Võitlus multifunktsionaalse robotikompleksi "Uran-9" vastu
Pilk maismaa -mobiilsete robotsüsteemide (SMRK) tehnoloogiale, arengutele, olukorrale ja väljavaadetele
Uute operatiivdoktriinide väljatöötamiseks, eriti linnasõja ja asümmeetriliste konfliktide puhul, on vaja uusi süsteeme ja tehnoloogiat, et vähendada sõjaväelaste ja tsiviilisikute ohvreid. Seda on võimalik saavutada SMRK valdkonna arengute, täiustatud tehnoloogiate kasutamise abil vaatluse ja teabe kogumise, samuti luure- ja sihtmärkide avastamise, kaitse ja ülitäpse löögi abil. SMRK-l, nagu ka nende lendavatel kolleegidel, ei ole ultramoodsate robotitehnoloogiate laialdase kasutamise tõttu pardal inimest.
Need süsteemid on hädavajalikud ka saastunud keskkonnas töötamiseks või muude "tummade, määrdunud ja ohtlike" ülesannete täitmiseks. Vajadus arenenud SMRK väljatöötamise järele on seotud vajadusega kasutada lahinguväljal otsetoetuseks mehitamata süsteeme. Mõnede sõjaväeekspertide sõnul muutuvad asustamata sõidukid, mille autonoomia taset järk -järgult suurendatakse, üheks olulisemaks taktikaliseks elemendiks tänapäevaste maavägede struktuuris.
Soomukil TERRAMAX M-ATV põhinev robotikompleks juhib mehitamata sõidukite kolonni
SMRK operatiivvajadused ja areng
2003. aasta lõpus esitas USA keskväejuhatus kiireloomulised taotlused süsteemide jaoks, mis võitlevad isetehtud lõhkeseadeldiste (IED) ohu vastu. Ühine maapealne robootikaettevõte (JGRE) on välja töötanud plaani, mis võib väikeste robotmasinate kasutamise abil kiiresti võimekust märkimisväärselt suurendada. Aja jooksul on need tehnoloogiad arenenud, kasutusele on võetud rohkem süsteeme ja kasutajad on saanud hindamiseks täiustatud prototüüpe. Selle tulemusel on suurenenud sisejulgeoleku valdkonnaga seotud sõjaväelaste ja üksuste arv, kes on õppinud kasutama arenenud robotsüsteeme.
Kaitsealaste täiustatud uurimisprojektide agentuur (DARPA) uurib praegu masinõppe robotitehnoloogiat, tuginedes oma tehisintellekti ja pildituvastuse arengule. Kõik need tehnoloogiad, mis on välja töötatud programmi UPI (mehitamata tajumise integreerimine) raames, suudavad hea liikuvusega sõiduki keskkonnast / maastikust paremini aru saada. Selle uuringu tulemuseks oli masin nimega CRUSHER, mis alustas operatiivset hindamist juba 2009. aastal; sellest ajast alates on tehtud veel mitmeid prototüüpe.
MPRS (Man-Portable Robotic System) programm keskendub praegu väikeste robotite autonoomse navigeerimise ja kokkupõrke vältimise süsteemide väljatöötamisele. Samuti tuvastab, uurib ja optimeerib tehnoloogiad, mis on välja töötatud robotsüsteemide autonoomia ja funktsionaalsuse suurendamiseks. Programm RACS (Robotic for Agile Combat Support) arendab erinevaid robotitehnoloogiaid, et vastata praegustele ohtudele ja operatiivnõuetele, aga ka tulevastele vajadustele ja võimalustele. Programm RACS arendab ja integreerib ka automatiseerimistehnoloogiaid erinevatele lahingmissioonidele ja erinevatele platvormidele, tuginedes ühise arhitektuuri kontseptsioonile ja sellistele põhiomadustele nagu liikuvus, kiirus, kontroll ja mitme masina koostoime.
Robotite osalemine kaasaegsetes lahingutegevustes võimaldab relvajõududel saada oma tegevuses hindamatuid kogemusi. Mehitamata õhusõidukite (UAV) ja SMRK -de kasutamise kohta ühes operatsioonisaalis on esile kerkinud mitmeid huvitavaid valdkondi ning sõjalised planeerijad kavatsevad neid hoolikalt uurida, sealhulgas mitme platvormi üldjuhtimist, vahetatavate pardasüsteemide väljatöötamist, mida saab paigaldada nii UAV -de ja SMRK -de kohta eesmärgiga laiendada ülemaailmseid võimalusi, aga ka uusi tehnoloogiaid paljutõotavate lahinguvabade asustamata süsteemide jaoks.
Eksperimentaalse programmi ARCD (Active Range Clearance Developments) kohaselt töötatakse välja nn stsenaarium "tsooni turvalisuse tagamine automaatsete vahenditega", milles mitmed SMRK töötavad koos mitme UAV-ga. Lisaks sellele hinnatakse tehnoloogilisi lahendusi, mis käsitlevad radarijaamade kasutamist mehitamata platvormidel, kontrolli- ja seiresüsteemide integreerimist ning süsteemide üldist tõhusust. USA õhujõud kavatsevad ARCD programmi raames välja töötada tehnoloogiaid, mis on vajalikud SMRK ja UAV -de ühistegevuse (nii õhusõidukite kui ka helikopterite skeemide) tõhususe suurendamiseks, samuti kõigi asjaosaliste andurite sujuva töö algoritme. platvormid, navigatsiooniandmete ja teatud takistuste andmete vahetamine.
Mehaaniliste, elektriliste ja elektrooniliste komponentide sisemine paigutus SMRK SPINNER
Ameerika armee uurimislabor ARL (Army Research Laboratory) viib oma uurimisprogrammide raames läbi eksperimente, et hinnata tehnoloogia küpsust. Näiteks viib ARL läbi katseid, mille käigus hinnatakse täielikult autonoomse SMRK võimet tuvastada ja vältida liikuvaid autosid ja liikuvaid inimesi. Lisaks tegeleb USA mereväe kosmose- ja mererelvakeskus uute robotitehnoloogiate ja nendega seotud peamiste tehniliste lahenduste uurimisega, sealhulgas autonoomse kaardistamise, takistuste vältimise, täiustatud sidesüsteemide ning SMRK ja UAV ühiste missioonidega.
Kõik need katsed mitme maa- ja õhuplatvormi samaaegsel osalusel viiakse läbi realistlikes välistingimustes, mida iseloomustab keeruline maastik ja reaalsete ülesannete kogum, mille käigus hinnatakse kõigi komponentide ja süsteemide võimalusi. Nende pilootprogrammide (ja nendega seotud tehnoloogiastrateegia) osana arenenud SMRC -de väljatöötamiseks on tulevaste investeeringute tasuvuse maksimeerimiseks määratletud järgmised suunad:
- tehnoloogia arendamine loob tehnoloogilise aluse allsüsteemidele ja komponentidele ning asjakohase integreerimise SMRK prototüüpidesse jõudluskontrolli tegemiseks;
- selle valdkonna juhtivad ettevõtted töötavad välja arenenud tehnoloogiaid, mis on vajalikud robotiseerimise ulatuse laiendamiseks, näiteks suurendades SMRK leviala ja suurendades sidekanalite valikut; ja
- riskide vähendamise programm tagab konkreetse süsteemi jaoks arenenud tehnoloogiate väljatöötamise ja võimaldab lahendada mõningaid tehnoloogilisi probleeme.
Tänu nende tehnoloogiate arendamisele on SMRK -d potentsiaalselt võimelised tegema revolutsioonilise hüppe sõjalises valdkonnas, nende kasutamine vähendab inimkaotusi ja suurendab lahingutõhusust. Selle saavutamiseks peavad nad aga olema võimelised töötama iseseisvalt, sealhulgas täitma keerukaid ülesandeid.
Näide relvastatud SMRK -st. Iisraeli ettevõtte G-NIUS Unmanned Ground Systems AVANTGUARD
Täiustatud modulaarne robotsüsteem MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), relvastatud kuulipilduja ja granaadiheitjatega
Arendanud NASA SMRK GROVER lumisel maastikul
Tehnilised nõuded arenenud SMRK -le
Täiustatud SMRK -d on kavandatud ja välja töötatud sõjalisteks missioonideks ning need töötavad peamiselt ohtlikes tingimustes. Praegu pakuvad paljud riigid teadus- ja arendustegevust mehitamata robotite süsteemide valdkonnas, mis on võimelised enamikul juhtudel töötama ka ebatasasel maastikul. Kaasaegsed SMRK -d võivad operaatorile saata videosignaale, teavet takistuste, sihtmärkide ja muude taktikalisest seisukohast huvitavate muutujate kohta või kõige arenenumate süsteemide puhul teha täiesti sõltumatuid otsuseid. Tegelikult võivad need süsteemid olla poolautonoomsed, kui navigeerimisandmeid kasutatakse koos pardal olevate andurite andmete ja kaugoperaatori käskudega marsruudi määramiseks. Täisautonoomne sõiduk määrab oma kursi ise, kasutades marsruudi väljatöötamiseks ainult rongisiseseid andureid, kuid samal ajal on operaatoril alati võimalus teha vajalikke konkreetseid otsuseid ja juhtida kriitilistes olukordades või kahjustuste korral masina juurde.
Tänapäeval suudavad kaasaegsed SMRK -d kiiresti avastada, tuvastada, lokaliseerida ja neutraliseerida mitut tüüpi ohte, sealhulgas vaenlase tegevust kiirguse, keemilise või bioloogilise saastumise tingimustes erinevat tüüpi maastikul. Kaasaegse SMRK väljatöötamisel on peamine probleem funktsionaalselt efektiivse disaini loomine. Põhipunktid hõlmavad mehaanilist disaini, pardas olevate andurite ja navigeerimissüsteemide komplekti, inimese ja roboti vahelist suhtlust, liikuvust, sidet ning elektri- / energiatarbimist.
Roboti ja inimese vahelise suhtlemise nõuded hõlmavad väga keerukaid inimese ja masina liideseid ning seetõttu tuleb turvaliste ja sõbralike liideste jaoks välja töötada multimodaalsed tehnilised lahendused. Kaasaegne roboti ja inimese vahelise interaktsiooni tehnoloogia on väga keeruline ning nõuab realistlikes töötingimustes palju katseid ja hindamisi, et saavutada hea usaldusväärsuse tase nii inimese kui ka roboti ja roboti ja roboti vahelise suhtluse korral.
Relvastatud SMRK, mille on välja töötanud Eesti ettevõte MILREM
Disainerite eesmärk on edukalt arendada SMRK -d, mis suudab oma ülesannet täita päeval ja öösel raskel maastikul. Maksimaalse efektiivsuse saavutamiseks igas konkreetses olukorras peaks SMRK olema võimeline liikuma igat tüüpi takistustega suurel kiirusel, suure manööverdusvõimega maastikul ja kiiresti muutma suunda ilma kiirust oluliselt vähendamata. Liikuvusega seotud projekteerimisparameetrid hõlmavad ka kinemaatilisi omadusi (eelkõige võime säilitada kontakti maapinnaga kõikides tingimustes). SMRK -l on lisaks eelisele, et sellel ei ole inimestele omaseid piiranguid, ka puuduseks vajadus integreerida keerulisi mehhanisme, mis suudavad asendada inimliigutusi. Sõiduomaduste projekteerimisnõuded tuleb integreerida anduritehnoloogiaga, samuti andurite ja tarkvaraarendusega, et saavutada hea liikuvus ja võimalus vältida mitmesuguseid takistusi.
Üks äärmiselt olulisi nõudeid suurele liikuvusele on oskus kasutada teavet looduskeskkonna (tõusud, taimestik, kivid või vesi), inimtekkeliste objektide (sillad, teed või hooned), ilma ja vaenlase takistuste (miiniväljad või takistused) kohta. Sel juhul saab võimalikuks oma positsioonide ja vaenlase positsioonide kindlaksmääramine ning kiiruse ja suuna olulist muutmist rakendades suurenevad SMRK võimalused ellu jääda vaenlase tule all. Sellised tehnilised omadused võimaldavad arendada relvastatud luure SMRK-d, mis on võimeline täitma luure-, vaatlus- ja sihtmärgihaldusülesandeid, tuleülesandeid relvakompleksi juuresolekul ning suutma tuvastada ka ohte enesekaitseks (miinid, vaenlase relvasüsteemid)., jne.).
Kõiki neid lahinguvõimalusi tuleb rakendada reaalajas, et vältida ohte ja neutraliseerida vaenlane, kasutades nende enda relvi või sidevahendeid kaugrelvasüsteemidega. Suur liikuvus ning oskus vaenlase sihtmärke ja tegevust rasketes lahingutingimustes lokaliseerida ja jälgida on äärmiselt olulised. See nõuab intelligentse SMRK arendamist, mis on võimeline jälgima vaenlase tegevust reaalajas tänu integreeritud integreeritud algoritmidele liikumiste tuvastamiseks.
Täiustatud võimalused, sealhulgas andurid, andmete liitmise algoritmid, ennetav visualiseerimine ja andmetöötlus, on hädavajalikud ning nõuavad kaasaegset riist- ja tarkvaraarhitektuuri. Ülesande täitmisel kaasaegses SMRK -s kasutatakse asukoha hindamiseks GPS -süsteemi, inertsiaalset mõõteseadet ja inertsiaalset navigatsioonisüsteemi.
Tänu nendele süsteemidele saadud navigatsiooniandmeid saab SMRK iseseisvalt liikuda vastavalt rongiprogrammi või kaugjuhtimissüsteemi käskudele. Samal ajal suudab SMRK saata lühikeste ajavahemike järel kaugjuhtimispuldile navigeerimisandmeid, nii et operaator teaks selle täpset asukohta. Täielikult autonoomsed SMRK -d saavad oma tegevusi planeerida ja selleks on hädavajalik töötada välja marsruut, mis välistab kokkupõrked, minimeerides samal ajal selliseid põhiparameetreid nagu aeg, energia ja vahemaa. Optimaalse marsruudi koostamiseks ja selle parandamiseks saab kasutada navigatsiooniarvutit ja teavet sisaldavat arvutit (takistuste tõhusaks avastamiseks saab kasutada laserkaugusmõõtjaid ja ultraheliandureid).
India õpilaste välja töötatud relvastatud SMRK prototüübi komponendid
Navigatsiooni- ja sidesüsteemide projekteerimine
Teine oluline probleem tõhusa SMRK väljatöötamisel on navigeerimis- / sidesüsteemi disain. Visuaalseks tagasisideks on paigaldatud digikaamerad ja andurid, öiseks tööks aga infrapunasüsteemid; operaator näeb videopilti oma arvutis ja saadab navigeerimissignaalide parandamiseks SMRK -le mõned põhilised navigeerimiskäsud (parem / vasak, seiskamine, edasi).
Täisautonoomse SMRK puhul on visualiseerimissüsteemid integreeritud digitaalsetel kaartidel ja GPS -andmetel põhinevate navigatsioonisüsteemidega. Täielikult autonoomse SMRK loomiseks selliste põhifunktsioonide jaoks nagu navigeerimine on vaja integreerida väliste tingimuste tajumise süsteemid, marsruudi planeerimine ja sidekanal.
Kuigi ühe SMRK navigatsioonisüsteemide integreerimine on kaugelearenenud, on mitme SMRK samaaegse toimimise ning SMRK ja UAV ühiste ülesannete kavandamise algoritmide väljatöötamine alles varases staadiumis, kuna suhtluse vahelist suhtlust on väga raske luua mitu robotisüsteemi korraga. Käimasolevad katsed aitavad kindlaks teha, milliseid sagedusi ja sagedusvahemikke on vaja ning kuidas nõuded konkreetse rakenduse jaoks varieeruvad. Kui need omadused on kindlaks määratud, on võimalik mitme robotmasina jaoks välja töötada täiustatud funktsioone ja tarkvara.
Mehitamata K-MAX helikopter transpordib autonoomsuskatsete ajal robot-sõidukit SMSS (Squad Mission Support System); kui piloot oli K-MAX kokpitis, kuid ei kontrollinud seda
Sidevahendid on SMRK toimimiseks väga olulised, kuid traadita lahendustel on üsna olulisi puudusi, kuna loodud side võib kaduda maastiku, takistuste või vaenlase elektroonilise summutussüsteemi aktiivsusega seotud häirete tõttu. Viimased arengud masinatevahelistes sidesüsteemides on väga huvitavad ning tänu sellele uurimistööle saab luua taskukohaseid ja tõhusaid seadmeid robotplatvormide vaheliseks suhtluseks. SMRK vahelise ning SMRK ja UAV vahelise suhtluse tegelikes tingimustes rakendatakse spetsiaalse lähitoimeside standardit DRSC (Dedicated Short-Range Communication). Praegu pööratakse suurt tähelepanu side turvalisuse tagamisele võrgukesksetes operatsioonides ja seetõttu peaksid tulevased mehitatud ja asustamata süsteemide valdkonna projektid põhinema täiustatud lahendustel, mis vastavad ühistele liidesestandarditele.
Praegu on lühiajaliste ja väikese energiatarbega ülesannete nõuded suures osas täidetud, kuid probleeme on platvormidega, mis täidavad pikaajalisi ülesandeid suure energiatarbega, eelkõige on üks pakilisemaid probleeme video voogesitus.
Kütus
Energiaallikate valikud sõltuvad süsteemi tüübist: väikeste SMRK -de puhul võib energiaallikaks olla täiustatud laetav aku, kuid suuremate SMRK -de puhul võib tavaline kütus toota vajalikku energiat, mis võimaldab rakendada skeemi elektrilise mootor-generaator või uue põlvkonna hübriid-elektriline tõukejõusüsteem. Kõige ilmsemad energiavarustust mõjutavad tegurid on keskkonnatingimused, masina kaal ja mõõtmed ning ülesande täitmise aeg. Mõnel juhul peab toitesüsteem koosnema peamisest allikast kütusesüsteemist ja laetavast akust (nähtavus on väiksem). Sobiva energialiigi valik sõltub kõigist teguritest, mis mõjutavad ülesande täitmist ning energiaallikas peab tagama vajaliku liikuvuse, sidesüsteemi, andurikomplekti ja relvakompleksi (kui see on olemas) katkematu töö.
Lisaks on vaja lahendada tehnilisi probleeme, mis on seotud liikuvusega raskel maastikul, takistuste tajumisega ja ekslike toimingute eneseparandamisega. Kaasaegsete projektide raames on välja töötatud uued täiustatud robotitehnoloogiad, mis on seotud pardasensorite ja andmetöötluse integreerimisega, marsruudi valimise ja navigeerimise, takistuste avastamise, klassifitseerimise ja vältimise ning side kadumisega seotud vigade kõrvaldamisega. platvormi destabiliseerimine. Autonoomne maastikusõit nõuab sõidukilt maastiku eristamist, mis hõlmab maastiku 3D-orograafiat (maastiku kirjeldus) ja selliste takistuste tuvastamist nagu kivid, puud, seisvad veekogud jne. Üldised võimalused suurenevad pidevalt ja täna võime juba rääkida maastiku kujutise piisavalt kõrgest määratlusest, kuid ainult päeval ja hea ilmaga, kuid robotplatvormide võimalustest tundmatus ruumis ja halva ilmaga tingimused on endiselt ebapiisavad. Sellega seoses viib DARPA läbi mitmeid eksperimentaalseid programme, kus robotplatvormide võimeid testitakse tundmatul maastikul, iga ilmaga, päeval ja öösel. DARPA programm nimega Applied Research in AI (Applied Research in Artificial Intelligence) uurib intelligentset otsuste tegemist ja muid täiustatud tehnoloogilisi lahendusi autonoomsete süsteemide jaoks spetsiifiliste rakenduste jaoks arenenud robootikasüsteemides, samuti töötab välja autonoomseid mitme robotiga õppimise algoritme. ühisülesanded, mis võimaldavad robotirühmadel automaatselt uusi ülesandeid töödelda ja rolle omavahel ümber jaotada.
Nagu juba mainitud, määravad töötingimused ja ülesande tüüp kaasaegse SMRK disaini, mis on mobiilne platvorm, millel on toiteallikas, andurid, arvutid ja tarkvaraarhitektuur tajumiseks, navigeerimiseks, suhtlemiseks, õppimiseks / kohandamiseks, robot ja inimene. Tulevikus on need mitmepoolsemad, neil on suurem ühinemise ja suhtlemise tase ning need on tõhusamad ka majanduslikust seisukohast. Erilist huvi pakuvad moodulkoormusega süsteemid, mis võimaldavad masinaid erinevate ülesannete jaoks kohandada. Järgmisel kümnendil muutuvad avatud arhitektuuril põhinevad robot -sõidukid kättesaadavaks taktikalisteks operatsioonideks ning baaside ja muu infrastruktuuri kaitseks. Neid iseloomustab märkimisväärne ühtlus ja autonoomia, suur liikuvus ja modulaarsed rongisüsteemid.
SMRK tehnoloogia sõjalisteks rakendusteks areneb kiiresti, mis võimaldab paljudel relvajõududel sõdureid ohtlikest ülesannetest kõrvaldada, sealhulgas IED -de avastamine ja hävitamine, luure, nende vägede kaitsmine, demineerimine ja palju muud. Näiteks USA armee brigaadi lahingugruppide kontseptsioon on arenenud arvutisimulatsioonide, lahingukoolituse ja reaalse lahingukogemuse kaudu näidanud, et robotsõidukid on parandanud meeskonnaliikmete maapealsete sõidukite ellujäämist ja oluliselt parandanud lahingutõhusust. Paljutõotavate tehnoloogiate arendamine, nagu liikuvus, autonoomia, relvadega varustamine, inimese ja masina liidesed, tehisintellekt robotsüsteemide jaoks, integratsioon teiste SMRK-de ja mehitatud süsteemidega, suurendab asustamata maapealsete süsteemide võimalusi ja nende taset. autonoomia.
Vene löökpillirobotikompleks Platform-M, mille on välja töötanud NITI "Progress"
