Рубрики

пятница, 22 марта 2019 г.

СОЛДАТ- РОБОТ


Марк Хьюиш
Безэкипажные платформы принимают на себя выполнение грязных, опасных и монотонных задач.
 


Военные роботы появляются во всех формах и размерах: от безэкипажных боевых машин до массы насекомоподобных устройств, которые будут в будущем взаимодействовать в выполнении определенных задач. Большая часть роботов разрабатывается в США, где военные организации финансируют программы, включающие широкий диапазон технологий. Во многих случаях они извлекают уроки из природы, копируя способ, которым животные передвигаются, определяют направление действия, взаимодействуют с другими животными.
Дистанционно управляемые ("телеуправляемые") машины уже широко используются, особенно для выполнения опасных задач, таких как разминирование и выведение из строя мин террористов. Только вооруженные силы США примут на вооружение более 500 новых телеуправляемых роботов в течение следующих двух-трех лет. Они обеспечат накопление опыта, который будет способствовать разработке роботов с "дистанционным супервизорным управлением" и с действующим на расстоянии оператором, от которого требуется лишь изредка передавать команды в близком к реальному масштабе времени. Конечной целью является работа одного оператора с большими количествами автономных роботов. Такие машины будут перепрограммируемыми; сохраняющими устойчивое поведение даже в сложных, неопределенных и меняющихся условиях; способными к обучению и действующими безопасно и надежно в непосредственной близости от  людей. Для многих областей применения они могут быть достаточно малыми, чтобы помещаться в кармане солдата.
Что касается другого направления работы, то сухопутным войскам США робототехника видится как центральная часть для их боевой системы будущего (FCS). Некоторые элементы боевой системы будущего, включая развертываемые в передовом районе разведывательные машины и платформы "приборов слежения", могут быть автоматическими. Снятие людей с систем оружия снижает потребности в броне, а также габариты и сигнатуру машины. Это ведет к повышенной живучести платформы, более легкому развертыванию и уменьшенному тыловому обеспечению. По словам генерал-лейтенанта Пола Керна, заместителя помощника министра сухопутных войск США по вопросам закупок, тылового обеспечения и техническим вопросам, ключевыми аспектами этого усилия является сочетание действий с использованием личного состава и без него, причем робототехнические машины будут развертываться в самых опасных районах. Два типа платформы должны быть похожи друг на друга, заявил он, чтобы противник не мог легко опознать, какие машины являются робототехническими.


Возможное использование автоматических элементов в боевой системе будущего порождает также другие вопросы. Робототехнические платформы являются дорогостоящими средствами, хотя они и не содержат личного состава. Если эти платформы должны перевозить системы активной защиты, то более трудной становится проблема определения, нет ли спешенных войск или гражданского персонала на линии прицеливания, где они могут быть ранены осколками. Хотя в сухопутных войсках США уже в общем смысле принято, что люди должны принимать решение о вступлении в бой наступательного оружия, даже тогда, когда эти системы автоматические, остается решить более широкий вопрос  о том, какие точно действия требуют участия человека в замкнутой системе.
Научно-исследовательская лаборатория сухопутных войск США (ARL) и командование автобронетанковой техникой и вооружением (ТАСОМ) совместно управляют выполнением научно-технической задачи по разворачиваемому в передовом районе робототехническому устройству (FDRU), которая будет включена в программу по боевой системе будущего. Эксперименты с развертываемым в передовом районе робототехническим устройством планируются на 2005 финансовый год (FY05). Научно-исследовательский союз сотрудничества по робототехнике, в который лаборатория ARL планирует вложить до 60 млн. долларов США в течение восьми лет, будет принимать ключевое участие в разработке этой технологии. Союз, который должен получить свой первый контракт в мае, сконцентрируется на технологии, которая обеспечит возможность осуществления высокоскоростной автономной подвижности в "неструктурированных" средах.
Управление перспективного планирования министерства обороны США (DARPA), которое руководит программой разработки концепции FCS, планирует осуществить несколько обеспечивающих технологию программ. Первой из них является 39-месячная работа по безэкипажной наземной боевой машине (UGCV), для которой управление получило предложения в середине ноября 2000 г. Тремя самыми важными факторами, которые должны быть рассмотрены по программе UGCV, являются: продолжительность действия, включающая как дальность (по крайней мере, 450 км), так и промежуток времени между дозаправками (14 дней или больше); способность преодолевать препятствия высотой, по крайней мере, 25 см при небольшом замедлении во время передвижения на скорости 15-20 км/ч или быстрее и высотой 1 м при более медленном движении; доля полезной нагрузки, которая должна быть, по крайней мере, 25%.
После первичной разработки управление DARPA планирует выбрать в третьем квартале 2002 финансового года две группы разработчиков для осуществления 21-месячного второго этапа, который включает создание опытных образцов машин UGCV. Они будут участвовать в лабораторных и полевых испытаниях, неся два типа полезной нагрузки: RST (разведка, наблюдение и целеуказание) и оружие. Начальными базовыми цифрами для первой являются: максимальная масса 150 кг, объем 0,2 м3 и средний расход энергии 0,5 кВт, для второй соответствующие цифры составляют 1500 кг, 1,7 м3 и 0,75 кВт. Комплект RST будет включать группу датчиков массой не более 25 кг. Остальные 125 кг могут распределяться на другие датчики или "сумчатые" роботы – запускаемые и "интересующие" более крупные платформы – такого типа, как разработки программы по тактической мобильной робототехнике управления DARPA (см. ниже).

Десантирование с воздуха вне досягаемости средств поражения

Одним из методов десантирования, рассматриваемых для машин FCS, является десантирование с воздуха вне досягаемости средств поражения противника при использовании управляемых парашютов-крыльев. Новые аспекты, которые должны исследоваться в программе UGCV, будут включать возможность самоподъема, позволяющую машине проходить непреодолимые препятствия и объединяться с другими средствами подъема, такими как беспилотный летательный аппарат (UAV), которые могут быть пригодными для группы подразделения машины FCS. Беспилотные летательные аппараты могут действовать также как взаимодействующие участники с безэкипажными наземными боевыми машинами, в частности в области улучшения автономной навигации. Недавно управление DARPA опубликовало проект приглашения в предложенной им 36-месячной программе по восприятию роботов, действующих вне дорог (PerceptOR). Результаты будут использованы в работах по машине UGCV и всей системе FCS.
Управление единой программы по робототехнике (JRP) министерства обороны разрабатывает безэкипажные наземные машины (UGV), которые могут выполнять множество задач. Они делятся на пять основных категорий: разведка, наблюдение и обнаружение целей (RSTA); боевые действия на урбанизированной местности (MOUT); обезвреживание неразорвавшихся боеприпасов; предотвращение несанкционированного доступа (использование "робототехнических часовых" для охраны объектов); операции по разминированию. Единая программа по робототехнике включает разработки по семейству тактических безэкипажных машин (FTUV) и переносным робототехническим системам, осуществляемые управлением единой программы по безэкипажным наземным машинам/системам. Программа FTUV включает разработку по тактическим безэкипажным наземным машинам (TUGV) для обеспечения выполнения задач по разведке, наблюдению и обнаружению целей (RSTA) и обнаружению ядерных, биологических и химических средств. Согласно официальным документам, "важнее всего то, что машина TUGV будет перемещать командиров бригад и батальонов с нижней части системы тактической разведки. Безэкипажные системы, действующие за линией фронта, обеспечивают повышение боевых возможностей войск, когда машины TUGV сообщают о характере местности, обнаруживают противника, определяют местонахождения препятствий, обнаруживают цели, химические пары и передают эту информацию непосредственно тем, кто в ней больше всего нуждается – боевому штабу командира батальона".
Будет, по крайней мере, два варианта этой машины. Легкая тактическая безэкипажная машина (TUV-L) представляется как переносной робот с рядом датчиков, включая датчики для действий против снайперов и наблюдения сквозь стены. Более крупная средняя тактическая безэкипажная машина (TUV-M) будет обеспечивать потребности морской пехоты США и пехотного центра сухопутных войск США в выполнении задач по разведке/наблюдению и инженерной разведке.
Программа FTUV включает: показ перспективной технологии концепции MOUT (боевых действий на урбанизированной местности); эксперимент перспективных боевых действий (AWE) объединенных сил быстрого реагирования, осуществленный осенью 2000 г.; робот SARGE, разработанный центром систем с элементами искусственного интеллекта и робототехники в научно-исследовательских лабораториях Sandia National Laboratories, и программу Demo III.
Наземная аппаратура наблюдения и разведки (SARGE) прошла обширные испытания по проверке концепции в разведывательном батальоне в пехотном училище сухопутных войск США и участвовала в нескольких экспериментах перспективных боевых действий. В мае 2000 г. она действовала с привязным аэростатом в качестве платформы ретранслятора. Программа сухопутных войск США по компактным ретрансляторам и датчикам могла бы, в конечном счете, привести к участию безэкипажной наземной машины в программе по компактному летательному аппарату – связному стрелка. Сухопутные войска оценивают также использование безэкипажными наземными машинами спутниковой связи.
Научно-исследовательская лаборатория сухопутных войск и командование ТАСОМ сотрудничают по программе Demo III, по созданию полуавтономных платформ первого поколения, кульминацией которой станут полевые испытания четырех экспериментальных безэкипажных машин (XUV) в октябре 2001 г. Габариты машины XUV определены для установки в самолет вертикального взлета и посадки с поворотной винтомоторной группой "Оспри" V-22. Цели разработки включают возможность перемещения со скоростью 64 км/ч на дорогах и 32 км/ч (16 км/ч в ночное время) по пересеченной местности, связь с работающим на расстоянии оператором осуществляется на дальности 10-15 км.


Рис. 1. Экспериментальная безэкипажная машина (XUV), созданная отделением технологии робототехнических систем фирмы General Dynamics Robotic Systems для программы Demo III, имеет массу менее 1150 кг.


Комплект, планируемый для машины XUV, для создания полностью "автономной мобильности" включает: устанавливаемый впереди радиолокатор миллиметрововолнового диапазона (77 ГГц) с частотной модуляцией, непрерывного излучения; РЛС наземного наблюдения сквозь лиственный покров с передней, боковой и задней антеннами; лазерный локатор; установку "управляющей башни" в двух образцах, каждый состоит из тепловизора с охлаждением, цветной и черно-белой телевизионных камер для обеспечения  стереоскопического изображения; установленные в кормовой части стереоскопический прибор ночного видения без охлаждения и дневную телекамеру. Навигация осуществляется с помощью датчиков пути и приемника глобальной системы определения местонахождения (GPS), подающих данные в инерциальную навигационную аппаратуру.
Машина XUV перевозит установленный на мачте комплект RSTA для выполнения задач программы Demo III по обнаружению танка на дальности 6 км и спешенного личного состава на расстоянии 2 км с места и бронированных машин на дальности 1,5 км во время ее движения. Комплект состоит из стабилизированной рамки WESCAM модель 14QS, включающей тепловизор средневолнового диапазона Amber Galileo, лазерный дальномер, цветную телекамеру и РЛС обнаружения. К ним прибавлена восьмиканальная акустическая система опознавания. Первоначальные эксперименты показали, что использование машин XUV значительно увеличивает поражающее действие и живучесть разведывательных рот бригад, разведывательных взводов батальонов.

Подвижные огневые средства

Машина XUV может также перевозить модульную платформу робототехнического применения (RAMP), позволяющую разместить на ней вооружение. В конце 2000 г. во время испытаний с нее выстрелили около дюжины противотанковых ракет LAW и должны последовать испытания с ракетами "Джевелин". Эти испытания предусматривают полностью робототехнический бой. Сухопутные войска США планируют дополнительно объединить технологию Demo III с трехкоординатным датчиком "изображения" и другими коммерческими предметами для показа концепции роботизированного вьючного мула. Это будет исследование метода ведущий – ведомый, который позволит роботизированной платформе следовать по маршруту, установленному солдатом, и действовать в качестве грузового транспорта.
Другие направления работы, относящиеся к семейству тактических безэкипажных машин, включают разработку трехкоординатной аудиосистемы для определения направления звуков от роботизированной платформы.
Целью программы MPRS (переносной робототехнической системы), в которой командование разработки систем ведения боевых действий в космосе и на море ВМС США (SPAWAR) отвечает за техническую разработку и интеграцию систем, является разработка легких роботов для действия в населенных пунктах. Принципом работы командования SPAWAR является создание последующих поколений устройств с возможностями постепенного расширения. Исходный опытный образец участвовал в программе эксперимента сухопутных войск США по концепции прохождения саперами туннелей и канализационных труб в ноябре – декабре 1999 г. Он предназначался для подтверждения концепции использования малых роботов для разведки и расчистки туннелей, канализационных труб и убежищ во время боевых действий на урбанизированной местности.
В этом устройстве используются механические элементы робота Lemming фирмы Foster-Miller (см. ниже), несущего множество датчиков для осуществления навигации и избежания столкновений. Обратная связь с пользователем включена в переносную робототехническую систему (MPRS) второго поколения, основанную на варианте шестиколесного тактического адаптивного робота фирмы Foster-Miller (TAR), перевозящего видеокамеру, оснащенную 24х объективом с переменным фокусным расстоянием. Она установлена в сочлененном мундштуке датчика, который может отклоняться на 90° вверх и вниз от горизонтали. Четыре образца системы MPRS участвовали в учениях, проводимых 10-й горно-пехотной дивизией с марта по июнь 2000 г., после которых они участвовали в эксперименте перспективных боевых действий объединенных сил быстрого реагирования.
Управление DARPA начало свою программу по тактическим мобильным средствам робототехники (TMR) в 1997 г., причем командование ТАСОМ действовало как главный представитель, а командование SPAWAR обеспечивало техническое руководство. Показы  с объединенными системами планируются на наступающий год, после чего технология будет передана военным разработчикам.
Целью программы является разработка роботов, оснащенных системой датчиков, задачу которым ставит и управляет ими оператор и которые достаточно малы, чтобы можно было поместить их в рюкзак и все же достаточно большие, чтобы быть полезными в военном отношении. Небольшие согласованные группы от двух до десяти таких платформ с дополнительными возможностями будут действовать полуавтономно на сложной местности (такой как городские улицы и в помещениях), выполняя задачи которые люди не могут выполнять без риска (как в случае зараженных районов или разрушенных строений).


Рис. 2. Фирма SAIC разработала малого блочного робота (Su Bot) как дополнение к программе по тактическим мобильным средствам робототехники управления DARPA, по которой он действовал как заменитель робота Throwbot, разрабатываемого лабораторией Draper Labs. Su Bot представляет собой сферу диаметром 16 см с двумя колесами (оснащенными направляющими шириной 4 см) и хвостовым стабилизатором, с управлением заносом, которое позволяет ему вращаться вокруг своей оси

Система TMR включает как ранцевые (Packbot), так и сбрасываемые (Throwbot) устройства. Первые включают два варианта: Packbot-Perceiver, оптимизированный для разведки, разрабатываемый лабораторией ракетных двигателей НАСА, и Packbot-Effector, который специализируется на манипулировании, он поставляется фирмой iRobot (ранее фирма IS Robotics). Лаборатория Draper Labs отвечает за устройство Throwbot. Эта работа включает также взаимодействие в звене "человек-робот" (HRI). Носимый блок, разрабатываемый фирмой Raytheon, позволяет оператору управлять группой устройств.



Рис. 3. Робот для действий на урбанизированной местности, который фирма iRobot разработала для программы TMR управления DARPA. Его масса 10,5 кг, длина 80 см, ширина 50 см. На ровной поверхности он может проходить 1,6 м/с и может взбираться по ступенькам
Управление DARPA провело ряд экспериментов в заброшенном военном госпитале в Форт-Сэм-Хаустон, шт. Техас, в поддержку программы TMR. В 1999 г. в них использовалось устройство Radbot – модернизированное ActieMedia Pioneer-AT – в качестве заменителя устройства Packbot.

Машина перевозила приемник глобальной системы определения местонахождения и портативную ЭВМ, последняя работает на программном обеспечении MissionLab, с сонарами для избежания столкновения с препятствиями. Они позволяли ей удерживаться  в пределах ±10 см от правильного положения в течение 95 % времени. Для этапов работы внутри помещения управление DARPA добавляло телевизионную камеру EVI-D3 фирмы Sony и усовершенствованную портативную ЭВМ. Когда робот обнаруживал объект, представляющий интерес, например, стандартное условное обозначение "опасность поражения боевыми биологическими средствами" на стене или двери, он посылал оповещение на пульт управления и отправлял сообщение по электронной почте (e-mail) с изображением. В последующих испытаниях использовался робот для действий на урбанизированной местности (Urban Robot), разработанный фирмой iRobot.

Подводный робот

Эта же фирма разработала также автономный шагающий подводный аппарат Ariel 2 – донный трактор одноразового применения – при совместной поддержке управления DARPA и управления HUP BMC (ONR). Электронная аппаратура размещена в ударопрочной и водонепроницаемой камере корпуса. Она позволяет ему разминировать зону прибоя или проверять мостовые опоры. Устройство имеет шесть ног, подобных ногам краба, каждая с двумя степенями свободы, что позволяет ему взбираться на препятствия и преодолевать расщелины. Робот включает встроенную систему датчиков состояния корпуса и органов управления, которые позволяют ему быстро реагировать на изменение условий путем изменения его  положения и захвата на дне океана.
Устройство Ariel 2 демонстрировало свои возможности обнаруживать имитируемые мины на суше и на мелководье во время испытаний на станции береговых систем научно-исследовательского центра проблем надводной войны ВМС в Панама-Сити в штате Флорида. Робот осуществлял также ходьбу, становление в позу и сохранение положения (ходьбу по прямой линии по компасному курсу) частично или полностью в подводном положении.
Фирма iRobot и исследовательская лаборатория ВВС США продемонстрировали также способность робота Ariel 2 реагировать на окружающую обстановку при использовании программного обеспечения с автоматической адаптацией, которое фирма разработала по контракту управления DARPA. Это позволяет роботу компенсировать недостаточность сенсорной информации, выдерживать отказы привода и выбирать поведение, необходимое для достижения целей. Робот Ariel 2 сможет, вероятно, дополнительно извлечь пользу из программы по распределенной акустической подвижной локации, осуществляемой фирмой iRobot при финансировании управлением ONR, что позволяет роботам, действующим на мелководье, определять свое местонахождение по отношению друг к другу.
Фирма Foster-Miller также разработала семейство амфибийных роботов для противоминной борьбы и других применений, включая серию Lemming и тактических адаптивных роботов (TAR) (см. выше), во всех из них используются те же принципы привода и управления. Стоимость каждого из более мелких представителей этого семейства при поточно-массовом производстве, как сообщает фирма, составит менее 500 долларов США, что позволяет применять их одноразово и в больших количествах. Например, около 60 будут устанавливаться в доставляемой по воздуху мине Mk65 Quickstrike.
Трудные условия, встречаемые во время разминирования в очень мелкой воде и в зоне прибоя, диктовали использование ползания по дну, что сводит до минимума необходимость в регулировке по вертикали и энергии, требуемой для сохранения положения. Это привело фирму Foster-Miller к принятию гусениц, а не ног, с управлением "извиванием" для передвижения. В роботах Lemming используется карабканье и теория диффузии для нахождения целей. Робот перемещается вперед произвольное время (между предварительно заданными пределами) и поворачивает налево или направо на произвольный угол. В течение всего времени это обеспечивает полный охват района поиска без необходимости связи между роботами Lemming или с внешним источником.




Рис. 4. Фирма Foster-Miller  разработала семейство роботов-амфибий с дальностью действия до 30 км, включающее роботов Lemming разных размеров и более крупного робота Sea Dog

Как только робот Lemming нашел цель на дне моря, он скребет поверхность усиковым пробником. Алгоритм, работающий в бортовом процессоре, может отличать звуки, издаваемые изготовленными человеком предметами, такими как стальной корпус мины, и скалами или другими природными объектами. Импульсная система "вихревой индукции" обнаруживает мины, закладываемые в лунку. Затем робот маркирует боевое средство или уничтожает его, используя подрывной заряд.
Фирма Foster-Miller работает с отделом Newport Division научно-исследовательского центра проблем подводной войны ВМС (NUWC) по соглашению о сотрудничестве в области исследований и разработки для улучшения характеристик робота Lemming. Фирма концентрирует свои усилия на таких аспектах платформы, как мобильность, повороты и движение рывками, с датчиками и программированием для охвата района поиска. Совместно с центром NUWC фирма разработала также миниатюрный многоцелевой электронно-оптический контейнер (MiniMOP) для измерения параметров (например, температуры, мутности и солености воды), которые могут воздействовать на работу сонаров или электрооптических датчиков.


Рис. 5. Носимые блоки управления оператора, такие как этот, используемый с роботами фирмы Foster-Miller, позволяют осуществлять многоцелевую операцию. Фирма Cybernet Systems работает по контракту ВМС США над разработкой перспективного носимого устройства сопряжения ЭВМ для управления безэкипажными наземными машинами



Рис. 6. Лаборатория Sandia National Laboratories  выдала лицензию фирме Engineering Technology Inc. (ETI) на создание и продажу роботизированного вездеходного исследовательского лунохода (RATLER), который она первоначально предназначала для использования на Луне
Разведка

Платформы, способные перевозить контейнер MiniMOP, включают робот Sea Dog (морской волк), предназначенный, главным образом, для устранения препятствий, который фирма Foster-Miller разработала по контракту "Нововведенческие исследования мелких фирм" (SBIR) командования кораблестроения и вооружения ВМС США. Фирма работала также по контракту SBIR управления DARPA над разработкой разведывательного робота Sea Snoop (морская ищейка), который предназначен для выполнения разведки на мелководье в поддержку таких операций, как высадка морского десанта. Он может перевозить 600-кГц гидроакустическую станцию бокового обзора с малым углом наблюдения (LGA3S), дальностью действия 20-30 м и охватом полос шириной более 20 м для обнаружения таких предметов, как наклонные стержни и проволочные спирали. Показы включали выполнение задачи в течение месяца с охватом всего 10 км, в течение которого робот LGA3S обнаружил устои моста. Гидроакустическая станция может работать эффективно в воде на глубине менее 50 см, фирма Foster-Miller надеется уменьшить эту глубину примерно до 8 см. Фирма сотрудничала также по контракту SBIR с фирмой Dynamics Technology в исследовании применения гидролокационной станции с синтезированной апертурой для небольших карабкающихся по дну машин, таких как Sea Snoop.
Внутренняя программа НИОКР "Пиранья" фирмы Foster-Miller позволяет ее роботам уничтожать якорные мины на глубине 40 футов (12,192 м). Робот Lemming выпускает устройство длиной 40 см, диаметром 9,5 см и массой 3,6 кг (из которых половину составляет пластичное взрывчатое вещество С-4), которое обнаруживает и захватывает привод якоря мины и скручивает его. Достигнув верха, оно перекручивает и детонирует взрывчатое вещество для уничтожения боевого средства сверху.
Многочисленные роботы, действующие параллельно, могут выполнять некоторые задачи значительно быстрее и при более низких затратах, чем отдельные, более сложные машины. Это особенно верно в отношении миниатюрных конструкций, в которых используются такие технологии, как микроэлектроника, микроэлектромеханические системы (MEMS), "толковые" материалы и перспективные методы компоновки и аккумулирования энергии. Такие конструкции могут применяться в небольших датчиках, устанавливаемых на прыгающих роботах для обнаружения минных полей; при проникновении в города для сбора разведывательных данных через трубопроводы и канализационные трубы; при развертывании больших количеств роботов, действующих как ложные цели, или использовании крайне малых аппаратов, которые могут вводиться для открывания дверного замка.



Рис. 7. Миниатюрная автономная роботизированная машина (MARV) лаборатории Sandia National Laboratories имеет габариты всего 2,5х2,5х2,5 см, но содержит все необходимое: источник энергии, датчики, ЭВМ и органы управления

Концепции из природы

Управление DARPA финансирует некоторые усилия в этой области, многие из которых черпают замыслы из природы. Его программа по распределенной робототехнике концентрируется на разработке сухопутных или водных устройств, имеющих габариты менее 5 см каждый, которые могут взаимодействовать для выполнения сложных задач. Так как такие роботы подобны по размеру маленьким животным и насекомым, они могут использовать биологически стимулированные методы передвижения, такие как прыгание, лазание, ползание. Дополнительное программное обеспечение для программы по распределенной робототехнике концентрируется на технологиях управления, объединения в сеть и вычислительной технике, которые позволят большому количеству роботов с крайне ограниченными индивидуальными ресурсами коллективно достигать результатов за счет поведения, подобного поведению муравьев или медоносных пчел.




Рис. 8. Миниатюрные роботы, такие как эта механическая змея S5, могут имитировать способы передвижения, обнаруженные в природе


Рис. 9. Лаборатория Sandia National Laboratories разработала и продемонстрировала всего за три месяца в конце 1980-х годов роботизированную внедорожную мину Fire Ant (огненный муравей). В Fire Ant использовалась дистанционно управляемая вездеходная машина, перевозящая видеокамеру и ударное ядро (EFP), разработанное в лаборатории Sandia

С контрактами по распределенной робототехнике работают несколько групп из академических организаций и промышленности. Университет Case Western Reserve University разрабатывает устройства, которые могут передвигаться и прыгать подобно сверчкам. В них используются сенсоры осязания, подобные ресничкам насекомых (маленькие волоски) с приспособлениями на базе микроэлектромеханических систем для измерения углов в сочленении ног и микроклапанами для управления приводами роботов.
Duke University и Nekton Technologies создают роботов Micro Hunters (микроохотники): водных роботов, которые могут следить за одним из нескольких векторных полей – электромагнитным (включая магнитное поле Земли), акустическим, градиента давления (такого как высота водяного столба) или световым – 3D (пространстве) к его источнику. Они следуют во время движения по спиральной траектории подобно мелким водяным организмам, что позволяет датчику охватить широкую картину.
Мичиганский государственный университет работает над "роботизированным дюймовым червяком", который имеет присоски с микронасосами, размещенные в его конечностях, что позволяет этому устройству взбираться по стеклу или другим гладким поверхностям. Ленточное приспособление заставляет следующую ногу двигаться за передней ногой при вертикальном карабкании. Высокочувствительные алмазные датчики, включенные в конструкцию, позволяют роботу изучать его окружение. Это устройство может перевозить камеру в присоске вместе с микросхемой связи для разведки в здании.

Прыгающий робот

Государственный университет Северной Каролины разработал простого прыгающего робота на одном приводе. Четкое движение генерируется двухмерной пьезоэлектрической консольной системой, которая позволяет чередовать движение вверх и вниз, назад-вперед разных пар ног. Каждая нога может перемещаться на несколько миллиметров, позволяя роботу передвигаться по ровной или покрытой галькой местности. Для преодоления более крупных препятствий необходимая подвижность создается за счет скачкообразного движения. Приводимая в действие пьезоэлектрическим способом пружина сжимается, затем освобождается для обеспечения прыжка обычно на 1-5 см. Миниатюрный модуль управления включает также радиочастотный дальномер, позволяющий осуществлять простое определение собственного местоположения, и магнитный компас.

Рис. 10. Лаборатория Santa National Laboratories разработала по контракту с управлением DARPA семейство прыгающих роботов. Потенциальные применения включают разведку и действие в качестве самодвижущейся мины

Университет Мичигана разрабатывает летающего робота, создаваемого главным образом из кремния. Основным компонентом является микропривод нового класса, основанный на резонаторе Гельмгольца, который создает зону низкого давления в акустическом эжекторе. Цепочка этих эжекторов с отношением осевого давления к массе, превышающим 10 раз, устанавливается на кремниевой пластине, центр которой содержит элементы обработки и связи, и служит для создания подъема. Отдельная цепочка направленных эжекторов может обеспечивать управление.
Исследовательский центр Polo Alto фирмы Xerox разрабатывает роботизированные модули, каждый из которых менее 5 см в ширину, в форме двенадцатигранников. Они имеют возможность взаимосвязываться и перекомпоновываться в разные формы. Робот определяет свою лучшую компоновку (которая может включать 100-200 модулей) и способ движения.
Программа по подобным, способным к изменению компоновки роботам (CONRO), осуществляемая университетом Южной Калифорнии, концентрируется на малых, модульных и высокоманевренных устройствах, которые способны автономно осуществлять изменение компоновки и саморемонт. Робот CONRO состоит из многочисленных модулей Spiderlink, каждый из которых включает двигатель, две муфты, сплав с эффектом запоминания формы, микропроцессор АС-1/х, финансируемый управлением DARPA, несколько кристаллов памяти и датчиков и дуплексную радиосвязь.
Фирма iRobot работает над связанными технологиями по программе контролируемых биологических систем управления DARPA. Фирма разрабатывает небольшой автономный шагающий по стенам аппарат Gecko в сотрудничестве с университетом Калифорнии, г. Беркли. Последний исследует поступь и методы перехода по поверхности многих лазающих насекомых, ящериц и земноводных, особенное внимание уделяя гекконовой ящерице. Сочетание пальца ноги, развернутого более чем на 180°, когтей и сложного строения подушечки ноги, покрытой микроскопической щетиной, позволяет животному цепляться вверх ногами и взбираться почти на любую вертикальную поверхность.



 Рис. 11. MATILDA фирмы Mesa Associates, масса которой 18 кг, разъединяется на шасси и два комплекта гусениц для транспортировки. Робот может нести полезную нагрузку 70 кг и буксировать прицеп массой 215 кг

Рейнджеры и разведчики

Университет Миннесоты разрабатывает распределенную систему, которая включает два типа устройств: "рейнджера", который входит в зону цели и выпускает более мелких "разведчиков" для выполнения специализированных задач. Разведчики такого же размера, как 40-мм граната, что позволяет бросать их или выстреливать из гранатомета М-203, устанавливаемого на винтовке М-16. Поддон поглощает большую часть удара при пуске и позволяет разведчику пробиться через оконное стекло. Пенопластовые колесики на каждом конце расширяются примерно до 5 см в диаметре, позволяя роботу вращаться, а приводимый в действие пружиной привод обеспечивает ему возможность прыгать на высоту почти 1 м.
В дополнительной финансируемой управлением DARPA программе по "Автономной подвижной микросистеме 2" фирма iRobot работает над заделыванием радиоуправляемых подвижных датчиков в корпуса диаметром 40 мм, которые могут выстреливаться из гранатомета. Устройство должно выдерживать нагрузку 10000 g, перемещать датчик на расстояние до 2 м от места падения и затем передавать данные оператору, который может находиться на удалении 250 м.

Рис. 12. Большая часть работы по военным роботам за пределами США концентрируется на телеуправляемых инженерных машинах. Управление оценки и НИОКР министерства обороны Великобритании (DERA) разработало дистанционно управляемые машины: 210-кг Bison (слева) и 35-кг Groundhog (справа) для разведки и обезвреживания взрывоопасных предметов военной техники
  




Рис. 13. Министерство обороны Великобритании недавно заключило два контракта на этап конкурсной оценки его системы обнаружения, нейтрализации мин и проверки маршрута (MINDER), которая, как ожидают, будет включать робототехнические технологии. Фирма Hunting Engineering возглавляет группу, в которую входит фирма UK Robotics, разрабатывающая перспективного телеуправляемого контролера и участвующая в нескольких программах Великобритании/США


Mark Hewish. G1, Robot. Jane's International Defense Review,
January 2001, p. 



Комментариев нет:

Отправить комментарий

Follow by Email