מתחם רובוטי רב תכליתי "אוראן -9"
מבט על טכנולוגיה, התפתחויות, מצב העניינים הנוכחי והסיכויים של מערכות רובוטיות ניידות יבשות (SMRK)
פיתוח דוקטרינות מבצעיות חדשות, במיוחד ללוחמה עירונית ולסכסוכים אסימטריים, יחייבו מערכות וטכנולוגיה חדשות כדי לצמצם את הנפגעים בקרב הצבא והאזרחים. ניתן לממש זאת באמצעות התפתחויות בתחום ה- SMRK, שימוש בטכנולוגיות מתקדמות לצורך תצפית ואיסוף מידע, כמו גם סיור וגילוי מטרות, הגנה ושביתה ברמת דיוק גבוהה. ל- SMRK, כמו עמיתיהם המעופפים, בשל השימוש הנרחב בטכנולוגיות רובוטיות אולטרה מודרניות, אין מפעיל אנושי על הסיפון.
מערכות אלה הן גם הכרחיות להפעלה בסביבה מזוהמת או לביצוע משימות אחרות "מטומטמות, מלוכלכות ומסוכנות". הצורך בפיתוח SMRK מתקדם קשור לצורך להשתמש במערכות בלתי מאוישות לתמיכה ישירה בשדה הקרב. לדברי כמה מומחים צבאיים, כלי רכב לא מיושבים, שרמת האוטונומיה שלהם תעלה בהדרגה, יהפוך לאחד המרכיבים הטקטיים החשובים ביותר במבנה כוחות היבשה המודרניים.
מתחם רובוטי המבוסס על רכב המשוריין TERRAMAX M-ATV מוביל טור של כלי רכב בלתי מאוישים
צרכים תפעוליים ופיתוח SMRK
בסוף 2003, פיקוד המרכז המרכזי של ארה ב פרסם בקשות דחופות ודחופות למערכות להתמודד עם האיום של מטעני חבלה מאולתרים (מטעני חבלה). ה- Joint Ground Robotics Enterprise (JGRE) הגה תוכנית שיכולה לספק במהירות גידול משמעותי ביכולות באמצעות מכונות רובוטיות קטנות. עם הזמן הטכנולוגיות הללו התפתחו, מערכות נוספות נפרסו והמשתמשים קיבלו אב טיפוס מתקדם להערכה. כתוצאה מכך חלה עלייה במספר אנשי הצבא והיחידות העוסקות בתחום הביטחון הפנימי, שלמדו להפעיל מערכות רובוטיות מתקדמות.
סוכנות פרוייקטים למחקר מתקדם של ההגנה (DARPA) חוקרת בימים אלה טכנולוגיה רובוטית בלמידת מכונה, תוך התבססות על ההתפתחויות שלה בבינה מלאכותית וזיהוי תדמית. כל הטכנולוגיות הללו, שפותחו במסגרת תכנית UPI (שילוב תפיסה בלתי מאוישת), מסוגלות לספק הבנה טובה יותר של הסביבה / השטח לרכב בעל ניידות טובה. התוצאה של מחקר זה הייתה מכונה בשם ה- CRUSHER, שהחלה בהערכה מבצעית כבר בשנת 2009; מאז נוצרו עוד כמה אבות טיפוס.
תוכנית MPRS (Man-Robotic Robotic System) מתמקדת כיום בפיתוח מערכות ניווט אוטונומיות והימנעות מהתנגשות עבור רובוטים קטנים.הוא גם מזהה, לומד ומייעל טכנולוגיות שפותחו כדי להגביר את רמת האוטונומיה והפונקציונליות של מערכות רובוטיות. התוכנית RACS (Robotic for Agile Combat Support) מפתחת טכנולוגיות רובוטיות שונות העונות על האיומים והדרישות המבצעיות הנוכחיות, כמו גם על הצרכים והיכולות העתידיות. תוכנית RACS גם מפתחת ומשלבת טכנולוגיות אוטומציה למשימות לחימה שונות ופלטפורמות שונות, המבוססות על הרעיון של ארכיטקטורה משותפת ומאפיינים בסיסיים כמו ניידות, מהירות, שליטה ואינטראקציה של מספר מכונות.
השתתפות רובוטים בפעולות לחימה מודרניות מאפשרת לכוחות המזוינים לצבור ניסיון רב ערך בפעולתם. צצו כמה תחומים מעניינים בנוגע לשימוש בכלי טיס בלתי מאוישים (UAVs) וב- SMRK בתיאטרון מבצעי אחד, ומתכננים צבאיים מתכוונים ללמוד אותם היטב, כולל ניהול כללי של מספר פלטפורמות, פיתוח מערכות משולבות הניתנות להחלפה שניתן להתקין הן על מל טים ועל SMRK במטרה להרחיב את היכולות הגלובליות, כמו גם טכנולוגיות חדשות להבטחת מערכות לא מיושבות.
על פי תוכנית הניסוי ARCD (Active Range Clearance Developments), יפותח התרחיש שנקרא "הבטחת אבטחת האזור באמצעים אוטומטיים", בו יעבדו כמה SMRK יחד עם מספר מל"טים. בנוסף תתבצע הערכה של פתרונות טכנולוגיים בנוגע לשימוש בתחנות מכ"ם בפלטפורמות בלתי מאוישות, הערכה של שילוב מערכות הבקרה והניטור והיעילות הכוללת של המערכות. כחלק מתוכנית ה- ARCD, חיל האוויר האמריקאי מתכנן לפתח טכנולוגיות הדרושות להגברת האפקטיביות של הפעולות המשותפות של מטוסי SMRK ומל"טים (תוכניות מטוסים ומסוקים), כמו גם אלגוריתמים להפעלה "חלקה" של חיישנים של כל המעורבים פלטפורמות, החלפת נתוני ניווט ונתונים על מכשולים מסוימים.
פריסה פנימית של רכיבים מכניים, חשמליים ואלקטרוניים SMRK SPINNER
מעבדת המחקר של הצבא האמריקאי ARL (מעבדת המחקר של הצבא) מבצעת ניסויים כחלק מתוכניות המחקר שלה על מנת להעריך את בשלות הטכנולוגיה. לדוגמה, ARL עורכת ניסויים המעריכים את יכולתו של SMRK אוטונומי לחלוטין לזהות ולהימנע מהנעת מכוניות ואנשים בתנועה. בנוסף, מרכז החלל והנשק הימי של חיל הים האמריקאי עורך מחקר על טכנולוגיות רובוטיות חדשות ופתרונות טכניים מרכזיים, כולל מיפוי אוטונומי, הימנעות ממכשולים, מערכות תקשורת מתקדמות ומשימות SMRK וכטב מים משותפים.
כל הניסויים הללו בהשתתפות בו זמנית של מספר פלטפורמות קרקע ואוויר מתבצעות בתנאים חיצוניים מציאותיים, המאופיינים בשטח מורכב ובמערכת משימות ריאליסטיות שבמהלכן מוערכים היכולות של כל הרכיבים והמערכות. כחלק מתוכניות הפיילוט הללו (והאסטרטגיה הטכנולוגית הנלווית) לפיתוח SMRC מתקדם, זוהו הכיוונים הבאים למקסם את התשואה על ההשקעה העתידית:
- פיתוח טכנולוגי יספק בסיס טכנולוגי לתתי מערכות ורכיבים ושילוב מתאים באב טיפוס SMRK לבדיקת ביצועים;
- חברות מובילות בתחום זה יפתחו טכנולוגיות מתקדמות הדרושות להרחבת היקף הרובוטיזציה, למשל על ידי הגדלת טווח ה- SMRK והגדלת טווח ערוצי התקשורת; ו
- התוכנית להפחתת סיכונים תבטיח פיתוח טכנולוגיות מתקדמות עבור מערכת ספציפית ותאפשר להתגבר על כמה בעיות טכנולוגיות.
הודות לפיתוח טכנולוגיות אלה, SMRK מסוגלים לספק קפיצה מהפכנית בתחום הצבאי, השימוש בהם יפחית את ההפסדים האנושיים ויגדיל את יעילות הלחימה. עם זאת, על מנת להשיג זאת, הם חייבים להיות מסוגלים לעבוד באופן עצמאי, כולל ביצוע משימות מורכבות.
דוגמה ל- SMRK חמוש. AVANTGUARD של חברת G-NIUS הישראלית מערכות קרקע בלתי מאוישות
מערכת רובוטית מודולרית מתקדמת MAARS (מערכת רובוטית חמושה מודולרית מתקדמת), חמושה במקלע ובמשגרי רימונים.
פותח על ידי NASA SMRK GROVER בשטח מושלג
דרישות טכניות ל- SMRK מתקדם
מכשירי SMRK מתקדמים מתוכננים ומפותחים למשימות צבאיות ופועלים בעיקר בתנאים מסוכנים. כיום, מדינות רבות מספקות מחקר ופיתוח בתחום המערכות הבלתי מאוישות רובוטיות, המסוגלות לעבוד ברוב המקרים בשטח מחוספס. מכשירי SMRK מודרניים יכולים לשלוח אותות וידיאו למפעיל, מידע על מכשולים, מטרות ומשתנים אחרים שמעניינים מבחינה טקטית, או, במקרה של המערכות המתקדמות ביותר, לקבל החלטות עצמאיות לחלוטין. למעשה, מערכות אלה יכולות להיות אוטונומיות למחצה כאשר משתמשים בנתוני ניווט יחד עם נתוני חיישנים מובנים ופקודות מפעיל מרחוק כדי לקבוע את הנתיב. רכב אוטונומי לחלוטין קובע בעצמו את המסלול שלו, תוך שימוש רק בחיישנים על הסיפון כדי לפתח מסלול, אך יחד עם זאת תמיד יש למפעיל את ההזדמנות לקבל את ההחלטות הספציפיות הדרושות ולהשתלט על מצבים קריטיים או במקרה של נזק. למכונה.
כיום יכולים SMRK מודרניים לזהות, לזהות, למקם ולנטרל סוגים רבים של איומים, לרבות פעילות אויב בתנאי קרינה, זיהום כימי או ביולוגי על סוגי שטח שונים. בעת פיתוח SMRK מודרני, הבעיה העיקרית היא יצירת עיצוב יעיל מבחינה תפקודית. נקודות המפתח כוללות תכנון מכני, חבילה של חיישנים ומערכות ניווט, אינטראקציה בין רובוט, ניידות, תקשורת וצריכת חשמל / אנרגיה.
דרישות האינטראקציה בין רובוט לאדם כוללות ממשקי אדם-מכונה מורכבים ביותר ולכן יש לפתח פתרונות טכניים רב-מודליים לממשקים בטוחים וידידותיים. טכנולוגיית אינטראקציה רובוט-אנושית מודרנית מורכבת מאוד ותדרוש בדיקות והערכות רבות בתנאי הפעלה מציאותיים על מנת להשיג רמות אמינות טובות, הן באינטראקציה בין אדם-רובוט והן באינטראקציה בין רובוט-רובוט.
SMRK חמוש שפותח על ידי חברת MILREM האסטונית
מטרת המעצבים היא פיתוח מוצלח של SMRK המסוגל לבצע את משימתו יום ולילה בשטח קשה. על מנת להשיג יעילות מרבית בכל מצב ספציפי, ה- SMRK אמור להיות מסוגל לנוע על כל סוגי השטח עם מכשולים במהירות גבוהה, עם יכולת תמרון גבוהה ולשנות במהירות כיוון ללא הפחתה מהירה של המהירות. פרמטרי עיצוב הקשורים לניידות כוללים גם מאפיינים קינמטיים (בעיקר היכולת לשמור על קשר עם הקרקע בכל התנאים). ל- SMRK, בנוסף ליתרון שאין לו את המגבלות הטמונות בבני אדם, יש גם את החיסרון בצורך לשלב מנגנונים מורכבים שיכולים להחליף תנועות אנושיות.דרישות העיצוב לביצועי הנסיעה חייבות להיות משולבות בטכנולוגיית החישה וכן בפיתוח חיישן ותוכנה על מנת להשיג ניידות טובה ויכולת להימנע ממכשולים מסוגים שונים.
אחת הדרישות החשובות ביותר לניידות גבוהה היא היכולת להשתמש במידע על הסביבה הטבעית (טיפוסים, צמחייה, סלעים או מים), חפצים מעשה ידי אדם (גשרים, כבישים או בניינים), מזג אוויר ומכשולי אויב (שדות מוקשים או מכשולים). במקרה זה, ניתן לקבוע את עמדותיך ואת עמדות האויב שלך, ועל ידי החלת שינוי משמעותי במהירות ובכיוון, סיכויי ה- SMRK לשרוד באש האויב גדלים באופן משמעותי. מאפיינים טכניים כאלה מאפשרים לפתח SMRK סיור חמוש המסוגל לבצע משימות סיור, תצפית ורכישת מטרות, משימות אש בנוכחות קומפלקס נשק, וגם מסוגל לזהות איומים למטרות הגנה עצמית (מוקשים, מערכות נשק אויב), וכו.).
כל יכולות הלחימה הללו חייבות להיות מיושמות בזמן אמת על מנת להימנע מאיומים ולנטרל את האויב, באמצעות נשק משלהם או ערוצי תקשורת עם מערכות נשק מרוחקות. ניידות גבוהה והיכולת לאתר ולעקוב אחר מטרות אויב ופעילות בתנאי לחימה קשים הם חשובים ביותר. זה דורש פיתוח SMRK חכם המסוגל לעקוב אחר פעילות אויב בזמן אמת בשל האלגוריתמים המורכבים המובנים לזיהוי תנועות.
יכולות מתקדמות, כולל חיישנים, אלגוריתמים למיזוג נתונים, ויזואליזציה יזומה ועיבוד נתונים, חיוניים ודורשים ארכיטקטורת חומרה ותוכנה מודרנית. בעת ביצוע משימה ב- SMRK המודרנית, מערכת GPS, יחידת מדידה אינרטי ומערכת ניווט אינרטי משמשים להערכת המיקום.
באמצעות נתוני הניווט המתקבלים הודות למערכות אלה, ה- SMRK יכול לנוע באופן עצמאי בהתאם לפקודות התוכנית המשולבת או מערכת השלט הרחוק. במקביל, SMRK מסוגלת לשלוח נתוני ניווט לתחנת שלט רחוק בפרקי זמן קצרים כך שהמפעיל יידע על מיקומו המדויק. SMRK אוטונומיים לחלוטין יכולים לתכנן את פעולותיהם, ולשם כך יש צורך בהחלט לפתח מסלול שאינו כולל התנגשויות, תוך צמצום פרמטרים בסיסיים כמו זמן, אנרגיה ומרחק. ניתן להשתמש במחשב ניווט ובמחשב עם מידע כדי לתוות את המסלול האופטימלי ולתקן אותו (ניתן להשתמש במדדי לייזר וחיישנים אולטראסוניים לאיתור אפקטיבי של מכשולים).
רכיבים של אב טיפוס חמוש SMRK שפותח על ידי סטודנטים הודים
תכנון מערכות ניווט ותקשורת
בעיה חשובה נוספת בפיתוח SMRK יעיל היא עיצוב מערכת הניווט / תקשורת. מצלמות וחיישנים דיגיטליים מותקנים למשוב חזותי, ואילו מערכות אינפרא אדום מותקנות להפעלת לילה; המפעיל יכול לראות את תמונת הווידאו במחשב שלו ולשלוח כמה פקודות ניווט בסיסיות ל- SMRK (ימין / שמאל, עצור, קדימה) כדי לתקן את אותות הניווט.
במקרה של SMRK אוטונומי לחלוטין, מערכות ויזואליזציה משולבות עם מערכות ניווט המבוססות על מפות דיגיטליות ונתוני GPS.כדי ליצור SMRK אוטונומי לחלוטין, עבור פונקציות בסיסיות כמו ניווט, יהיה צורך לשלב מערכות לתפיסת תנאים חיצוניים, תכנון מסלול וערוץ תקשורת.
בעוד שילוב מערכות הניווט ל- SMRK יחיד נמצא בשלב מתקדם, פיתוח אלגוריתמים לתכנון הפעלה סימולטנית של מספר SMRK ומשימות משותפות של SMRK ו- UAV נמצא בשלב מוקדם, מכיוון שקשה מאוד ליצור אינטראקציה תקשורתית בין כמה מערכות רובוטיות בבת אחת. הניסויים המתמשכים יסייעו לקבוע אילו תדרים וטווחי תדרים נחוצים וכיצד ישתנו הדרישות ליישום מסוים. לאחר קביעת מאפיינים אלה, ניתן יהיה לפתח פונקציות ותוכנות מתקדמות למספר מכונות רובוטיות.
מסוק K-MAX הבלתי מאויש מעביר רכב רובוטי SMSS (Squad Mission Support System) במהלך בדיקות אוטונומיה; בזמן שהטייס היה בתא הטייס של K-MAX, אך לא שלט בו
אמצעי התקשורת חשובים מאוד לתפקוד ה- SMRK, אך לפתרונות אלחוטיים יש חסרונות די משמעותיים, שכן התקשורת המבוססת עלולה לאבד עקב הפרעות הקשורות לשטח, מכשולים או פעילות מערכת הדיכוי האלקטרונית של האויב. ההתפתחויות האחרונות במערכות תקשורת בין מכונה למכונה מעניינות מאוד, ובזכות מחקר זה ניתן ליצור ציוד זול ויעיל לתקשורת בין פלטפורמות רובוטיות. התקן לתקשורת מיוחדת לטווח קצר DRSC (תקשורת ייעודית לטווח קצר) יוחל בתנאים אמיתיים לתקשורת בין SMRK ובין SMRK לבין מל ט. תשומת לב רבה מוקדשת כיום להבטחת אבטחת התקשורת בפעולות ממוקדות רשת ולכן פרויקטים עתידיים בתחום מערכות מאוישות ובלתי מיושבות צריכים להתבסס על פתרונות מתקדמים העומדים בתקני ממשק נפוצים.
כיום הדרישות למשימות קצרות טווח והספק נמוך מתקיימות במידה רבה, אך ישנן בעיות בפלטפורמות המבצעות משימות ארוכות טווח עם צריכת חשמל גבוהה, בפרט, אחת הנושאים הדוחקים ביותר היא הזרמת וידאו.
לתדלק
האפשרויות למקורות אנרגיה תלויות בסוג המערכת: עבור SMRK קטנים, מקור האנרגיה יכול להיות סוללה נטענת מתקדמת, אך עבור SMRK גדולים יותר, דלק קונבנציונאלי יכול לייצר את האנרגיה הדרושה, מה שמאפשר ליישם תוכנית עם חשמל מנוע-גנרטור או מערכת הנעה חשמלית היברידית מהדור החדש. הגורמים הברורים ביותר המשפיעים על אספקת האנרגיה הם תנאי הסביבה, משקל המכונה ומידותיה וזמן ביצוע המשימה. במקרים מסוימים, מערכת אספקת החשמל חייבת להיות מורכבת ממערכת דלק כמקור הראשי וסוללה נטענת (ראות מופחתת). הבחירה בסוג האנרגיה המתאים תלויה בכל הגורמים המשפיעים על ביצוע המשימה, ועל מקור האנרגיה לספק את הניידות הנדרשת, תפעול רצוף של מערכת התקשורת, מערכת החיישנים ומתחם הנשק (אם קיים).
בנוסף, יש צורך לפתור בעיות טכניות הקשורות לניידות בשטח קשה, תפיסת מכשולים ותיקון עצמי של פעולות שגויות. במסגרת פרויקטים מודרניים, פותחו טכנולוגיות רובוטיות מתקדמות חדשות בנוגע לשילוב של חיישנים ועיבוד נתונים על הסיפון, בחירת מסלולים וניווט, איתור, סיווג והימנעות ממכשולים, כמו גם חיסול טעויות הקשורות לאובדן תקשורת ו חוסר יציבות בפלטפורמה.ניווט שטח אוטונומי מחייב את הרכב להבחין בין השטח, הכולל אורוגרפיה תלת מימדית של השטח (תיאור שטח) וזיהוי מכשולים כגון סלעים, עצים, גופי מים עומדים וכו '. היכולות הכלליות גדלות ללא הרף והיום אנו כבר יכולים לדבר על רמת הגדרה מספיק גבוהה של תמונת השטח, אבל רק בשעות היום ובמזג אוויר טוב, אבל היכולות של פלטפורמות רובוטיות במרחב לא ידוע ובמזג אוויר גרוע. התנאים עדיין לא מספיקים. בהקשר זה, DARPA מבצעת מספר תוכניות ניסוי, בהן יכולות הפלטפורמות הרובוטיות נבדקות בשטח לא ידוע, בכל מזג אוויר, ביום ובלילה. תוכנית DARPA, הנקראת Applied Research in AI (מחקר יישומי בבינה מלאכותית), חוקרת קבלת החלטות אינטליגנטית ופתרונות טכנולוגיים מתקדמים אחרים למערכות אוטונומיות ליישומים ספציפיים במערכות רובוטיות מתקדמות, כמו גם מפתחת אלגוריתמים למידה רב-רובוטית אוטונומית לביצוע משימות משותפות, שיאפשרו לקבוצות רובוטים לעבד באופן אוטומטי משימות חדשות ולהקצות תפקידים מחדש בינם לבין עצמם.
כפי שכבר צוין, תנאי ההפעלה וסוג המשימה קובעים את תכנון ה- SMRK המודרני, המהווה פלטפורמה ניידת עם ספק כוח, חיישנים, מחשבים וארכיטקטורת תוכנה לתפיסה, ניווט, תקשורת, למידה / הסתגלות, אינטראקציה בין רובוט ואדם. בעתיד הם יהיו רב -צדדיים יותר, יהיו בעלי רמת איחוד ואינטראקציה מוגברת, וגם יהיו יעילים יותר מבחינה כלכלית. מעניינים במיוחד מערכות בעלות מטען מודולרי המאפשרות להתאים את המכונות למשימות שונות. בעשור הקרוב, כלי רכב רובוטיים המבוססים על ארכיטקטורה פתוחה יהיו זמינים לפעולות טקטיות והגנה על בסיסים ותשתיות אחרות. הם יתאפיינו ברמה משמעותית של אחידות ואוטונומיה, ניידות גבוהה ומערכות מודולריות משולבות.
טכנולוגיית SMRK ליישומים צבאיים מתפתחת במהירות, מה שיאפשר לכוחות מזוינים רבים להסיר חיילים ממשימות מסוכנות, כולל איתור והשמדת מטעני חבלה, סיור, הגנה על כוחותיהם, הרס והרבה יותר. לדוגמה, הרעיון של קבוצות לחימה של צבא ארה ב, באמצעות סימולציות מחשב מתקדמות, אימוני לחימה וניסיון לחימה בעולם האמיתי, הוכיח כי כלי רכב רובוטיים שיפרו את יכולת ההישרדות של כלי רכב קרקעיים מאוישים ושיפרו משמעותית את יעילות הלחימה. פיתוח טכנולוגיות מבטיחות, כגון ניידות, אוטונומיה, הצטיידות בנשק, ממשקי אדם-מכונה, בינה מלאכותית למערכות רובוטיות, אינטגרציה עם מערכות SMRK אחרות ומאוישות, יספקו גידול ביכולות של מערכות קרקע לא מיושבות ורמתן אוטונומיה.
מתחם רובוטי כלי הקשה רוסי Platform-M שפותח על ידי NITI "התקדמות"
