Çok işlevli robotik kompleks "Uran-9" ile savaşın
Kara mobil robotik sistemlerinin (SMRK) teknolojisine, gelişmelerine, mevcut durumuna ve beklentilerine bir bakış
Özellikle şehir savaşları ve asimetrik çatışmalar için yeni operasyonel doktrinlerin geliştirilmesi, askeri ve siviller arasındaki kayıpları azaltmak için yeni sistemler ve teknoloji gerektirecektir. Bu, SMRK alanındaki gelişmeler, gözlem ve bilgi toplama için ileri teknolojilerin kullanılması, ayrıca keşif ve hedef tespiti, koruma ve yüksek hassasiyetli saldırı yoluyla gerçekleştirilebilir. SMRK, uçan muadilleri gibi, ultra modern robotik teknolojilerin yaygın kullanımı nedeniyle gemide bir insan operatöre sahip değildir.
Bu sistemler aynı zamanda kirlenmiş bir ortamda çalışmak veya diğer "aptal, kirli ve tehlikeli" görevleri gerçekleştirmek için de vazgeçilmezdir. Gelişmiş SMRK geliştirme ihtiyacı, savaş alanında doğrudan destek için insansız sistemlerin kullanılması ihtiyacı ile ilişkilidir. Bazı askeri uzmanlara göre, özerkliği kademeli olarak artırılacak ıssız araçlar, modern kara kuvvetleri yapısındaki en önemli taktik unsurlardan biri haline gelecek.
TERRAMAX M-ATV zırhlı araca dayalı bir robot kompleksi, insansız araçlardan oluşan bir sütuna öncülük ediyor
SMRK'nın operasyonel ihtiyaçları ve gelişimi
2003 yılının sonlarında, ABD Merkez Komutanlığı, doğaçlama patlayıcı cihazlar (IED'ler) tehdidine karşı sistemler için acil, acil talepler yayınladı. Joint Ground Robotics Enterprise (JGRE), küçük robotik makinelerin kullanımı yoluyla yeteneklerde hızlı bir şekilde önemli artışlar sağlayabilecek bir plan geliştirdi. Zamanla, bu teknolojiler gelişti, daha fazla sistem kuruldu ve kullanıcılar değerlendirme için gelişmiş prototipler aldı. Sonuç olarak, gelişmiş robotik sistemleri çalıştırmayı öğrenen iç güvenlik alanında görev yapan askeri personel ve birimlerin sayısında artış olmuştur.
Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) şu anda yapay zeka ve görüntü tanıma alanındaki gelişmelerine dayanarak makine öğreniminde robot teknolojisini araştırıyor. UPI (İnsansız Algı Entegrasyonu) programı kapsamında geliştirilen bu teknolojilerin tümü, iyi hareket kabiliyetine sahip bir araç için ortamın/arazinin daha iyi anlaşılmasını sağlayabilmektedir. Bu araştırmanın sonucu, 2009 yılında operasyonel değerlendirmeye başlayan CRUSHER adlı bir makineydi; o zamandan beri, birkaç tane daha prototip yapıldı.
MPRS (Man-Portable Robotic System) programı şu anda küçük robotlar için otonom navigasyon ve çarpışmadan kaçınma sistemlerinin geliştirilmesine odaklanıyor. Ayrıca robotik sistemlerin özerklik ve işlevsellik düzeyini artırmak için geliştirilen teknolojileri tanımlar, inceler ve optimize eder. RACS (Robotic for Agile Combat Support) programı, mevcut tehditleri ve operasyonel gereksinimlerin yanı sıra gelecekteki ihtiyaçları ve yetenekleri karşılamak için çeşitli robotik teknolojiler geliştirir. RACS programı ayrıca ortak bir mimari kavramına ve çeşitli makinelerin hareketlilik, hız, kontrol ve etkileşimi gibi temel özelliklere dayalı olarak çeşitli savaş görevleri ve çeşitli platformlar için otomasyon teknolojileri geliştirir ve entegre eder.
Robotların modern muharebe operasyonlarına katılımı, silahlı kuvvetlerin operasyonlarında paha biçilmez deneyim kazanmalarını sağlar. İnsansız hava araçlarının (İHA'lar) ve SMRK'lerin tek bir operasyon alanında kullanımıyla ilgili birkaç ilginç alan ortaya çıktı ve askeri planlamacılar, birkaç platformun genel yönetimi, her ikisine de kurulabilen değiştirilebilir yerleşik sistemlerin geliştirilmesi de dahil olmak üzere bunları dikkatlice incelemeyi planlıyor. Küresel yetenekleri genişletmek amacıyla İHA'lar ve SMRK'nın yanı sıra umut verici ıssız sistemlerle mücadele için yeni teknolojiler üzerinde.
ARCD (Active Range Clearance Developments) deneysel programına göre, birkaç SMRK'nın birkaç İHA ile birlikte çalışacağı "bölgenin güvenliğini otomatik yollarla sağlama" senaryosu geliştirilecektir. Ayrıca insansız platformlarda radar istasyonlarının kullanımına ilişkin teknolojik çözümlerin değerlendirilmesi, kontrol ve izleme sistemlerinin entegrasyonu ve sistemlerin genel verimliliğine ilişkin bir değerlendirme yapılacaktır. ARCD programının bir parçası olarak, ABD Hava Kuvvetleri, SMRK ve İHA'ların (hem uçak hem de helikopter şemaları) ortak eylemlerinin etkinliğini artırmak için gerekli teknolojilerin yanı sıra ilgili tüm sensörlerin "kesintisiz" çalışması için algoritmalar geliştirmeyi planlıyor. platformlar, navigasyon verilerinin değişimi ve belirli engellerle ilgili veriler.
Mekanik, elektrikli ve elektronik bileşenlerin dahili yerleşimi SMRK SPINNER
Amerikan Ordusu Araştırma Laboratuvarı ARL (Ordu Araştırma Laboratuvarı), teknolojinin olgunluğunu değerlendirmek için araştırma programlarının bir parçası olarak deneyler yapar. Örneğin, ARL, tamamen otonom bir SMRK'nın hareket halindeki arabaları ve hareket halindeki insanları algılama ve bunlardan kaçınma yeteneğini değerlendiren deneyler yürütmektedir. Buna ek olarak, ABD Deniz Kuvvetleri Uzay ve Deniz Silahları Merkezi, otonom haritalama, engellerden kaçınma, gelişmiş iletişim sistemleri ve ortak SMRK ve UAV misyonları dahil olmak üzere yeni robotik teknolojiler ve ilgili temel teknik çözümler üzerinde araştırmalar yürütüyor.
Birkaç yer ve hava platformunun eşzamanlı katılımıyla yapılan bu deneylerin tümü, karmaşık arazi ve tüm bileşenlerin ve sistemlerin yeteneklerinin değerlendirildiği bir dizi gerçekçi görev ile karakterize edilen gerçekçi dış koşullarda gerçekleştirilir. Gelişmiş SMRC'lerin geliştirilmesine yönelik bu pilot programların (ve ilgili teknoloji stratejisinin) bir parçası olarak, gelecekteki yatırım getirisini en üst düzeye çıkarmak için aşağıdaki yönergeler belirlenmiştir:
- teknoloji geliştirme, alt sistemler ve bileşenler için teknolojik bir temel ve performans testi için SMRK prototiplerine uygun entegrasyon sağlayacaktır;
- bu alandaki lider şirketler, örneğin SMRK'nın kapsamını artırarak ve iletişim kanallarının kapsamını artırarak robotlaştırmanın kapsamını genişletmek için gerekli ileri teknolojileri geliştireceklerdir; ve
- risk azaltma programı, belirli bir sistem için ileri teknolojilerin geliştirilmesini sağlayacak ve bazı teknolojik sorunların üstesinden gelinmesine olanak sağlayacaktır.
Bu teknolojilerin geliştirilmesi sayesinde, SMRK'lar potansiyel olarak askeri alanda devrim niteliğinde bir sıçrama sağlama yeteneğine sahiptir, kullanımları insan kayıplarını azaltacak ve savaş etkinliğini artıracaktır. Ancak bunu başarmak için karmaşık görevleri yerine getirmek de dahil olmak üzere bağımsız olarak çalışabilmelidirler.
Silahlı bir SMRK örneği. İsrailli G-NIUS Unmanned Ground Systems şirketinin AVANTGUARD'ı
Gelişmiş modüler robotik sistem MAARS (Modüler Gelişmiş Silahlı Robotik Sistem), makineli tüfek ve el bombası fırlatıcılarla donanmış
NASA SMRK GROVER tarafından karlı arazide geliştirildi
Gelişmiş SMRK için teknik gereksinimler
Gelişmiş SMRK'ler, askeri görevler için tasarlanmış ve geliştirilmiştir ve öncelikle tehlikeli koşullarda çalışır. Günümüzde birçok ülke, çoğu durumda engebeli arazide çalışabilen robotik insansız sistemler alanında araştırma ve geliştirme sağlamaktadır. Modern SMRK'ler operatöre video sinyalleri gönderebilir, engeller, hedefler ve taktiksel açıdan ilginç olan diğer değişkenler hakkında bilgi gönderebilir veya en gelişmiş sistemler söz konusu olduğunda tamamen bağımsız kararlar verebilir. Aslında, bu sistemler, rotayı belirlemek için yerleşik sensör verileri ve uzak operatör komutları ile birlikte navigasyon verileri kullanıldığında yarı özerk olabilir. Tam otonom bir araç, rotasını geliştirmek için yalnızca yerleşik sensörleri kullanarak kendi rotasını kendisi belirler, ancak aynı zamanda operatör her zaman kritik durumlarda veya hasar durumunda gerekli spesifik kararları verme ve kontrolü ele alma fırsatına sahiptir. makineye.
Günümüzde modern SMRK'ler, radyasyon koşullarında düşman faaliyetleri, çeşitli arazi türlerinde kimyasal veya biyolojik kirlenme dahil olmak üzere birçok türde tehdidi hızlı bir şekilde tespit edebilir, tanımlayabilir, yerelleştirebilir ve etkisiz hale getirebilir. Modern SMRK'yi geliştirirken, asıl sorun işlevsel olarak etkili bir tasarımın oluşturulmasıdır. Kilit noktalar mekanik tasarım, bir dizi yerleşik sensör ve navigasyon sistemi, insan-robot etkileşimi, mobilite, iletişim ve güç / enerji tüketimini içerir.
Robot-insan etkileşimi gereksinimleri, son derece karmaşık insan-makine arayüzlerini içerir ve bu nedenle güvenli ve dostça arayüzler için çok modlu teknik çözümler geliştirilmelidir. Modern robot-insan etkileşim teknolojisi çok karmaşıktır ve hem insan-robot etkileşiminde hem de robot-robot etkileşiminde iyi düzeyde güvenilirlik elde etmek için gerçekçi çalışma koşulları altında birçok test ve değerlendirme gerektirecektir.
Estonya şirketi MILREM tarafından geliştirilen silahlı SMRK
Tasarımcıların amacı, görevini gece gündüz zorlu arazide gerçekleştirebilen bir SMRK'nın başarılı bir şekilde geliştirilmesidir. Her özel durumda maksimum verim elde etmek için, SMRK, engellerin olduğu her türlü arazide yüksek hızda, yüksek manevra kabiliyeti ile hareket edebilmeli ve hızda önemli bir azalma olmadan hızla yön değiştirebilmelidir. Hareketlilik ile ilgili tasarım parametreleri ayrıca kinematik özellikleri de içerir (öncelikle her koşulda zeminle teması sürdürme yeteneği). SMRK, insanlara özgü sınırlamalara sahip olmaması avantajına ek olarak, insan hareketlerinin yerini alabilecek karmaşık mekanizmaları entegre etme ihtiyacının dezavantajına da sahiptir. Sürüş performansı için tasarım gereksinimleri, iyi bir hareketlilik ve çeşitli engellerden kaçınma yeteneği elde etmek için sensör ve yazılım geliştirmenin yanı sıra algılama teknolojisi ile entegre edilmelidir.
Yüksek hareketlilik için son derece önemli gereksinimlerden biri, doğal çevre (tırmanışlar, bitki örtüsü, kayalar veya su), insan yapımı nesneler (köprüler, yollar veya binalar), hava durumu ve düşman engelleri (mayın tarlaları veya engeller) hakkındaki bilgileri kullanma yeteneğidir.. Bu durumda, kişinin kendi pozisyonlarını ve düşman pozisyonlarını belirlemesi mümkün hale gelir ve hız ve yönde önemli bir değişiklik uygulanarak, SMRK'nın düşman ateşi altında hayatta kalma şansı önemli ölçüde artar. Bu tür teknik özellikler, keşif, gözlem ve hedef edinme görevleri, bir silah kompleksi varlığında yangın misyonları gerçekleştirebilen ve ayrıca kendini savunma amaçlı tehditleri (mayınlar, düşman silah sistemleri) tespit edebilen silahlı keşif SMRK'nın geliştirilmesini mümkün kılar., vesaire.).
Tüm bu muharebe kabiliyetleri, tehditlerden kaçınmak ve düşmanı etkisiz hale getirmek için kendi silahlarını veya uzak silah sistemleri ile iletişim kanallarını kullanarak gerçek zamanlı olarak uygulanmalıdır. Yüksek hareketlilik ve zorlu muharebe koşullarında düşman hedeflerini ve faaliyetlerini tespit etme ve takip etme yeteneği son derece önemlidir. Bu, hareketleri tanımak için yerleşik karmaşık algoritmalar nedeniyle düşman faaliyetlerini gerçek zamanlı olarak takip edebilen akıllı SMRK'nin geliştirilmesini gerektirir.
Sensörler, veri birleştirme için algoritmalar, proaktif görselleştirme ve veri işleme dahil olmak üzere gelişmiş yetenekler esastır ve modern bir donanım ve yazılım mimarisi gerektirir. Modern SMRK'da bir görev gerçekleştirirken, konumu tahmin etmek için GPS sistemi, bir atalet ölçüm birimi ve bir atalet navigasyon sistemi kullanılır.
Bu sistemler sayesinde elde edilen navigasyon verilerini kullanarak SMRK, yerleşik programın veya uzaktan kumanda sisteminin komutlarına göre bağımsız olarak hareket edebilir. Aynı zamanda, SMRK, operatörün tam yerini bilmesi için kısa aralıklarla bir uzaktan kumanda istasyonuna navigasyon verileri gönderebilmektedir. Tam otonom SMRK'lar eylemlerini planlayabilir ve bunun için zaman, enerji ve mesafe gibi temel parametreleri en aza indirirken çarpışmaları hariç tutan bir rota geliştirmek kesinlikle gereklidir. En uygun rotayı çizmek ve düzeltmek için bir navigasyon bilgisayarı ve bilgi içeren bir bilgisayar kullanılabilir (engelleri etkili bir şekilde algılamak için lazerli uzaklık ölçerler ve ultrasonik sensörler kullanılabilir).
Hintli öğrenciler tarafından geliştirilen bir prototip silahlı SMRK'nin bileşenleri
Navigasyon ve iletişim sistemlerinin tasarımı
Etkili bir SMRK geliştirilmesinde bir diğer önemli sorun da navigasyon/haberleşme sisteminin tasarımıdır. Görsel geri bildirim için dijital kameralar ve sensörler, gece çalışması için kızılötesi sistemler kurulur; operatör, video görüntüsünü bilgisayarında görebilir ve navigasyon sinyallerini düzeltmek için SMRK'ye (sağ / sol, dur, ileri) bazı temel navigasyon komutları gönderebilir.
Tam otonom SMRK durumunda, görselleştirme sistemleri, dijital haritalara ve GPS verilerine dayalı navigasyon sistemleriyle entegre edilmiştir. Navigasyon gibi temel işlevler için tamamen özerk bir SMRK oluşturmak için, dış koşulların algılanması, rota planlaması ve bir iletişim kanalı için sistemlerin entegre edilmesi gerekecektir.
Tek SMRK için seyrüsefer sistemlerinin entegrasyonu ileri bir aşamadayken, birkaç SMRK'nın eşzamanlı çalışmasını ve SMRK ile İHA'nın ortak görevlerini planlamak için algoritmaların geliştirilmesi, aralarında iletişim etkileşimi kurmak çok zor olduğundan, erken bir aşamadadır. aynı anda birkaç robotik sistem. Devam eden deneyler, hangi frekansların ve frekans aralıklarının gerekli olduğunu ve belirli bir uygulama için gereksinimlerin nasıl değişeceğini belirlemeye yardımcı olacaktır. Bu özellikler belirlendikten sonra, birkaç robotik makine için gelişmiş işlevler ve yazılımlar geliştirmek mümkün olacaktır.
İnsansız K-MAX helikopteri, özerklik testleri sırasında SMSS (Squad Mission Support System) robotik aracı taşıyor; pilot K-MAX kokpitindeyken, ancak kontrol etmedi
SMRK'nın çalışması için iletişim araçları çok önemlidir, ancak kablosuz çözümlerin oldukça önemli dezavantajları vardır, çünkü arazi, engeller veya düşmanın elektronik bastırma sisteminin faaliyeti ile ilişkili parazit nedeniyle kurulan iletişim kaybolabilir. Makineden makineye iletişim sistemlerindeki son gelişmeler çok ilginç ve bu araştırma sayesinde robotik platformlar arasında iletişim için uygun fiyatlı ve etkili ekipmanlar oluşturulabiliyor. Özel kısa menzilli iletişim DRSC (Adanmış Kısa Menzilli İletişim) standardı, SMRK arasındaki ve SMRK ile UAV arasındaki iletişim için gerçek koşullarda uygulanacaktır. Halihazırda ağ merkezli operasyonlarda iletişim güvenliğinin sağlanmasına çok dikkat edilmektedir ve bu nedenle insanlı ve ıssız sistemler alanındaki gelecekteki projeler, ortak arayüz standartlarına uygun gelişmiş çözümlere dayanmalıdır.
Günümüzde kısa süreli, düşük güçlü görevler için gereksinimler büyük ölçüde karşılanmaktadır, ancak yüksek güç tüketimi ile uzun süreli görevleri gerçekleştiren platformlarda sorunlar vardır, özellikle en acil sorunlardan biri video akışıdır.
Yakıt
Enerji kaynakları için seçenekler sistemin türüne bağlıdır: küçük SMRK'ler için enerji kaynağı gelişmiş bir yeniden şarj edilebilir pil olabilir, ancak daha büyük SMRK'ler için geleneksel yakıt gerekli enerjiyi üretebilir, bu da elektrikle bir şemanın uygulanmasını mümkün kılar. motor-jeneratör veya yeni nesil hibrit elektrikli tahrik sistemi. Enerji arzını etkileyen en belirgin faktörler çevre koşulları, makine ağırlığı ve boyutları ve görev yürütme süresidir. Bazı durumlarda, güç kaynağı sistemi, ana kaynak olarak bir yakıt sisteminden ve şarj edilebilir bir pilden (azaltılmış görüş) oluşmalıdır. Uygun enerji türünün seçimi, görevin performansını etkileyen tüm faktörlere bağlıdır ve enerji kaynağı, gerekli hareketliliği, iletişim sisteminin kesintisiz çalışmasını, sensör setini ve varsa silah kompleksini sağlamalıdır.
Ek olarak, zorlu arazide hareketlilik, engellerin algılanması ve hatalı eylemlerin kendi kendine düzeltilmesi ile ilgili teknik sorunları çözmek gerekir. Modern projelerin bir parçası olarak, yerleşik sensörlerin ve veri işlemenin entegrasyonu, rota seçimi ve navigasyon, algılama, sınıflandırma ve engellerin önlenmesi ile iletişim ve iletişim kaybından kaynaklanan hataların ortadan kaldırılmasına yönelik yeni ileri robotik teknolojiler geliştirilmiştir. platformun istikrarsızlaştırılması. Otonom arazi navigasyonu, aracın arazinin 3 boyutlu orografisini (arazi tanımı) ve kayalar, ağaçlar, durgun su kütleleri vb. gibi engellerin tanımlanmasını içeren araziyi ayırt etmesini gerektirir. Genel yetenekler sürekli artıyor ve bugün, arazi görüntüsünün yeterince yüksek bir tanımından bahsedebiliriz, ancak yalnızca gündüz ve iyi havalarda, ancak robotik platformların bilinmeyen bir alanda ve kötü hava koşullarında yetenekleri koşullar hala yetersiz. Bu bağlamda DARPA, robotik platformların yeteneklerinin bilinmeyen arazide, her türlü hava koşulunda, gece ve gündüz test edildiği çeşitli deneysel programlar yürütüyor. Yapay Zekada Uygulamalı Araştırma (Yapay Zekada Uygulamalı Araştırma) adı verilen DARPA programı, gelişmiş robotik sistemlerdeki belirli uygulamalar için otonom sistemler için akıllı karar verme ve diğer gelişmiş teknolojik çözümleri araştırıyor ve aynı zamanda performans için otonom çoklu robotik öğrenme algoritmaları geliştiriyor. robot gruplarının yeni görevleri otomatik olarak işlemesine ve kendi aralarında rolleri yeniden tahsis etmesine izin verecek ortak görevler.
Daha önce de belirtildiği gibi, çalışma koşulları ve görevin türü, algı, navigasyon, iletişim, öğrenme / adaptasyon, etkileşim için bir güç kaynağı, sensörler, bilgisayarlar ve yazılım mimarisine sahip mobil bir platform olan modern bir SMRK'nin tasarımını belirler. robot ve bir kişi. Gelecekte daha çok taraflı olacaklar, daha yüksek düzeyde birleşme ve etkileşime sahip olacaklar ve ayrıca ekonomik açıdan daha verimli olacaklar. Özellikle ilgi çekici olan, makinelerin farklı görevler için uyarlanmasına izin veren modüler faydalı yüklere sahip sistemlerdir. Önümüzdeki on yılda, açık mimariye dayalı robotik araçlar, taktik operasyonlar ve üslerin ve diğer altyapıların korunması için kullanılabilir hale gelecek. Önemli düzeyde tekdüzelik ve özerklik, yüksek mobilite ve modüler yerleşik sistemler ile karakterize edilecekler.
Askeri uygulamalar için SMRK teknolojisi hızla gelişiyor ve bu, birçok silahlı kuvvetin askerleri EYP'leri tespit etme ve imha etme, keşif, güçlerini koruma, mayın temizleme ve çok daha fazlası dahil olmak üzere tehlikeli görevlerden uzaklaştırmasına izin verecek. Örneğin, gelişmiş bilgisayar simülasyonları, savaş eğitimi ve gerçek dünya savaş deneyimi yoluyla ABD Ordusu tugay savaş grupları kavramı, robotik araçların mürettebatlı kara araçlarının bekasını iyileştirdiğini ve savaş etkinliğini önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermiştir. Hareketlilik, özerklik, silahlarla donatma, insan-makine arayüzleri, robotik sistemler için yapay zeka, diğer SMRK ve insanlı sistemlerle entegrasyon gibi gelecek vaat eden teknolojilerin geliştirilmesi, ıssız yer sistemlerinin yeteneklerinin ve seviyelerinin artmasını sağlayacaktır. özerklik.
NITI "Progress" tarafından geliştirilen Rus vurmalı robotik kompleksi Platform-M
