Memerangi kompleks robot pelbagai fungsi "Uran-9"
Melihat teknologi, perkembangan, keadaan semasa dan prospek sistem robot mudah alih darat (SMRK)
Pengembangan doktrin operasi baru, terutama untuk peperangan bandar dan konflik asimetri, akan memerlukan sistem dan teknologi baru untuk mengurangkan korban di kalangan tentera dan orang awam. Ini dapat direalisasikan melalui perkembangan di bidang SMRK, penggunaan teknologi canggih untuk pengamatan dan pengumpulan informasi, serta pengintaian dan pengesanan sasaran, perlindungan dan pemogokan ketepatan tinggi. SMRK, seperti rakan penerbangan mereka, kerana penggunaan teknologi robotik moden yang meluas, tidak mempunyai pengendali manusia.
Sistem ini juga sangat diperlukan untuk beroperasi di persekitaran yang tercemar atau untuk melakukan tugas "bodoh, kotor dan berbahaya" yang lain. Keperluan untuk pengembangan SMRK maju dikaitkan dengan keperluan untuk menggunakan sistem tanpa pemandu untuk sokongan langsung di medan perang. Menurut beberapa pakar ketenteraan, kenderaan yang tidak berpenghuni, tahap autonomi yang akan meningkat secara beransur-ansur, akan menjadi salah satu elemen taktik yang paling penting dalam struktur kekuatan darat moden.
Kompleks robot berdasarkan kenderaan perisai TERRAMAX M-ATV mengetuai tiang kenderaan tanpa pemandu
Keperluan operasi dan pembangunan SMRK
Pada akhir tahun 2003, Komando Pusat AS mengeluarkan permintaan mendesak untuk sistem untuk mengatasi ancaman alat peledak improvisasi (IED). Joint Ground Robotics Enterprise (JGRE) telah menghasilkan rancangan yang dapat dengan cepat memberikan peningkatan kemampuan yang signifikan melalui penggunaan mesin robotik kecil. Seiring berjalannya waktu, teknologi ini telah berkembang, lebih banyak sistem telah digunakan, dan pengguna telah menerima prototaip canggih untuk dinilai. Akibatnya, telah terjadi peningkatan jumlah personel dan unit tentera yang terlibat dalam bidang keamanan dalaman, yang telah belajar mengoperasikan sistem robot canggih.
Agensi Projek Penyelidikan Lanjutan Pertahanan (DARPA) kini sedang meneliti teknologi robotik dalam pembelajaran mesin, berdasarkan perkembangannya dalam kecerdasan buatan dan pengecaman gambar. Semua teknologi ini, yang dikembangkan di bawah program UPI (Unmanned Perception Integration), dapat memberikan pemahaman yang lebih baik mengenai persekitaran / medan untuk kenderaan dengan mobiliti yang baik. Hasil dari penyelidikan ini adalah mesin yang disebut CRUSHER, yang memulakan penilaian operasi pada tahun 2009; sejak masa itu, beberapa lagi prototaip telah dibuat.
Program MPRS (Man-Portable Robotic System) kini menumpukan pada pengembangan sistem navigasi autonomi dan penghindaran perlanggaran untuk robot kecil. Ini juga mengenal pasti, mengkaji dan mengoptimumkan teknologi yang dikembangkan untuk meningkatkan tahap autonomi dan fungsi sistem robotik. Program RACS (Robotic for Agile Combat Support) mengembangkan pelbagai teknologi robotik untuk memenuhi ancaman semasa dan keperluan operasi, serta keperluan dan kemampuan masa depan. Program RACS juga mengembangkan dan mengintegrasikan teknologi automasi untuk pelbagai misi tempur dan pelbagai platform, berdasarkan konsep seni bina bersama dan ciri-ciri asas seperti mobiliti, kelajuan, kawalan dan interaksi beberapa mesin.
Penyertaan robot dalam operasi pertempuran moden membolehkan angkatan bersenjata memperoleh pengalaman yang tidak ternilai dalam operasi mereka. Beberapa kawasan menarik telah muncul mengenai penggunaan kenderaan udara tanpa pemandu (UAV) dan SMRK dalam satu teater operasi, dan perancang tentera berhasrat untuk mempelajarinya dengan teliti, termasuk pengurusan umum beberapa platform, pengembangan sistem onboard yang dapat ditukar yang dapat dipasang kedua-duanya pada UAV dan SMRK dengan tujuan untuk memperluas kemampuan global, serta teknologi baru untuk menjanjikan sistem pertempuran yang tidak berpenghuni.
Menurut program eksperimen ARCD (Active Range Clearance Developments), senario yang disebut "memastikan keselamatan zon dengan cara automatik" akan dikembangkan, di mana beberapa SMRK akan bekerjasama dengan beberapa UAV. Di samping itu, penilaian penyelesaian teknologi mengenai penggunaan stesen radar pada platform tanpa pemandu, penilaian integrasi sistem kawalan dan pemantauan dan kecekapan keseluruhan sistem akan dilakukan. Sebagai sebahagian daripada program ARCD, Angkatan Udara AS merancang untuk mengembangkan teknologi yang diperlukan untuk meningkatkan keberkesanan tindakan bersama SMRK dan UAV (skema pesawat dan helikopter), serta algoritma untuk operasi "sensor" sensor semua yang terlibat platform, pertukaran data navigasi dan data mengenai halangan tertentu.
Susun atur dalaman komponen mekanikal, elektrik dan elektronik SMRK SPINNER
Laboratorium Penyelidikan Tentera Darat Amerika ARL (Laboratory Research Army) menjalankan eksperimen sebagai sebahagian daripada program penyelidikannya untuk menilai kematangan teknologi. Sebagai contoh, ARL sedang menjalankan eksperimen yang menilai kemampuan SMRK autonomi sepenuhnya untuk mengesan dan mengelakkan kereta bergerak dan orang yang bergerak. Di samping itu, Pusat Angkatan Laut dan Senjata Angkatan Laut AS sedang melakukan penyelidikan ke atas teknologi robotik baru dan penyelesaian teknikal utama yang berkaitan, termasuk pemetaan autonomi, penghindaran halangan, sistem komunikasi canggih, dan misi SMRK dan UAV bersama.
Semua eksperimen ini dengan penyertaan serentak dari beberapa platform darat dan udara dilakukan dalam keadaan luaran yang realistik, dicirikan oleh medan yang kompleks dan satu set tugas yang realistik di mana kemampuan semua komponen dan sistem dinilai. Sebagai sebahagian daripada program perintis ini (dan strategi teknologi yang berkaitan) untuk pengembangan SMRC maju, petunjuk berikut telah dikenal pasti untuk memaksimumkan pulangan pelaburan masa depan:
- pengembangan teknologi akan menyediakan asas teknologi untuk subsistem dan komponen dan penyatuan yang sesuai ke dalam prototaip SMRK untuk ujian prestasi;
- syarikat terkemuka di bidang ini akan mengembangkan teknologi canggih yang diperlukan untuk memperluas skop robotisasi, misalnya, dengan meningkatkan jangkauan SMRK dan meningkatkan rangkaian saluran komunikasi; dan
- program pengurangan risiko akan memastikan pengembangan teknologi canggih untuk sistem tertentu dan memungkinkan untuk mengatasi beberapa masalah teknologi.
Berkat pengembangan teknologi ini, SMRK berpotensi memberikan lompatan revolusioner dalam bidang ketenteraan, penggunaannya akan mengurangkan kerugian manusia dan meningkatkan keberkesanan pertempuran. Namun, untuk mencapai ini, mereka mesti dapat bekerja secara bebas, termasuk melaksanakan tugas yang kompleks.
Contoh SMRK bersenjata. AVANTGUARD syarikat Israel G-NIUS Unmanned Ground Systems
Sistem robotik modular termaju MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), bersenjatakan senapang mesin dan pelancar bom tangan
Dibangunkan oleh NASA SMRK GROVER di kawasan bersalji
Keperluan teknikal untuk SMRK maju
SMRK maju direka dan dibangunkan untuk misi ketenteraan dan beroperasi terutamanya dalam keadaan berbahaya. Hari ini, banyak negara memberikan penyelidikan dan pengembangan dalam bidang sistem tanpa pemandu robotik, yang mampu bekerja dalam banyak keadaan di kawasan yang kasar. SMRK moden dapat menghantar isyarat video kepada pengendali, maklumat mengenai halangan, sasaran dan pemboleh ubah lain yang menarik dari sudut pandang taktikal, atau, dalam hal sistem yang paling maju, membuat keputusan sepenuhnya bebas. Sebenarnya, sistem ini boleh separa autonomi apabila data navigasi digunakan bersama dengan data sensor onboard dan arahan operator jarak jauh untuk menentukan laluan. Kenderaan yang sepenuhnya autonomi menentukan jalannya sendiri, dengan hanya menggunakan sensor on-board untuk mengembangkan laluan, tetapi pada masa yang sama pengendali selalu berpeluang membuat keputusan khusus yang diperlukan dan mengawal dalam situasi kritikal atau sekiranya berlaku kerosakan ke mesin.
Hari ini, SMRK moden dapat dengan cepat mengesan, mengenal pasti, melokalisasi dan meneutralkan banyak jenis ancaman, termasuk aktiviti musuh dalam keadaan radiasi, pencemaran kimia atau biologi pada pelbagai jenis medan. Semasa mengembangkan SMRK moden, masalah utama adalah penciptaan reka bentuk yang berfungsi secara berkesan. Perkara utama merangkumi reka bentuk mekanikal, rangkaian sensor dan sistem navigasi, interaksi manusia-robot, mobiliti, komunikasi, dan penggunaan tenaga / tenaga.
Keperluan interaksi robot-manusia merangkumi antara muka mesin-manusia yang sangat kompleks dan oleh itu penyelesaian teknikal multimodal mesti dikembangkan untuk antara muka yang selamat dan mesra. Teknologi interaksi robot-manusia moden sangat kompleks dan memerlukan banyak ujian dan penilaian dalam keadaan operasi yang realistik untuk mencapai tahap kebolehpercayaan yang baik, baik dalam interaksi manusia-robot dan dalam interaksi robot-robot.
SMRK bersenjata yang dikembangkan oleh syarikat Estonia MILREM
Matlamat para pereka adalah kejayaan SMRK yang mampu melaksanakan tugasnya siang dan malam di kawasan yang sukar. Untuk mencapai kecekapan maksimum dalam setiap situasi tertentu, SMRK harus dapat bergerak di semua jenis medan dengan halangan pada kecepatan tinggi, dengan kemampuan manuver tinggi dan cepat mengubah arah tanpa penurunan kecepatan yang signifikan. Parameter reka bentuk yang berkaitan dengan mobiliti juga merangkumi ciri kinematik (terutamanya kemampuan untuk menjaga hubungan dengan tanah dalam semua keadaan). SMRK memiliki, selain kelebihan bahawa ia tidak mempunyai batasan yang ada pada manusia, juga kelemahan dari keperluan untuk menyatukan mekanisme kompleks yang dapat menggantikan pergerakan manusia. Keperluan reka bentuk untuk prestasi perjalanan mesti disatukan dengan teknologi penginderaan serta pengembangan sensor dan perisian untuk mendapatkan mobilitas yang baik dan kemampuan untuk menghindari berbagai jenis halangan.
Salah satu syarat yang sangat penting untuk mobiliti tinggi adalah kemampuan untuk menggunakan maklumat mengenai persekitaran semula jadi (pendakian, tumbuh-tumbuhan, batu atau air), objek buatan manusia (jambatan, jalan atau bangunan), cuaca dan rintangan musuh (ladang ranjau atau rintangan). Dalam kes ini, menjadi mungkin untuk menentukan kedudukan dan kedudukan musuh seseorang sendiri, dan dengan menerapkan perubahan kecepatan dan arah yang signifikan, peluang SMRK untuk bertahan di bawah tembakan musuh meningkat dengan ketara. Ciri-ciri teknikal tersebut memungkinkan untuk mengembangkan SMRK pengintipan bersenjata yang mampu melakukan tugas pengintaian, pemerhatian dan pemerolehan sasaran, misi tembakan di hadapan kompleks senjata, dan juga mampu mengesan ancaman untuk tujuan pertahanan diri (ranjau, sistem senjata musuh, dan lain-lain.).
Semua kemampuan tempur ini mesti dilaksanakan dalam waktu nyata untuk mengelakkan ancaman dan meneutralkan musuh, menggunakan senjata mereka sendiri atau saluran komunikasi dengan sistem senjata jarak jauh. Mobiliti tinggi dan kemampuan untuk melokalisasi dan mengesan sasaran dan aktiviti musuh dalam keadaan pertempuran yang sukar sangat penting. Ini memerlukan pengembangan SMRK pintar yang mampu mengesan aktiviti musuh dalam masa nyata kerana algoritma kompleks yang terbina dalam untuk mengenali pergerakan.
Keupayaan maju, termasuk sensor, algoritma untuk penyatuan data, visualisasi proaktif dan pemprosesan data, sangat penting dan memerlukan seni bina perkakasan dan perisian moden. Semasa menjalankan tugas dalam SMRK moden, sistem GPS, unit pengukuran inersia, dan sistem navigasi inersia digunakan untuk menganggar lokasi.
Dengan menggunakan data navigasi yang diperoleh berkat sistem ini, SMRK dapat bergerak secara bebas sesuai dengan perintah program on-board atau sistem remote control. Pada masa yang sama, SMRK dapat mengirim data navigasi ke stesen kawalan jauh pada selang waktu pendek sehingga operator mengetahui tentang lokasi sebenarnya. SMRK sepenuhnya autonomi dapat merancang tindakan mereka, dan untuk ini sangat diperlukan untuk mengembangkan laluan yang tidak termasuk perlanggaran, sambil meminimumkan parameter asas seperti masa, tenaga dan jarak. Komputer navigasi dan komputer dengan maklumat dapat digunakan untuk merancang jalan yang optimal dan memperbaikinya (laser rangefinder dan sensor ultrasonik dapat digunakan untuk mengesan rintangan secara efektif).
Komponen SMRK bersenjata prototaip yang dikembangkan oleh pelajar India
Reka bentuk sistem navigasi dan komunikasi
Masalah penting lain dalam pengembangan SMRK yang berkesan adalah reka bentuk sistem navigasi / komunikasi. Kamera digital dan sensor dipasang untuk maklum balas visual, sementara sistem inframerah dipasang untuk operasi malam; pengendali dapat melihat gambar video di komputernya dan menghantar beberapa arahan navigasi asas ke SMRK (kanan / kiri, berhenti, maju) untuk membetulkan isyarat navigasi.
Dalam hal SMRK sepenuhnya autonomi, sistem visualisasi disatukan dengan sistem navigasi berdasarkan peta digital dan data GPS. Untuk mewujudkan SMRK sepenuhnya autonomi, untuk fungsi asas seperti navigasi, perlu untuk mengintegrasikan sistem untuk persepsi keadaan luaran, perancangan laluan dan saluran komunikasi.
Walaupun integrasi sistem navigasi untuk SMRK tunggal berada pada tahap lanjutan, pengembangan algoritma untuk merancang operasi serentak beberapa SMRK dan tugas bersama SMRK dan UAV berada pada tahap awal, kerana sangat sukar untuk menjalin interaksi komunikasi antara beberapa sistem robot sekaligus. Eksperimen yang sedang dijalankan akan membantu menentukan frekuensi dan julat frekuensi apa yang diperlukan dan bagaimana keperluan akan berbeza untuk aplikasi tertentu. Setelah ciri-ciri ini ditentukan, adalah mungkin untuk mengembangkan fungsi dan perisian canggih untuk beberapa mesin robot.
Helikopter K-MAX tanpa pemandu mengangkut kenderaan robotik SMSS (Squad Mission Support System) semasa ujian autonomi; semasa juruterbang berada di kokpit K-MAX, tetapi tidak mengawalnya
Cara komunikasi sangat penting untuk fungsi SMRK, tetapi penyelesaian tanpa wayar mempunyai kelemahan yang agak signifikan, kerana komunikasi yang mapan dapat hilang kerana gangguan yang berkaitan dengan medan, rintangan atau aktiviti sistem penindasan elektronik musuh. Perkembangan terkini dalam sistem komunikasi mesin-ke-mesin sangat menarik, dan berkat penyelidikan ini, peralatan yang berpatutan dan berkesan untuk komunikasi antara platform robot dapat dibuat. Standard untuk komunikasi jarak pendek khas DRSC (Dedicated Short-Range Communication) akan diterapkan dalam keadaan nyata untuk komunikasi antara SMRK dan antara SMRK dan UAV. Banyak perhatian diberikan pada masa ini untuk memastikan keselamatan komunikasi dalam operasi berpusatkan rangkaian dan oleh itu projek masa depan dalam bidang sistem berawak dan tidak berpenghuni harus berdasarkan pada penyelesaian canggih yang mematuhi piawaian antara muka yang sama.
Hari ini, keperluan untuk tugas jangka pendek dan rendah kuasa banyak dipenuhi, tetapi ada masalah dengan platform yang menjalankan tugas jangka panjang dengan penggunaan kuasa tinggi, khususnya, salah satu masalah yang paling mendesak adalah streaming video.
Bahan api
Pilihan untuk sumber tenaga bergantung pada jenis sistem: untuk SMRK kecil, sumber tenaga boleh menjadi bateri boleh dicas semula yang maju, tetapi untuk SMRK yang lebih besar, bahan bakar konvensional dapat menghasilkan tenaga yang diperlukan, yang memungkinkan untuk menerapkan skema dengan elektrik penjana motor atau sistem pendorong elektrik hibrid generasi baru. Faktor yang paling jelas mempengaruhi bekalan tenaga adalah keadaan persekitaran, berat dan dimensi mesin, dan masa pelaksanaan tugas. Dalam beberapa kes, sistem bekalan kuasa mesti terdiri daripada sistem bahan bakar sebagai sumber utama dan bateri yang boleh dicas semula (penglihatan berkurang). Pemilihan jenis tenaga yang sesuai bergantung pada semua faktor yang mempengaruhi pelaksanaan tugas, dan sumber tenaga mesti menyediakan mobiliti yang diperlukan, operasi sistem komunikasi tanpa gangguan, set sensor dan kompleks senjata (jika ada).
Di samping itu, perlu untuk menyelesaikan masalah teknikal yang berkaitan dengan mobiliti di kawasan yang sukar, persepsi rintangan dan pembetulan diri terhadap tindakan yang salah. Sebagai sebahagian daripada projek moden, teknologi robotik canggih baru telah dikembangkan mengenai integrasi sensor on-board dan pemprosesan data, pemilihan dan navigasi rute, pengesanan, klasifikasi dan penghindaran halangan, serta penghapusan kesalahan yang berkaitan dengan kehilangan komunikasi dan ketidakstabilan platform. Navigasi luar jalan yang autonomi memerlukan kenderaan untuk membezakan medan, yang merangkumi orografi 3D medan (keterangan medan) dan mengenal pasti halangan seperti batu, pokok, badan air yang tersekat, dll. Keupayaan umum terus meningkat dan hari ini kita sudah dapat berbicara mengenai tahap definisi yang cukup tinggi mengenai imej medan, tetapi hanya pada waktu siang dan cuaca yang baik, tetapi kemampuan platform robot di tempat yang tidak diketahui dan dalam cuaca buruk keadaan masih tidak mencukupi. Dalam hal ini, DARPA menjalankan beberapa program eksperimen, di mana kemampuan platform robotik diuji di kawasan yang tidak diketahui, dalam cuaca apa pun, siang dan malam. Program DARPA, yang disebut Applied Research in AI (Applied Research in Artificial Intelligence), meneliti pembuatan keputusan pintar dan penyelesaian teknologi canggih lain untuk sistem autonomi untuk aplikasi tertentu dalam sistem robotik maju, serta mengembangkan algoritma pembelajaran multi-robot autonomi untuk melakukan tugas bersama, yang akan membolehkan kumpulan robot memproses tugas baru secara automatik dan mengagihkan peranan di antara mereka.
Seperti yang telah disebutkan, keadaan operasi dan jenis tugas menentukan reka bentuk SMRK moden, yang merupakan platform mudah alih dengan bekalan kuasa, sensor, komputer dan arsitektur perisian untuk persepsi, navigasi, komunikasi, pembelajaran / adaptasi, interaksi antara robot dan seseorang. Di masa depan, mereka akan lebih multilateral, akan meningkatkan tahap penyatuan dan interaksi, dan juga akan lebih efisien dari sudut ekonomi. Yang menarik adalah sistem dengan muatan modular, yang membolehkan mesin disesuaikan untuk tugas yang berbeza. Dalam dekad berikutnya, kenderaan robot berdasarkan seni bina terbuka akan tersedia untuk operasi taktikal dan perlindungan pangkalan dan infrastruktur lain. Mereka akan dicirikan oleh tahap keseragaman dan autonomi yang signifikan, mobiliti tinggi dan sistem onboard modular.
Teknologi SMRK untuk aplikasi ketenteraan berkembang pesat, yang akan membolehkan banyak angkatan bersenjata mengeluarkan askar dari tugas berbahaya, termasuk mengesan dan memusnahkan IED, pengintaian, melindungi kekuatan mereka, merobohkan dan banyak lagi. Sebagai contoh, konsep kumpulan tempur brigade Tentera Darat AS, melalui simulasi komputer canggih, latihan tempur, dan pengalaman tempur dunia nyata, telah membuktikan bahawa kenderaan robotik telah meningkatkan daya tahan kenderaan darat yang dikawal dan meningkatkan keberkesanan pertempuran dengan ketara. Perkembangan teknologi yang menjanjikan, seperti mobiliti, autonomi, dilengkapi dengan senjata, antara muka mesin-manusia, kecerdasan buatan untuk sistem robotik, integrasi dengan SMRK dan sistem berawak lain, akan memberikan peningkatan kemampuan sistem darat yang tidak berpenghuni dan tahap mereka autonomi.
Kompleks robot perkusi Rusia Platform-M yang dikembangkan oleh NITI "Progress"
