Kompleksi robotik shumëfunksional luftarak "Uran-9"
Një vështrim në teknologjinë, zhvillimet, gjendjen aktuale të çështjeve dhe perspektivat e sistemeve robotike të lëvizshme tokësore (SMRK)
Zhvillimi i doktrinave të reja operacionale, veçanërisht për luftën urbane dhe konfliktet asimetrike, do të kërkojë sisteme dhe teknologji të reja për të zvogëluar viktimat midis ushtrisë dhe civilëve. Kjo mund të realizohet përmes zhvillimeve në fushën e SMRK, përdorimit të teknologjive të përparuara për vëzhgimin dhe mbledhjen e informacionit, si dhe zbulimin dhe zbulimin e objektivave, mbrojtjen dhe goditjen me precizion të lartë. SMRK, si homologët e tyre fluturues, për shkak të përdorimit të gjerë të teknologjive robotike ultra-moderne, nuk kanë një operator njerëzor në bord.
Këto sisteme janë gjithashtu të domosdoshme për të vepruar në një mjedis të kontaminuar ose për kryerjen e detyrave të tjera "memece, të pista dhe të rrezikshme". Nevoja për zhvillimin e SMRK të avancuar shoqërohet me nevojën për të përdorur sisteme pa pilot për mbështetje të drejtpërdrejtë në fushën e betejës. Sipas disa ekspertëve ushtarakë, automjetet e pabanuara, niveli i autonomisë së të cilave do të rritet gradualisht, do të bëhen një nga elementët taktikë më të rëndësishëm në strukturën e forcave tokësore moderne.
Një kompleks robotik i bazuar në automjetin e blinduar TERRAMAX M-ATV udhëheq një kolonë automjetesh pa pilot
Nevojat operacionale dhe zhvillimi i SMRK
Në fund të vitit 2003, Komanda Qendrore e SHBA lëshoi kërkesa urgjente, urgjente për sisteme për të kundërshtuar kërcënimin e pajisjeve shpërthyese të improvizuara (IED). Ndërmarrja e Përbashkët e Robotikës Tokësore (JGRE) ka dalë me një plan që mund të sigurojë shpejt rritje të konsiderueshme të aftësive përmes përdorimit të makinave të vogla robotike. Me kalimin e kohës, këto teknologji kanë evoluar, më shumë sisteme janë vendosur dhe përdoruesit kanë marrë prototipe të avancuara për vlerësim. Si rezultat, ka pasur një rritje të numrit të personelit ushtarak dhe njësive të përfshira në fushën e sigurisë së brendshme, të cilët kanë mësuar të përdorin sisteme të përparuara robotike.
Agjencia e Projekteve të Kërkimeve të Avancuara të Mbrojtjes (DARPA) aktualisht po hulumton teknologjinë robotike në mësimin e makinerive, duke u bazuar në zhvillimet e saj në inteligjencën artificiale dhe njohjen e imazhit. Të gjitha këto teknologji, të zhvilluara në kuadër të programit UPI (Interesimi pa Personel), janë në gjendje të ofrojnë një kuptim më të mirë të mjedisit / terrenit për një automjet me lëvizshmëri të mirë. Rezultati i këtij hulumtimi ishte një makinë e quajtur CRUSHER, e cila filloi vlerësimin operacional në vitin 2009; që nga ajo kohë, janë bërë edhe disa prototipe të tjera.
Programi MPRS (Sistemi robotik i lëvizshëm nga njeriu) aktualisht është duke u përqëndruar në zhvillimin e sistemeve autonome të navigimit dhe shmangies së përplasjeve për robotët e vegjël. Ai gjithashtu identifikon, studion dhe optimizon teknologjitë e zhvilluara për të rritur nivelin e autonomisë dhe funksionalitetit të sistemeve robotike. Programi RACS (Robotic for Agile Combat Support) zhvillon teknologji të ndryshme robotike për të përmbushur kërcënimet aktuale dhe kërkesat operacionale, si dhe nevojat dhe aftësitë e ardhshme. Programi RACS gjithashtu zhvillon dhe integron teknologji automatizimi për misione të ndryshme luftarake dhe platforma të ndryshme, bazuar në konceptin e një arkitekture të përbashkët dhe karakteristika të tilla themelore si lëvizshmëria, shpejtësia, kontrolli dhe ndërveprimi i disa makinave.
Pjesëmarrja e robotëve në operacionet luftarake moderne u lejon forcave të armatosura të fitojnë përvojë të paçmueshme në operacionin e tyre. Disa fusha interesante janë shfaqur në lidhje me përdorimin e mjeteve ajrore pa pilot (UAV) dhe SMRK në një teatër operacional, dhe planifikuesit ushtarakë synojnë t'i studiojnë me kujdes ato, përfshirë menaxhimin e përgjithshëm të disa platformave, zhvillimin e sistemeve të këmbyeshme në bord që mund të instalohen të dyja në UAV dhe në SMRK me qëllim të zgjerimit të aftësive globale, si dhe teknologjive të reja për premtimin e sistemeve luftarake të pabanuara.
Sipas programit eksperimental ARCD (Zhvillimet e Pastrimit të Gama Aktive), do të zhvillohet i ashtuquajturi skenar i "sigurimit të sigurisë së zonës me mjete automatike", në të cilin disa SMRK do të punojnë së bashku me disa UAV. Përveç kësaj, do të bëhet një vlerësim i zgjidhjeve teknologjike në lidhje me përdorimin e stacioneve të radarit në platforma pa pilot, një vlerësim i integrimit të sistemeve të kontrollit dhe monitorimit dhe efikasitetit të përgjithshëm të sistemeve. Si pjesë e programit ARCD, Forcat Ajrore të SHBA planifikojnë të zhvillojnë teknologji të nevojshme për të rritur efektivitetin e veprimeve të përbashkëta të SMRK dhe UAV (si skema avionësh ashtu edhe helikopterësh), si dhe algoritme për funksionimin "pa probleme" të sensorëve të të gjithë të përfshirëve platformat, shkëmbimin e të dhënave të lundrimit dhe të dhënave për pengesa të caktuara.
Paraqitja e brendshme e përbërësve mekanikë, elektrikë dhe elektronikë SMRK SPINNER
Laboratori Kërkimor i Ushtrisë Amerikane ARL (Laboratori i Kërkimit të Ushtrisë) kryen eksperimente si pjesë e programeve të tij kërkimore në mënyrë që të vlerësojë pjekurinë e teknologjisë. Për shembull, ARL po kryen eksperimente që vlerësojnë aftësinë e një SMRK plotësisht autonome për të zbuluar dhe shmangur lëvizjen e makinave dhe njerëzve në lëvizje. Për më tepër, Qendra e Armëve Hapësinore dhe Detare të Marinës amerikane po kryen kërkime në teknologjitë e reja robotike dhe zgjidhjet kryesore teknike të lidhura, duke përfshirë hartat autonome, shmangien e pengesave, sistemet e avancuara të komunikimit dhe misionet e përbashkëta SMRK dhe UAV.
Të gjitha këto eksperimente me pjesëmarrjen e njëkohshme të disa platformave tokësore dhe ajrore kryhen në kushte reale të jashtme, të karakterizuara nga terreni kompleks dhe një sërë detyrash reale gjatë të cilave vlerësohen aftësitë e të gjithë përbërësve dhe sistemeve. Si pjesë e këtyre programeve pilot (dhe strategjisë së teknologjisë përkatëse) për zhvillimin e SMRC -ve të avancuara, drejtimet e mëposhtme janë identifikuar për të maksimizuar kthimin e investimeve të ardhshme:
- zhvillimi i teknologjisë do të sigurojë një bazë teknologjike për nënsistemet dhe përbërësit dhe integrimin e duhur në prototipet e SMRK për testimin e performancës;
- kompanitë kryesore në këtë fushë do të zhvillojnë teknologji të përparuara të nevojshme për të zgjeruar fushën e robotizimit, për shembull, duke rritur gamën e SMRK dhe duke rritur gamën e kanaleve të komunikimit; dhe
- programi për zbutjen e rrezikut do të sigurojë zhvillimin e teknologjive të përparuara për një sistem specifik dhe do të lejojë kapërcimin e disa problemeve teknologjike.
Falë zhvillimit të këtyre teknologjive, SMRK janë potencialisht të afta të sigurojnë një hap revolucionar përpara në sferën ushtarake, përdorimi i tyre do të zvogëlojë humbjet njerëzore dhe do të rrisë efektivitetin luftarak. Sidoqoftë, për ta arritur këtë, ata duhet të jenë në gjendje të punojnë në mënyrë të pavarur, përfshirë kryerjen e detyrave komplekse.
Një shembull i një SMRK të armatosur. AVANTGUARD e kompanisë izraelite G-NIUS Unmanned Ground Systems
Sistemi robotik modular i avancuar MAARS (Sistemi robotik i armatosur i avancuar modular), i armatosur me një mitraloz dhe granata -hedhës
Zhvilluar nga NASA SMRK GROVER në terren me borë
Kërkesat teknike për SMRK të avancuar
SMRK -të e avancuara janë krijuar dhe zhvilluar për misione ushtarake dhe veprojnë kryesisht në kushte të rrezikshme. Sot, shumë vende ofrojnë kërkime dhe zhvillime në fushën e sistemeve robotike pa pilot, të afta për të punuar në shumicën e rasteve në terren të ashpër. SMRK -të moderne mund t'i dërgojnë operatorit sinjale video, informacion në lidhje me pengesat, objektivat dhe ndryshoret e tjera që janë interesante nga pikëpamja taktike, ose, në rastin e sistemeve më të përparuara, të marrin vendime krejtësisht të pavarura. Në fakt, këto sisteme mund të jenë gjysmë-autonome kur të dhënat e navigimit përdoren së bashku me të dhënat e sensorit në bord dhe komandat e operatorit në distancë për të përcaktuar rrugën. Një automjet plotësisht autonom përcakton rrjedhën e tij në vetvete, duke përdorur vetëm sensorë në bord për të zhvilluar një rrugë, por në të njëjtën kohë operatori gjithmonë ka mundësinë të marrë vendimet e nevojshme specifike dhe të marrë kontrollin në situata kritike ose në rast dëmtimi tek makina.
Sot, SMRK -të moderne mund të zbulojnë, identifikojnë, lokalizojnë dhe neutralizojnë shpejt shumë lloje të kërcënimeve, përfshirë aktivitetin e armikut në kushtet e rrezatimit, ndotjes kimike ose biologjike në lloje të ndryshme të terrenit. Kur zhvilloni SMRK moderne, problemi kryesor është krijimi i një dizajni funksionalisht efektiv. Pikat kryesore përfshijnë dizajnin mekanik, një sërë sensorësh në bord dhe sistemet e navigimit, ndërveprimin njeri-robot, lëvizshmërinë, komunikimet dhe konsumin e energjisë / energjisë.
Kërkesat e ndërveprimit robot-njeri përfshijnë ndërfaqe shumë komplekse njeri-makinë dhe për këtë arsye duhet të krijohen zgjidhje teknike multimodale për ndërfaqe të sigurta dhe miqësore. Teknologjia moderne e ndërveprimit robot-njeri është shumë komplekse dhe do të kërkojë shumë teste dhe vlerësime në kushte reale të funksionimit për të arritur nivele të mira besueshmërie, si në ndërveprimin njeri-robot ashtu edhe në ndërveprimin robot-robot.
SMRK e armatosur e zhvilluar nga kompania Estoneze MILREM
Qëllimi i projektuesve është zhvillimi i suksesshëm i një SMRK të aftë për të kryer detyrën e tij ditë e natë në terrene të vështira. Për të arritur efikasitetin maksimal në secilën situatë specifike, SMRK duhet të jetë në gjendje të lëvizë në të gjitha llojet e terrenit me pengesa me shpejtësi të madhe, me manovrim të lartë dhe të ndryshojë shpejt drejtimin pa një ulje të konsiderueshme të shpejtësisë. Parametrat e projektimit të lidhur me lëvizshmërinë përfshijnë gjithashtu karakteristika kinematike (kryesisht aftësinë për të mbajtur kontakt me tokën në të gjitha kushtet). SMRK, përveç përparësisë që nuk ka kufizimet e qenësishme te njerëzit, gjithashtu ka disavantazhin e nevojës për të integruar mekanizma komplekse që mund të zëvendësojnë lëvizjet njerëzore. Kërkesat e projektimit për performancën e ngasjes duhet të integrohen me teknologjinë ndijuese, si dhe zhvillimin e sensorit dhe softuerit në mënyrë që të fitohet lëvizshmëri e mirë dhe aftësia për të shmangur llojet e ndryshme të pengesave.
Një nga kërkesat jashtëzakonisht të rëndësishme për lëvizshmëri të lartë është aftësia për të përdorur informacion në lidhje me mjedisin natyror (ngjitje, bimësi, shkëmbinj ose ujë), objekte të bëra nga njeriu (ura, rrugë ose ndërtesa), moti dhe pengesat e armikut (fushat e minuara ose pengesat) Me Në këtë rast, bëhet e mundur të përcaktohen pozicionet e veta dhe pozicionet e armikut, dhe duke aplikuar një ndryshim të rëndësishëm në shpejtësinë dhe drejtimin, shanset e SMRK për të mbijetuar nën zjarrin e armikut rriten ndjeshëm. Karakteristika të tilla teknike bëjnë të mundur zhvillimin e SMRK-së të zbulimit të armatosur të aftë për të kryer detyra zbulimi, vëzhgimi dhe marrjeje objektivi, misione zjarri në prani të një kompleksi armësh, dhe gjithashtu të aftë për të zbuluar kërcënime për qëllime të vetëmbrojtjes (mina, sisteme armësh armike, etj).
Të gjitha këto aftësi luftarake duhet të zbatohen në kohë reale për të shmangur kërcënimet dhe neutralizuar armikun, duke përdorur ose armët e tyre ose kanalet e komunikimit me sisteme të largëta të armëve. Lëvizshmëria e lartë dhe aftësia për të lokalizuar dhe gjurmuar objektivat dhe aktivitetin e armikut në kushte të vështira luftarake janë jashtëzakonisht të rëndësishme. Kjo kërkon zhvillimin e një SMRK inteligjente të aftë për të ndjekur aktivitetin e armikut në kohë reale për shkak të algoritmeve komplekse të integruara për njohjen e lëvizjeve.
Aftësitë e avancuara, përfshirë sensorët, algoritmet për shkrirjen e të dhënave, vizualizimin proaktiv dhe përpunimin e të dhënave, janë thelbësore dhe kërkojnë një arkitekturë moderne të harduerit dhe softuerit. Kur kryeni një detyrë në SMRK moderne, sistemi GPS, një njësi matëse inerciale dhe një sistem navigimi inercial përdoren për të vlerësuar vendndodhjen.
Duke përdorur të dhënat e lundrimit të marra falë këtyre sistemeve, SMRK mund të lëvizë në mënyrë të pavarur në përputhje me komandat e programit në bord ose sistemin e telekomandës. Në të njëjtën kohë, SMRK është në gjendje të dërgojë të dhëna navigimi në një stacion të telekomandës në intervale të shkurtra në mënyrë që operatori të dijë për vendndodhjen e tij të saktë. SMRK plotësisht autonome mund të planifikojnë veprimet e tyre, dhe për këtë është absolutisht e nevojshme të zhvillohet një rrugë që përjashton përplasjet, duke minimizuar parametra të tillë themelorë si koha, energjia dhe distanca. Një kompjuter navigimi dhe një kompjuter me informacion mund të përdoren për të vizatuar rrugën optimale dhe për ta korrigjuar atë (gjetësit e distancës lazer dhe sensorët tejzanor mund të përdoren për të zbuluar në mënyrë efektive pengesat).
Përbërësit e një prototipi të armatosur SMRK të zhvilluar nga studentët indianë
Dizajnimi i sistemeve të navigimit dhe komunikimit
Një problem tjetër i rëndësishëm në zhvillimin e një SMRK efektive është dizajni i sistemit të navigimit / komunikimit. Kamerat dixhitale dhe sensorët janë instaluar për reagime vizuale, ndërsa sistemet infra të kuqe janë instaluar për funksionimin e natës; operatori mund të shohë imazhin e videos në kompjuterin e tij dhe të dërgojë disa komanda bazë navigimi në SMRK (djathtas / majtas, ndalur, përpara) për të korrigjuar sinjalet e lundrimit.
Në rastin e SMRK plotësisht autonome, sistemet e vizualizimit janë të integruara me sistemet e navigimit bazuar në hartat dixhitale dhe të dhënat GPS. Për të krijuar një SMRK plotësisht autonome, për funksione të tilla themelore si lundrimi, do të jetë e nevojshme të integrohen sisteme për perceptimin e kushteve të jashtme, planifikimin e rrugës dhe një kanal komunikimi.
Ndërsa integrimi i sistemeve të navigimit për SMRK të vetme është në një fazë të avancuar, zhvillimi i algoritmeve për planifikimin e funksionimit të njëkohshëm të disa SMRK dhe detyrave të përbashkëta të SMRK dhe UAV është në një fazë të hershme, pasi është shumë e vështirë të krijohet ndërveprim komunikimi midis disa sisteme robotike njëherësh. Eksperimentet e vazhdueshme do të ndihmojnë në përcaktimin se cilat frekuenca dhe diapazone frekuencash nevojiten dhe si do të ndryshojnë kërkesat për një aplikim të veçantë. Pasi të përcaktohen këto karakteristika, do të jetë e mundur të zhvillohen funksione dhe programe të avancuara për disa makina robotike.
Helikopteri pa pilot K-MAX transporton automjet robotik SMSS (Squad Mission Support System) gjatë testeve të autonomisë; ndërsa piloti ishte në kabinën e K-MAX, por nuk e kontrolloi atë
Mjetet e komunikimit janë shumë të rëndësishme për funksionimin e SMRK, por zgjidhjet pa tel kanë disavantazhe mjaft të rëndësishme, pasi komunikimi i krijuar mund të humbet për shkak të ndërhyrjeve të lidhura me terrenin, pengesat ose aktivitetin e sistemit të shtypjes elektronike të armikut. Zhvillimet e fundit në sistemet e komunikimit makinë me makinë janë shumë interesante, dhe falë këtij hulumtimi, mund të krijohen pajisje të përballueshme dhe efektive për komunikim midis platformave robotike. Standardi për komunikim të veçantë me rreze të shkurtër DRSC (Dedicated Short-Range Communication) do të zbatohet në kushte reale për komunikim midis SMRK dhe mes SMRK dhe UAV. Aktualisht i kushtohet shumë vëmendje sigurimit të sigurisë së komunikimit në operacionet me qendër në rrjet dhe prandaj projektet e ardhshme në fushën e sistemeve të drejtuara dhe të pabanuara duhet të bazohen në zgjidhje të avancuara që përputhen me standardet e përbashkëta të ndërfaqes.
Sot, kërkesat për detyrat afatshkurtra dhe me fuqi të ulët janë përmbushur kryesisht, por ka probleme me platformat që kryejnë detyra afatgjata me konsum të lartë të energjisë, në veçanti, një nga çështjet më urgjente është transmetimi i videove.
Karburant
Opsionet për burimet e energjisë varen nga lloji i sistemit: për SMRK të vogla, burimi i energjisë mund të jetë një bateri e rimbushshme e avancuar, por për SMRK më të mëdha, karburanti konvencional mund të gjenerojë energjinë e nevojshme, gjë që bën të mundur zbatimin e një skeme me një energji elektrike motor-gjenerator ose një sistem shtytës elektrik hibrid i gjeneratës së re. Faktorët më të dukshëm që ndikojnë në furnizimin me energji janë kushtet mjedisore, pesha dhe dimensionet e makinës, dhe koha e ekzekutimit të detyrës. Në disa raste, sistemi i furnizimit me energji elektrike duhet të përbëhet nga një sistem karburanti si burimi kryesor dhe një bateri e rimbushshme (dukshmëri e zvogëluar). Zgjedhja e llojit të duhur të energjisë varet nga të gjithë faktorët që ndikojnë në kryerjen e detyrës, dhe burimi i energjisë duhet të sigurojë lëvizshmërinë e kërkuar, funksionimin e pandërprerë të sistemit të komunikimit, grupin e sensorëve dhe kompleksin e armëve (nëse ka).
Për më tepër, është e nevojshme të zgjidhen problemet teknike që lidhen me lëvizshmërinë në terrene të vështira, perceptimin e pengesave dhe vetë-korrigjimin e veprimeve të gabuara. Si pjesë e projekteve moderne, teknologji të reja të përparuara robotike janë zhvilluar në lidhje me integrimin e sensorëve në bord dhe përpunimin e të dhënave, përzgjedhjen dhe navigimin e rrugës, zbulimin, klasifikimin dhe shmangien e pengesave, si dhe eleminimin e gabimeve që lidhen me humbjen e komunikimit dhe destabilizimi i platformës. Lundrimi autonome jashtë rrugës kërkon që automjeti të dallojë terrenin, i cili përfshin orografi 3D të terrenit (përshkrimi i terrenit) dhe identifikimin e pengesave të tilla si shkëmbinj, pemë, trupa të ndenjur të ujit, etj. Aftësitë e përgjithshme po rriten vazhdimisht dhe sot ne tashmë mund të flasim për një nivel mjaft të lartë të përcaktimit të imazhit të terrenit, por vetëm gjatë ditës dhe në mot të mirë, por aftësitë e platformave robotike në një hapësirë të panjohur dhe në mot të keq kushtet janë ende të pamjaftueshme. Në këtë drejtim, DARPA po kryen disa programe eksperimentale, ku aftësitë e platformave robotike testohen në terrene të panjohura, në çdo mot, ditë e natë. Programi DARPA, i quajtur Applied Research in AI (Applied Research in Artificial Intelligence), është duke hulumtuar vendimmarrje inteligjente dhe zgjidhje të tjera teknologjike të avancuara për sisteme autonome për aplikime specifike në sisteme të përparuara robotike, si dhe zhvillimin e algoritmeve autonome të të mësuarit multi-robotik për kryerjen detyra të përbashkëta, të cilat do të lejojnë grupet e robotëve të përpunojnë automatikisht detyra të reja dhe të rishpërndajnë rolet midis tyre.
Siç është përmendur tashmë, kushtet e funksionimit dhe lloji i detyrës përcaktojnë modelin e një SMRK moderne, e cila është një platformë e lëvizshme me furnizim me energji, sensorë, kompjuterë dhe arkitekturë softuerike për perceptimin, navigimin, komunikimin, mësimin / përshtatjen, ndërveprimin midis një robot dhe një person. Në të ardhmen, ato do të jenë më shumëpalëshe, do të kenë një nivel të shtuar të bashkimit dhe ndërveprimit, dhe gjithashtu do të jenë më efikase nga pikëpamja ekonomike. Me interes të veçantë janë sistemet me ngarkesë modulare, të cilat lejojnë që makinat të përshtaten për detyra të ndryshme. Në dekadën e ardhshme, automjetet robotike të bazuara në arkitekturë të hapur do të bëhen të disponueshme për operacionet taktike dhe mbrojtjen e bazave dhe infrastrukturës tjetër. Ato do të karakterizohen nga një nivel i rëndësishëm uniformiteti dhe autonomie, lëvizshmëri të lartë dhe sisteme modulare në bord.
Teknologjia SMRK për aplikimet ushtarake po evolon me shpejtësi, e cila do të lejojë shumë forca të armatosura të heqin ushtarët nga detyrat e rrezikshme, duke përfshirë zbulimin dhe shkatërrimin e IED -ve, zbulimin, mbrojtjen e forcave të tyre, çminimin dhe shumë më tepër. Për shembull, koncepti i grupeve luftarake të brigadave të Ushtrisë Amerikane, përmes simulimeve të avancuara kompjuterike, trajnimit luftarak dhe përvojës luftarake në botën reale, ka demonstruar se automjetet robotike kanë përmirësuar mbijetesën e automjeteve tokësore të ekuipazhit dhe kanë përmirësuar ndjeshëm efektivitetin luftarak. Zhvillimi i teknologjive premtuese, të tilla si lëvizshmëria, autonomia, pajisja me armë, ndërfaqet njeri-makinë, inteligjenca artificiale për sistemet robotike, integrimi me SMRK të tjera dhe sistemet e drejtuara, do të sigurojë një rritje të aftësive të sistemeve tokësore të pabanuara dhe nivelin e tyre autonomi.
Kompleksi robotik me goditje ruse Platform-M i zhvilluar nga NITI "Progress"
