Complex robotitzat multifuncional de combat "Uran-9"
Un cop d'ull a la tecnologia, l'evolució, l'estat actual de les coses i les perspectives dels sistemes robotitzats mòbils terrestres (SMRK)
El desenvolupament de noves doctrines operatives, especialment per a la guerra urbana i els conflictes asimètrics, requerirà nous sistemes i tecnologia per reduir les baixes entre militars i civils. Això es pot aconseguir mitjançant desenvolupaments en el camp de l’SMRK, l’ús de tecnologies avançades per a l’observació i la recopilació d’informació, així com el reconeixement i la detecció d’objectius, la protecció i l’atac d’alta precisió. SMRK, igual que els seus homòlegs voladors, a causa de l’ús generalitzat de tecnologies robòtiques ultramodernes, no tenen un operador humà a bord.
Aquests sistemes també són indispensables per funcionar en un entorn contaminat o per realitzar altres tasques "tontes, brutes i perilloses". La necessitat del desenvolupament d’SMRK avançat s’associa a la necessitat d’utilitzar sistemes no tripulats per al suport directe al camp de batalla. Segons alguns experts militars, els vehicles deshabitats, el nivell d’autonomia dels quals augmentarà gradualment, esdevindran un dels elements tàctics més importants en l’estructura de les forces terrestres modernes.
Un complex robotitzat basat en el vehicle blindat TERRAMAX M-ATV condueix una columna de vehicles no tripulats
Necessitats operatives i desenvolupament de SMRK
A finals del 2003, el Comandament Central dels EUA va emetre sol·licituds urgents i urgents de sistemes per combatre l'amenaça dels dispositius explosius improvisats (IED). La Joint Ground Robotics Enterprise (JGRE) ha elaborat un pla que podria proporcionar ràpidament augments significatius de capacitats mitjançant l’ús de petites màquines robotitzades. Amb el pas del temps, aquestes tecnologies han evolucionat, s’han desplegat més sistemes i els usuaris han rebut prototips avançats per a la seva avaluació. Com a resultat, hi ha hagut un augment en el nombre de personal i unitats militars implicades en el camp de la seguretat interna, que han après a operar sistemes robotitzats avançats.
L’Agència de Projectes de Recerca Avançada en Defensa (DARPA) està investigant actualment tecnologia robòtica en aprenentatge automàtic, basant-se en els seus desenvolupaments en intel·ligència artificial i reconeixement d’imatges. Totes aquestes tecnologies, desenvolupades sota el programa UPI (Unmanned Perception Integration), són capaços de proporcionar una millor comprensió de l’entorn / terreny d’un vehicle amb bona mobilitat. El resultat d’aquesta investigació va ser una màquina anomenada CRUSHER, que va començar l’avaluació operativa el 2009; des de llavors, s'han fet diversos prototips més.
Actualment, el programa MPRS (Man-Portable Robotic System) se centra en el desenvolupament de sistemes autònoms de navegació i evitar col·lisions per a petits robots. També identifica, estudia i optimitza les tecnologies desenvolupades per augmentar el nivell d’autonomia i funcionalitat dels sistemes robòtics. El programa RACS (Robotic for Agile Combat Support) desenvolupa diverses tecnologies robòtiques per satisfer les amenaces i els requisits operatius actuals, així com les necessitats i capacitats futures. El programa RACS també desenvolupa i integra tecnologies d'automatització per a diverses missions de combat i diverses plataformes, basades en el concepte d'una arquitectura comuna i característiques tan fonamentals com la mobilitat, la velocitat, el control i la interacció de diverses màquines.
La participació de robots en operacions modernes de combat permet a les forces armades adquirir una experiència inestimable en la seva operació. Han aparegut diverses àrees interessants sobre l’ús de vehicles aeris no tripulats (UAV) i SMRK en un mateix teatre operatiu, i els planificadors militars tenen la intenció d’estudiar-los acuradament, inclosa la gestió general de diverses plataformes, el desenvolupament de sistemes intercanviables a bord que es puguin instal·lar tant als UAV i a l’SMRK amb l’objectiu d’ampliar les capacitats mundials, així com les noves tecnologies per combatre els sistemes deshabitats prometedors.
Segons el programa experimental ARCD (Active Range Clearance Developments), es desenvoluparà l'anomenat escenari de "garantir la seguretat de la zona per mitjans automàtics", en el qual diversos SMRK treballaran conjuntament amb diversos UAV. A més, es durà a terme una avaluació de les solucions tecnològiques quant a l’ús d’estacions de radar en plataformes no tripulades, una avaluació de la integració dels sistemes de control i control i de l’eficiència general dels sistemes. Com a part del programa ARCD, la Força Aèria dels Estats Units té previst desenvolupar tecnologies necessàries per augmentar l'eficàcia de les accions conjuntes de SMRK i UAV (esquemes d'avions i helicòpters), així com algorismes per al funcionament "sense problemes" dels sensors de tots els implicats. plataformes, l’intercanvi de dades de navegació i dades sobre determinats obstacles.
Disposició interna de components mecànics, elèctrics i electrònics SMRK SPINNER
El American Army Research Laboratory ARL (Army Research Laboratory) realitza experiments com a part dels seus programes de recerca per tal d’avaluar la maduresa de la tecnologia. Per exemple, ARL està duent a terme experiments que avaluen la capacitat d'un SMRK totalment autònom per detectar i evitar el desplaçament de vehicles i persones en moviment. A més, el Centre d’armes espacials i marines de la Marina dels Estats Units està duent a terme investigacions sobre noves tecnologies robòtiques i solucions tècniques clau relacionades, com ara mapes autònoms, evitació d’obstacles, sistemes avançats de comunicacions i missions conjuntes SMRK i UAV.
Tots aquests experiments amb la participació simultània de diverses plataformes terrestres i aèries es duen a terme en condicions externes realistes, caracteritzades per un terreny complex i un conjunt de tasques realistes durant les quals s’avaluen les capacitats de tots els components i sistemes. Com a part d'aquests programes pilot (i l'estratègia tecnològica associada) per al desenvolupament de SMRC avançats, s'han identificat les següents indicacions per maximitzar el retorn de la inversió futura:
- el desenvolupament tecnològic proporcionarà una base tecnològica per als subsistemes i components i una integració adequada als prototips SMRK per a les proves de rendiment;
- les empreses líders en aquesta àrea desenvoluparan tecnologies avançades necessàries per ampliar l’abast de la robotització, per exemple, augmentant l’abast de la SMRK i augmentant la gamma de canals de comunicació; i
- El programa de mitigació de riscos garantirà el desenvolupament de tecnologies avançades per a un sistema específic i permetrà superar alguns problemes tecnològics.
Gràcies al desenvolupament d’aquestes tecnologies, els SMRK són potencialment capaços de donar un salt revolucionari en l’àmbit militar, el seu ús reduirà les pèrdues humanes i augmentarà l’eficàcia del combat. No obstant això, per aconseguir-ho, han de ser capaços de treballar de forma independent, inclosa la realització de tasques complexes.
Un exemple de SMRK armat. AVANTGUARD de la companyia israeliana G-NIUS Unmanned Ground Systems
Sistema robotitzat modular avançat MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), armat amb metralladora i llançadors de granades
Desenvolupat per la NASA SMRK GROVER en terrenys nevats
Requisits tècnics per a SMRK avançat
Els SMRK avançats estan dissenyats i desenvolupats per a missions militars i operen principalment en condicions perilloses. Avui en dia, molts països ofereixen investigació i desenvolupament en el camp dels sistemes robotitzats no tripulats, capaços de treballar en la majoria dels casos en terrenys accidentats. Les SMRK modernes poden enviar senyals de vídeo a l’operador, informació sobre obstacles, objectius i altres variables que siguin interessants des del punt de vista tàctic o, en el cas dels sistemes més avançats, prendre decisions completament independents. De fet, aquests sistemes poden ser semi-autònoms quan s’utilitzen dades de navegació juntament amb dades de sensors a bord i comandes de l’operador remot per determinar la ruta. Un vehicle totalment autònom determina el seu propi recorregut, utilitzant només sensors a bord per desenvolupar una ruta, però al mateix temps l’operador sempre té l’oportunitat de prendre les decisions específiques necessàries i prendre el control en situacions crítiques o en cas de danys a la màquina.
Avui en dia, les SMRK modernes poden detectar, identificar, localitzar i neutralitzar ràpidament molts tipus d'amenaces, inclosa l'activitat enemiga en condicions de radiació, contaminació química o biològica en diversos tipus de terreny. En desenvolupar SMRK modern, el principal problema és la creació d’un disseny funcionalment eficaç. Els punts clau inclouen el disseny mecànic, un conjunt de sensors i sistemes de navegació integrats, la interacció home-robot, la mobilitat, les comunicacions i el consum d'energia / energia.
Els requisits d’interacció robot-home inclouen interfícies home-màquina molt complexes i, per tant, cal desenvolupar solucions tècniques multimodals per a interfícies segures i amigables. La tecnologia moderna d’interacció robot-home és molt complexa i requerirà moltes proves i avaluacions en condicions operatives realistes per tal d’assolir bons nivells de fiabilitat, tant en la interacció home-robot com en la interacció robot-robot.
SMRK armat desenvolupat per l'empresa estoniana MILREM
L'objectiu dels dissenyadors és el desenvolupament amb èxit d'un SMRK capaç de realitzar la seva tasca dia i nit en terrenys difícils. Per tal d’aconseguir la màxima eficiència en cada situació específica, l’SMRK hauria de poder moure’s sobre tot tipus de terrenys amb obstacles a gran velocitat, amb alta maniobrabilitat i canviar de direcció ràpidament sense una reducció significativa de la velocitat. Els paràmetres de disseny relacionats amb la mobilitat també inclouen característiques cinemàtiques (principalment la capacitat de mantenir el contacte amb el terra en totes les condicions). SMRK té, a més de l’avantatge que no té les limitacions inherents als humans, també l’inconvenient de la necessitat d’integrar mecanismes complexos que puguin substituir els moviments humans. Els requisits de disseny per al rendiment de la conducció s’han d’integrar amb la tecnologia de detecció, així com el desenvolupament de sensors i programari, per tal d’obtenir una bona mobilitat i la possibilitat d’evitar diversos tipus d’obstacles.
Un dels requisits extremadament importants per a l’alta mobilitat és la possibilitat d’utilitzar informació sobre l’entorn natural (pujades, vegetació, roques o aigua), objectes artificials (ponts, carreteres o edificis), la meteorologia i els obstacles enemics (camps de mines o obstacles). En aquest cas, es fa possible determinar les pròpies posicions i posicions enemigues i, aplicant un canvi significatiu de velocitat i direcció, les possibilitats de supervivència de l’SMRK sota el foc enemic augmenten significativament. Aquestes característiques tècniques permeten desenvolupar SMRK de reconeixement armat capaç de realitzar tasques de reconeixement, observació i adquisició d'objectius, missions de foc en presència d'un complex d'armes i també capaç de detectar amenaces amb finalitats d'autodefensa (mines, sistemes d'armes enemics), etc.).
Totes aquestes capacitats de combat s’han d’implementar en temps real per evitar amenaces i neutralitzar l’enemic, mitjançant les seves pròpies armes o canals de comunicació amb sistemes d’armes remots. L’alta mobilitat i la capacitat de localitzar i rastrejar objectius i activitats enemigues en condicions de combat difícils són extremadament importants. Això requereix el desenvolupament d’SMRK intel·ligent capaç de rastrejar l’activitat enemiga en temps real a causa dels complexos algoritmes integrats per reconèixer moviments.
Les funcions avançades, inclosos els sensors, els algoritmes de fusió de dades, la visualització proactiva i el processament de dades, són essencials i requereixen una arquitectura de maquinari i programari moderna. Quan es realitza una tasca en SMRK modern, s’utilitza el sistema GPS, una unitat de mesura inercial i un sistema de navegació inercial per estimar la ubicació.
Mitjançant les dades de navegació obtingudes gràcies a aquests sistemes, l’SMRK es pot moure independentment d’acord amb les ordres del programa de bord o del sistema de control remot. Al mateix temps, SMRK és capaç d’enviar dades de navegació a una estació de control remot a intervals curts perquè l’operador en sàpiga la ubicació exacta. Els SMRK totalment autònoms poden planificar les seves accions i, per a això, és absolutament necessari desenvolupar una ruta que exclogui les col·lisions, minimitzant al mateix temps paràmetres fonamentals com el temps, l’energia i la distància. Es pot utilitzar un ordinador de navegació i un ordinador amb informació per traçar la ruta òptima i corregir-la (es poden utilitzar telèmetres làsers i sensors d’ultrasons per detectar efectivament obstacles).
Components d'un prototip armat SMRK desenvolupat per estudiants indis
Disseny de sistemes de navegació i comunicació
Un altre problema important en el desenvolupament d’una SMRK eficaç és el disseny del sistema de navegació / comunicació. Les càmeres i els sensors digitals s’instal·len per a la retroalimentació visual, mentre que els sistemes d’infrarojos s’instal·len per al funcionament nocturn; l’operador pot veure la imatge de vídeo al seu ordinador i enviar algunes ordres bàsiques de navegació a l’SMRK (dreta / esquerra, aturar, endavant) per corregir els senyals de navegació.
En el cas de SMRK totalment autònoms, els sistemes de visualització s’integren amb sistemes de navegació basats en mapes digitals i dades GPS. Per crear una SMRK totalment autònoma, per a funcions bàsiques com la navegació, serà necessari integrar sistemes de percepció de les condicions externes, la planificació de rutes i un canal de comunicació.
Tot i que la integració de sistemes de navegació per a SMRK simple es troba en una fase avançada, el desenvolupament d’algoritmes per planificar l’operació simultània de diversos SMRK i tasques conjuntes de SMRK i UAV es troba en una fase inicial, ja que és molt difícil establir una interacció de comunicació entre diversos sistemes robòtics alhora. Els experiments en curs ajudaran a determinar quines freqüències i intervals de freqüència es necessiten i com variaran els requisits per a una aplicació en concret. Un cop determinades aquestes característiques, serà possible desenvolupar funcions i programes avançats per a diverses màquines robotitzades.
Un helicòpter K-MAX no tripulat transporta vehicles robòtics SMSS (Squad Mission Support System) durant les proves d’autonomia; mentre el pilot era a la cabina del K-MAX, però no el controlava
Els mitjans de comunicació són molt importants per al funcionament de l’SMRK, però les solucions sense fils presenten desavantatges força importants, ja que la comunicació establerta es pot perdre a causa de la interferència associada al terreny, els obstacles o l’activitat del sistema de supressió electrònica de l’enemic. Els darrers desenvolupaments en sistemes de comunicació màquina a màquina són molt interessants i gràcies a aquesta investigació es poden crear equipaments assequibles i eficaços per a la comunicació entre plataformes robotitzades. L'estàndard per a la comunicació especial de curt abast DRSC (Dedicated Short-Range Communication) s'aplicarà en condicions reals per a la comunicació entre SMRK i entre SMRK i UAV. Actualment es presta molta atenció a garantir la seguretat de la comunicació en operacions centrades en la xarxa i, per tant, els futurs projectes en el camp dels sistemes tripulats i deshabitats haurien de basar-se en solucions avançades que compleixin els estàndards d’interfície comuns.
Avui en dia es compleixen en gran mesura els requisits per a tasques a curt termini i de baix consum, però hi ha problemes amb les plataformes que realitzen tasques a llarg termini amb un alt consum d'energia, en particular, un dels problemes més urgents és la transmissió de vídeo.
Combustible
Les opcions per a fonts d’energia depenen del tipus de sistema: per a SMRK petites, la font d’energia pot ser una bateria recarregable avançada, però per a SMRK més grans, el combustible convencional pot generar l’energia necessària, cosa que permet implementar un esquema amb motor-generador o un sistema de propulsió elèctrica híbrida de nova generació. Els factors més evidents que afecten el subministrament d’energia són les condicions ambientals, el pes i les dimensions de la màquina i el temps d’execució de la tasca. En alguns casos, el sistema d'alimentació ha de consistir en un sistema de combustible com a font principal i una bateria recarregable (visibilitat reduïda). L’elecció del tipus d’energia adequat depèn de tots els factors que afectin el rendiment de la tasca i la font d’energia ha de proporcionar la mobilitat necessària, el funcionament ininterromput del sistema de comunicació, el conjunt de sensors i el complex d’armes (si n’hi ha).
A més, cal resoldre problemes tècnics associats a la mobilitat en terrenys difícils, la percepció d’obstacles i l’autocorrecció d’accions errònies. Com a part de projectes moderns, s’han desenvolupat noves tecnologies robotitzades avançades pel que fa a la integració de sensors i processament de dades a bord, selecció i navegació de rutes, detecció, classificació i evitació d’obstacles, així com l’eliminació d’errors associats a la pèrdua de comunicació i desestabilització de la plataforma. La navegació fora de carretera autònoma requereix que el vehicle distingeixi el terreny, que inclou una orografia 3D del terreny (descripció del terreny) i la identificació d’obstacles com roques, arbres, masses d’aigua estancades, etc. Les capacitats generals augmenten constantment i avui en dia ja podem parlar d’un nivell suficient de definició de la imatge del terreny, però només durant el dia i amb bon temps, però les capacitats de les plataformes robotitzades en un espai desconegut i amb mal temps les condicions encara són insuficients. En aquest sentit, DARPA està duent a terme diversos programes experimentals, on es proven les capacitats de les plataformes robòtiques en terrenys desconeguts, amb qualsevol clima, dia i nit. El programa DARPA, anomenat Investigació Aplicada en IA (Investigació Aplicada en Intel·ligència Artificial), investiga la presa de decisions intel·ligents i altres solucions tecnològiques avançades per a sistemes autònoms per a aplicacions específiques en sistemes robotitzats avançats, així com el desenvolupament d’algoritmes d’aprenentatge multirobòtics autònoms per a la realització tasques conjuntes, que permetran a grups de robots processar automàticament noves tasques i reassignar rols entre ells.
Com ja s’ha esmentat, les condicions operatives i el tipus de tasca determinen el disseny d’una SMRK moderna, que és una plataforma mòbil amb font d’alimentació, sensors, ordinadors i arquitectura de programari per a la percepció, navegació, comunicació, aprenentatge / adaptació, interacció entre robot i una persona. En el futur, seran més multilaterals, tindran un major nivell d’unificació i interacció i, a més, seran més eficients des del punt de vista econòmic. Són d’interès particular els sistemes amb càrregues útils modulars, que permeten adaptar les màquines per a diferents tasques. En la propera dècada, els vehicles robòtics basats en arquitectura oberta estaran disponibles per a operacions tàctiques i protecció de bases i altres infraestructures. Es caracteritzaran per un significatiu nivell d’uniformitat i autonomia, alta mobilitat i sistemes modulars a bord.
La tecnologia SMRK per a aplicacions militars està evolucionant ràpidament, cosa que permetrà a moltes forces armades eliminar soldats de tasques perilloses, com ara detectar i destruir IED, reconeixement, protecció de les seves forces, desminatge i molt més. Per exemple, el concepte de grups de combat de les brigades de l’exèrcit nord-americà, mitjançant simulacions informàtiques avançades, entrenament de combat i experiència de combat del món real, ha demostrat que els vehicles robòtics han millorat la supervivència dels vehicles terrestres amb tripulació i han millorat significativament l’eficàcia del combat. El desenvolupament de tecnologies prometedores, com ara mobilitat, autonomia, equipament d’armes, interfícies home-màquina, intel·ligència artificial per a sistemes robòtics, integració amb altres sistemes SMRK i tripulats, proporcionarà un augment de les capacitats dels sistemes terrestres deshabitats i el seu nivell de autonomia.
Complex robotitzat de percussió russa Platform-M desenvolupat per NITI "Progress"
