Combate el complejo robótico multifuncional "Uran-9"
Una mirada a la tecnología, los desarrollos, la situación actual y las perspectivas de los sistemas robóticos móviles terrestres (SMRK)
El desarrollo de nuevas doctrinas operativas, especialmente para la guerra urbana y los conflictos asimétricos, requerirá nuevos sistemas y tecnología para reducir las bajas entre militares y civiles. Esto se puede lograr a través de desarrollos en el campo de SMRK, el uso de tecnologías avanzadas para la observación y recopilación de información, así como reconocimiento y detección de objetivos, protección y ataque de alta precisión. SMRK, al igual que sus contrapartes voladoras, debido al uso generalizado de tecnologías robóticas ultramodernas, no tiene un operador humano a bordo.
Estos sistemas también son indispensables para operar en un ambiente contaminado o para realizar otras tareas "tontas, sucias y peligrosas". La necesidad de desarrollar SMRK avanzado está asociada con la necesidad de utilizar sistemas no tripulados para apoyo directo en el campo de batalla. Según algunos expertos militares, los vehículos deshabitados, cuyo nivel de autonomía aumentará gradualmente, se convertirán en uno de los elementos tácticos más importantes en la estructura de las fuerzas terrestres modernas.
Un complejo robótico basado en el vehículo blindado TERRAMAX M-ATV lidera una columna de vehículos no tripulados
Necesidades operativas y desarrollo de SMRK
A fines de 2003, el Comando Central de los Estados Unidos emitió solicitudes urgentes y urgentes de sistemas para contrarrestar la amenaza de los artefactos explosivos improvisados (IED). Joint Ground Robotics Enterprise (JGRE) ha elaborado un plan que podría proporcionar rápidamente aumentos significativos en las capacidades mediante el uso de pequeñas máquinas robóticas. Con el tiempo, estas tecnologías han evolucionado, se han implementado más sistemas y los usuarios han recibido prototipos avanzados para su evaluación. Como resultado, ha habido un aumento en la cantidad de personal y unidades militares involucradas en el campo de la seguridad interna, que han aprendido a operar sistemas robóticos avanzados.
La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) está investigando actualmente la tecnología robótica en el aprendizaje automático, basándose en sus desarrollos en inteligencia artificial y reconocimiento de imágenes. Todas estas tecnologías, desarrolladas bajo el programa UPI (Unmanned Perception Integration), son capaces de proporcionar una mejor comprensión del entorno / terreno para un vehículo con buena movilidad. El resultado de esta investigación fue una máquina llamada CRUSHER, que comenzó la evaluación operativa en 2009; desde entonces, se han realizado varios prototipos más.
El programa MPRS (Man-Portable Robotic System) se centra actualmente en el desarrollo de sistemas autónomos de navegación y prevención de colisiones para pequeños robots. También identifica, estudia y optimiza tecnologías desarrolladas para incrementar el nivel de autonomía y funcionalidad de los sistemas robóticos. El programa RACS (Robotic for Agile Combat Support) desarrolla varias tecnologías robóticas para satisfacer las amenazas actuales y los requisitos operativos, así como las necesidades y capacidades futuras. El programa RACS también desarrolla e integra tecnologías de automatización para diversas misiones de combate y diversas plataformas, basándose en el concepto de una arquitectura común y características tan fundamentales como la movilidad, la velocidad, el control y la interacción de varias máquinas.
La participación de robots en las operaciones de combate modernas permite a las fuerzas armadas adquirir una experiencia invaluable en su operación. Han surgido varias áreas interesantes con respecto al uso de vehículos aéreos no tripulados (UAV) y SMRK en un teatro operativo, y los planificadores militares tienen la intención de estudiarlos cuidadosamente, incluida la administración general de varias plataformas, el desarrollo de sistemas a bordo intercambiables que se pueden instalar tanto en UAV y SMRK con el objetivo de expandir las capacidades globales, así como nuevas tecnologías para prometedores sistemas de combate deshabitados.
Según el programa experimental ARCD (Active Range Clearance Developments), se desarrollará el llamado escenario de "garantizar la seguridad de la zona por medios automáticos", en el que varios SMRK trabajarán junto con varios UAV. Además, se realizará una evaluación de las soluciones tecnológicas en cuanto al uso de estaciones radar en plataformas no tripuladas, una evaluación de la integración de los sistemas de control y monitorización y la eficiencia global de los sistemas. Como parte del programa ARCD, la Fuerza Aérea de los EE. UU. Planea desarrollar tecnologías necesarias para aumentar la efectividad de las acciones conjuntas de SMRK y UAV (esquemas de aviones y helicópteros), así como algoritmos para el funcionamiento "continuo" de los sensores de todos los involucrados. plataformas, el intercambio de datos de navegación y datos sobre determinados obstáculos.
Disposición interna de componentes mecánicos, eléctricos y electrónicos SMRK SPINNER
El Laboratorio de Investigación del Ejército Estadounidense ARL (Laboratorio de Investigación del Ejército) realiza experimentos como parte de sus programas de investigación para evaluar la madurez de la tecnología. Por ejemplo, ARL está realizando experimentos que evalúan la capacidad de un SMRK totalmente autónomo para detectar y evitar el movimiento de automóviles y personas en movimiento. Además, el Centro de Armas Marinas y Espaciales de la Marina de los EE. UU. Está investigando nuevas tecnologías robóticas y soluciones técnicas clave relacionadas, que incluyen mapeo autónomo, evitación de obstáculos, sistemas de comunicaciones avanzados y misiones conjuntas SMRK y UAV.
Todos estos experimentos con la participación simultánea de varias plataformas terrestres y aéreas se llevan a cabo en condiciones externas realistas, caracterizadas por un terreno complejo y un conjunto de tareas realistas durante las cuales se evalúan las capacidades de todos los componentes y sistemas. Como parte de estos programas piloto (y la estrategia tecnológica asociada) para el desarrollo de SMRC avanzados, se han identificado las siguientes direcciones para maximizar el retorno de la inversión futura:
- el desarrollo de tecnología proporcionará una base tecnológica para los subsistemas y componentes y la integración adecuada en los prototipos SMRK para las pruebas de rendimiento;
- las empresas líderes en esta área desarrollarán tecnologías avanzadas necesarias para ampliar el alcance de la robotización, por ejemplo, aumentando la gama de SMRK y aumentando la gama de canales de comunicación; y
- el programa de mitigación de riesgos asegurará el desarrollo de tecnologías avanzadas para un sistema específico y permitirá superar algunos problemas tecnológicos.
Gracias al desarrollo de estas tecnologías, los SMRK son potencialmente capaces de dar un salto revolucionario en la esfera militar, su uso reducirá las pérdidas humanas y aumentará la efectividad del combate. Sin embargo, para lograr esto, deben poder trabajar de forma independiente, incluida la realización de tareas complejas.
Un ejemplo de SMRK armado. AVANTGUARD de la empresa israelí G-NIUS Unmanned Ground Systems
Sistema robótico modular avanzado MAARS (Sistema robótico armado avanzado modular), armado con una ametralladora y lanzagranadas
Desarrollado por NASA SMRK GROVER en terreno nevado
Requisitos técnicos para SMRK avanzado
Los SMRK avanzados están diseñados y desarrollados para misiones militares y operan principalmente en condiciones peligrosas. Hoy en día, muchos países ofrecen investigación y desarrollo en el campo de los sistemas robóticos no tripulados, capaces de trabajar en la mayoría de los casos en terrenos accidentados. Los SMRK modernos pueden enviar señales de video al operador, información sobre obstáculos, objetivos y otras variables que sean interesantes desde el punto de vista táctico, o, en el caso de los sistemas más avanzados, tomar decisiones completamente independientes. De hecho, estos sistemas pueden ser semiautónomos cuando se utilizan datos de navegación junto con datos de sensores a bordo y comandos de operador remoto para determinar la ruta. Un vehículo totalmente autónomo determina su propio rumbo por sí mismo, utilizando solo sensores a bordo para desarrollar una ruta, pero al mismo tiempo el operador siempre tiene la oportunidad de tomar las decisiones específicas necesarias y tomar el control en situaciones críticas o en caso de daño. a la máquina.
Hoy en día, los SMRK modernos pueden detectar, identificar, localizar y neutralizar rápidamente muchos tipos de amenazas, incluida la actividad enemiga en condiciones de radiación, contaminación química o biológica en varios tipos de terreno. Al desarrollar SMRK moderno, el principal problema es la creación de un diseño funcionalmente efectivo. Los puntos clave incluyen el diseño mecánico, un conjunto de sensores y sistemas de navegación a bordo, la interacción humano-robot, la movilidad, las comunicaciones y el consumo de energía.
Los requisitos de interacción robot-humano incluyen interfaces humano-máquina altamente complejas y, por lo tanto, se deben desarrollar soluciones técnicas multimodales para interfaces seguras y amigables. La tecnología moderna de interacción robot-humano es muy compleja y requerirá muchas pruebas y evaluaciones en condiciones de funcionamiento realistas para lograr buenos niveles de confiabilidad, tanto en la interacción humano-robot como en la interacción robot-robot.
SMRK armado desarrollado por la empresa estonia MILREM
El objetivo de los diseñadores es el desarrollo exitoso de un SMRK capaz de realizar su tarea día y noche en terrenos difíciles. Para lograr la máxima eficiencia en cada situación específica, el SMRK debe poder moverse en todo tipo de terrenos con obstáculos a alta velocidad, con alta maniobrabilidad y cambiar rápidamente de dirección sin una reducción significativa de la velocidad. Los parámetros de diseño relacionados con la movilidad también incluyen características cinemáticas (principalmente la capacidad de mantener el contacto con el suelo en todas las condiciones). SMRK tiene, además de la ventaja de que no tiene las limitaciones inherentes a los humanos, también la desventaja de la necesidad de integrar mecanismos complejos que puedan reemplazar los movimientos humanos. Los requisitos de diseño para el rendimiento del viaje deben integrarse con la tecnología de detección, así como con el desarrollo de sensores y software para obtener una buena movilidad y la capacidad de evitar varios tipos de obstáculos.
Uno de los requisitos extremadamente importantes para una alta movilidad es la capacidad de utilizar información sobre el entorno natural (escaladas, vegetación, rocas o agua), objetos hechos por el hombre (puentes, carreteras o edificios), clima y obstáculos enemigos (campos de minas u obstáculos).. En este caso, es posible determinar las propias posiciones y las posiciones enemigas, y al aplicar un cambio significativo en la velocidad y la dirección, las posibilidades de supervivencia del SMRK bajo el fuego enemigo aumentan significativamente. Tales características técnicas permiten desarrollar SMRK de reconocimiento armado capaz de realizar tareas de reconocimiento, observación y adquisición de objetivos, misiones de fuego en presencia de un complejo de armas, y también capaz de detectar amenazas con fines de autodefensa (minas, sistemas de armas enemigas)., etc.).
Todas estas capacidades de combate deben implementarse en tiempo real para evitar amenazas y neutralizar al enemigo, utilizando sus propias armas o canales de comunicación con sistemas de armas remotas. La alta movilidad y la capacidad de localizar y rastrear los objetivos y la actividad del enemigo en condiciones de combate difíciles son extremadamente importantes. Esto requiere el desarrollo de SMRK inteligente capaz de rastrear la actividad enemiga en tiempo real debido a los complejos algoritmos incorporados para reconocer movimientos.
Las capacidades avanzadas, incluidos sensores, algoritmos para la fusión de datos, visualización proactiva y procesamiento de datos, son esenciales y requieren una arquitectura moderna de hardware y software. Al realizar una tarea en SMRK moderno, se utilizan el sistema GPS, una unidad de medición inercial y un sistema de navegación inercial para estimar la ubicación.
Utilizando los datos de navegación obtenidos gracias a estos sistemas, el SMRK puede moverse de forma independiente de acuerdo con los comandos del programa de a bordo o del sistema de control remoto. Al mismo tiempo, SMRK puede enviar datos de navegación a una estación de control remoto a intervalos cortos para que el operador conozca su ubicación exacta. Los SMRK totalmente autónomos pueden planificar sus acciones, y para ello es absolutamente necesario desarrollar una ruta que excluya las colisiones, minimizando parámetros tan fundamentales como el tiempo, la energía y la distancia. Se puede usar una computadora de navegación y una computadora con información para trazar la ruta óptima y corregirla (se pueden usar telémetros láser y sensores ultrasónicos para detectar obstáculos de manera efectiva).
Componentes de un prototipo de SMRK armado desarrollado por estudiantes indios
Diseño de sistemas de navegación y comunicación
Otro problema importante en el desarrollo de un SMRK eficaz es el diseño del sistema de navegación / comunicación. Se instalan cámaras y sensores digitales para la retroalimentación visual, mientras que los sistemas de infrarrojos se instalan para la operación nocturna; el operador puede ver la imagen de video en su computadora y enviar algunos comandos de navegación básicos al SMRK (derecha / izquierda, detener, adelante) para corregir las señales de navegación.
En el caso de SMRK totalmente autónomo, los sistemas de visualización están integrados con sistemas de navegación basados en mapas digitales y datos GPS. Para crear un SMRK totalmente autónomo, para funciones básicas como la navegación, será necesario integrar sistemas de percepción de condiciones externas, planificación de rutas y un canal de comunicación.
Si bien la integración de sistemas de navegación para un solo SMRK se encuentra en una etapa avanzada, el desarrollo de algoritmos para planificar la operación simultánea de varios SMRK y tareas conjuntas de SMRK y UAV se encuentra en una etapa temprana, ya que es muy difícil establecer interacción de comunicación entre varios sistemas robóticos a la vez. Los experimentos en curso ayudarán a determinar qué frecuencias y rangos de frecuencia se necesitan y cómo variarán los requisitos para una aplicación en particular. Una vez determinadas estas características, será posible desarrollar funciones avanzadas y software para varias máquinas robóticas.
El helicóptero K-MAX no tripulado transporta un vehículo robótico SMSS (Squad Mission Support System) durante las pruebas de autonomía; mientras el piloto estaba en la cabina del K-MAX, pero no lo controlaba
Los medios de comunicación son muy importantes para el funcionamiento del SMRK, pero las soluciones inalámbricas tienen inconvenientes bastante importantes, ya que la comunicación establecida puede perderse debido a interferencias asociadas con el terreno, obstáculos o la actividad del sistema de supresión electrónico del enemigo. Los desarrollos recientes en los sistemas de comunicación máquina a máquina son muy interesantes y gracias a esta investigación se pueden crear equipos asequibles y efectivos para la comunicación entre plataformas robóticas. El estándar para comunicaciones especiales de corto alcance DRSC (Dedicated Short-Range Communication) se aplicará en condiciones reales para la comunicación entre SMRK y entre SMRK y UAV. Actualmente se presta mucha atención a garantizar la seguridad de la comunicación en operaciones centradas en la red y, por lo tanto, los proyectos futuros en el campo de los sistemas tripulados y deshabitados deben basarse en soluciones avanzadas que cumplan con los estándares de interfaz comunes.
Hoy en día, se cumplen en gran medida los requisitos para tareas de bajo consumo a corto plazo, pero existen problemas con las plataformas que realizan tareas a largo plazo con alto consumo de energía, en particular, uno de los problemas más urgentes es la transmisión de video.
Combustible
Las opciones para las fuentes de energía dependen del tipo de sistema: para SMRK pequeños, la fuente de energía puede ser una batería recargable avanzada, pero para SMRK más grandes, el combustible convencional puede generar la energía necesaria, lo que permite implementar un esquema con un sistema eléctrico. motor-generador o un sistema de propulsión eléctrico híbrido de nueva generación. Los factores más obvios que afectan el suministro de energía son las condiciones ambientales, el peso y las dimensiones de la máquina y el tiempo de ejecución de la tarea. En algunos casos, el sistema de suministro de energía debe consistir en un sistema de combustible como fuente principal y una batería recargable (visibilidad reducida). La elección del tipo apropiado de energía depende de todos los factores que afectan el desempeño de la tarea, y la fuente de energía debe proporcionar la movilidad requerida, el funcionamiento ininterrumpido del sistema de comunicación, el conjunto de sensores y el complejo de armas (si corresponde).
Además, es necesario resolver problemas técnicos asociados a la movilidad en terrenos difíciles, la percepción de obstáculos y la autocorrección de acciones erróneas. Como parte de proyectos modernos, se han desarrollado nuevas tecnologías robóticas avanzadas con respecto a la integración de sensores a bordo y procesamiento de datos, selección de rutas y navegación, detección, clasificación y evitación de obstáculos, así como eliminación de errores asociados con pérdida de comunicación y desestabilización de la plataforma. La navegación autónoma fuera de carretera requiere que el vehículo distinga el terreno, lo que incluye la orografía 3D del terreno (descripción del terreno) y la identificación de obstáculos como rocas, árboles, masas de agua estancadas, etc. Las capacidades generales están en constante aumento y hoy ya podemos hablar de un nivel suficientemente alto de definición de la imagen del terreno, pero solo durante el día y con buen tiempo, pero las capacidades de plataformas robóticas en un espacio desconocido y con mal tiempo. las condiciones aún son insuficientes. En este sentido, DARPA está llevando a cabo varios programas experimentales, donde se prueban las capacidades de las plataformas robóticas en un terreno desconocido, en cualquier clima, de día y de noche. El programa DARPA, llamado Investigación Aplicada en AI (Investigación Aplicada en Inteligencia Artificial), está investigando la toma de decisiones inteligente y otras soluciones tecnológicas avanzadas para sistemas autónomos para aplicaciones específicas en sistemas robóticos avanzados, así como el desarrollo de algoritmos autónomos de aprendizaje multi-robótico para realizar tareas conjuntas, que permitirán a grupos de robots procesar automáticamente nuevas tareas y reasignar roles entre ellos.
Como ya se mencionó, las condiciones de operación y el tipo de tarea determinan el diseño de un SMRK moderno, que es una plataforma móvil con fuente de alimentación, sensores, computadoras y arquitectura de software para percepción, navegación, comunicación, aprendizaje / adaptación, interacción entre un robot y una persona. En el futuro, serán más multilaterales, tendrán un mayor nivel de unificación e interacción y también serán más eficientes desde el punto de vista económico. De particular interés son los sistemas con cargas útiles modulares, que permiten adaptar las máquinas para diferentes tareas. En la próxima década, los vehículos robóticos basados en arquitectura abierta estarán disponibles para operaciones tácticas y protección de bases y otra infraestructura. Se caracterizarán por un nivel significativo de uniformidad y autonomía, alta movilidad y sistemas a bordo modulares.
La tecnología SMRK para aplicaciones militares está evolucionando rápidamente, lo que permitirá que muchas fuerzas armadas retiren a los soldados de tareas peligrosas, incluida la detección y destrucción de IED, el reconocimiento, la protección de sus fuerzas, el desminado y mucho más. Por ejemplo, el concepto de grupos de combate de brigada del Ejército de los EE. UU., A través de simulaciones por computadora avanzadas, entrenamiento de combate y experiencia de combate en el mundo real, ha demostrado que los vehículos robóticos han mejorado la capacidad de supervivencia de los vehículos terrestres tripulados y mejorado significativamente la efectividad del combate. El desarrollo de tecnologías prometedoras, como movilidad, autonomía, equipamiento con armas, interfaces hombre-máquina, inteligencia artificial para sistemas robóticos, integración con otros SMRK y sistemas tripulados, proporcionará un aumento en las capacidades de los sistemas terrestres deshabitados y su nivel de autonomía.
Complejo robótico de percusión ruso Platform-M desarrollado por NITI "Progress"
