مجتمع رباتیک چند منظوره "Uran-9"
نگاهی به فناوری ، پیشرفت ها ، وضعیت فعلی امور و چشم انداز سیستم های روباتیک متحرک زمینی (SMRK)
توسعه آموزه های عملیاتی جدید ، به ویژه برای جنگ های شهری و درگیری های نامتقارن ، مستلزم سیستم ها و فناوری جدیدی برای کاهش تلفات نظامیان و غیرنظامیان است. این را می توان از طریق تحولات در زمینه SMRK ، استفاده از فن آوری های پیشرفته برای مشاهده و جمع آوری اطلاعات ، و همچنین شناسایی و تشخیص هدف ، حفاظت و حمله با دقت بالا متوجه شد. SMRK ، مانند هواپیماهای پرواز خود ، به دلیل استفاده گسترده از فناوری های رباتیک فوق مدرن ، اپراتور انسانی در هواپیما ندارد.
این سیستم ها همچنین برای عملکرد در محیط آلوده یا انجام سایر کارهای "گنگ ، کثیف و خطرناک" ضروری هستند. نیاز به توسعه SMRK پیشرفته با نیاز به استفاده از سیستم های بدون سرنشین برای پشتیبانی مستقیم در میدان جنگ همراه است. به گفته برخی از کارشناسان نظامی ، وسایل نقلیه غیرمسکونی ، که میزان خودمختاری آنها به تدریج افزایش می یابد ، به یکی از مهمترین عناصر تاکتیکی در ساختار نیروهای زمینی مدرن تبدیل می شود.
یک مجتمع روباتیک بر اساس خودروی زرهی TERRAMAX M-ATV ستونی از وسایل نقلیه بدون سرنشین را هدایت می کند
نیازهای عملیاتی و توسعه SMRK
در اواخر سال 2003 ، فرماندهی مرکزی ایالات متحده درخواست های فوری و فوری برای سیستم هایی برای مقابله با تهدید بمب های دست ساز (IED) صادر کرد. Joint Ground Robotics Enterprise (JGRE) طرحی را ارائه کرده است که می تواند به سرعت با استفاده از ماشین های کوچک روباتیک ، قابلیت های قابل توجهی را افزایش دهد. با گذشت زمان ، این فناوری ها تکامل یافته ، سیستم های بیشتری به کار گرفته شده و کاربران نمونه های اولیه پیشرفته ای را برای ارزیابی دریافت کرده اند. در نتیجه ، تعداد پرسنل نظامی و واحدهای درگیر در زمینه امنیت داخلی افزایش یافته است ، که کار با سیستم های رباتیک پیشرفته را آموخته اند.
آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (DARPA) در حال تحقیق بر روی فناوری رباتیک در یادگیری ماشین است که بر اساس پیشرفت های خود در زمینه هوش مصنوعی و تشخیص تصویر ساخته شده است. همه این فناوری ها که تحت برنامه UPI (ادغام ادراک بدون سرنشین) توسعه یافته اند ، می توانند درک بهتری از محیط / زمین برای وسیله نقلیه با تحرک خوب ارائه دهند. نتیجه این تحقیق دستگاهی به نام CRUSHER بود که در سال 2009 ارزیابی عملیاتی را آغاز کرد. از آن زمان ، چندین نمونه اولیه دیگر ساخته شده است.
برنامه MPRS (سیستم روباتیک قابل حمل توسط انسان) در حال حاضر بر توسعه سیستم های ناوبری مستقل و جلوگیری از برخورد برای روبات های کوچک متمرکز است.همچنین فن آوری های توسعه یافته برای افزایش سطح خودمختاری و عملکرد سیستم های رباتیک را شناسایی ، مطالعه و بهینه می کند. برنامه RACS (Robotic for Agile Combat Support) فناوری های مختلف روباتیک را برای برآوردن تهدیدها و الزامات عملیاتی فعلی و همچنین نیازها و قابلیت های آینده توسعه می دهد. برنامه RACS همچنین بر اساس مفهوم معماری مشترک و ویژگی های اساسی مانند تحرک ، سرعت ، کنترل و تعامل چندین ماشین ، فناوری های اتوماسیون را برای ماموریت های رزمی مختلف و سیستم عامل های مختلف توسعه و ادغام می کند.
مشارکت روبات ها در عملیات رزمی مدرن به نیروهای مسلح اجازه می دهد تا تجربه ارزشمندی را در عملیات خود به دست آورند. چندین حوزه جالب در مورد استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین (پهپادها) و SMRK ها در یک سالن عملیاتی پدیدار شده است و برنامه ریزان نظامی قصد دارند آنها را با دقت مطالعه کنند ، از جمله مدیریت عمومی چندین سکو ، توسعه سیستم های قابل تعویض روی کشتی که می تواند هر دو را نصب کند. در پهپادها و در SMRK با هدف گسترش قابلیت های جهانی ، و همچنین فن آوری های جدید برای نوید سیستم های غیر مسکونی جنگی.
طبق برنامه آزمایشی ARCD (توسعه فعالان محدوده فعال) ، سناریوی موسوم به "تضمین امنیت منطقه با وسایل خودکار" توسعه داده می شود ، که در آن چندین SMRK با چندین پهپاد همکاری خواهند کرد. علاوه بر این ، ارزیابی راه حل های تکنولوژیکی در مورد استفاده از ایستگاه های راداری در سکوهای بدون سرنشین ، ارزیابی ادغام سیستم های کنترل و نظارت و کارایی کلی سیستم ها انجام می شود. به عنوان بخشی از برنامه ARCD ، نیروی هوایی ایالات متحده قصد دارد فناوری های لازم را برای افزایش اثر بخشی اقدامات مشترک SMRK و UAVs (هر دو طرح هواپیما و هلیکوپتر) و همچنین الگوریتم های عملکرد "بدون درز" سنسورهای درگیر توسعه دهد. مبادلات داده های ناوبری و داده ها در موانع خاص.
طرح داخلی قطعات مکانیکی ، الکتریکی و الکترونیکی SMRK SPINNER
آزمایشگاه تحقیقاتی ارتش آمریکا ARL (آزمایشگاه تحقیقاتی ارتش) آزمایش هایی را به عنوان بخشی از برنامه های تحقیقاتی خود به منظور ارزیابی بلوغ فناوری انجام می دهد. به عنوان مثال ، ARL آزمایش هایی را انجام می دهد که توانایی SMRK کاملاً خودمختار را در تشخیص و اجتناب از حرکت اتومبیل ها و افراد در حال حرکت ارزیابی می کند. علاوه بر این ، مرکز فضایی و سلاح های دریایی نیروی دریایی ایالات متحده در حال تحقیق درباره فناوری های رباتیک جدید و راه حل های کلیدی فنی از جمله نقشه برداری خودکار ، جلوگیری از موانع ، سیستم های ارتباطی پیشرفته و ماموریت های مشترک SMRK و UAV است.
همه این آزمایشها با مشارکت همزمان چندین سکوی زمینی و هوایی در شرایط خارجی واقع بینانه انجام می شود ، که دارای زمین های پیچیده و مجموعه ای از وظایف واقع گرایانه است که طی آن قابلیت های همه اجزا و سیستم ها ارزیابی می شود. به عنوان بخشی از این برنامه های آزمایشی (و استراتژی فناوری مرتبط) برای توسعه SMRC های پیشرفته ، جهت افزایش سرمایه گذاری در آینده ، جهت های زیر مشخص شده است:
- توسعه فناوری یک پایه تکنولوژیکی برای زیر سیستم ها و اجزاء و ادغام مناسب با نمونه های اولیه SMRK برای آزمایش عملکرد فراهم می کند.
- شرکتهای پیشرو در این زمینه فناوریهای پیشرفته ای را توسعه می دهند که برای گسترش دامنه روبات سازی لازم است ، به عنوان مثال ، با افزایش دامنه SMRK و افزایش دامنه کانالهای ارتباطی ؛ و
- برنامه کاهش ریسک توسعه فناوری های پیشرفته برای یک سیستم خاص را تضمین می کند و به شما امکان می دهد بر برخی مشکلات تکنولوژیکی غلبه کنید.
با تشکر از توسعه این فناوری ها ، SMRK ها به طور بالقوه قادر به ایجاد یک جهش انقلابی در زمینه نظامی هستند ، استفاده از آنها باعث کاهش تلفات انسانی و افزایش کارآیی رزمی می شود. با این حال ، برای دستیابی به این هدف ، آنها باید بتوانند مستقل کار کنند ، از جمله انجام کارهای پیچیده.
نمونه ای از SMRK مسلح. AVANTGUARD شرکت اسرائیلی G-NIUS Unmanned Ground Systems
سیستم رباتیک ماژولار پیشرفته MAARS (سیستم رباتیک مسلح پیشرفته مدولار) ، مسلح به مسلسل و نارنجک انداز
توسعه یافته توسط ناسا SMRK GROVER در زمین های برفی
الزامات فنی SMRK پیشرفته
SMRK های پیشرفته برای ماموریت های نظامی طراحی و توسعه یافته اند و عمدتا در شرایط خطرناک عمل می کنند. امروزه بسیاری از کشورها در زمینه سیستم های بدون سرنشین رباتیک تحقیق و توسعه ارائه می دهند که قادرند در بیشتر موارد در زمین های ناهموار کار کنند. SMRK های مدرن می توانند سیگنال های ویدئویی را برای اپراتور ، اطلاعاتی در مورد موانع ، اهداف و سایر متغیرهایی که از نظر تاکتیکی جالب هستند ارسال کنند ، یا در مورد پیشرفته ترین سیستم ها ، تصمیمات کاملاً مستقل بگیرند. در واقع ، این سیستم ها زمانی می توانند نیمه خود مختار باشند که از داده های ناوبری به همراه داده های حسگر داخلی و دستورات اپراتور از راه دور برای تعیین مسیر استفاده شود. یک وسیله نقلیه کاملاً مستقل به تنهایی مسیر خود را تعیین می کند و فقط از سنسورهای داخلی برای توسعه مسیر استفاده می کند ، اما در عین حال اپراتور همیشه این فرصت را دارد که تصمیمات خاص لازم را اتخاذ کرده و در شرایط بحرانی یا در صورت آسیب دیدن کنترل را به دست گیرد. به دستگاه
امروزه ، SMRK های مدرن می توانند به سرعت انواع مختلف تهدیدها ، از جمله فعالیت دشمن در شرایط تابش ، آلودگی شیمیایی یا بیولوژیکی در انواع زمین ها را شناسایی ، شناسایی ، بومی سازی و خنثی کنند. هنگام توسعه SMRK مدرن ، مشکل اصلی ایجاد یک طراحی کارآمد از نظر عملکرد است. نکات کلیدی شامل طراحی مکانیکی ، مجموعه ای از سنسورها و سیستم های ناوبری ، تعامل انسان و ربات ، تحرک ، ارتباطات و مصرف برق / انرژی است.
الزامات تعامل ربات و انسان شامل رابط های بسیار پیچیده انسان و ماشین است و بنابراین باید راه حل های فنی چند حالته برای رابط های ایمن و دوستانه توسعه داده شود. فناوری مدرن تعامل ربات و انسان بسیار پیچیده است و برای دستیابی به سطوح خوبی از قابلیت اطمینان ، هم در تعامل انسان و ربات و هم در تعامل ربات و ربات ، نیاز به آزمایش و ارزیابی زیادی در شرایط عملیاتی واقعی دارد.
SMRK مسلح توسط شرکت استونی MILREM توسعه یافته است
هدف طراحان توسعه موفق SMRK است که می تواند وظایف خود را روز و شب در زمین های دشوار انجام دهد. به منظور دستیابی به حداکثر کارایی در هر موقعیت خاص ، SMRK باید بتواند بر روی انواع زمین ها با موانع با سرعت بالا ، با قابلیت مانور بالا حرکت کرده و جهت را بدون کاهش قابل توجه سرعت تغییر دهد. پارامترهای طراحی مرتبط با تحرک نیز شامل ویژگی های سینماتیکی (در درجه اول توانایی حفظ تماس با زمین در هر شرایطی) است. SMRK علاوه بر مزیتی که محدودیت های ذاتی در انسان ندارد ، ضرر یکپارچه سازی مکانیسم های پیچیده ای را که می توانند جایگزین حرکات انسان شوند ، نیز دارد.الزامات طراحی برای عملکرد سواری باید با فناوری حسگر و همچنین توسعه سنسور و نرم افزار ادغام شود تا بتوانید از تحرک مناسب و توانایی اجتناب از انواع موانع جلوگیری کنید.
یکی از الزامات بسیار مهم برای تحرک بالا ، توانایی استفاده از اطلاعات در مورد محیط طبیعی (صعود ، پوشش گیاهی ، صخره ها یا آب) ، اشیاء ساخته شده توسط انسان (پل ها ، جاده ها یا ساختمان ها) ، آب و هوا و موانع دشمن (میدان های مین یا موانع) است. به در این حالت ، تعیین موقعیت های شخصی و موقعیت های دشمن امکان پذیر می شود و با اعمال تغییر قابل توجه در سرعت و جهت ، شانس SMRK برای زنده ماندن در زیر آتش دشمن به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. چنین ویژگیهای فنی امکان توسعه SMRK شناسایی مسلح را فراهم می کند که می تواند وظایف شناسایی ، مشاهده و دستیابی به اهداف ، ماموریت های آتش سوزی در حضور مجموعه ای از سلاح ها را انجام دهد و همچنین قادر به تشخیص تهدیدها برای اهداف دفاع شخصی (مین ها ، سیستم های سلاح دشمن) باشد. ، و غیره.).
همه این قابلیت های جنگی باید به طور همزمان اجرا شوند تا از تهدیدها جلوگیری شود و دشمن با استفاده از سلاح های خود یا کانال های ارتباطی با سیستم های سلاح از راه دور ، خنثی شود. تحرک بالا و توانایی بومی سازی و ردیابی اهداف و فعالیت دشمن در شرایط سخت جنگی بسیار مهم است. این امر مستلزم توسعه SMRK هوشمندی است که می تواند فعالیت دشمن را به دلیل الگوریتم های پیچیده برای تشخیص حرکات در زمان واقعی ردیابی کند.
قابلیت های پیشرفته شامل حسگرها ، الگوریتم های ادغام داده ها ، تجسم فعال و پردازش داده ها ضروری است و نیاز به معماری سخت افزاری و نرم افزاری مدرن دارد. هنگام انجام کار در SMRK مدرن ، از سیستم GPS ، واحد اندازه گیری اینرسی و سیستم ناوبری اینرسی برای برآورد مکان استفاده می شود.
با استفاده از داده های ناوبری که به لطف این سیستم ها به دست آمده است ، SMRK می تواند به طور مستقل مطابق دستورات برنامه روی صفحه یا سیستم کنترل از راه دور حرکت کند. در عین حال ، SMRK قادر است داده های ناوبری را در فواصل کوتاه به ایستگاه کنترل از راه دور ارسال کند تا اپراتور از مکان دقیق آن مطلع شود. SMRK های کاملاً خودمختار می توانند اقدامات خود را برنامه ریزی کنند ، و برای این کار کاملاً ضروری است که مسیری را طراحی کنیم که از برخورد جلوگیری کند ، در حالی که پارامترهای اساسی مانند زمان ، انرژی و فاصله را به حداقل برساند. از یک رایانه ناوبری و یک رایانه با اطلاعات می توان برای ترسیم مسیر بهینه و تصحیح آن استفاده کرد (از فاصله یاب های لیزری و سنسورهای اولتراسونیک می توان برای تشخیص موانع به طور موثر استفاده کرد).
اجزای نمونه اولیه SMRK مسلح که توسط دانش آموزان هندی توسعه یافته است
طراحی سیستم های ناوبری و ارتباطی
مشکل مهم دیگر در توسعه یک SMRK موثر ، طراحی سیستم ناوبری / ارتباطی است. دوربین ها و سنسورهای دیجیتال برای بازخورد بصری نصب شده اند ، در حالی که سیستم های مادون قرمز برای کار در شب نصب شده اند. اپراتور می تواند تصویر ویدئو را در رایانه خود ببیند و برخی از دستورات اصلی ناوبری را برای اصلاح سیگنال های ناوبری به SMRK (راست / چپ ، توقف ، جلو) ارسال کند.
در مورد SMRK کاملاً خودمختار ، سیستم های تجسم با سیستم های ناوبری بر اساس نقشه های دیجیتالی و داده های GPS یکپارچه می شوند.برای ایجاد یک SMRK کاملاً مستقل ، برای عملکردهای اساسی مانند ناوبری ، لازم است سیستم هایی برای درک شرایط خارجی ، برنامه ریزی مسیر و یک کانال ارتباطی ادغام شوند.
در حالی که ادغام سیستم های ناوبری برای SMRK تک در مرحله پیشرفته است ، توسعه الگوریتم هایی برای برنامه ریزی عملکرد همزمان چندین SMRK و کارهای مشترک SMRK و UAV در مراحل اولیه است ، زیرا برقراری ارتباط متقابل بین چندین سیستم رباتیک به طور همزمان آزمایشات در حال انجام به شما کمک می کند تا تعیین کنید که چه فرکانس ها و محدوده های فرکانسی مورد نیاز است و چگونه نیازها برای یک برنامه خاص متفاوت است. پس از مشخص شدن این ویژگیها ، توسعه عملکردها و نرم افزارهای پیشرفته برای چندین ماشین رباتیک امکان پذیر خواهد بود.
بالگرد بدون سرنشین K-MAX وسیله نقلیه روباتیک SMSS (Squad Mission Support System) را در حین آزمایش خودمختاری منتقل می کند. در حالی که خلبان در کابین خلبان K-MAX بود ، اما آن را کنترل نکرد
وسایل ارتباطی برای عملکرد SMRK بسیار مهم هستند ، اما راه حل های بی سیم دارای اشکالات قابل توجهی هستند ، زیرا ارتباط برقرار شده می تواند به دلیل تداخل مربوط به زمین ، موانع یا فعالیت سیستم سرکوب الکترونیکی دشمن از بین برود. تحولات اخیر در سیستم های ارتباطی ماشین به ماشین بسیار جالب است و به لطف این تحقیق می توان تجهیزات مقرون به صرفه و موثری برای ارتباط بین سیستم عامل های رباتیک ایجاد کرد. استاندارد ارتباطات کوتاه برد ویژه DRSC (ارتباط کوتاه برد اختصاصی) در شرایط واقعی برای ارتباط بین SMRK و بین SMRK و UAV اعمال می شود. در حال حاضر توجه زیادی به تضمین امنیت ارتباطات در عملیات شبکه محور است و بنابراین پروژه های آینده در زمینه سیستم های سرنشین دار و غیرمسکونی باید بر اساس راه حل های پیشرفته و مطابق با استانداردهای مشترک رابط کاربری باشد.
امروزه الزامات کارهای کوتاه مدت و کم مصرف تا حد زیادی برآورده شده است ، اما مشکلاتی در سیستم عامل هایی وجود دارد که وظایف بلندمدت را با مصرف برق بالا انجام می دهند ، به ویژه ، یکی از مهمترین مسائل جریان ویدئو است.
سوخت
گزینه های مربوط به منابع انرژی بستگی به نوع سیستم دارد: برای SMRK های کوچک ، منبع انرژی می تواند یک باتری قابل شارژ پیشرفته باشد ، اما برای SMRK های بزرگتر ، سوخت معمولی می تواند انرژی لازم را تولید کند ، که امکان اجرای یک طرح با یک برق را ممکن می سازد. موتور ژنراتور یا سیستم پیشرانه هیبریدی نسل جدید. واضح ترین عوامل م supplyثر بر تأمین انرژی عبارتند از: شرایط محیطی ، وزن و ابعاد ماشین و زمان اجرای کار. در برخی موارد ، سیستم منبع تغذیه باید شامل یک سیستم سوخت به عنوان منبع اصلی و یک باتری قابل شارژ (کاهش دید) باشد. انتخاب نوع انرژی مناسب بستگی به همه عوامل م thatثر بر عملکرد کار دارد و منبع انرژی باید تحرک مورد نیاز ، عملکرد بی وقفه سیستم ارتباطی ، مجموعه سنسورها و مجموعه سلاح ها (در صورت وجود) را تأمین کند.
علاوه بر این ، لازم است مشکلات فنی مرتبط با تحرک در زمین های دشوار ، درک موانع و تصحیح خود از اقدامات اشتباه حل شود. به عنوان بخشی از پروژه های مدرن ، فناوری های پیشرفته رباتیکی جدیدی در زمینه ادغام سنسورهای داخلی و پردازش داده ها ، انتخاب مسیر و ناوبری ، تشخیص ، طبقه بندی و اجتناب از موانع و همچنین رفع خطاهای مرتبط با از دست دادن ارتباطات و بی ثباتی پلت فرمجهت یابی خودکار خارج از جاده ، خودرو را ملزم به تشخیص زمین می کند ، که شامل تصویرسازی سه بعدی زمین (شرح زمین) و شناسایی موانع مانند سنگ ها ، درختان ، آبهای راکد و غیره است. قابلیت های کلی به طور مداوم در حال افزایش است و امروزه می توانیم از سطح بسیار بالایی از تعریف تصویر زمین صحبت کنیم ، اما فقط در روز و در هوای خوب ، اما قابلیت های سکوهای روباتیک در یک فضای ناشناخته و در هوای بد شرایط هنوز کافی نیست در این راستا ، دارپا چندین برنامه آزمایشی را انجام می دهد ، جایی که قابلیت های سیستم عامل های روباتیک در زمین های ناشناخته ، در هر شرایط آب و هوایی ، روز و شب مورد آزمایش قرار می گیرد. برنامه DARPA ، با عنوان تحقیقات کاربردی در هوش مصنوعی (Applied Research in Artificial Intelligence) ، در حال تصمیم گیری هوشمند و سایر راه حل های تکنولوژیکی پیشرفته برای سیستم های خودگردان برای کاربردهای خاص در سیستم های رباتیک پیشرفته ، و همچنین توسعه الگوریتم های یادگیری چند روباتیک خودکار برای انجام تحقیق است. وظایف مشترک ، که به گروه های روبات اجازه می دهد تا به طور خودکار کارهای جدید را پردازش کرده و نقش ها را بین خود تخصیص دهند.
همانطور که قبلاً ذکر شد ، شرایط عملکرد و نوع کار ، طراحی یک SMRK مدرن را تعیین می کند ، که یک پلت فرم تلفن همراه با منبع تغذیه ، حسگرها ، رایانه ها و معماری نرم افزاری برای درک ، ناوبری ، ارتباط ، یادگیری / سازگاری ، تعامل بین ربات و یک شخص در آینده ، آنها چند جانبه تر خواهند بود ، سطح اتحاد و تعامل افزایش یافته و از نظر اقتصادی نیز کارآمدتر خواهند بود. سیستم های دارای بار مدولار که به ماشین ها اجازه می دهد تا برای کارهای مختلف سازگار باشند ، از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. در دهه آینده ، وسایل نقلیه رباتیک مبتنی بر معماری باز برای عملیات تاکتیکی و حفاظت از پایگاه ها و دیگر زیرساخت ها در دسترس خواهند بود. آنها با سطح قابل توجهی از یکنواختی و خودمختاری ، تحرک بالا و سیستم های مدولار روی کشتی مشخص می شوند.
فناوری SMRK برای کاربردهای نظامی به سرعت در حال پیشرفت است ، که به بسیاری از نیروهای مسلح اجازه می دهد سربازان را از کارهای خطرناک خارج کنند ، از جمله کشف و انهدام مواد منفجره ، شناسایی ، حفاظت از نیروهای خود ، مین روبی و موارد دیگر. به عنوان مثال ، مفهوم گروه های رزمی تیپ ارتش ایالات متحده ، از طریق شبیه سازی های کامپیوتری پیشرفته ، آموزش رزمی و تجربه رزمی در دنیای واقعی ، نشان داده است که وسایل نقلیه روباتیک قابلیت بقاء وسایل نقلیه زمینی خدمه را بهبود بخشیده و تأثیر رزمی را به میزان قابل توجهی افزایش داده است. توسعه فناوری های امیدوار کننده مانند تحرک ، خودمختاری ، تجهیز به سلاح ، رابط انسان و ماشین ، هوش مصنوعی برای سیستم های روباتیک ، ادغام با سایر سیستم های SMRK و سرنشین دار ، افزایش قابلیت های سیستم های زمینی غیر مسکونی و سطح آنها را فراهم می کند. خودمختاری
مجتمع روباتیک ضربه ای روسی Platform-M توسعه یافته توسط NITI "Progress"
