Borbeni višenamjenski robotski kompleks "Uran-9"
Pogled na tehnologiju, razvoj, trenutno stanje i izglede kopnenih mobilnih robotskih sustava (SMRK)
Razvoj novih operativnih doktrina, posebno za urbano ratovanje i asimetrične sukobe, zahtijevat će nove sustave i tehnologiju kako bi se smanjile žrtve među vojskom i civilima. To se može postići razvojem na području SMRK-a, uporabom naprednih tehnologija za promatranje i prikupljanje informacija, kao i izviđanjem i otkrivanjem ciljeva, zaštitom i preciznim udarima. SMRK, kao i njihovi leteći kolege, zbog široke uporabe ultra-modernih robotskih tehnologija, nemaju ljudskog operatera na brodu.
Ti su sustavi također 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 sustava za izravnu podršku na bojnom polju. Prema nekim vojnim stručnjacima, nenaseljena vozila, čija će se razina autonomije postupno povećavati, postat će jedan od najvažnijih taktičkih elemenata u strukturi suvremenih kopnenih snaga.
Robotski kompleks temeljen na oklopnom vozilu TERRAMAX M-ATV vodi kolonu bespilotnih vozila
Operativne potrebe i razvoj SMRK -a
Krajem 2003. godine Središnje zapovjedništvo SAD -a izdalo je hitne, hitne zahtjeve za sustave za suzbijanje prijetnje od improviziranih eksplozivnih naprava (IED). Joint Ground Robotics Enterprise (JGRE) smislio je plan koji bi mogao brzo osigurati značajno povećanje sposobnosti korištenjem malih robotskih strojeva. S vremenom su se te tehnologije razvile, postavilo se više sustava, a korisnici su dobili napredne prototipe za ocjenjivanje. Kao rezultat toga, došlo je do povećanja broja vojnog osoblja i jedinica uključenih u područje unutarnje sigurnosti, koje su naučile upravljati naprednim robotskim sustavima.
Agencija za napredne obrambene istraživačke projekte (DARPA) trenutno istražuje robotsku tehnologiju u strojnom učenju, nadovezujući se na svoj razvoj u umjetnoj inteligenciji i prepoznavanju slika. Sve te tehnologije, razvijene u okviru programa UPI (Unmanned Perception Integration), mogu pružiti bolje razumijevanje okoliša / terena za vozilo s dobrom pokretljivošću. Rezultat ovog istraživanja bio je stroj pod nazivom CRUSHER, koji je započeo operativnu evaluaciju još 2009. godine; od tada je napravljeno još nekoliko prototipova.
Program MPRS (prenosivi robotski sustav koji se prenosi čovjekom) trenutno se fokusira na razvoj autonomne navigacije i sustava za izbjegavanje sudara za male robote. Također identificira, proučava i optimizira tehnologije razvijene za povećanje razine autonomije i funkcionalnosti robotskih sustava. 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, temeljene na konceptu zajedničke arhitekture i temeljnim karakteristikama poput mobilnosti, brzine, upravljanja i interakcije nekoliko strojeva.
Sudjelovanje robota u suvremenim borbenim operacijama omogućuje oružanim snagama stjecanje neprocjenjivog iskustva u njihovom djelovanju. Pojavilo se nekoliko zanimljivih područja u vezi s korištenjem bespilotnih letjelica (bespilotnih letjelica) i SMRK -ova u jednom operativnom prostoru, a vojni planeri namjeravaju ih pažljivo proučiti, uključujući općenito upravljanje nekoliko platformi, razvoj izmjenjivih sustava na brodu koji se mogu instalirati na bespilotne letjelice i na SMRK s ciljem proširenja globalnih sposobnosti, kao i nove tehnologije za obećavajuće borbene nenaseljene sustave.
Prema eksperimentalnom programu ARCD (Active Range Clearance Developments), razvit će se takozvani scenarij "osiguravanja sigurnosti zone automatskim putem", u kojem će nekoliko SMRK raditi zajedno s nekoliko bespilotnih letjelica. Osim toga, provesti će se procjena tehnoloških rješenja u vezi s korištenjem radarskih postaja na bespilotnim platformama, procjena integracije sustava upravljanja i nadzora te ukupne učinkovitosti sustava. U sklopu 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.
Unutarnji raspored mehaničkih, električnih i elektroničkih komponenti SMRK SPINNER
Američki vojni istraživački laboratorij ARL (Army Research Laboratory) provodi eksperimente u sklopu svojih istraživačkih programa radi procjene zrelosti 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 pomorsko oružje 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 ti pokusi uz istodobno sudjelovanje nekoliko kopnenih i zračnih platformi provode se u realnim vanjskim uvjetima, koje karakterizira složen teren i skup realnih zadaća tijekom kojih se procjenjuju sposobnosti svih komponenti i sustava. Kao dio ovih pilot programa (i povezane tehnološke strategije) za razvoj naprednih SMRC -a, identificirani su sljedeći smjerovi kako bi se povećao povrat budućih ulaganja:
- razvoj tehnologije pružit će tehnološku osnovu za podsustave i komponente te odgovarajuću integraciju u SMRK prototipove za ispitivanje performansi;
- vodeće tvrtke na ovom području razvit će napredne tehnologije potrebne za proširenje opsega robotizacije, na primjer, povećanjem dometa SMRK -a i povećanjem raspona komunikacijskih kanala; i
- program za smanjenje rizika osigurat će razvoj naprednih tehnologija za određeni sustav i omogućiti prevladavanje nekih tehnoloških problema.
Zahvaljujući razvoju ovih tehnologija, SMRK -i su potencijalno sposobni pružiti revolucionarni skok naprijed u vojnoj sferi, njihova će upotreba smanjiti ljudske gubitke i povećati borbenu učinkovitost. Međutim, kako bi to postigli, moraju biti sposobni samostalno raditi, uključujući izvršavanje složenih zadataka.
Primjer naoružane SMRK. AVANTGUARD izraelske tvrtke G-NIUS Unmanned Ground Systems
Napredni modularni robotski sustav MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), naoružan strojnicom i bacačima granata
Razvila NASA SMRK GROVER na snježnim terenima
Tehnički zahtjevi za napredni SMRK
Napredni SMRK projektirani su i razvijeni za vojne misije i djeluju prvenstveno u opasnim uvjetima. Danas mnoge zemlje pružaju istraživanje i razvoj u području robotskih bespilotnih sustava, sposobnih za rad u većini slučajeva na neravnom terenu. Suvremeni SMRK -ovi mogu operateru slati video signale, informacije o preprekama, ciljevima i drugim varijablama koje su zanimljive s taktičkog gledišta ili, u slučaju najnaprednijih sustava, donositi potpuno neovisne odluke. Zapravo, ti sustavi mogu biti poluautonomni kada se koriste navigacijski podaci zajedno s podacima ugrađenog senzora i naredbama udaljenog operatora 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 stroja.
Danas suvremeni SMRK -ovi mogu brzo otkriti, identificirati, lokalizirati i neutralizirati mnoge vrste prijetnji, uključujući neprijateljske aktivnosti u uvjetima zračenja, kemijske ili biološke kontaminacije na različitim vrstama terena. Prilikom razvoja modernog SMRK -a, glavni problem je stvaranje funkcionalno učinkovitog dizajna. Ključne točke uključuju mehanički dizajn, skup ugrađenih senzora i navigacijskih sustava, interakciju čovjek-robot, mobilnost, komunikacije i potrošnju energije / energije.
Zahtjevi za interakciju robota i čovjeka uključuju vrlo složena sučelja čovjek-stroj pa se stoga moraju razviti multimodalna tehnička rješenja za sigurna i prijateljska sučelja. Suvremena tehnologija interakcije robot-čovjek vrlo je složena i zahtijevat će mnoga ispitivanja i procjene u realnim radnim uvjetima kako bi se postigla dobra razina pouzdanosti, kako u interakciji čovjek-robot, tako i u interakciji robot-robot.
Naoružani SMRK razvijen od estonske tvrtke MILREM
Projektantima je cilj 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 upravljivošću i brzo mijenjati smjer bez značajnog smanjenja brzine. Parametri projektiranja 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 iznimno važnih zahtjeva za visoku mobilnost je sposobnost korištenja informacija o prirodnom okruženju (usponi, vegetacija, kamenje ili voda), objektima koje je stvorio čovjek (mostovi, ceste ili zgrade), vremenskim 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 obavljanje zadaća izviđanja, promatranja i stjecanja ciljeva, vatrenih misija uz prisutnost kompleksa oružja, te također sposobnih za otkrivanje prijetnji u svrhe samoobrane (mine, neprijateljski oružani sustavi) itd.).
Sve te borbene sposobnosti moraju se primijeniti u stvarnom vremenu kako bi se izbjegle prijetnje i neutralizirali neprijatelji, koristeći vlastito oružje ili komunikacijske kanale s udaljenim oružnim sustavima. Velika mobilnost i sposobnost lokalizacije i praćenja neprijateljskih ciljeva i aktivnosti u teškim borbenim uvjetima iznimno su važni. To zahtijeva razvoj inteligentnog SMRK-a sposobnog za praćenje neprijateljske aktivnosti u stvarnom vremenu zbog ugrađenih složenih algoritama za prepoznavanje kretnji.
Napredne mogućnosti, uključujući senzore, algoritme za fuziju podataka, proaktivnu vizualizaciju i obradu podataka, bitne su i zahtijevaju modernu hardversku i softversku arhitekturu. Prilikom izvođenja zadatka u suvremenom SMRK -u za procjenu lokacije koriste se GPS sustav, inercijalna mjerna jedinica i inercijalni navigacijski sustav.
Koristeći navigacijske podatke dobivene zahvaljujući tim sustavima, SMRK se može neovisno kretati u skladu sa naredbama programa na vozilu ili sustava daljinskog upravljanja. Istodobno, SMRK može u kratkim intervalima slati navigacijske podatke na udaljenu upravljačku stanicu, tako da operater zna za njezino točno mjesto. 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. Navigacijsko računalo i računalo s informacijama mogu se koristiti za iscrtavanje i ispravljanje optimalne rute (laserski daljinomjeri i ultrazvučni senzori mogu se koristiti za učinkovito otkrivanje prepreka).
Sastavni dijelovi prototipa naoružanog SMRK -a koji su razvili indijski studenti
Projektiranje navigacijskih i komunikacijskih sustava
Drugi važan problem u razvoju učinkovite SMRK je dizajn navigacijskog / komunikacijskog sustava. Digitalni fotoaparati i senzori ugrađeni su za vizualnu povratnu informaciju, dok su infracrveni sustavi instalirani za noćni rad; operater može vidjeti video sliku na svom računalu i poslati neke osnovne navigacijske naredbe SMRK -u (desno / lijevo, zaustaviti, naprijed) kako bi ispravio navigacijske signale.
U slučaju potpuno autonomnog SMRK -a, sustavi vizualizacije integrirani su s navigacijskim sustavima na temelju digitalnih karata i GPS podataka. Za stvaranje potpuno autonomnog SMRK -a za osnovne funkcije poput navigacije bit će potrebno integrirati sustave 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 sustava odjednom. Eksperimenti koji su u tijeku pomoći će odrediti koje su frekvencije i rasponi frekvencija potrebni i kako će se zahtjevi razlikovati za određenu primjenu. Nakon što se utvrde ove karakteristike, bit će moguće razviti napredne funkcije i softver za nekoliko robotskih strojeva.
Bespilotni helikopter K-MAX prenosi robotsko vozilo SMSS (Squad Mission Support System) tijekom testova autonomije; dok je pilot bio u kokpitu K-MAX, ali nije njime upravljao
Komunikacijska sredstva vrlo su 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 sustava elektroničkog suzbijanja. Najnoviji razvoj komunikacijskih sustava stroj-stroj vrlo je zanimljiv, 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 uvjetima za komunikaciju između SMRK-a i između SMRK-a i UAV-a. Trenutno se velika pozornost posvećuje osiguranju sigurnosti komunikacije u operacijama usmjerenim na mrežu, stoga bi se budući projekti na području sustava s ljudskom posadom i nenaseljenih trebali temeljiti na naprednim rješenjima koja su u skladu s zajedničkim standardima sučelja.
Danas su zahtjevi za kratkoročne zadatke male snage uglavnom ispunjeni, ali postoje problemi s platformama koje izvode dugoročne zadatke s velikom potrošnjom energije, posebno jedno od najhitnijih pitanja je streaming videozapisa.
Gorivo
Opcije za izvore energije ovise o vrsti sustava: za male SMRK -ove, izvor energije može biti napredna punjiva baterija, ali za veće SMRK -ove konvencionalno gorivo može generirati potrebnu energiju, što omogućuje provedbu sheme s električnim motor-generator ili hibridni električni pogonski sustav nove generacije. Najočitiji čimbenici koji utječu na opskrbu energijom su okolišni uvjeti, težina i dimenzije stroja te vrijeme izvršavanja zadatka. U nekim slučajevima sustav napajanja mora se sastojati od sustava goriva kao glavnog izvora i punjive baterije (smanjena vidljivost). Izbor odgovarajuće vrste energije ovisi o svim čimbenicima koji utječu na izvršavanje zadatka, a izvor energije mora osigurati potrebnu mobilnost, neprekinuti rad komunikacijskog sustava, senzorskog seta i kompleksa naoružanja (ako ih ima).
Osim toga, potrebno je riješiti tehničke probleme povezane s mobilnošću na teškom terenu, percepcijom prepreka i samoispravljanjem pogrešnih radnji. U sklopu suvremenih 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 pogrešaka 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 stijene, drveće, ustajale vode itd. Opće sposobnosti stalno se povećavaju i danas već možemo govoriti o dovoljno visokoj razini definiranja slike terena, ali samo danju i po lijepom vremenu, ali o mogućnostima robotskih platformi u nepoznatom prostoru i po lošem vremenu uvjeti su još uvijek 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 sustave za posebne primjene u naprednim robotskim sustavima, kao i razvoj autonomnih multi-robotskih algoritama za izvođenje zajedničke zadatke, što 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 / prilagodbu, interakciju između robot i osoba. U budućnosti će biti više multilateralni, imat će povećanu razinu ujedinjenja i interakcije, a također će biti učinkovitiji s ekonomskog gledišta. Posebno su zanimljivi sustavi s modularnim korisnim opterećenjem koji omogućuju prilagodbu strojeva za različite zadatke. U sljedećem desetljeću robotska vozila temeljena na otvorenoj arhitekturi postat će dostupna za taktičke operacije i zaštitu baza i druge infrastrukture. Karakterizirat će ih značajna razina ujednačenosti i autonomije, velika mobilnost i modularni ugrađeni sustavi.
SMRK tehnologija za vojne primjene brzo se razvija, što će omogućiti mnogim oružanim snagama uklanjanje vojnika s opasnih zadaća, uključujući otkrivanje i uništavanje IED -a, izviđanje, zaštitu njihovih snaga, razminiranje i još mnogo toga. Na primjer, koncept borbenih skupina brigade američke vojske, putem naprednih računalnih simulacija, borbene obuke i borbenog iskustva u stvarnom svijetu, pokazao je da su robotska vozila poboljšala preživljavanje kopnenih vozila s posadom i značajno poboljšala borbenu učinkovitost. Razvoj tehnologija koje obećavaju, kao što su mobilnost, autonomija, opremanje oružjem, sučelja čovjek-stroj, umjetna inteligencija za robotske sustave, integracija s drugim SMRK i sustavima s ljudskom posadom, osigurat će povećanje sposobnosti nenaseljenih zemaljskih sustava i njihovu razinu autonomija.
Ruski udaraljkaški robotski kompleks Platform-M koji je razvila NITI "Progress"
