Bekämpfe den multifunktionalen Roboterkomplex "Uran-9"
Ein Blick auf Technologie, Entwicklungen, aktueller Stand und Perspektiven von Land Mobile Robotic Systems (SMRK)
Die Entwicklung neuer operativer Doktrinen, insbesondere für urbane Kriegsführung und asymmetrische Konflikte, erfordert neue Systeme und Technologien, um die Zahl der Opfer unter Militärs und Zivilisten zu verringern. Dies kann durch Entwicklungen im Bereich SMRK, den Einsatz fortschrittlicher Technologien zur Beobachtung und Informationsgewinnung sowie Aufklärung und Zielerkennung, Schutz und hochpräzisen Angriff realisiert werden. SMRK haben wie ihre fliegenden Gegenstücke aufgrund des weit verbreiteten Einsatzes hochmoderner Robotertechnologien keinen menschlichen Bediener an Bord.
Auch für den Betrieb in einer kontaminierten Umgebung oder für andere „dumme, schmutzige und gefährliche“Aufgaben sind diese Systeme unverzichtbar. Die Notwendigkeit für die Entwicklung fortschrittlicher SMRK ist mit der Notwendigkeit verbunden, unbemannte Systeme zur direkten Unterstützung auf dem Schlachtfeld zu verwenden. Laut einigen Militärexperten werden unbewohnte Fahrzeuge, deren Autonomiegrad schrittweise erhöht wird, zu einem der wichtigsten taktischen Elemente in der Struktur moderner Bodentruppen.
Ein Roboterkomplex basierend auf dem gepanzerten Fahrzeug TERRAMAX M-ATV führt eine Kolonne unbemannter Fahrzeuge an
Operativer Bedarf und Entwicklung von SMRK
Ende 2003 gab das US Central Command dringende Forderungen nach Systemen zur Abwehr der Bedrohung durch improvisierte Sprengkörper (IEDs) heraus. Das Joint Ground Robotics Enterprise (JGRE) hat einen Plan entwickelt, der durch den Einsatz kleiner Robotermaschinen schnell zu erheblichen Leistungssteigerungen führen könnte. Im Laufe der Zeit haben sich diese Technologien weiterentwickelt, mehr Systeme wurden eingesetzt und Benutzer haben fortschrittliche Prototypen zur Evaluierung erhalten. Infolgedessen ist die Zahl der im Bereich der inneren Sicherheit tätigen Militärangehörigen und Einheiten, die den Umgang mit fortschrittlichen Robotersystemen erlernt haben, gestiegen.
Die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) erforscht derzeit Robotertechnologie im maschinellen Lernen und baut dabei auf ihren Entwicklungen in den Bereichen Künstliche Intelligenz und Bilderkennung auf. Alle diese Technologien, die im Rahmen des UPI-Programms (Unmanned Perception Integration) entwickelt wurden, sind in der Lage, ein besseres Verständnis der Umgebung / des Geländes für ein Fahrzeug mit guter Mobilität zu ermöglichen. Das Ergebnis dieser Forschung war eine Maschine namens CRUSHER, die bereits 2009 mit der Betriebsbewertung begann; seit dieser Zeit wurden mehrere weitere Prototypen hergestellt.
Das MPRS-Programm (Man-Portable Robotic System) konzentriert sich derzeit auf die Entwicklung autonomer Navigations- und Kollisionsvermeidungssysteme für kleine Roboter. Es identifiziert, untersucht und optimiert auch Technologien, die entwickelt wurden, um die Autonomie und Funktionalität von Robotersystemen zu erhöhen. Das RACS-Programm (Robotic for Agile Combat Support) entwickelt verschiedene Robotertechnologien, um aktuellen Bedrohungen und betrieblichen Anforderungen sowie zukünftigen Anforderungen und Fähigkeiten gerecht zu werden. Das RACS-Programm entwickelt und integriert auch Automatisierungstechnologien für verschiedene Kampfeinsätze und verschiedene Plattformen, basierend auf dem Konzept einer gemeinsamen Architektur und so grundlegenden Eigenschaften wie Mobilität, Geschwindigkeit, Steuerung und Interaktion mehrerer Maschinen.
Die Beteiligung von Robotern an modernen Kampfhandlungen ermöglicht es den Streitkräften, wertvolle Erfahrungen in ihrem Einsatz zu sammeln. In Bezug auf den Einsatz unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs) und SMRKs in einem Einsatzgebiet haben sich mehrere interessante Bereiche herauskristallisiert, die von Militärplanern sorgfältig untersucht werden sollen, einschließlich des allgemeinen Managements mehrerer Plattformen, der Entwicklung von austauschbaren Bordsystemen, die beide installiert werden können auf UAVs und auf SMRK mit dem Ziel, die globalen Fähigkeiten zu erweitern, sowie neue Technologien für vielversprechende unbewohnte Kampfsysteme.
Gemäß dem Versuchsprogramm ARCD (Active Range Clearance Developments) wird das sogenannte Szenario der „Gewährleistung der Zonensicherheit durch automatische Mittel“entwickelt, bei dem mehrere SMRK mit mehreren UAVs zusammenarbeiten. Darüber hinaus wird eine Bewertung der technologischen Lösungen zum Einsatz von Radarstationen auf unbemannten Plattformen, eine Bewertung der Integration von Leit- und Überwachungssystemen und der Gesamteffizienz der Systeme durchgeführt. Im Rahmen des ARCD-Programms plant die US Air Force, Technologien zu entwickeln, die zur Erhöhung der Effektivität gemeinsamer Aktionen von SMRK und UAVs (sowohl Flugzeug- als auch Helikopterprogramme) erforderlich sind, sowie Algorithmen für den "nahtlosen" Betrieb der Sensoren aller Beteiligten Plattformen, den Austausch von Navigationsdaten und Daten zu bestimmten Hindernissen.
Interne Anordnung der mechanischen, elektrischen und elektronischen Komponenten SMRK SPINNER
Das American Army Research Laboratory ARL (Army Research Laboratory) führt im Rahmen seiner Forschungsprogramme Experimente durch, um den Reifegrad der Technik zu beurteilen. ARL führt beispielsweise Experimente durch, die die Fähigkeit eines vollständig autonomen SMRK bewerten, sich bewegende Autos und Personen in Bewegung zu erkennen und zu vermeiden. Darüber hinaus forscht das Space and Marine Weapons Center der US Navy an neuen Robotertechnologien und verwandten technischen Schlüssellösungen, einschließlich autonomer Kartierung, Hindernisvermeidung, fortschrittlicher Kommunikationssysteme und gemeinsamer SMRK- und UAV-Missionen.
Alle diese Experimente unter gleichzeitiger Beteiligung mehrerer Boden- und Luftplattformen werden unter realistischen äußeren Bedingungen durchgeführt, die durch komplexes Gelände und eine Reihe realistischer Aufgaben gekennzeichnet sind, bei denen die Fähigkeiten aller Komponenten und Systeme bewertet werden. Im Rahmen dieser Pilotprogramme (und der damit verbundenen Technologiestrategie) zur Entwicklung fortschrittlicher SMRCs wurden die folgenden Richtungen identifiziert, um die Rentabilität zukünftiger Investitionen zu maximieren:
- Die Technologieentwicklung wird eine technologische Grundlage für Teilsysteme und Komponenten und eine geeignete Integration in SMRK-Prototypen für Leistungstests bereitstellen;
- führende Unternehmen in diesem Bereich werden fortschrittliche Technologien entwickeln, die erforderlich sind, um den Anwendungsbereich der Robotisierung zu erweitern, beispielsweise durch die Erhöhung der Reichweite des SMRK und die Erhöhung der Reichweite der Kommunikationskanäle; und
- Das Risikominderungsprogramm wird die Entwicklung fortschrittlicher Technologien für ein bestimmtes System sicherstellen und es ermöglichen, einige technologische Probleme zu überwinden.
Dank der Entwicklung dieser Technologien sind SMRKs potenziell in der Lage, im militärischen Bereich einen revolutionären Fortschritt zu erzielen, ihr Einsatz wird menschliche Verluste reduzieren und die Kampfkraft erhöhen. Um dies zu erreichen, müssen sie jedoch in der Lage sein, selbstständig zu arbeiten und auch komplexe Aufgaben zu erfüllen.
Ein Beispiel für ein bewaffnetes SMRK. AVANTGUARD des israelischen Unternehmens G-NIUS Unmanned Ground Systems
Fortschrittliches modulares Robotersystem MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), bewaffnet mit einem Maschinengewehr und Granatwerfern
Entwickelt von NASA SMRK GROVER auf verschneitem Gelände
Technische Voraussetzungen für fortgeschrittene SMRK
Fortschrittliche SMRKs wurden für militärische Missionen entworfen und entwickelt und arbeiten hauptsächlich unter gefährlichen Bedingungen. Heutzutage bieten viele Länder Forschung und Entwicklung im Bereich der unbemannten Robotersysteme an, die in den meisten Fällen in unwegsamem Gelände arbeiten können. Moderne SMRKs können dem Betreiber Videosignale, Informationen über Hindernisse, Ziele und andere taktisch interessante Variablen senden oder bei den fortschrittlichsten Systemen völlig unabhängige Entscheidungen treffen. Tatsächlich können diese Systeme halbautonom sein, wenn Navigationsdaten zusammen mit Onboard-Sensordaten und Fernbedienbefehlen verwendet werden, um die Route zu bestimmen. Ein vollautonomes Fahrzeug bestimmt seinen eigenen Kurs selbst, indem es nur mit Bordsensoren eine Route entwickelt, aber gleichzeitig hat der Betreiber immer die Möglichkeit, die notwendigen spezifischen Entscheidungen zu treffen und in kritischen Situationen oder im Schadensfall die Kontrolle zu übernehmen zur Maschine.
Heute können moderne SMRKs viele Arten von Bedrohungen schnell erkennen, identifizieren, lokalisieren und neutralisieren, einschließlich feindlicher Aktivitäten unter Bedingungen von Strahlung, chemischer oder biologischer Kontamination auf verschiedenen Geländearten. Bei der Entwicklung moderner SMRK besteht das Hauptproblem in der Schaffung eines funktional wirksamen Designs. Zu den wichtigsten Punkten gehören mechanisches Design, eine Reihe von Bordsensoren und Navigationssystemen, Mensch-Roboter-Interaktion, Mobilität, Kommunikation und Strom-/Energieverbrauch.
Roboter-Mensch-Interaktionsanforderungen beinhalten hochkomplexe Mensch-Maschine-Schnittstellen und daher müssen multimodale technische Lösungen für sichere und freundliche Schnittstellen entwickelt werden. Moderne Roboter-Mensch-Interaktionstechnologie ist sehr komplex und erfordert viele Tests und Bewertungen unter realistischen Betriebsbedingungen, um eine gute Zuverlässigkeit sowohl in der Mensch-Roboter-Interaktion als auch in der Roboter-Roboter-Interaktion zu erreichen.
Bewaffnetes SMRK, entwickelt von der estnischen Firma MILREM
Ziel der Konstrukteure ist die erfolgreiche Entwicklung eines SMRK, das seine Aufgabe Tag und Nacht in schwierigem Gelände verrichten kann. Um in jeder spezifischen Situation eine maximale Effizienz zu erreichen, sollte sich der SMRK auf allen Geländearten mit Hindernissen mit hoher Geschwindigkeit, mit hoher Wendigkeit und schnellen Richtungswechseln ohne signifikante Geschwindigkeitsreduzierung bewegen können. Zu den mobilitätsbezogenen Auslegungsparametern zählen auch kinematische Eigenschaften (vor allem die Fähigkeit, unter allen Bedingungen Bodenkontakt zu halten). SMRK hat neben dem Vorteil, dass es nicht die dem Menschen innewohnenden Einschränkungen aufweist, auch den Nachteil, komplexe Mechanismen integrieren zu müssen, die menschliche Bewegungen ersetzen können. Die Designanforderungen an die Fahrleistung müssen in Sensortechnologie sowie Sensor- und Softwareentwicklung integriert werden, um eine gute Mobilität und die Fähigkeit, verschiedene Arten von Hindernissen zu vermeiden, zu erreichen.
Eine der äußerst wichtigen Voraussetzungen für eine hohe Mobilität ist die Fähigkeit, Informationen über die natürliche Umgebung (Aufstiege, Vegetation, Felsen oder Wasser), von Menschenhand geschaffene Objekte (Brücken, Straßen oder Gebäude), Wetter und feindliche Hindernisse (Minenfelder oder Hindernisse) zu nutzen.. In diesem Fall wird es möglich, eigene Positionen und feindliche Positionen zu bestimmen, und durch eine signifikante Änderung von Geschwindigkeit und Richtung werden die Überlebenschancen des SMRK unter feindlichem Feuer deutlich erhöht. Solche technischen Eigenschaften ermöglichen die Entwicklung eines bewaffneten Aufklärungs-SMRK, der in der Lage ist, Aufklärungs-, Beobachtungs- und Zielerfassungsaufgaben, Feuermissionen in Gegenwart eines Waffenkomplexes durchzuführen und auch Bedrohungen zu Selbstverteidigungszwecken (Minen, feindliche Waffensysteme) zu erkennen, etc.).
All diese Kampffähigkeiten müssen in Echtzeit implementiert werden, um Bedrohungen zu vermeiden und den Feind zu neutralisieren, entweder über ihre eigenen Waffen oder über Kommunikationskanäle mit entfernten Waffensystemen. Hohe Mobilität und die Fähigkeit, feindliche Ziele und Aktivitäten unter schwierigen Kampfbedingungen zu lokalisieren und zu verfolgen, sind äußerst wichtig. Dies erfordert die Entwicklung eines intelligenten SMRK, das aufgrund der integrierten komplexen Algorithmen zur Erkennung von Bewegungen feindliche Aktivitäten in Echtzeit verfolgen kann.
Fortschrittliche Fähigkeiten wie Sensoren, Algorithmen zur Datenfusion, proaktive Visualisierung und Datenverarbeitung sind unerlässlich und erfordern eine moderne Hardware- und Softwarearchitektur. Bei der Durchführung einer Aufgabe im modernen SMRK werden das GPS-System, eine Trägheitsmesseinheit und ein Trägheitsnavigationssystem verwendet, um den Standort zu schätzen.
Mit den dank dieser Systeme gewonnenen Navigationsdaten kann sich das SMRK gemäß den Befehlen des Bordprogramms oder der Fernbedienung selbstständig bewegen. Gleichzeitig ist SMRK in der Lage, in kurzen Abständen Navigationsdaten an eine entfernte Kontrollstation zu senden, damit der Betreiber seinen genauen Standort kennt. Vollautonome SMRKs können ihre Aktionen planen, und dafür ist es unbedingt erforderlich, eine Route zu entwickeln, die Kollisionen ausschließt und dabei grundlegende Parameter wie Zeit, Energie und Entfernung minimiert. Ein Navigationscomputer und ein Computer mit Informationen können verwendet werden, um die optimale Route zu zeichnen und zu korrigieren (Laserentfernungsmesser und Ultraschallsensoren können verwendet werden, um Hindernisse effektiv zu erkennen).
Komponenten eines bewaffneten SMRK-Prototyps, der von indischen Studenten entwickelt wurde
Design von Navigations- und Kommunikationssystemen
Ein weiteres wichtiges Problem bei der Entwicklung eines effektiven SMRK ist das Design des Navigations-/Kommunikationssystems. Für die visuelle Rückmeldung sind Digitalkameras und Sensoren installiert, während für den Nachtbetrieb Infrarotsysteme installiert sind; Der Bediener kann das Videobild auf seinem Computer sehen und einige grundlegende Navigationsbefehle an das SMRK senden (rechts / links, Stopp, vorwärts), um die Navigationssignale zu korrigieren.
Beim vollautonomen SMRK werden Visualisierungssysteme mit Navigationssystemen auf Basis digitaler Karten und GPS-Daten integriert. Um ein vollständig autonomes SMRK zu schaffen, das für grundlegende Funktionen wie Navigation benötigt wird, müssen Systeme zur Wahrnehmung der äußeren Bedingungen, Routenplanung und ein Kommunikationskanal integriert werden.
Während sich die Integration von Navigationssystemen für einzelne SMRK in einem fortgeschrittenen Stadium befindet, befindet sich die Entwicklung von Algorithmen zur Planung des gleichzeitigen Betriebs mehrerer SMRK und gemeinsamer Aufgaben von SMRK und UAV noch in einem frühen Stadium, da es sehr schwierig ist, eine Kommunikationsinteraktion zwischen mehrere Robotersysteme gleichzeitig. Die laufenden Experimente werden dazu beitragen, festzustellen, welche Frequenzen und Frequenzbereiche benötigt werden und wie die Anforderungen für eine bestimmte Anwendung variieren. Sobald diese Eigenschaften festgelegt sind, wird es möglich sein, erweiterte Funktionen und Software für mehrere Robotermaschinen zu entwickeln.
Unbemannter K-MAX-Hubschrauber transportiert SMSS-Roboterfahrzeug (Squad Mission Support System) während Autonomietests; während der Pilot im K-MAX-Cockpit war, es aber nicht kontrollierte
Kommunikationsmittel sind für das Funktionieren des SMRK sehr wichtig, aber drahtlose Lösungen haben ziemlich erhebliche Nachteile, da die etablierte Kommunikation aufgrund von Störungen im Zusammenhang mit dem Gelände, Hindernissen oder der Aktivität des elektronischen Unterdrückungssystems des Feindes verloren gehen kann. Die jüngsten Entwicklungen bei Maschine-zu-Maschine-Kommunikationssystemen sind sehr interessant, und dank dieser Forschung können erschwingliche und effektive Geräte für die Kommunikation zwischen Roboterplattformen geschaffen werden. Der Standard für spezielle Kurzstreckenkommunikation DRSC (Dedicated Short-Range Communication) wird unter realen Bedingungen für die Kommunikation zwischen SMRK und zwischen SMRK und UAV angewendet. Der Gewährleistung der Kommunikationssicherheit im netzzentrierten Betrieb wird derzeit viel Aufmerksamkeit geschenkt und daher sollten zukünftige Projekte im Bereich der bemannten und unbewohnten Systeme auf fortschrittlichen Lösungen basieren, die gemeinsamen Schnittstellenstandards entsprechen.
Heutzutage werden die Anforderungen für kurzfristige Aufgaben mit geringem Stromverbrauch weitgehend erfüllt, aber es gibt Probleme mit Plattformen, die langfristige Aufgaben mit hohem Stromverbrauch ausführen. Insbesondere Videostreaming ist eines der dringendsten Probleme.
Kraftstoff
Die Optionen für Energiequellen hängen von der Art des Systems ab: Für kleine SMRKs kann die Energiequelle eine fortschrittliche wiederaufladbare Batterie sein, aber für größere SMRKs kann konventioneller Kraftstoff die erforderliche Energie erzeugen, was es ermöglicht, ein Schema mit einem elektrischen Motor-Generator oder ein Hybrid-Elektroantriebssystem der neuen Generation. Die offensichtlichsten Faktoren, die die Energieversorgung beeinflussen, sind die Umgebungsbedingungen, das Gewicht und die Abmessungen der Maschine sowie die Ausführungszeit der Aufgabe. In einigen Fällen muss das Stromversorgungssystem aus einem Kraftstoffsystem als Hauptquelle und einem Akku (eingeschränkte Sicht) bestehen. Die Wahl der geeigneten Energieart hängt von allen Faktoren ab, die die Ausführung der Aufgabe beeinflussen, und die Energiequelle muss die erforderliche Mobilität, den unterbrechungsfreien Betrieb des Kommunikationssystems, des Sensorsatzes und des Waffenkomplexes (falls vorhanden) gewährleisten.
Darüber hinaus ist es notwendig, technische Probleme im Zusammenhang mit der Mobilität in schwierigem Gelände, der Wahrnehmung von Hindernissen und der Selbstkorrektur von Fehlhandlungen zu lösen. Im Rahmen moderner Projekte wurden neue fortschrittliche Robotertechnologien zur Integration von bordeigenen Sensoren und Datenverarbeitung, Routenauswahl und Navigation, Erkennung, Klassifizierung und Vermeidung von Hindernissen sowie zur Beseitigung von Fehlern bei Kommunikationsverlust und Destabilisierung der Plattform. Für die autonome Offroad-Navigation muss das Fahrzeug das Gelände unterscheiden, was eine 3D-Orographie des Geländes (Geländebeschreibung) und die Identifizierung von Hindernissen wie Felsen, Bäumen, stehenden Gewässern usw. umfasst. Die allgemeinen Fähigkeiten nehmen ständig zu und wir können heute bereits von einer ausreichend hohen Auflösung des Geländebildes sprechen, jedoch nur bei Tag und bei gutem Wetter, aber den Fähigkeiten von Roboterplattformen in einem unbekannten Raum und bei schlechtem Wetter die Bedingungen sind noch nicht ausreichend. In diesem Zusammenhang führt DARPA mehrere experimentelle Programme durch, in denen die Fähigkeiten von Roboterplattformen in unbekanntem Terrain, bei jedem Wetter, Tag und Nacht getestet werden. Das DARPA-Programm mit dem Namen Applied Research in AI (Applied Research in Artificial Intelligence) erforscht intelligente Entscheidungsfindung und andere fortschrittliche technologische Lösungen für autonome Systeme für spezifische Anwendungen in fortschrittlichen Robotersystemen sowie die Entwicklung autonomer multirobotischer Lernalgorithmen für die Durchführung gemeinsame Aufgaben, die es Robotergruppen ermöglichen, automatisch neue Aufgaben zu bearbeiten und Rollen untereinander neu zu verteilen.
Wie bereits erwähnt, bestimmen die Einsatzbedingungen und die Art der Aufgabenstellung das Design eines modernen SMRK, das eine mobile Plattform mit Stromversorgung, Sensoren, Computern und Softwarearchitektur für Wahrnehmung, Navigation, Kommunikation, Lernen/Anpassung, Interaktion zwischen a Roboter und Mensch. Künftig werden sie multilateraler, stärker vereinheitlicht und verzahnt und auch wirtschaftlich effizienter. Von besonderem Interesse sind Systeme mit modularen Nutzlasten, die eine Anpassung der Maschinen an unterschiedliche Aufgaben ermöglichen. Im nächsten Jahrzehnt werden Roboterfahrzeuge auf Basis einer offenen Architektur für taktische Operationen und den Schutz von Stützpunkten und anderer Infrastruktur verfügbar sein. Sie zeichnen sich durch ein hohes Maß an Einheitlichkeit und Autonomie, hohe Mobilität und modulare Bordsysteme aus.
Die SMRK-Technologie für militärische Anwendungen entwickelt sich schnell weiter, was es vielen Streitkräften ermöglichen wird, Soldaten von gefährlichen Aufgaben zu entfernen, darunter das Aufspüren und Zerstören von IEDs, Aufklärung, Schutz ihrer Streitkräfte, Minenräumung und vieles mehr. Zum Beispiel hat das Konzept der Brigade-Kampfgruppen der US-Armee durch fortschrittliche Computersimulationen, Kampftraining und reale Kampferfahrung gezeigt, dass Roboterfahrzeuge die Überlebensfähigkeit von bemannten Bodenfahrzeugen und die Kampfeffizienz erheblich verbessert haben. Die Entwicklung vielversprechender Technologien wie Mobilität, Autonomie, Ausrüstung mit Waffen, Mensch-Maschine-Schnittstellen, künstliche Intelligenz für Robotersysteme, Integration mit anderen SMRK und bemannten Systemen wird die Fähigkeiten unbewohnter Bodensysteme und deren Niveau erhöhen Autonomie.
Russischer Perkussionsroboter-Komplex Platform-M, entwickelt von NITI "Progress"
