Memerangi kompleks robot multifungsi "Uran-9"
Sekilas tentang teknologi, perkembangan, keadaan saat ini, dan prospek sistem robot bergerak darat (SMRK)
Pengembangan doktrin operasional baru, terutama untuk perang kota dan konflik asimetris, akan membutuhkan sistem dan teknologi baru untuk mengurangi korban di kalangan militer dan sipil. Hal ini dapat diwujudkan melalui pengembangan di bidang SMRK, penggunaan teknologi canggih untuk pengamatan dan pengumpulan informasi, serta pengintaian dan deteksi target, perlindungan dan serangan presisi tinggi. SMRK, seperti rekan terbang mereka, karena meluasnya penggunaan teknologi robotik ultra-modern, tidak memiliki operator manusia di dalamnya.
Sistem ini juga sangat diperlukan untuk beroperasi di lingkungan yang terkontaminasi atau untuk melakukan tugas "bodoh, kotor, dan berbahaya" lainnya. Perlunya pengembangan SMRK canggih dikaitkan dengan kebutuhan untuk menggunakan sistem tak berawak untuk dukungan langsung di medan perang. Menurut beberapa pakar militer, kendaraan tak berpenghuni, yang tingkat otonominya akan ditingkatkan secara bertahap, akan menjadi salah satu elemen taktis terpenting dalam struktur pasukan darat modern.
Kompleks robot berdasarkan kendaraan lapis baja TERRAMAX M-ATV memimpin barisan kendaraan tak berawak
Kebutuhan operasional dan pengembangan SMRK
Pada akhir tahun 2003, Komando Pusat AS mengeluarkan permintaan mendesak dan mendesak untuk sistem untuk melawan ancaman alat peledak improvisasi (IED). Joint Ground Robotics Enterprise (JGRE) telah membuat rencana yang dapat dengan cepat memberikan peningkatan kemampuan yang signifikan melalui penggunaan mesin robot kecil. Seiring waktu, teknologi ini telah berkembang, lebih banyak sistem telah digunakan, dan pengguna telah menerima prototipe lanjutan untuk evaluasi. Akibatnya, terjadi peningkatan jumlah personel dan unit militer yang terlibat di bidang keamanan dalam negeri, yang telah belajar mengoperasikan sistem robot canggih.
Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) saat ini sedang meneliti teknologi robotik dalam pembelajaran mesin, berdasarkan perkembangannya dalam kecerdasan buatan dan pengenalan gambar. Semua teknologi tersebut, yang dikembangkan di bawah program UPI (Unmanned Perception Integration), mampu memberikan pemahaman yang lebih baik tentang lingkungan / medan untuk kendaraan dengan mobilitas yang baik. Hasil dari penelitian ini adalah sebuah mesin bernama CRUSHER, yang mulai dievaluasi operasionalnya pada tahun 2009; sejak saat itu, beberapa prototipe telah dibuat.
Program MPRS (Man-Portable Robotic System) saat ini berfokus pada pengembangan navigasi otonom dan sistem penghindaran tabrakan untuk robot kecil. Ini juga mengidentifikasi, mempelajari, dan mengoptimalkan teknologi yang dikembangkan untuk meningkatkan tingkat otonomi dan fungsionalitas sistem robot. Program RACS (Robotic for Agile Combat Support) mengembangkan berbagai teknologi robot untuk memenuhi ancaman saat ini dan persyaratan operasional, serta kebutuhan dan kemampuan di masa depan. Program RACS juga mengembangkan dan mengintegrasikan teknologi otomatisasi untuk berbagai misi tempur dan berbagai platform, berdasarkan konsep arsitektur umum dan karakteristik mendasar seperti mobilitas, kecepatan, kontrol, dan interaksi beberapa mesin.
Partisipasi robot dalam operasi tempur modern memungkinkan angkatan bersenjata untuk mendapatkan pengalaman berharga dalam operasi mereka. Beberapa bidang menarik telah muncul mengenai penggunaan kendaraan udara tak berawak (UAV) dan SMRK dalam satu teater operasional, dan perencana militer bermaksud untuk mempelajarinya dengan cermat, termasuk manajemen umum beberapa platform, pengembangan sistem onboard yang dapat dipertukarkan yang dapat dipasang keduanya pada UAV dan SMRK dengan tujuan memperluas kemampuan global, serta teknologi baru untuk sistem tempur tak berpenghuni yang menjanjikan.
Menurut program eksperimental ARCD (Active Range Clearance Developments), skenario yang disebut "memastikan keamanan zona dengan cara otomatis" akan dikembangkan, di mana beberapa SMRK akan bekerja sama dengan beberapa UAV. Selain itu, penilaian solusi teknologi terkait penggunaan stasiun radar pada platform tak berawak, penilaian integrasi sistem kontrol dan pemantauan, serta efisiensi keseluruhan sistem akan dilakukan. Sebagai bagian dari program ARCD, Angkatan Udara AS berencana untuk mengembangkan teknologi yang diperlukan untuk meningkatkan efektivitas aksi bersama SMRK dan UAV (baik skema pesawat dan helikopter), serta algoritme untuk operasi sensor "mulus" dari semua yang terlibat. platform, pertukaran data navigasi dan data pada hambatan tertentu.
Tata letak internal komponen mekanik, listrik dan elektronik SMRK SPINNER
Laboratorium Penelitian Angkatan Darat Amerika ARL (Laboratorium Riset Angkatan Darat) melakukan eksperimen sebagai bagian dari program penelitiannya untuk menilai kematangan teknologi. Misalnya, ARL sedang melakukan eksperimen yang mengevaluasi kemampuan SMRK yang sepenuhnya otonom untuk mendeteksi dan menghindari mobil dan orang yang bergerak. Selain itu, Pusat Senjata Luar Angkasa dan Kelautan Angkatan Laut AS sedang melakukan penelitian teknologi robotik baru dan solusi teknis utama terkait, termasuk pemetaan otonom, penghindaran rintangan, sistem komunikasi canggih, dan misi bersama SMRK dan UAV.
Semua eksperimen ini dengan partisipasi simultan dari beberapa platform darat dan udara dilakukan dalam kondisi eksternal yang realistis, ditandai dengan medan yang kompleks dan serangkaian tugas realistis di mana kemampuan semua komponen dan sistem dievaluasi. Sebagai bagian dari program percontohan ini (dan strategi teknologi terkait) untuk pengembangan SMRC canggih, arah berikut telah diidentifikasi untuk memaksimalkan laba atas investasi masa depan:
- pengembangan teknologi akan memberikan dasar teknologi untuk subsistem dan komponen dan integrasi yang sesuai ke dalam prototipe SMRK untuk pengujian kinerja;
- perusahaan terkemuka di bidang ini akan mengembangkan teknologi canggih yang diperlukan untuk memperluas ruang lingkup robotisasi, misalnya, dengan meningkatkan jangkauan SMRK dan meningkatkan jangkauan saluran komunikasi; dan
- program mitigasi risiko akan memastikan pengembangan teknologi canggih untuk sistem tertentu dan akan memungkinkan untuk mengatasi beberapa masalah teknologi.
Berkat perkembangan teknologi tersebut, SMRK berpotensi mampu memberikan lompatan revolusioner ke depan di bidang militer, penggunaannya akan mengurangi kerugian manusia dan meningkatkan efektivitas tempur. Namun, untuk mencapainya, mereka harus mampu bekerja secara mandiri, termasuk melakukan tugas-tugas yang kompleks.
Contoh SMRK bersenjata. AVANTGUARD dari perusahaan Israel G-NIUS Unmanned Ground Systems
Sistem robotik modular canggih MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), dipersenjatai dengan senapan mesin dan peluncur granat
Dikembangkan oleh NASA SMRK GROVER di medan bersalju
Persyaratan teknis untuk SMRK tingkat lanjut
SMRK canggih dirancang dan dikembangkan untuk misi militer dan beroperasi terutama dalam kondisi berbahaya. Saat ini, banyak negara menyediakan penelitian dan pengembangan di bidang sistem robot tanpa awak, yang mampu bekerja dalam banyak kasus di medan yang kasar. SMRK modern dapat mengirim sinyal video ke operator, informasi tentang rintangan, target, dan variabel lain yang menarik dari sudut pandang taktis, atau, dalam kasus sistem yang paling canggih, membuat keputusan yang sepenuhnya independen. Bahkan, sistem ini bisa semi-otonom ketika data navigasi digunakan bersama dengan data sensor onboard dan perintah operator jarak jauh untuk menentukan rute. Kendaraan yang sepenuhnya otonom menentukan jalannya sendiri, hanya menggunakan sensor di dalam pesawat untuk mengembangkan rute, tetapi pada saat yang sama operator selalu memiliki kesempatan untuk membuat keputusan spesifik yang diperlukan dan mengambil kendali dalam situasi kritis atau jika terjadi kerusakan ke mesin.
Saat ini, SMRK modern dapat dengan cepat mendeteksi, mengidentifikasi, melokalisasi, dan menetralisir berbagai jenis ancaman, termasuk aktivitas musuh dalam kondisi radiasi, kontaminasi kimia, atau biologis di berbagai jenis medan. Saat mengembangkan SMRK modern, masalah utamanya adalah pembuatan desain yang efektif secara fungsional. Poin-poin penting termasuk desain mekanis, rangkaian sensor dan sistem navigasi on-board, interaksi manusia-robot, mobilitas, komunikasi, dan konsumsi daya/energi.
Persyaratan interaksi robot-manusia mencakup antarmuka manusia-mesin yang sangat kompleks dan oleh karena itu solusi teknis multimodal harus dikembangkan untuk antarmuka yang aman dan ramah. Teknologi interaksi robot-manusia modern sangat kompleks dan akan membutuhkan banyak pengujian dan evaluasi dalam kondisi operasi yang realistis untuk mencapai tingkat keandalan yang baik, baik dalam interaksi manusia-robot maupun dalam interaksi robot-robot.
SMRK bersenjata yang dikembangkan oleh perusahaan Estonia MILREM
Tujuan dari para desainer adalah keberhasilan pengembangan SMRK yang mampu melakukan tugasnya siang dan malam di medan yang sulit. Untuk mencapai efisiensi maksimum di setiap situasi tertentu, SMRK harus mampu bergerak di semua jenis medan dengan rintangan dengan kecepatan tinggi, dengan kemampuan manuver yang tinggi, dan dengan cepat mengubah arah tanpa pengurangan kecepatan yang signifikan. Parameter desain terkait mobilitas juga mencakup karakteristik kinematik (terutama kemampuan untuk mempertahankan kontak dengan tanah dalam semua kondisi). SMRK selain memiliki keunggulan tidak memiliki keterbatasan yang melekat pada manusia, juga memiliki kelemahan yaitu perlunya mengintegrasikan mekanisme kompleks yang dapat menggantikan gerakan manusia. Persyaratan desain performa berkendara harus terintegrasi dengan teknologi penginderaan serta pengembangan sensor dan perangkat lunak untuk mendapatkan mobilitas yang baik dan kemampuan menghindari berbagai jenis rintangan.
Salah satu persyaratan yang sangat penting untuk mobilitas tinggi adalah kemampuan untuk menggunakan informasi tentang lingkungan alam (pendakian, tumbuh-tumbuhan, batu atau air), benda buatan manusia (jembatan, jalan atau bangunan), cuaca dan rintangan musuh (ladang ranjau atau rintangan).. Dalam hal ini, menjadi mungkin untuk menentukan posisi sendiri dan posisi musuh, dan dengan menerapkan perubahan kecepatan dan arah yang signifikan, peluang SMRK untuk bertahan hidup di bawah tembakan musuh meningkat secara signifikan. Karakteristik teknis seperti itu memungkinkan untuk mengembangkan SMRK pengintaian bersenjata yang mampu melakukan tugas pengintaian, pengamatan dan akuisisi target, misi tembak di hadapan kompleks senjata, dan juga mampu mendeteksi ancaman untuk tujuan pertahanan diri (ranjau, sistem senjata musuh)., dll.).
Semua kemampuan tempur ini harus diimplementasikan secara real time untuk menghindari ancaman dan menetralisir musuh, baik menggunakan senjata mereka sendiri atau saluran komunikasi dengan sistem senjata jarak jauh. Mobilitas tinggi dan kemampuan untuk melokalisasi dan melacak target dan aktivitas musuh dalam kondisi pertempuran yang sulit sangat penting. Ini membutuhkan pengembangan SMRK cerdas yang mampu melacak aktivitas musuh secara real time karena algoritma kompleks bawaan untuk mengenali gerakan.
Kemampuan canggih, termasuk sensor, algoritme untuk penggabungan data, visualisasi proaktif, dan pemrosesan data, sangat penting dan memerlukan arsitektur perangkat keras dan perangkat lunak modern. Saat melakukan tugas di SMRK modern, sistem GPS, unit pengukuran inersia, dan sistem navigasi inersia digunakan untuk memperkirakan lokasi.
Menggunakan data navigasi yang diperoleh berkat sistem ini, SMRK dapat bergerak secara mandiri sesuai dengan perintah program on-board atau sistem kendali jarak jauh. Pada saat yang sama, SMRK dapat mengirim data navigasi ke stasiun kendali jarak jauh dalam interval pendek sehingga operator mengetahui lokasi tepatnya. SMRK yang sepenuhnya otonom dapat merencanakan tindakan mereka, dan untuk ini mutlak diperlukan untuk mengembangkan rute yang mengecualikan tabrakan, sambil meminimalkan parameter mendasar seperti waktu, energi, dan jarak. Komputer navigasi dan komputer dengan informasi dapat digunakan untuk merencanakan rute optimal dan memperbaikinya (pengukur jarak laser dan sensor ultrasonik dapat digunakan untuk mendeteksi rintangan secara efektif).
Komponen prototipe SMRK bersenjata yang dikembangkan oleh siswa India
Desain sistem navigasi dan komunikasi
Masalah penting lainnya dalam pengembangan SMRK yang efektif adalah desain sistem navigasi/komunikasi. Kamera dan sensor digital dipasang untuk umpan balik visual, sementara sistem inframerah dipasang untuk operasi malam hari; operator dapat melihat gambar video di komputernya dan mengirim beberapa perintah navigasi dasar ke SMRK (kanan / kiri, berhenti, maju) untuk memperbaiki sinyal navigasi.
Dalam kasus SMRK yang sepenuhnya otonom, sistem visualisasi terintegrasi dengan sistem navigasi berdasarkan peta digital dan data GPS. Untuk membuat SMRK yang sepenuhnya otonom, untuk fungsi dasar seperti navigasi, perlu untuk mengintegrasikan sistem untuk persepsi kondisi eksternal, perencanaan rute, dan saluran komunikasi.
Sementara integrasi sistem navigasi untuk SMRK tunggal berada pada tahap lanjutan, pengembangan algoritma untuk merencanakan operasi simultan dari beberapa SMRK dan tugas bersama SMRK dan UAV berada pada tahap awal, karena sangat sulit untuk membangun interaksi komunikasi antara beberapa sistem robot sekaligus. Eksperimen yang sedang berlangsung akan membantu menentukan frekuensi dan rentang frekuensi apa yang diperlukan dan bagaimana persyaratan akan bervariasi untuk aplikasi tertentu. Setelah karakteristik ini ditentukan, akan dimungkinkan untuk mengembangkan fungsi dan perangkat lunak lanjutan untuk beberapa mesin robot.
Helikopter K-MAX tak berawak mengangkut kendaraan robot SMSS (Squad Mission Support System) selama tes otonomi; saat pilot berada di kokpit K-MAX, tetapi tidak mengendalikannya
Sarana komunikasi sangat penting untuk berfungsinya SMRK, tetapi solusi nirkabel memiliki kelemahan yang cukup signifikan, karena komunikasi yang dibangun dapat hilang karena gangguan yang terkait dengan medan, hambatan, atau aktivitas sistem penindasan elektronik musuh. Perkembangan terbaru dalam sistem komunikasi mesin-ke-mesin sangat menarik, dan berkat penelitian ini, peralatan yang terjangkau dan efektif untuk komunikasi antar platform robot dapat dibuat. Standar untuk komunikasi jarak pendek khusus DRSC (Dedicated Short-Range Communication) akan diterapkan dalam kondisi nyata untuk komunikasi antara SMRK dan antara SMRK dan UAV. Banyak perhatian saat ini diberikan untuk memastikan keamanan komunikasi dalam operasi yang berpusat pada jaringan dan oleh karena itu proyek masa depan di bidang sistem berawak dan tidak berpenghuni harus didasarkan pada solusi canggih yang sesuai dengan standar antarmuka umum.
Saat ini, sebagian besar persyaratan untuk tugas daya rendah jangka pendek terpenuhi, tetapi ada masalah dengan platform yang melakukan tugas jangka panjang dengan konsumsi daya tinggi, khususnya, salah satu masalah yang paling mendesak adalah streaming video.
Bahan bakar
Pilihan untuk sumber energi tergantung pada jenis sistem: untuk SMRK kecil, sumber energi dapat berupa baterai isi ulang canggih, tetapi untuk SMRK yang lebih besar, bahan bakar konvensional dapat menghasilkan energi yang diperlukan, yang memungkinkan untuk menerapkan skema dengan listrik. motor-generator atau sistem penggerak listrik hibrida generasi baru. Faktor yang paling jelas mempengaruhi pasokan energi adalah kondisi lingkungan, berat dan dimensi alat berat, dan waktu pelaksanaan tugas. Dalam beberapa kasus, sistem catu daya harus terdiri dari sistem bahan bakar sebagai sumber utama dan baterai yang dapat diisi ulang (visibilitas berkurang). Pilihan jenis energi yang sesuai tergantung pada semua faktor yang mempengaruhi kinerja tugas, dan sumber energi harus menyediakan mobilitas yang diperlukan, pengoperasian sistem komunikasi yang tidak terputus, set sensor, dan kompleks senjata (jika ada).
Selain itu, perlu untuk memecahkan masalah teknis yang terkait dengan mobilitas di medan yang sulit, persepsi hambatan dan koreksi diri dari tindakan yang salah. Sebagai bagian dari proyek modern, teknologi robotik canggih baru telah dikembangkan mengenai integrasi sensor dan pemrosesan data di dalam pesawat, pemilihan rute dan navigasi, deteksi, klasifikasi dan penghindaran rintangan, serta penghapusan kesalahan yang terkait dengan hilangnya komunikasi dan destabilisasi platform. Navigasi off-road otonom membutuhkan kendaraan untuk membedakan medan, yang mencakup orografi 3D medan (deskripsi medan) dan identifikasi rintangan seperti batu, pohon, genangan air, dll. Kemampuan umum terus meningkat dan hari ini kita sudah dapat berbicara tentang tingkat definisi gambar medan yang cukup tinggi, tetapi hanya di siang hari dan dalam cuaca yang baik, tetapi kemampuan platform robot di ruang yang tidak diketahui dan dalam cuaca buruk kondisi masih kurang memadai. Dalam hal ini, DARPA melakukan beberapa program eksperimental, di mana kemampuan platform robot diuji di medan yang tidak diketahui, dalam cuaca apa pun, siang dan malam. Program DARPA, yang disebut Applied Research in AI (Applied Research in Artificial Intelligence), meneliti pengambilan keputusan cerdas dan solusi teknologi canggih lainnya untuk sistem otonom untuk aplikasi spesifik dalam sistem robot canggih, serta mengembangkan algoritme pembelajaran multi-robot otonom untuk melakukan tugas bersama, yang akan memungkinkan kelompok robot untuk secara otomatis memproses tugas baru dan mengalokasikan kembali peran di antara mereka sendiri.
Seperti yang telah disebutkan, kondisi operasi dan jenis tugas menentukan desain SMRK modern, yang merupakan platform seluler dengan catu daya, sensor, komputer, dan arsitektur perangkat lunak untuk persepsi, navigasi, komunikasi, pembelajaran / adaptasi, interaksi antara robot dan seseorang. Di masa depan, mereka akan lebih multilateral, akan memiliki tingkat penyatuan dan interaksi yang meningkat, dan juga akan lebih efisien dari sudut pandang ekonomi. Yang menarik adalah sistem dengan muatan modular, yang memungkinkan mesin diadaptasi untuk tugas yang berbeda. Dalam dekade berikutnya, kendaraan robot berdasarkan arsitektur terbuka akan tersedia untuk operasi taktis dan perlindungan pangkalan dan infrastruktur lainnya. Mereka akan dicirikan oleh tingkat keseragaman dan otonomi yang signifikan, mobilitas tinggi dan sistem onboard modular.
Teknologi SMRK untuk aplikasi militer berkembang pesat, yang akan memungkinkan banyak angkatan bersenjata untuk memindahkan tentara dari tugas-tugas berbahaya, termasuk mendeteksi dan menghancurkan IED, pengintaian, melindungi pasukan mereka, menjinakkan ranjau dan banyak lagi. Misalnya, konsep kelompok tempur brigade Angkatan Darat AS, melalui simulasi komputer canggih, pelatihan tempur, dan pengalaman tempur dunia nyata, telah menunjukkan bahwa kendaraan robot telah meningkatkan kemampuan bertahan kendaraan darat berawak dan meningkatkan efektivitas tempur secara signifikan. Pengembangan teknologi yang menjanjikan, seperti mobilitas, otonomi, perlengkapan senjata, antarmuka manusia-mesin, kecerdasan buatan untuk sistem robot, integrasi dengan SMRK lain dan sistem berawak, akan memberikan peningkatan kemampuan sistem darat tak berpenghuni dan tingkat kemampuannya. otonomi.
Kompleks robot perkusi Rusia Platform-M yang dikembangkan oleh NITI "Progress"
