Cīņa pret daudzfunkcionālu robotu kompleksu "Uran-9"
Apskatiet sauszemes mobilo robotu sistēmu (SMRK) tehnoloģiju, attīstību, pašreizējo stāvokli un perspektīvas
Lai izstrādātu jaunas operatīvās doktrīnas, jo īpaši pilsētu karadarbībai un asimetriskiem konfliktiem, būs vajadzīgas jaunas sistēmas un tehnoloģijas, lai samazinātu upuru skaitu militāro un civiliedzīvotāju vidū. To var īstenot, attīstoties SMRK jomā, izmantojot uzlabotas tehnoloģijas novērošanai un informācijas vākšanai, kā arī iepazīstoties ar mērķiem un atklājot, aizsargājot un veicot precīzu triecienu. SMRK, tāpat kā viņu lidojošajiem kolēģiem, pateicoties ultramoderno robotu tehnoloģiju plašajai izmantošanai, uz kuģa nav cilvēka operatora.
Šīs sistēmas ir neaizstājamas arī darbībai piesārņotā vidē vai citu "mēmu, netīru un bīstamu" uzdevumu veikšanai. Nepieciešamība attīstīt SMRK ir saistīta ar nepieciešamību izmantot bezpilota sistēmas tiešam atbalstam kaujas laukā. Pēc dažu militāro ekspertu domām, neapdzīvoti transportlīdzekļi, kuru autonomijas pakāpe tiks pakāpeniski paaugstināta, kļūs par vienu no svarīgākajiem taktiskajiem elementiem mūsdienu sauszemes spēku struktūrā.
Robotu komplekss, kura pamatā ir bruņumašīna TERRAMAX M-ATV, vada bezpilota transportlīdzekļu kolonnu
SMRK darbības vajadzības un attīstība
2003. gada beigās ASV Centrālā pavēlniecība nāca klajā ar steidzamiem un steidzamiem pieprasījumiem pēc sistēmām, lai novērstu spridzināšanas ieroču (IED) draudus. Apvienotais zemes robotu uzņēmums (JGRE) ir nācis klajā ar plānu, kas varētu ātri nodrošināt ievērojamu spēju pieaugumu, izmantojot mazas robotu mašīnas. Laika gaitā šīs tehnoloģijas ir attīstījušās, ir ieviestas vairāk sistēmas, un lietotāji novērtēšanai ir saņēmuši uzlabotus prototipus. Tā rezultātā ir palielinājies militārā personāla un iekšējās drošības jomā iesaistīto vienību skaits, kuri ir iemācījušies darboties ar modernām robotu sistēmām.
Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūra (DARPA) šobrīd pēta robotu tehnoloģijas mašīnu apguvē, balstoties uz mākslīgā intelekta un attēlu atpazīšanas attīstību. Visas šīs tehnoloģijas, kas izstrādātas saskaņā ar UPI (bezpilota uztveres integrācijas) programmu, spēj nodrošināt labāku vides / reljefa izpratni transportlīdzeklim ar labu mobilitāti. Šī pētījuma rezultāts bija mašīna ar nosaukumu CRUSHER, kas sāka novērtēt darbību 2009. gadā; Kopš tā laika ir izgatavoti vēl vairāki prototipi.
MPRS (Man-Portable Robotic System) programma šobrīd koncentrējas uz mazo robotu autonomas navigācijas un sadursmju novēršanas sistēmu izstrādi. Tas arī identificē, pēta un optimizē tehnoloģijas, kas izstrādātas, lai palielinātu robotu sistēmu autonomijas un funkcionalitātes līmeni. Programma RACS (Robotic for Agile Combat Support) izstrādā dažādas robotu tehnoloģijas, lai apmierinātu pašreizējos draudus un darbības prasības, kā arī nākotnes vajadzības un iespējas. RACS programma arī izstrādā un integrē automatizācijas tehnoloģijas dažādām kaujas misijām un dažādām platformām, pamatojoties uz kopējas arhitektūras koncepciju un tādām pamatīpašībām kā vairāku mašīnu mobilitāte, ātrums, vadība un mijiedarbība.
Robotu piedalīšanās mūsdienu kaujas operācijās ļauj bruņotajiem spēkiem iegūt nenovērtējamu pieredzi savā darbībā. Ir parādījušās vairākas interesantas jomas saistībā ar bezpilota lidaparātu (UAV) un SMRK izmantošanu vienā operatīvajā telpā, un militārie plānotāji plāno tos rūpīgi izpētīt, tostarp vairāku platformu vispārējo pārvaldību, maināmu borta sistēmu izstrādi, kuras var uzstādīt gan UAV un SMRK ar mērķi paplašināt globālās iespējas, kā arī jaunas tehnoloģijas daudzsološām kaujas neapdzīvotām sistēmām.
Saskaņā ar eksperimentālo programmu ARCD (Active Range Clearance Developments) tiks izstrādāts tā saucamais "zonas drošības nodrošināšanas ar automātiskiem līdzekļiem" scenārijs, kurā vairāki SMRK strādās kopā ar vairākiem UAV. Turklāt tiks veikts tehnoloģisko risinājumu novērtējums attiecībā uz radaru staciju izmantošanu bezpilota platformās, kontroles un uzraudzības sistēmu integrācijas un sistēmu kopējās efektivitātes novērtējums. ARCD programmas ietvaros ASV gaisa spēki plāno izstrādāt tehnoloģijas, kas vajadzīgas, lai palielinātu SMRK un UAV kopīgo darbību efektivitāti (gan lidmašīnu, gan helikopteru shēmas), kā arī algoritmus visu iesaistīto sensoru "nevainojamai" darbībai. platformas, navigācijas datu apmaiņa un dati par noteiktiem šķēršļiem.
Mehānisko, elektrisko un elektronisko komponentu iekšējais izkārtojums SMRK SPINNER
Amerikas armijas pētniecības laboratorija ARL (Army Research Laboratory) veic eksperimentus kā daļu no savām pētniecības programmām, lai novērtētu tehnoloģiju briedumu. Piemēram, ARL veic eksperimentus, kas novērtē pilnībā autonoma SMRK spēju noteikt un izvairīties no kustīgām automašīnām un cilvēkiem kustībā. Turklāt ASV Jūras spēku Kosmosa un jūras ieroču centrs veic pētījumus par jaunām robotu tehnoloģijām un ar tām saistītajiem galvenajiem tehniskajiem risinājumiem, tostarp autonomu kartēšanu, šķēršļu novēršanu, modernām sakaru sistēmām, kā arī kopīgām SMRK un UAV misijām.
Visi šie eksperimenti, vienlaicīgi piedaloties vairākām zemes un gaisa platformām, tiek veikti reālos ārējos apstākļos, ko raksturo sarežģīts reljefs un reālistisku uzdevumu kopums, kura laikā tiek novērtētas visu sastāvdaļu un sistēmu iespējas. Šo izmēģinājuma programmu (un ar to saistītās tehnoloģiju stratēģijas) ietvaros, lai izstrādātu uzlabotas SMRC, ir noteikti šādi virzieni, lai maksimāli palielinātu nākotnes ieguldījumu atdevi:
- tehnoloģiju attīstība nodrošinās tehnoloģisku pamatu apakšsistēmām un komponentiem un atbilstošu integrāciju SMRK prototipos veiktspējas pārbaudei;
- vadošie uzņēmumi šajā jomā izstrādās progresīvas tehnoloģijas, kas vajadzīgas, lai paplašinātu robotizācijas darbības jomu, piemēram, palielinot SMRK diapazonu un palielinot saziņas kanālu klāstu; un
- riska mazināšanas programma nodrošinās progresīvu tehnoloģiju attīstību konkrētai sistēmai un ļaus pārvarēt dažas tehnoloģiskas problēmas.
Pateicoties šo tehnoloģiju attīstībai, SMRK potenciāli spēj nodrošināt revolucionāru lēcienu militārajā jomā, to izmantošana samazinās cilvēku zaudējumus un palielinās kaujas efektivitāti. Tomēr, lai to panāktu, viņiem jāspēj strādāt patstāvīgi, tostarp veicot sarežģītus uzdevumus.
Bruņota SMRK piemērs. Izraēlas uzņēmuma G-NIUS Unmanned Ground Systems AVANTGUARD
Uzlabota modulāra robotu sistēma MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), bruņota ar ložmetēju un granātmetējiem
Izstrādājis NASA SMRK GROVER uz sniegota reljefa
Tehniskās prasības progresīvam SMRK
Uzlaboti SMRK ir paredzēti un izstrādāti militārām misijām un darbojas galvenokārt bīstamos apstākļos. Mūsdienās daudzas valstis nodrošina pētniecību un attīstību bezpilota robotu sistēmu jomā, kas vairumā gadījumu spēj strādāt nelīdzenā apvidū. Mūsdienu SMRK var nosūtīt operatoram video signālus, informāciju par šķēršļiem, mērķiem un citiem mainīgajiem lielumiem, kas ir interesanti no taktiskā viedokļa, vai, vismodernāko sistēmu gadījumā, pieņemt pilnīgi neatkarīgus lēmumus. Faktiski šīs sistēmas var būt daļēji autonomas, ja maršruta noteikšanai tiek izmantoti navigācijas dati kopā ar borta sensoru datiem un attālā operatora komandām. Pilnībā autonoms transportlīdzeklis pats nosaka savu kursu, maršruta izstrādei izmantojot tikai borta sensorus, bet tajā pašā laikā operatoram vienmēr ir iespēja pieņemt nepieciešamos īpašos lēmumus un pārņemt kontroli kritiskās situācijās vai bojājumu gadījumā uz mašīnu.
Mūsdienās mūsdienu SMRK var ātri atklāt, identificēt, lokalizēt un neitralizēt daudzu veidu draudus, tostarp ienaidnieka darbību radiācijas apstākļos, ķīmisku vai bioloģisku piesārņojumu dažāda veida reljefā. Izstrādājot modernu SMRK, galvenā problēma ir funkcionāli efektīva dizaina radīšana. Galvenie punkti ietver mehānisko dizainu, borta sensoru un navigācijas sistēmu komplektu, cilvēka un robota mijiedarbību, mobilitāti, sakarus un enerģijas / enerģijas patēriņu.
Robota un cilvēka mijiedarbības prasības ietver ļoti sarežģītas cilvēka un mašīnas saskarnes, un tāpēc ir jāizstrādā multimodāli tehniski risinājumi drošām un draudzīgām saskarnēm. Mūsdienu robotu un cilvēku mijiedarbības tehnoloģija ir ļoti sarežģīta un prasīs daudzus testus un novērtējumus reālos darbības apstākļos, lai sasniegtu labu uzticamības līmeni gan cilvēka un robota mijiedarbībā, gan robota un robota mijiedarbībā.
Bruņotu SMRK izstrādājusi igauņu kompānija MILREM
Dizaineru mērķis ir veiksmīgi attīstīt SMRK, kas spēj veikt savu uzdevumu dienu un nakti sarežģītā reljefā. Lai sasniegtu maksimālu efektivitāti katrā konkrētajā situācijā, SMRK vajadzētu būt iespējai pārvietoties pa visu veidu reljefu ar šķēršļiem lielā ātrumā, ar augstu manevrēšanas spēju un ātri mainīt virzienu, būtiski nesamazinot ātrumu. Ar mobilitāti saistītie konstrukcijas parametri ietver arī kinemātiskās īpašības (galvenokārt spēju uzturēt kontaktu ar zemi jebkuros apstākļos). SMRK papildus priekšrocībai, ka tai nav cilvēkam raksturīgo ierobežojumu, ir arī trūkums, ka ir nepieciešams integrēt sarežģītus mehānismus, kas var aizstāt cilvēka kustības. Projektēšanas prasības braukšanas veiktspējai ir jāintegrē ar sensoru tehnoloģiju, kā arī sensoru un programmatūras izstrādi, lai iegūtu labu mobilitāti un spēju izvairīties no dažāda veida šķēršļiem.
Viena no ārkārtīgi svarīgām augsta mobilitātes prasībām ir spēja izmantot informāciju par dabisko vidi (kāpumiem, veģetāciju, akmeņiem vai ūdeni), cilvēka radītiem objektiem (tiltiem, ceļiem vai ēkām), laika apstākļiem un ienaidnieka šķēršļiem (mīnu lauki vai šķēršļi).. Šajā gadījumā kļūst iespējams noteikt savas pozīcijas un ienaidnieka pozīcijas, un, būtiski mainot ātrumu un virzienu, ievērojami palielinās SMRK izredzes izdzīvot zem ienaidnieka uguns. Šādi tehniskie parametri ļauj izstrādāt bruņotu izlūkošanas SMRK, kas spēj veikt izlūkošanas, novērošanas un mērķa iegūšanas uzdevumus, ugunsgrēka misijas ieroču kompleksa klātbūtnē, kā arī spēj atklāt draudus pašaizsardzības nolūkos (mīnas, ienaidnieka ieroču sistēmas) utt.).
Visas šīs kaujas spējas ir jāīsteno reālā laikā, lai izvairītos no draudiem un neitralizētu ienaidnieku, izmantojot vai nu savus ieročus, vai saziņas kanālus ar attālām ieroču sistēmām. Liela mobilitāte un spēja lokalizēt un izsekot ienaidnieka mērķus un aktivitātes sarežģītos kaujas apstākļos ir ārkārtīgi svarīga. Tam nepieciešams attīstīt inteliģentu SMRK, kas reālā laikā spēj izsekot ienaidnieka darbībai, pateicoties integrētiem integrētiem kustību atpazīšanas algoritmiem.
Būtiskas ir uzlabotas iespējas, tostarp sensori, datu saplūšanas algoritmi, proaktīva vizualizācija un datu apstrāde, un tām nepieciešama mūsdienīga aparatūras un programmatūras arhitektūra. Veicot uzdevumu mūsdienu SMRK, atrašanās vietas novērtēšanai tiek izmantota GPS sistēma, inerciāla mērvienība un inerciāla navigācijas sistēma.
Izmantojot navigācijas datus, kas iegūti, pateicoties šīm sistēmām, SMRK var patstāvīgi pārvietoties saskaņā ar borta programmas vai tālvadības sistēmas komandām. Tajā pašā laikā SMRK spēj nosūtīt navigācijas datus uz tālvadības pulti ar nelieliem intervāliem, lai operators zinātu precīzu tā atrašanās vietu. Pilnībā autonomi SMRK var plānot savu rīcību, un tam ir absolūti nepieciešams izstrādāt maršrutu, kas izslēdz sadursmes, vienlaikus samazinot tādus pamatparametrus kā laiks, enerģija un attālums. Navigācijas datoru un datoru ar informāciju var izmantot, lai uzzīmētu optimālo maršrutu un to labotu (šķēršļu efektīvai noteikšanai var izmantot lāzera tālmēru un ultraskaņas sensorus).
Indijas studentu izstrādāta bruņota SMRK prototipa sastāvdaļas
Navigācijas un sakaru sistēmu projektēšana
Vēl viena svarīga problēma efektīva SMRK izstrādē ir navigācijas / sakaru sistēmas dizains. Vizuālai atgriezeniskajai saitei ir uzstādītas digitālās kameras un sensori, bet nakts darbībai - infrasarkanās sistēmas; operators var redzēt video attēlu savā datorā un nosūtīt dažas pamata navigācijas komandas uz SMRK (pa labi / pa kreisi, apstāties, uz priekšu), lai labotu navigācijas signālus.
Pilnībā autonoma SMRK gadījumā vizualizācijas sistēmas ir integrētas ar navigācijas sistēmām, kuru pamatā ir digitālās kartes un GPS dati. Lai izveidotu pilnīgi autonomu SMRK tādām pamatfunkcijām kā navigācija, būs jāintegrē sistēmas ārējo apstākļu uztverei, maršruta plānošanai un sakaru kanālam.
Lai gan navigācijas sistēmu integrēšana vienam SMRK ir vēl progresīva, algoritmu izstrāde vairāku SMRK vienlaicīgas darbības plānošanai un SMRK un UAV kopīgo uzdevumu izstrāde ir agrīnā stadijā, jo ir ļoti grūti izveidot komunikācijas mijiedarbību starp vairākas robotu sistēmas vienlaikus. Notiekošie eksperimenti palīdzēs noteikt, kādas frekvences un frekvenču diapazoni ir nepieciešami un kā prasības mainīsies konkrētam lietojumam. Kad šīs īpašības ir noteiktas, būs iespējams izstrādāt uzlabotas funkcijas un programmatūru vairākām robotizētām mašīnām.
Bezpilota helikopters K-MAX pārvadā autonomijas testu laikā SMSS (Squad Mission Support System) robotu transportlīdzekli; kamēr pilots atradās K-MAX kabīnē, bet to nekontrolēja
Sakaru līdzekļi ir ļoti svarīgi SMRK darbībai, taču bezvadu risinājumiem ir diezgan būtiski trūkumi, jo izveidotā komunikācija var tikt zaudēta traucējumu dēļ, kas saistīts ar reljefu, šķēršļiem vai ienaidnieka elektroniskās slāpēšanas sistēmas darbību. Jaunākie sasniegumi komunikāciju sistēmās starp mašīnām ir ļoti interesanti, un, pateicoties šim pētījumam, var izveidot pieejamu un efektīvu aprīkojumu saziņai starp robotu platformām. Standarta īpašai maza darbības attāluma komunikācijai DRSC (Dedicated Short-Range Communication) tiks piemērots reālos apstākļos saziņai starp SMRK un starp SMRK un UAV. Pašlaik liela uzmanība tiek pievērsta sakaru drošības nodrošināšanai operācijās, kas orientētas uz tīklu, un tāpēc turpmākajiem projektiem apkalpoto un neapdzīvoto sistēmu jomā jābalstās uz progresīviem risinājumiem, kas atbilst kopējiem saskarnes standartiem.
Mūsdienās prasības īstermiņa, mazjaudas uzdevumiem lielā mērā ir izpildītas, taču ir problēmas ar platformām, kas veic ilgtermiņa uzdevumus ar lielu enerģijas patēriņu, jo īpaši viena no aktuālākajām problēmām ir video straumēšana.
Degviela
Enerģijas avotu iespējas ir atkarīgas no sistēmas veida: maziem SMRK enerģijas avots var būt uzlabota uzlādējama baterija, bet lielākiem SMRK ar parasto degvielu var radīt nepieciešamo enerģiju, kas ļauj īstenot shēmu ar elektrisko motora ģenerators vai jaunas paaudzes hibrīda elektriskā piedziņas sistēma. Acīmredzamākie faktori, kas ietekmē enerģijas piegādi, ir vides apstākļi, mašīnas svars un izmēri, kā arī uzdevuma izpildes laiks. Dažos gadījumos barošanas sistēmai jāsastāv no degvielas sistēmas kā galvenā avota un atkārtoti uzlādējama akumulatora (samazināta redzamība). Atbilstoša enerģijas veida izvēle ir atkarīga no visiem faktoriem, kas ietekmē uzdevuma izpildi, un enerģijas avotam jānodrošina vajadzīgā mobilitāte, sakaru sistēmas, sensoru komplekta un ieroču kompleksa (ja tāds ir) nepārtraukta darbība.
Turklāt ir jāatrisina tehniskas problēmas, kas saistītas ar mobilitāti sarežģītā apvidū, šķēršļu uztveri un kļūdainu darbību pašlabošanu. Mūsdienu projektu ietvaros ir izstrādātas jaunas progresīvas robotu tehnoloģijas, kas saistītas ar borta sensoru un datu apstrādes integrāciju, maršrutu izvēli un navigāciju, šķēršļu noteikšanu, klasificēšanu un novēršanu, kā arī kļūdu novēršanu, kas saistītas ar sakaru un platformas destabilizācija. Autonomajai bezceļa navigācijai transportlīdzeklim ir jānošķir reljefs, kas ietver reljefa 3D orogrāfiju (reljefa apraksts) un šķēršļu, piemēram, akmeņu, koku, stāvošu ūdenstilpņu, noteikšanu utt. Vispārējās iespējas nepārtraukti pieaug, un šodien mēs jau varam runāt par pietiekami augstu reljefa attēla definīcijas līmeni, bet tikai dienā un labos laika apstākļos, bet robotu platformu iespējas nezināmā telpā un sliktos laika apstākļos apstākļi joprojām ir nepietiekami. Šajā sakarā DARPA veic vairākas eksperimentālas programmas, kurās tiek pārbaudītas robotu platformu iespējas nezināmā reljefā, jebkuros laika apstākļos, dienu un nakti. DARPA programma ar nosaukumu Applied Research in AI (Applied Research in Artificial Intelligence) pēta inteliģentu lēmumu pieņemšanu un citus progresīvus tehnoloģiskus risinājumus autonomām sistēmām īpašām lietojumprogrammām progresīvās robotu sistēmās, kā arī izstrādā autonomus vairāku robotu mācību algoritmus, lai veiktu kopīgi uzdevumi, kas ļaus robotu grupām automātiski apstrādāt jaunus uzdevumus un pārdalīt lomas savā starpā.
Kā jau minēts, darbības apstākļi un uzdevuma veids nosaka mūsdienīga SMRK dizainu, kas ir mobila platforma ar barošanas avotu, sensoriem, datoriem un programmatūras arhitektūru uztverei, navigācijai, komunikācijai, mācībām / pielāgošanai, mijiedarbībai starp robots un cilvēks. Nākotnē tie būs daudzpusēji, tiem būs lielāks apvienošanās un mijiedarbības līmenis, kā arī tie būs efektīvāki no ekonomiskā viedokļa. Īpaši interesantas ir sistēmas ar modulāru lietderīgo slodzi, kas ļauj mašīnas pielāgot dažādiem uzdevumiem. Nākamajā desmitgadē uz atvērtas arhitektūras balstīti robotizēti transportlīdzekļi kļūs pieejami taktiskām operācijām un bāzu un citas infrastruktūras aizsardzībai. Tiem būs raksturīgs ievērojams vienveidības un autonomijas līmenis, augsta mobilitāte un modulāras borta sistēmas.
SMRK tehnoloģija militāriem pielietojumiem strauji attīstās, kas ļaus daudziem bruņotajiem spēkiem noņemt karavīrus no bīstamiem uzdevumiem, tostarp atklāt un iznīcināt IED, izlūkošanu, savu spēku aizstāvēšanu, atmīnēšanu un daudz ko citu. Piemēram, ASV armijas brigāžu kaujas grupu koncepcija, izmantojot uzlabotas datorsimulācijas, kaujas apmācību un reālās pasaules kaujas pieredzi, ir pierādījusi, ka robotu transportlīdzekļi ir uzlabojuši apkalpes sauszemes transportlīdzekļu izturību un ievērojami uzlabojuši kaujas efektivitāti. Daudzsološu tehnoloģiju attīstība, piemēram, mobilitāte, autonomija, aprīkošana ar ieročiem, cilvēka un mašīnas saskarne, mākslīgais intelekts robotu sistēmām, integrācija ar citiem SMRK un pilotējamām sistēmām, palielinās neapdzīvotu zemes sistēmu iespējas un to līmeni. autonomija.
Krievijas perkusiju robotu komplekss Platform-M, ko izstrādājis NITI "Progress"
