Беспилотное наземное транспортное средство (БНТС) — наземное транспортное средство , функционирующее без экипажа (без пилота ) на борту.

БНТС находят применение там, где присутствия оператора -человека неудобно, опасно или невозможно. Как правило, транспортное средство оснащено набором датчиков для наблюдения за окружающей средой, и либо самостоятельно принимает решения о своём поведении, либо передаёт информацию с датчиков оператору-человеку, управляющему им по радиоканалу . БНТС является наземным аналогом беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и дистанционно управляемых подводных транспортных средств . Беспилотная робототехника активно разрабатывается как для гражданского, так и , чтобы выполнять различные монотонные и опасные задачи.

История

В октябре 1921 года в журнале , выпускаемом компанией RCA , был описан рабочий экземпляр машины с дистанционным управлением . Автомобиль был беспилотным, и управлялся беспроводным способом по радиоканалу; предполагалось, что эта технология может быть перенесена на танки . В 1930-х годах в СССР был разработан телетанк — танк без экипажа, дистанционно управляемый по радиосвязи из другого танка . Их использовали в советско-финской войне (1939—1940 гг.) и во время Великой Отечественной войны . В 1941 году британцы разработали радиоуправляемую версию своего пехотного танка Matilda II . Известный как «Чёрный Принц», он по замыслу предназначался для огня из скрытых противотанковых пушек или для миссий уничтожения. Но, из-за больших затрат на преобразование системы трансмиссии бака в коробки передач типа Вильсона, заказ на 60 танков был отменён .

С 1942 года немцы использовали гусеничные самоходные мины «Голиаф» . «Голиаф» — это небольшое гусеничное транспортное средство, несущее 60 кг взрывчатки и управляемое оператором через кабельную линию связи. Его прототипом послужил миниатюрный французский гусеничный транспорт, обнаруженный немцами после разгрома Франции в 1940 году. Большая стоимость, низкая скорость, зависимость от кабеля для управления и слабая защита от оружия обусловили недостаточную эффективность Голиафа.

Первые заметные работы по разработке мобильных роботов берут начало в 1960-х годах. В результате исследований DARPA был создан робот Shakey . Shakey располагался на и был оснащён телекамерой, датчиками и компьютером , которые вместе обеспечивали управление навигационными задачами для перемещения деревянных блоков по команде оператора.

За несколько лет до событий на Чернобыльской атомной электростанции в производственном объединении «Сибцветметавтоматика», в Красноярске под руководством Михаила Царегородцева разрабатывалась радиоуправляемая автоматическая система для тракторов - бульдозеров , её готовили для использования при производстве работ в опасных условиях, чтобы не подвергать опасности жизнь человека при разработке горных выработок и строительстве тоннелей, сопряжённых с возможными обрушениями породы, в том числе, предполагались и другие случаи для её применения. И такой трагический случай наступил в Союзе ССР произошла авария на ЧАЭС . Инженеры и специалисты производственного объединения «Сибцветметавтоматики» одними из первых выехали в Чернобыль . А с Челябинского тракторного завода в зону бедствия были отправлены бульдозеры . Специалисты «Сибцветметавтоматики» в кратчайшие сроки времени оборудовали семь тяжёлых бульдозеров марки ДЭТ-250 системой радиоуправления, что позволило производить расчистку заражённой территории вокруг ЧАЭС в местах с высокой радиацией без участия тракторист-машинистов .

Конструкция

Беспилотные наземные транспортные средства, как правило, имеют следующие компоненты: платформу, датчики, системы управления, интерфейс управления, канал связи и функции системной интеграции.

Платформа

Платформа состоит из аппарата движителя, датчиков и источника питания. Распространённые варианты движителя — гусеницы , колёса, ноги. Платформа может быть основана на конструкции мотовездехода , иметь сочленённый корпус, а некоторые могут соединяться с другими платформами .

Датчики

Основное предназначение датчиков — навигация и определение типа окружающей среды. Могут использоваться компасы , одометры , инклинометры , гироскопы , камеры для триангуляции, лазерные и ультразвуковые дальномеры , инфракрасные датчики .

Системы управления

Транспорт может управляться удалённо оператором или иметь автономное поведение, также возможно комбинированное управление, когда оператор может вмешаться в автономное поведение.

Удалённое управление

Дистанционно управляемое БНТС — это транспортное средство, управляемое оператором через интерфейс . Все действия задаются оператором на основе прямого визуального наблюдения или удалённо с помощью датчиков, таких как цифровые видеокамеры . В качестве простого примера можно привести игрушечный автомобиль на дистанционном управлении. Для дистанционного управления современными БНТС используют средства радиосвязи .

Автономное управление

Автономный БНТС — это по сути автономный робот , работающий без вмешательства человека, на основе технологий искусственного интеллекта . На основе сигналов датчиков автомобиль формирует понимание окружающей среды, которое затем используется алгоритмами управления для определения действий машины в контексте поставленной задачи. Таким образом, отпадает необходимость в операторе, надзирающим за действиями машины.

Полностью автономный робот способен:

• собирать информацию об окружающей среде, например, создавать карты внутренних помещений в зданиях;
• определять целевые объекты, такие как люди и транспортные средства;
• передвигаться между без помощи человека;
• работать длительное время без вмешательства человека;
• избегать ситуаций, вредных для людей, частной собственности или себя, если это не входит в его задачи;
• устранять взрывчатые вещества или оружие;
• ремонтировать себя без посторонней помощи.

Робот также может самообучаться . Автономное обучение включает в себя способность:

• учиться или получать новые возможности без посторонней помощи;
• подстраивать стратегии поведения под окружающую среду;
• приспосабливаться к окружающей среде без внешней помощи;
• разрабатывать этические установки на цели миссии.

Одним из критических аспектов, которые следует учитывать при разработке вооружённых автономных машин, является различение комбатантов и гражданских лиц . Его неправильная реализация может быть губительной. Это особенно верно в современную эпоху, когда комбатанты во избежание обнаружения часто намеренно маскируются под гражданских. Даже если робот будет распознавать комбатантов с точностью 99 %, количество гражданских потерь может быть катастрофическим. Поэтому отправка полностью автономных машин в настоящий бой маловероятна, по крайней мере, пока не будет разработано удовлетворительное решение.

Интерфейс управления

В зависимости от типа системы управления в интерфейс между машиной и человеком-оператором могут входить: джойстик, компьютерные программы, голосовые команды .

Канал связи

Связь между БНТС и пунктом управления может осуществляться по радиоканалу или по оптоволокну. Также возможна связь с другими машинами и роботами, участвующими в операции .

Системная интеграция

Системная архитектура осуществляет взаимодействие между аппаратным и программным обеспечением и определяет успех и автономность БНТС .

Области применения

Существует большое разнообразие БНТС. Преимущественно они используются для замены людей в опасных ситуациях, таких как обезвреживание взрывных устройств, где требуется дополнительная сила и малый размер, или где людям сложно пройти. Военные применения — это наблюдение, разведку и огневое поражение целей. Они также используются в таких отраслях, как сельское хозяйство, добыча ископаемых и строительство .

БНТС также используются в миротворческих операциях, наземного наблюдения, проведения полицейских и военных операций в городах . Также их используют в спасательных миссиях, впервые они были задействованы для поиска выживших после терактов 11 сентября 2001 года в США .

Космические программы

NASA для проекта Mars Exploration Rover построило два БНТС, марсоходы « Спирит » и « Оппортьюнити », которые удалось использовать за пределами изначальных параметров. Этому способствовали оснащение избыточными системами, принятие долгосрочных решений и аккуратное обращение . Марсоходы Оппортьюнити и Спирит, шестиколёсные наземные аппараты, работающие на солнечной энергии , были запущены в июле 2003 года и отправлены на противоположные стороны Марса в январе 2004 года. Марсоход «Спирит» выполнял миссию на протяжении срока в 20 раз больше ожидаемого, пока не попал в ловушку из глубокого песка в апреле 2009 года . Оппортьюнити проработал более 14 лет вместо предполагаемого срок службы в 3 месяца. Марсоход Кьюриосити появился на Марсе в сентябре 2011 года, его первоначальная двухлетняя миссия была продлена на неопределённый срок.

Гражданские и коммерческие программы

Среди гражданских применений БНТС следует отметить автоматизацию процессов в промышленности и другом производстве . Также были разработаны автономные экскурсоводы для Музея естественной истории Карнеги и Швейцарской национальной выставки «Expo» .

Сельское хозяйство

БНТС используются как сельскохозяйственные роботы . Беспилотный уборочный трактор может работать круглосуточно, что позволяет уложиться в короткие сроки. БНТС также используются для опрыскивания и прореживания растений , мониторинга здоровья сельскохозяйственных культур и скота .

Промышленность

В промышленности БНТС используют для транспортировки материалов , такие машины называют автоматически управляемое транспортное средство . В аэрокосмической промышленности БНТС используют для точного позиционирования и транспортировки тяжёлых, крупногабаритных деталей между производственными участками, что менее трудоёмко, чем использование крупных кранов, а также позволяет избегать привлечения людей в опасные зоны .

Горное дело

БНТС используют для прохождения и картирования туннелей . Применяя комбинацию радарных , лазерных и визуальных датчиков, БНТС осуществляют 3D-картографирование в открытых шахтных рудниках .

Логистика

БНТС находят широкое применение в системах управления складами: перевозка и складирование грузов с помощью автономных вилочных погрузчиков и конвейеров, сканирование и инвентаризация .

Чрезвычайные ситуации

БНТС применяют в различных чрезвычайных ситуациях, таких как поисково-спасательные операции , пожаротушение и работы в условиях ядерной аварии . После аварии 2011 года на фукусимской АЭС в Японии БНТС использовались для картографирования и оценки инфраструктуры в районах с повышенным излучением .

Военное использование

БНТС применяются в военных целях: обезвреживание взрывчатки, погрузка тяжестей, ремонт техники под огнём противника. Количество роботов, используемых в Ираке, возросло со 150 единиц в 2004 году до 5000 в 2005, к концу 2005 года они обезвредили более 1000 придорожных взрывных устройств (Carafano & Gudgel, 2007). К 2013 году армия США закупила 7000 таких машин, из которых 750 были уничтожены . Военные используют технологию БНТС для разработки оснащённых пулемётами и гранатомётами роботов, которые могут заменить солдат .

Личный транспорт

См. также

• Боевой робот

Примечания

Литература

• Carafano, J., & Gudgel, A. (2007). The Pentagon’s robots: Arming the future [Electronic version]. Backgrounder 2093, 1-6.
• Gage, Douglas W. UGV History 101: A Brief History of Unmanned Ground Vehicle (UGV) Development Efforts. San Diego: Naval Ocean Systems Center, 1995. Print.
• Singer, P. (2009a). Military robots and the laws of war [Electronic version]. The New Atlantis: A Journal of Technology and Society , 23, 25-45.
• Singer, P. (2009b). Wired for war: The robotics revolution and conflict in the 21st century. New York: Penguin Group.

Ссылки

• Sathiyanarayanan (неопр.) (13 июня 2012).