Ett obemannat markfordon (UAV) är ett markfordon som fungerar utan besättning (utan pilot ) ombord.
BNTS hittar applikationer där närvaron av en mänsklig operatör är obekväm, farlig eller omöjlig. Som regel är fordonet utrustat med en uppsättning sensorer för att övervaka miljön, och antingen självständigt fattar beslut om dess beteende, eller överför information från sensorerna till en mänsklig operatör som styr det via en radiokanal [1] . BNTS är den markbaserade motsvarigheten till obemannade flygfarkoster (UAV) och fjärrstyrda undervattensfarkoster . Obemannad robotik utvecklas aktivt för både civil och militär användning för att utföra olika monotona och farliga uppgifter.
I oktober 1921 beskrevs en fungerande fjärrstyrd maskin i RCA:s World Wide Wireless magazine . Bilen var obemannad, och styrdes trådlöst via radio; man antog att denna teknik kunde överföras till tankar [2] . På 1930-talet utvecklades en teletank i Sovjetunionen - en tank utan besättning, fjärrstyrd av radio från en annan tank . De användes i det sovjetisk-finska kriget (1939-1940) och under det stora fosterländska kriget . 1941 utvecklade britterna en radiostyrd version av sin Matilda II -infanteristridsvagn . Känd som "Black Prince", designades den för att skjuta från dolda pansarvärnsvapen eller för destruktionsuppdrag. Men på grund av den höga kostnaden för att konvertera tankens transmissionssystem till växellådor av Wilson-typ avbröts ordern på 60 tankar [3] .
Från 1942 använde tyskarna Goliath -spårade självgående minor . Goliath är ett litet bandfordon som transporterar 60 kg sprängämnen och styrs av en operatör via en kabellänk. Dess prototyp var en fransk bandvagn i miniatyr som upptäcktes av tyskarna efter Frankrikes nederlag 1940. Den höga kostnaden, låga hastigheten, beroendet av kabel för kontroll och dåligt skydd mot vapen gjorde att Goliath var otillräckligt effektiv.
Det första anmärkningsvärda arbetet med utvecklingen av mobila robotar har sitt ursprung på 1960-talet. Som ett resultat av DARPA- forskning skapades Shakey- roboten . Shakey var placerad på en hjulförsedd plattform och var utrustad med en tv-kamera, sensorer och en dator , som tillsammans gav navigationsuppgiftskontroll för att flytta träklossar på operatörens kommando.
Några år före händelserna vid kärnkraftverket i Tjernobyl i produktionsföreningen "Sibtsvetmetavtomatika", i Krasnoyarsk , under ledning av Mikhail Tsaregorodtsev, utvecklades ett radiostyrt automatiskt system för traktorer - bulldozers , det förbereddes för användning i produktion av arbete under farliga förhållanden, för att inte äventyra människoliv under utveckling av gruvdrift och byggande av tunnlar i samband med möjliga stenkollapser, inklusive andra fall för dess användning. Och en sådan tragisk händelse inträffade i Sovjetunionen , det inträffade en olycka vid kärnkraftverket i Tjernobyl . Ingenjörer och specialister från produktionsföreningen "Sibtsvetmetavtomatika" var bland de första att åka till Tjernobyl . Och bulldozers skickades från Chelyabinsk traktorfabrik till katastrofområdet . Specialister på "Sibtsvetmetavtomatika" på kortast möjliga tid utrustade sju tunga bulldozers av märket DET-250 med ett radiokontrollsystem, vilket gjorde det möjligt att rensa det förorenade området runt kärnkraftverket i Tjernobyl på platser med hög strålning utan deltagande av traktorförare .
Obemannade markfordon har som regel följande komponenter: plattform, sensorer, styrsystem, kontrollgränssnitt, kommunikationskanal [1] och systemintegreringsfunktioner.
Plattformen består av en framdrivningsapparat, sensorer och en kraftkälla. Vanliga framdrivningsalternativ är larver , hjul, ben. Plattformen kan vara baserad på designen av en ATV , ha en ledad kropp, och vissa kan vara kopplade till andra plattformar [4] .
Huvudsyftet med sensorer är navigering och bestämning av typ av miljö. Kompasser , vägmätare , lutningsmätare , gyroskop , trianguleringskameror , laser- och ultraljudsavståndsmätare , infraröda sensorer [ 5] [6] kan användas .
Transporten kan fjärrstyras av operatören eller ha autonomt beteende, och kombinerad styrning är också möjlig när operatören kan störa det autonoma beteendet.
FjärrkontrollEn fjärrstyrd BNTS är ett fordon som styrs av en operatör via ett gränssnitt . Alla åtgärder ställs in av operatören baserat på direkt visuell observation eller på distans med hjälp av sensorer som digitala videokameror . Ett enkelt exempel är en fjärrstyrd leksaksbil. För fjärrstyrning av moderna BNTS används radiokommunikation [1] .
Autonom kontrollAutonomous BNTS är i grunden en autonom robot som fungerar utan mänsklig inblandning, baserad på artificiell intelligens -teknologi . Baserat på sensorsignalerna bildar bilen sig en förståelse av omgivningen, som sedan används av kontrollalgoritmer för att bestämma bilens agerande i samband med uppgiften. Det finns således inget behov av en operatör att övervaka driften av maskinen.
En helt autonom robot kan:
Roboten kan också lära sig själv . Autonomt lärande inkluderar förmågan att:
En kritisk aspekt att tänka på när man designar beväpnade autonoma fordon är skillnaden mellan stridande och civila . Dess felaktiga genomförande kan vara katastrofalt. Detta gäller särskilt i den moderna eran, där kombattanter ofta medvetet maskerar sig som civila för att undvika upptäckt. Även om roboten känner igen kombattanter med 99 % noggrannhet, kan antalet civila offer vara katastrofalt. Därför är det osannolikt att skicka helt autonoma fordon i verklig strid, åtminstone tills en tillfredsställande lösning har utvecklats.
Beroende på typ av styrsystem kan gränssnittet mellan maskinen och den mänskliga operatören innefatta: joystick, datorprogram, röstkommandon [5] .
Kommunikation mellan BNTS och kontrollpunkten kan utföras via en radiokanal eller via en optisk fiber. Det är också möjligt att kommunicera med andra maskiner och robotar som är involverade i verksamheten [5] .
Systemarkitekturen implementerar interaktionen mellan hårdvara och mjukvara och bestämmer framgången och autonomin för BNTS [5] [7] .
Det finns ett brett utbud av BNTS. De används främst för att ersätta människor i farliga situationer som kassering av explosiva anordningar, där ytterligare styrka och liten storlek krävs, eller där det är svårt för människor att passera. Militära tillämpningar är övervakning, spaning och brandförstöring av mål. De används också inom industrier som jordbruk, gruvdrift och byggande [8] .
BNTS används också i fredsbevarande operationer, markövervakning, polis och militära operationer i städer [9] . De används också i räddningsuppdrag, för första gången användes de för att söka efter överlevande efter terrorattackerna den 11 september 2001 i USA [10] .
NASA för Mars Exploration Rover -projektet byggde två BNTS, Spirit och Opportunity rovers , som kunde användas utöver de ursprungliga parametrarna. Detta underlättades genom att utrusta med redundanta system, fatta långsiktiga beslut och noggrann hantering [5] . Roverarna Opportunity och Spirit, sexhjuliga soldrivna landfordon, lanserades i juli 2003 och skickades till motsatta sidor av Mars i januari 2004. Spirit-rovern var på ett uppdrag 20 gånger längre än väntat tills den fångades i djup sand i april 2009 [11] . Opportunity har fungerat i mer än 14 år istället för den förväntade livslängden på 3 månader. Curiosity-rovern landade på Mars i september 2011, dess ursprungliga tvååriga uppdrag förlängdes på obestämd tid.
Bland civila tillämpningar av BNTS bör automatisering av processer inom industri och annan produktion noteras [12] . Autonoma guider har också utvecklats för Carnegie Museum of Natural History och den schweiziska nationella utställningen "Expo" [5] .
JordbrukBNTS används som jordbruksrobotar . Den obemannade skördetraktorn kan arbeta dygnet runt, vilket gör att du kan hålla korta deadlines. BNTS används också för besprutning och gallring av växter [13] och övervakning av hälsan hos grödor och boskap [14] .
IndustriInom industrin används BNTS för att transportera material [15] , sådana maskiner kallas automatiskt styrda fordon . Inom flygindustrin används BNTS för exakt positionering och transport av tunga, skrymmande delar mellan produktionsplatser, vilket är mindre mödosamt än att använda stora kranar, och även undviker att locka människor till farliga områden [16] .
GruvdriftBNTS används för passage och kartläggning av tunnlar [17] . Med hjälp av en kombination av radar- , laser- och visuella sensorer utför BNTS 3D-kartläggning i dagbrott [18] .
LogistikBNTS används ofta i lagerhanteringssystem: transport och lagring av varor med hjälp av autonoma gaffeltruckar och transportörer, skanning och inventering [19] [20] .
BNTS används i olika nödsituationer, såsom sök- och räddningsinsatser , brandbekämpning och arbete vid en kärnkraftsolycka [10] . Efter 2011 års olycka vid kärnkraftverket Fukushima i Japan användes BNTS för kartläggning och bedömning av infrastruktur i områden med ökad strålning [21] .
BNTS används för militära ändamål: bortskaffande av sprängämnen, lastning av tunga laster, reparation av utrustning under fiendens eld. Antalet robotar som användes i Irak ökade från 150 2004 till 5 000 2005, och i slutet av 2005 hade de desarmerat över 1 000 sprängladdningar vid vägkanten (Carafano & Gudgel, 2007). År 2013 hade den amerikanska armén köpt 7 000 av dessa maskiner, varav 750 förstördes [22] . Militären använder BNTS-teknik för att utveckla robotar utrustade med maskingevär och granatkastare som kan ersätta soldater [23] .