintävälineet ovat erittäin tärkeitä SMRK: n toiminnalle, mutta langattomilla ratkaisuilla on melko merkittäviä haittoja, koska vakiintunut tiedonsiirto voi kadota maastoon, esteisiin tai vihollisen elektronisen tukahdutusjärjestelmän toimintaan liittyvien häiriöiden vuoksi. Viimeaikainen kehitys koneiden välisissä viestintäjärjestelmissä on erittäin mielenkiintoista, ja tämän tutkimuksen ansiosta voidaan luoda edullisia ja tehokkaita laitteita robottialustojen väliseen viestintään. Erityisen lyhyen kantaman tiedonsiirron standardia DRSC (Dedicated Short-Range Communication) sovelletaan todellisissa olosuhteissa SMRK: n ja SMRK: n ja UAV: n välisessä viestinnässä. Tällä hetkellä paljon huomiota kiinnitetään viestinnän turvallisuuden varmistamiseen verkkokeskeisessä toiminnassa, ja siksi tulevien miehitettyjen ja asumattomien järjestelmien alan hankkeiden tulisi perustua kehittyneisiin ratkaisuihin, jotka ovat yhteisten rajapintastandardien mukaisia.
Nykyään lyhytaikaisten, pienitehoisten tehtävien vaatimukset täyttyvät suurelta osin, mutta alustoilla, jotka suorittavat pitkäaikaisia tehtäviä suurella virrankulutuksella, on ongelmia, erityisesti yksi kiireellisimmistä ongelmista on videon suoratoisto.
Polttoaine
Energialähteiden vaihtoehdot riippuvat järjestelmän tyypistä: pienille SMRK -laitteille energialähde voi olla edistyksellinen ladattava akku, mutta suuremmille SMRK -laitteille tavanomainen polttoaine voi tuottaa tarvittavaa energiaa, mikä mahdollistaa järjestelmän toteuttamisen sähköllä moottori-generaattori tai uuden sukupolven hybridi-sähkökäyttöjärjestelmä. Ilmeisimmät energiansaantiin vaikuttavat tekijät ovat ympäristöolosuhteet, koneen paino ja mitat sekä tehtävän suoritusaika. Joissakin tapauksissa virransyöttöjärjestelmän on sisällettävä polttoainejärjestelmä päälähteenä ja ladattava akku (heikentynyt näkyvyys). Sopivan energiatyypin valinta riippuu kaikista tekijöistä, jotka vaikuttavat tehtävän suorittamiseen, ja energialähteen on tarjottava vaadittu liikkuvuus, viestintäjärjestelmän, anturisarjan ja mahdollisen asekompleksin (jos on) keskeytymätön toiminta.
Lisäksi on ratkaistava tekniset ongelmat, jotka liittyvät liikkuvuuteen vaikeassa maastossa, esteiden havaitsemiseen ja virheellisten toimien korjaamiseen. Osana nykyaikaisia projekteja on kehitetty uusia edistyneitä robottiteknologioita, jotka liittyvät sisäisten antureiden ja tietojenkäsittelyn integrointiin, reitin valintaan ja navigointiin, esteiden havaitsemiseen, luokitteluun ja välttämiseen sekä tiedonsiirtoon ja katoamiseen liittyvien virheiden poistamiseen. alustan epävakaus. Autonominen maastossa navigointi edellyttää, että ajoneuvo erottaa maaston, joka sisältää maaston kolmiulotteisen orografian (maaston kuvaus) ja esteiden, kuten kivien, puiden, pysähtyneiden vesistöjen jne. Tunnistamisen. Yleiset valmiudet lisääntyvät jatkuvasti, ja tänään voimme jo puhua riittävän korkeasta maaston kuvan määritelmästä, mutta vain päivällä ja hyvällä säällä, mutta robottiympäristöjen kyvyt tuntemattomassa tilassa ja huonolla säällä olosuhteet ovat edelleen riittämättömät. Tältä osin DARPA toteuttaa useita koeohjelmia, joissa robottialustojen ominaisuuksia testataan tuntemattomassa maastossa, kaikissa sääolosuhteissa, päivällä ja yöllä. DARPA-ohjelma, nimeltään Applied Research in AI (Applied Research in Artificial Intelligence), tutkii älykästä päätöksentekoa ja muita kehittyneitä teknologisia ratkaisuja itsenäisille järjestelmille tietyissä sovelluksissa kehittyneissä robottijärjestelmissä sekä kehittää itsenäisiä monirobottisia oppimisalgoritmeja yhteisiä tehtäviä, joiden avulla robottiryhmät voivat automaattisesti käsitellä uusia tehtäviä ja jakaa roolit keskenään.
Kuten jo mainittiin, käyttöolosuhteet ja tehtävän tyyppi määrittävät modernin SMRK: n suunnittelun, joka on mobiilialusta, jossa on virtalähde, anturit, tietokoneet ja ohjelmistoarkkitehtuuri havaintoa, navigointia, viestintää, oppimista / sopeutumista ja vuorovaikutusta varten robotti ja ihminen. Tulevaisuudessa ne ovat monenvälisempiä, niillä on enemmän yhdentymistä ja vuorovaikutusta ja ne ovat tehokkaampia myös taloudelliselta kannalta. Erityisen kiinnostavia ovat järjestelmät, joissa on modulaarisia hyötykuormia, joiden avulla koneita voidaan mukauttaa erilaisiin tehtäviin. Seuraavan vuosikymmenen aikana avoimeen arkkitehtuuriin perustuvat robottiajoneuvot tulevat saataville taktisiin operaatioihin ja tukikohtien ja muun infrastruktuurin suojaamiseen. Niille on ominaista huomattava yhdenmukaisuus ja itsenäisyys, suuri liikkuvuus ja modulaariset junan järjestelmät.
SMRK -tekniikka sotilaallisiin sovelluksiin kehittyy nopeasti, mikä mahdollistaa monien asevoimien poistaa sotilaita vaarallisista tehtävistä, mukaan lukien IED -laitteiden havaitseminen ja tuhoaminen, tiedustelu, joukkojensa puolustaminen, miinanraivaus ja paljon muuta. Esimerkiksi Yhdysvaltain armeijan prikaattitaisteluryhmien käsite on edistyneiden tietokonesimulaatioiden, taistelukoulutuksen ja todellisen taistelukokemuksen kautta osoittanut, että robottiajoneuvot ovat parantaneet miehistön maa-ajoneuvojen selviytymiskykyä ja parantaneet merkittävästi taistelun tehokkuutta. Lupaavien tekniikoiden, kuten liikkuvuuden, itsenäisyyden, aseiden, ihmisen ja koneen rajapintojen, robottijärjestelmien tekoälyn, integraation muihin SMRK-laitteisiin ja miehitettyihin järjestelmiin, kehittäminen lisää asumattomien maajärjestelmien valmiuksia ja niiden tasoa autonomia.
Venäläinen lyömäsoitinrobottikompleksi Platform-M, jonka on kehittänyt NITI "Progress"
