ОБЗОРЫ
В Центре морских и космических систем ВМС США (Space and Naval Warfare Systems Command, SPAWAR; www.spawar.navy.mil/sandiego/), расположенном в Сан-Диего, есть отдел, занимающийся созданием робототехнических устройств для военного применения. Сотрудники центра собрали большое количество фактической информации об истории предмета (начиная с 60-х годов), создав силами энтузиастов оригинальный виртуальный музей. В данной статье приведен обзор основных технологических направлений и достижений, связанных с использованием роботов в военных целях, подготовленный на основе доступных в SPAWAR материалов.
На земле RSTA - система сбора разведывательной информации (Reconnaissance, Surveillance, and Target Acquisition). 1982-1985
RSTA создавалась для отработки человеко-машинного взаимодействия при эксплуатации групп телеуправляемых систем. Также исследовались особенности движения автономных устройств по различным типам поверхности и возможность дистанционного управления установленным на машинах оружием. Оператор управлял объектами RSTA с помощью систем стереоскопического зрения и звука. Положение объектов отображалось на экране компьютера в изометрической проекции.
GSR - наземный разведывательный робот (Ground Surveillance Robot). 1982-1986
Дистанционно управляемое устройство создавалось на базе военной семитонной машины M-114 для отработки концепции гибкой модульной робототехнической архитектуры. После успешной демонстрации работы были прекращены - в связи с временным снижением финансирования МО США в середине 80-х годов.
Greenman - робот-манипулятор. 1983-1988
Робот, имеющий руки, тело и голову, предназначался для отладки технологий дистанционного управления манипуляторами в сложных условиях. В ходе экспериментов с этой довольно простой системой стало понятно, что для эффективного использования подобных устройств необходимо обеспечить высокое число степеней свободы для кибернетических рук, хорошее разрешение видеокамеры и организовать с оператором обратную связь по прилагаемым усилиям (рука человека - манипулятор).
TOV - телеуправляемая машина (TeleOperated Vehicle). 1985-1989
TOV готовилась для применения в реальных тактических операциях. Она управлялась с помощью кабеля длинной 30 км. Стереоизображение от двух установленных на TOV камер передавалось на экран, вмонтированный в шлем оператора.
TOV оборудована инфракрасным датчиком и лазерным дальномером, что позволило использовать ее совместно с устройствами наведения ракет Hellfire и артиллерийских установок Copperhead (для передачи информации о местонахождении целей).
Для обеспечения самозащиты TOV снабжена дистанционно управляемым пулеметом калибра .50.
STV - обновленная телеуправляемая машина (Surrogate Teleoperated Vehicle). 1990-1993
Для поддержки наземных операций (разведки, сбора информации, поиска объектов противника) Пентагон выпустил 14 таких машин - улучшенных версий TOV. STV, созданная на базе шестиколесной машины Big Boss, развивает скорость 50 км/ч. Она снабжена стерео- и инфракрасной камерами, устройством ночного видения, лазерным дальномером, FM-передатчиком и радиомодемом на 9600 бод. Диапазон действия STV - в радиусе 2 км от управляющего центра.
MSSMP - многоцелевая платформа для разведывательных миссий (Multipurpose Security and Surveillance Mission Platform). 1992-1998
Платформа MSSMP предназначена для быстрого развертывания автономных средств сбора информации. Она характеризуется высокой мобильностью и возможностью одновременного дистанционного управления несколькими объектами по каналам военной тактической радиосвязи.
MSSMP представляет собой набор датчиков, которые могут размещаться на наземных автономных устройствах или беспилотных самолетах, и состоит из видео- и инфракрасной камер, лазерного дальномера и различных датчиков движения, служащих для обнаружения целей.
Основные работы по первичному анализу собираемых данных происходят в самой MSSMP, что позволяет минимизировать радиоактивность, передавая только наиболее важные сведения - прежде всего картинки пойманного датчиками объекта и сведения о расстоянии до него. Оператор MSSMP получает информацию на ноутбук по каналам радиосети Ethernet TCP/IP.
В 1997 г. демонстрировались возможности MSSMP, установленной на миниатюрном летающем устройстве, разведывавшем обстановку внутри комнат городского здания. В этом же году проект был переведен в MPNSS.
MPNSS - система носимых сетевых датчиков (Man-Portable Networked Sensor System). 1987 - по настоящее время
Система представляет собой набор сетевых устройств, объединенных по IP-протоколу в радиосети и доступных для переноски одним солдатом; подходят они и для использования на военной технике и автономных роботах.
MPNSS подразумевает единый способ обмена цифровыми данными, видео- и аудиоинформацией по сетям военной радиосвязи, телефонным линиям, Ethernet, сотовым и другим каналам в широковещательном или “точка - точка” режимах. В стандартный набор входят видео- и инфракрасная камеры, лазерный дальномер, акустический датчик, GPS-приемник и компьютер для обработки данных (ПО функционирует под управлением Microsoft Windows).
MDARS - система оперативного обнаружения и реагирования (Mobile Detection Assessment and Response System). 1989 - по настоящее время
Объединенный проект сухопутных и морских сил США направлен на обеспечение автоматического обнаружения незаконных проникновений на военные склады и контроля за целостностью хранимых там объектов (путем сканирования инфракрасным датчиком цифровых меток, нанесенных на оборудование).
MDARS - это набор автономных патрулирующих устройств, в случайном режиме перемещающихся по территории складов. Помимо контроля за наличием предметов на складах они также способны обнаруживать места возгорания или затопления и фиксировать появление незваных гостей.
С конца 90-х технологии MDARS, доказавшие свою достаточно высокую эффективность, решено было обобщить для задачи контроля за целостностью наружных объектов - таких, как линии связи, дороги, здания и т. п. С этой целью автономные устройства были дополнительно снабжены ультразвуковым сонаром, радаром, работающим в миллиметровом диапазоне, стереокамерой и GPS-приемником. Роботы научились самостоятельно разрешать коллизии (например, объезжать неожиданно возникшие препятствия или выбираться из тупиков), что позволило использовать MDARS в комплексных системах обеспечения безопасности военных инфраструктур.
К преимуществам MDARS относятся относительная простота архитектуры - объекты перемещаются в пределах готовой карты оцифрованной местности, что упрощает навигацию, а цели патрулирования достигаются с помощью наборов недорогих датчиков, позволяющих дополнительно решать большое числовспомогательных задач (обнаружение пожаров, поиск нужного предмета на складе и т. п.). В то же время, как показала практика, для контроля за большими складами нужны десятки роботов, а стало быть, возникает необходимость в координации их деятельности, что требует значительных вычислительных ресурсов. MDARS-система может неадекватно реагировать на частое появление внешних динамических объектов (например, патрульных солдат или машин), имеются сложности в корректном распознавании реальных и мнимых угроз и проблемы в сборе информации о нарушителях без привлечения человека-оператора. Совершенствование MDARS продолжается именно в этих направлениях.
MRA - модульная робототехническая архитектура (Modular Robotic Architecture). 1990 - по настоящее время
MRA представляет собой стандартизованный набор программных и аппаратных модулей и ультразвуковых, инфракрасных и микроволновых датчиков, предназначенных для быстрой сборки прототипов робототехнических устройств с возможностью подключения к готовой системе элементов, реализующих передовые ИТ. В качестве примера устройства, в котором используется данный набор, можно назвать ModBot, собранный из модулей отслеживания собственного перемещения, выработки действий при обнаружении внешнего объекта и его приближении к роботу, планирования движения и др. Связь с ModBot осуществляется как по кабелю, так и по инфракрасному каналу. На базе этого устройства были созданы роботы серии ROBART.
MRA также применялась для отладки нейросетевых технологий управления автономными роботами.
Серия ROBART. 1980 - по настоящее время
1980-1982. Один из первых автономных роботов ROBART создавался для патрулирования и осмотра помещений, нахождения мусора, обнаружения участков возгорания или затопления. ROBART был снабжен синтезатором речи, оптическими и ультразвуковыми датчиками движения, вибрации, дыма, огня, газа и воды и обладал способностью самостоятельно оценивать серьезность нарушения и решать, надо ли подавать сигнал тревоги.
Робот автономно действовал в течение шести часов, а затем самостоятельно подключался к сети для подзарядки. Для определения собственного положения, планирования движения и объезда препятствий он использовал инфракрасный датчик.
1982-1992. Вторая версия ROBART II была реализована в мультипроцессорной архитектуре, что значительно повысило качество обработки информации от датчиков и степень автономного поведения. К модели добавились новые датчики температуры, давления, света, шума, микроволновые сенсоры и видеокамера. Робот был связан по инфракрасному каналу с управляющим модулем (программа, выполнявшаяся на IBM-PC/AT).
ROBART II предназначался для контроля за незаконным проникновением посторонних на военные склады и сохранностью хранимой на этих складах продукции. В 1989 г. робот был снабжен средствами дистанционного управления для решения более сложных задач сбора информации.
1992 - по настоящее время. Современный ROBART III постепенно становится полноценным боевым роботом. Пока он оборудован несмертоносным оружием (пневматическое ружье, стреляющее шрапнелью и стрелами со скоростью шесть выстрелов за 1,5 с) и лазерным прицелом.
В ходе эксплуатации предыдущей модели были выявлены сложности в дистанционном управлении, касающиеся прежде всего человеко-машинного интерфейса, который был значительно упрощен, а ROBART III получил больше самостоятельности. Теперь он способен своими силами строить модель мира и не заблудится в сложных лабиринтах помещений, а его создатели автоматизировали процесс наведения оружия на цель и ведут работы по организации совместных действий групп подобных сторожевых роботов.
MPRS/URBOT - носимая робототехническая система (Man Portable Robotic System). 1999 - по настоящее время
Архитектура MPRS рассчитана на оперативное внедрение в робототехнику новых ИТ-технологий, в том числе коммерческих. Она основывается на телеуправляемом интерфейсе ROBART III, дополненном ультразвуковыми и инфракрасными датчиками обнаружения препятствий. Первый гусеничный прототип MPRS был выпущен в 1999 г. и применялся для обследования узких подземных туннелей. В нем использовались два бортовых процессора - один управлял движением, а второй обрабатывал сигналы датчиков. Оператор получал аудио- и видеоданные в масштабе реального времени (15-20 кадров в секунду), а синтезатор речи сообщал о возможных неполадках.
С помощью MPRS военные планируют быстро собирать легкие мобильные роботы для использования в городских условиях.
Дистанционно управляемые миниатюрные устройства. 2000 - по настоящее время
Группы дистанционно управляемых миниатюрных гусеничных машинок (каждая из них занимает объем в 1 куб. см) смогут проникать внутрь зданий по вентиляционным шахтам и трубопроводам. Они станут выявлять взрывные устройства, заложенные в местах, труднодоступных для человека, а также вести разведку территории.
Каждый такой “танк” снабжен датчиком температуры и процессором с ПЗУ 8 Кб и передвигается со скоростью 50 см/мин. В ближайшие планы разработчиков из Сандийской национальной лаборатории (www.sandia.gov) входит оборудование этих машинок видеокамерой, микрофоном и устройством связи.
Фотографии напечатаны с разрешения Space and Naval Warfare Systems Center, San Diego, www.spawar.navy.mil/sandiego.
(Продолжение следует)
