Автономность наземных мобильных роботов сегодня до сих пор ограничена простыми функциями типа «следуй за мной» или навигацией по промежуточным координатам.
Больше автономности наземным системам
Наземные системы вооружения с автономными функциями хорошо зарекомендовали себя в вооруженных силах, которые используют их в различных задачах, включая защиту солдат или полевых лагерей. Технологический потенциал их значителен, впрочем, как и вызовы, перед которыми они стоят.
Самым известным классом систем с автономной функциональностью, в настоящее время развернутых вооруженными силами некоторых стран, являются системы активной защиты (САЗ) для бронированных машин, которые способны самостоятельно уничтожать атакующие противотанковые ракеты, неуправляемые ракеты и снаряды. САЗ, как правило, представляют собой комбинацию радаров или инфракрасных сенсоров, которые обнаруживают атакующие средства, с системой управления огнем, отслеживающей, оценивающей и классифицирующей угрозы.
Весь процесс от момента обнаружения до момента отстрела противоснаряда целиком автоматизирован, поскольку вмешательство человека может замедлить его или сделать своевременное срабатывание полностью невозможным. Оператор не то что просто физически не успеет дать команду на отстрел противоснаряда, он даже не сможет контролировать отдельные фазы этого процесса.
Впрочем, САЗ всегда программируются заранее таким образом, что пользователи могут спрогнозировать точные обстоятельства, при каких система должна среагировать, а при каких нет. Типы угрозы, которые запустят реакцию САЗ, известны заранее или по крайней мере предсказуемы с высокой степенью достоверности.
Подобные принципы также определяют функционирование других автономных наземных систем вооружения, например, систем перехвата неуправляемых ракет, артиллерийских снарядов и мин, используемых для защиты военных баз в зонах боевых действий. И САЗ и системы перехвата могут таким образом рассматриваться в качестве автономных систем, которые после активации не требуют вмешательства человека.
Вызов: автономность для наземных мобильных роботов
На сегодняшний день наземные мобильные системы, как правило, используются для обнаружения взрывоопасных предметов и их нейтрализации или разведки местности или зданий. В обоих случаях роботы управляются дистанционно и контролируются операторами (хотя некоторые роботы могут выполнять простые задачи, например, движение от точки к точке без постоянной помощи человека).
«Причина, почему участие человека остается очень важным, заключается в том, что наземные мобильные роботы встречаются с огромными трудностями при самостоятельных действиях на сложной и непредсказуемой местности. Эксплуатировать машину, движущуюся самостоятельно по полю боя, где она должна обходить препятствия, разъезжаться с движущимися объектами и находиться под вражеским огнем. гораздо сложнее — вследствие непредсказуемости, — чем использовать автономные системы вооружения, как например, вышеупомянутые САЗ», — сказал Марек Калбарчик из Европейского оборонного агентства (ЕОА).
Поэтому автономность наземных роботов сегодня пока ограничивается простыми функциями, например, «следуй sa мной» и навигация по заданным координатам. Функция «следуй за мной» может использоваться либо безэкипажными машинами для следования за еще одной машиной или солдатом, в то время как навигация по промежуточным точкам позволяет машине использовать координаты (определенные оператором или запомненными системой) для достижения желаемого места назначения. В обоих случаях безэкипажная машина использует GPS, радар, визуальные или электромагнитные сигнатуры или радиоканалы, чтобы следовать за ведущим или по определенному/запомненному маршруту.
Выбор солдата
С оперативной точки зрения, целью использования подобных автономных функций является, как правило, следующее:
• снижение рисков для солдат в опасных зонах за счет замены водителей безэкипажными транспортными средствами или комплектами безэкипажного вождения с автономной функцией следования в транспортных колоннах, или
• обеспечение поддержки войск в удаленных районах.
Обе функции, в общем и целом, полагаются на так называемый элемент «обход препятствия» для предотвращения столкновений с препятствиями. Из-за сложной топографии и формы отдельных участков местности (холмы, долины, реки, деревья и т.д.) система навигации по точкам, используемая в наземных платформах, должна включать лазерный радар или лидар (LiDAR — Light Detection And Ranging) или быть способна использовать заранее загруженные карты. Впрочем, поскольку лидар полагается на активные сенсоры и, следовательно, его легко обнаружить, акцент в исследованиях в настоящее время делается на пассивные системы визуализации.
Хотя предварительно загруженных карт бывает достаточно, когда безэкипажные машины работают в хорошо известных окружающих условиях, для которых уже доступны детализированные карты (например, мониторинг и защита границ или важных инфраструктурных объектов). Впрочем, каждый раз, когда наземные роботы должны входить в сложное и непредсказуемое пространство, лидар крайне необходим для навигации по промежуточным точкам. Проблема заключается в том, что лидар имеет также свои ограничения, то есть его надежность может быть гарантирована только для безэкипажных машин, действующих на относительно простой местности.
Следовательно, необходимы дальнейшие исследования и разработки в этой сфере. С этой целью было разработано несколько прототипов демонстрации технических решений, например, ADM-H или EuroSWARM, с тем, чтобы изучить, испытать и продемонстрировать более продвинутые функции, включая автономную навигацию или кооперацию безэкипажных систем. Эти образцы, однако, пока находится на ранней стадии исследований.
Впереди много трудностей
Ограничения лидара — это не единственная проблема, перед которой стоят наземные мобильные роботы (НМР). По данным исследования «Вписывание в местность и интеграция безэкипажных наземных систем», а также исследования «Определение всех основных технических требований и требований безопасности к военным безэкипажным машинам при работе в комбинированной миссии с участием обитаемых и необитаемых систем» (SafeMUVe), финансируемых Европейским оборонным агентством, проблемы и возможности могут быть разбиты на пять разных категорий:
1. Эксплуатационная: Существует множество потенциальных задач, которые могут быть рассмотрены для наземных мобильных роботов с автономными функциями (узел связи, наблюдение, разведка зон и маршрутов, эвакуация раненых, разведка ОМП, следование с грузом за ведущим, сопровождение при развозе запасов, расчистка маршрутов и т.д.), но оперативные концепции поддержки всего этого до сих пор отсутствуют.
Таким образом, для разработчиков наземных мобильных роботов с автономными функциями сложно разрабатывать системы, которые точно будут удовлетворять требованиям военных. Организация форумов или рабочих групп пользователей безэкипажных машин с автономными функциями могла бы решить эту проблему.
2. Техническая: Потенциальные преимущества НМР с автономными функциями довольно значительны, но имеются технические препятствия, которые еще необходимо преодолеть. В зависимости от намечаемой задачи НМР могут оснащаться различными комплектами бортовой аппаратуры (сенсоры для разведки и наблюдения или мониторинга и обнаружения ОМП, манипуляторы для обращения с взрывчатыми веществами или системы вооружения, системы навигации и наведения), комплектами сбора информации, комплектами управления оператора и контрольной аппаратурой.
Это означает, что крайне необходимыми являются некоторые прорывные технологии, например, принятие решений/когнитивные вычисления, взаимодействие человека и машины, компьютерная визуализация, аккумуляторные технологии или совместный сбор информации. В частности неструктурированное и оспариваемое окружающее пространство очень сильно затрудняет работу система навигации и наведения. Здесь необходимо двигаться по пути разработки новых сенсоров (детекторы тепловых нейтронов, интерферометры на технологии сверхохлаждённых атомов, умные исполнительные механизмы контроля и управления, продвинутые датчики электромагнитной индукции, инфракрасные спектроскопы) и методик, например, децентрализованная и совместная SLAM (Simultaneous Localization and Mapping — одновременная локализация и картирование) и трехмерная съемка местности, относительная навигация, продвинутая интеграция и объединение данных наличных сенсоров, а также обеспечение подвижности с помощью средств технического зрения.
Проблема заключается не столько в технологической природе, поскольку большая часть этих технологий уже используется в гражданской сфере, сколько в нормативном регулировании. Действительно, такие технологии не могут быть немедленно использованы в военных целях, так как необходимо их адаптировать под специфические военные требования.
Именно это и является целью программы комплексных стратегических исследований OSRA, разработанной ЕОА, являющейся инструментом, который может предоставить необходимые решения. В рамках OSRA разрабатывается несколько так называемых технологических строительных блоков или ТВВ (Technology Building Block), которые должны устранить технологические бреши, связанные с наземными роботами, например:
- совместные действия обитаемых и необитаемых платформ, адаптивное взаимодействие между человеком и безэкипажной системой с разными уровнями автономности;
- система контроля и диагностики; новые интерфейсы пользователя;
- навигация в условиях отсутствия спутниковых сигналов;
- автономные и автоматизированные наведение, навигация и управление и алгоритмы принятия решений для экипажных и безэкипажных платформ;
- контроль нескольких роботов и их совместные действия;
- высокоточное наведение и контроль вооружения;
- активные системы визуализации;
- искусственный интеллект и большие данные для обеспечения принятия решений.
Каждым ТВВ владеет специальная группа или CapTech, в которую входят эксперты от государства, промышленности и науки. Задача каждой группы CapTech разработать дорожную карту для своего ТВВ.
3. Нормативная/правовая: Значительным препятствием для внедрения автономных систем в военной сфере является отсутствие подходящих методик верификации и оценки или процессов сертификации, которые необходимы для подтверждения того, что даже мобильный робот с самыми базовыми автономными функциями способен работать корректно и безопасно даже во враждебной и сложной обстановке. В гражданской сфере беспилотные автомобили сталкиваются с теми же проблемами.
По данным исследования SafeMUVe, основное отставание, определенное в отношении специфических стандартов/лучших практик, находится в модулях, связанных с более высоким уровнем автономности, а именно «Автоматизация» и «Слияние данных». Такие модули, как например, «Восприятие внешней среды», «Локализация и картографирование», «Надзор» (Принятие решений), «Планирование движения» и т.д., пока находятся на средних уровнях технологической готовности и, хотя существует несколько решений и алгоритмов, предназначенных для выполнения различных задач, однако ни одного стандарта пока не доступно.
В этом отношении существует также отставание касательно верификации и сертификации этих модулей, частично решаемое европейской инициативой ENABLE-S3. Недавно созданная ЕОА сеть испытательных центров стала первым шагом в правильном направлении. Это позволяет национальным центрам реализовывать совместные инициативы с целью подготовки к тестированию перспективных технологий, например, в области робототехники.
4. Личный состав: Расширенное использование безэкипажных и автономных наземных систем потребует изменений в системе военного образования, в том числе в подготовке операторов. Военному персоналу, прежде всего, необходимо понять технические принципы автономности системы для того, чтобы в случае необходимости правильно эксплуатировать и контролировать ее. Создание доверия между пользователем и автономной системой является необходимым условием для более широкого применения наземных систем с более высоким уровнем автономности.
5. Финансовая: В то время как глобальные коммерческие игроки типа Uber, Google, Tesla или Toyota инвестируют миллиарды евро в разработки беспилотных автомобилей, военные тратят на безэкипажные наземные системы гораздо более скромные суммы, которые к тому же распределены между странами, имеющими собственные национальные планы развития подобных платформ. Создаваемый Европейский оборонный фонд должен помочь консолидировать финансирование и поддержать совместный подход к разработке наземных мобильных роботов с более продвинутыми автономными функциями.
Работа Европейского агентства
ЕОА уже несколько лет активно работает в сфере наземных мобильных роботов. Особые технологические аспекты, например, картографирование, планирование маршрута, следование за ведущим или обход препятствий были разработаны в таких совместных исследовательских проектах, как SAM-UGV или HyMUP; оба финансируются совместно Францией и Германией.
Проект SAM-UGV нацелен на разработку автономного образца демонстрации технологий на базе мобильной наземной платформы, которая отличается модульной архитектурой как оборудования, так и программного обеспечения. В частности, образец демонстрации технологий подтвердил концепцию масштабируемой автономности (переключение между дистанционным управлением, полуавтономностью и полностью автономным режимом).
Проект SAM-UGV получил дальнейшее развитие в рамках проекта HyMUP, который подтвердил возможность выполнения боевых задач необитаемыми системами в координации с существующими обитаемыми машинами.
Кроме того, вопросы защиты автономных систем от преднамеренных помех, разработки требований к безопасности для смешанных задач и стандартизации НМР в настоящее время решаются соответственно в рамках проекта PASEI и в исследованиях SafeMUVe и SUGV.
На воде и под водой
Автоматические морские системы являются ключевым компонентом модернизации и трансформации военно-морских сил, они могут кардинально изменить структуру и парадигму действий технологически развитых флотов, что позволит им стать более динамичной силой, более оперативно реагирующей на постоянно расширяющийся спектр угроз.
Автоматические морские системы (АМС) оказывают значительное влияние на природу военных действий, причем повсеместно. Широкая доступность и снижение стоимости компонентов и технологий, которые могут быть использованы в военных системах, позволяют все большему числу государственных и негосударственных субъектов получать доступ к водам мирового океана.
За последние годы количество эксплуатируемых АМС выросло в несколько раз и поэтому крайне необходимо, чтобы реализовывались соответствующие программы и проекты, которые обеспечили бы флоты необходимыми технологиями и возможностями, гарантирующими безопасную и свободную навигацию в морях и океанах.
Влияние полностью автономных систем оказывается уже настолько сильным, что любая сфера обороны, которая упустит данный технологический прорыв, также упустит технологическое развитие будущего. Безэкипажные и автономные системы могут с большим успехом использоваться в военной сфере для выполнения сложных и жестких задач, особенно во враждебных и непредсказуемых условиях, что морская среда наглядно и иллюстрирует.
Морской мир легко бросает вызов, он зачастую отсутствует на картах и сложен в навигации и эти автономные системы могут помочь преодолеть некоторые их этих вызовов. Они имеют способность выполнять задачи без прямого вмешательства человека, задействуя режимы работы, обусловленные взаимодействием компьютерных программ с внешним пространством.
Можно с уверенностью сказать, что применение АМС в морских операциях имеет широчайшие перспективы и всё «благодаря» враждебности, непредсказуемости и размерам морского пространства. Стоит заметить, что неуемная жажда завоевания морских пространств в сочетании с самыми сложными и продвинутыми научными и технологическими решениями всегда были ключом к успеху.
АМС завоевывают все большую популярность у моряков, становясь неотъемлемой частью флотов, где в основном используются в нелетальных миссиях, например, в противоминной борьбе, для разведки, наблюдения и сбора информации. Но самый большой потенциал автономные морские системы имеют в подводном мире. Подводный мир становится ареной все более ожесточенных споров, усиливается борьба за морские ресурсы и при этом высока потребность в обеспечении безопасности морских путей сообщения.
Продолжение следует…
/Николай Антонов, topwar.ru/