Беспилотное наземное транспортное средство

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Беспилотное наземное транспортное средство (БНТС) — наземное транспортное средство, функционирующее без экипажа 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[1]. БНТС является наземным аналогом беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), дистанционно управляемых подводных транспортных средств и беспилотных надводных аппаратов. Беспилотная робототехника активно разрабатывается как для гражданского, так и военного использования, чтобы выполнять различные монотонные и опасные задачи.

Радиоуправляемый автомобиль. Дейтон, штат Огайо, 1921 год.
Беспилотный робот-танк.

В октябре 1921 года в журнале World Wide Wireless, 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[2]. 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[3].

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 колёсной платформе 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

[править | править код]

Беспилотные наземные транспортные средства, как правило, имеют следующие компоненты: платформу, датчики, системы управления, интерфейс управления, канал связи[1] и функции системной интеграции.

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[4].

Основное предназначение датчиков — навигация и определение типа окружающей среды. Могут использоваться компасы, одометры, инклинометры, гироскопы, камеры для триангуляции, лазерные и ультразвуковые дальномеры, инфракрасные датчики[5][6].

Системы управления

[править | править код]

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

Guardium используется силами израильских сил обороны для участия в операциях по охране границ.

Удалённое управление

[править | править код]
Робот компании Boston Dynamics разрабатывался как переносчик груза, способный пересекать сложную местность
Роботы Foster-Miller TALON SWORDS оборудованы оружием
БНТС «Леопард Б» компании EuroLink Systems.

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[1].

Автономное управление

[править | править код]

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 путевыми точками 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

[править | править код]

В зависимости от типа системы управления в интерфейс между машиной и человеком-оператором могут входить: джойстик, компьютерные программы, голосовые команды[5].

Канал связи

[править | править код]

Связь между БНТС и пунктом управления может осуществляться по радиоканалу или по оптоволокну. Также возможна связь с другими машинами и роботами, участвующими в операции[5].

Системная интеграция

[править | править код]

Системная архитектура осуществляет взаимодействие между аппаратным и программным обеспечением и определяет успех и автономность БНТС[5][7].

Области применения

[править | править код]

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[8].

БНТС также используются в миротворческих операциях, наземного наблюдения, проведения полицейских и военных операций в городах[9]. Также их используют в спасательных миссиях, впервые они были задействованы для поиска выживших после терактов 11 сентября 2001 года в США[10].

Космические программы

[править | править код]

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[5]. 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[11]. 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

[править | править код]

Среди гражданских применений БНТС следует отметить автоматизацию процессов в промышленности и другом производстве[12]. Также были разработаны автономные экскурсоводы для Музея естественной истории Карнеги и Швейцарской национальной выставки «Expo»[5].

Сельское хозяйство

[править | править код]

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[13], мониторинга здоровья сельскохозяйственных культур и скота[14].

Промышленность

[править | править код]

В промышленности БНТС используют для транспортировки материалов[15], 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[16].

Горное дело

[править | править код]

БНТС используют для прохождения и картирования туннелей[17]. Применяя комбинацию радарных, лазерных и визуальных датчиков, БНТС осуществляют 3D-картографирование в открытых шахтных рудниках[18].

БНТС находят широкое применение в системах управления складами: перевозка и складирование грузов с помощью автономных вилочных погрузчиков и конвейеров, сканирование и инвентаризация[19][20].

Чрезвычайные ситуации

[править | править код]

БНТС применяют в различных чрезвычайных ситуациях, таких как поисково-спасательные операции, пожаротушение и работы в условиях ядерной аварии[10]. После аварии 2011 года на фукусимской АЭС в Японии БНТС использовались для картографирования и оценки инфраструктуры в районах с повышенным излучением[21].

Военное использование

[править | править код]

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[22]. Военные используют технологию БНТС для разработки оснащённых пулемётами и гранатомётами роботов, которые могут заменить солдат[23].

Общественный транспорт

[править | править код]
Беспилотный электробус ParkShuttle[англ.], перевозящий пассажиров между Роттердамом и Капелле-ан-ден-Эйссел с 1999 года

Уже существуют беспилотные поезда, в том числе в метро. Такую систему постепенно внедряют в парижском метрополитене, автоматизирована вся система поездов в метро Дубая. В 2016 году в метро Гонконга начали работать составы с системой полного автоматического управления, без кабины водителя. Во многих метрополитенах мира работает система автоматизации 2 и 3-го классов, где машинист требуется только для контроля за работой. В 2018 году в Великобритании между городами Питерборо и Хоршам начал ходить поезд, где машинист отвечает лишь за открытие и закрытие дверей вагонов[24].

В 2019 году в Потсдаме (Германия) началась эксплуатация первого в мире беспилотного трамвая, в 2020 году началась эксплуатация беспилотного трамвая в международном аэропорту Куньмин Чаншуй (КНР)[25].

В 2023 году в Великобритании между Эдинбургом и округом Файф начал работать первый в мире автобусный маршрут с полноразмерными беспилотными автобусами[26].

Личный транспорт

[править | править код]

Примечания

[править | править код]
  1. 1 2 3 Слюсар. Средства связи с наземными роботизированными системами: современное состояние и перспективы. Электроника: наука, технология, бизнес. - № 7 (139). C. 66 - 79. (2014). Дата обращения: 9 мая 2019. Архивировано 12 июля 2019 года.
  2. "Radio Controlled Cars". World Wide Wireless. 2. October 1921. Дата обращения: 20 мая 2016. {{cite journal}}: Неизвестный параметр |laysource= игнорируется (справка)
  3. Fletcher Matilda Infantry Tank 1938-45 (New Vanguard 8). Oxford: Osprey Publishing p40
  4. Gerhart, Grant. Unmanned Ground Vehicle Technology. — 2001. — ISBN 978-0819440594.
  5. 1 2 3 4 5 6 Nguyen-Huu; Titus, Joshua GRRC Technical Report 2009-01 Reliability and Failure in Unmanned Ground Vehicle (UGV). University of Michigan. Дата обращения: 3 сентября 2016. Архивировано 27 мая 2016 года.
  6. Demetriou, Georgios. "A Survey of Sensors for Localization of Unmanned Ground Vehicles (UGVs)". Frederick Institute of Technology. {{cite journal}}: Cite journal требует |journal= (справка)
  7. Ge, Shuzhi Sam. Autonomous Mobile Robots: Sensing, Control, Decision Making and Applications. — CRC Press, 4 May 2006. — P. 584. — ISBN 9781420019445. Источник. Дата обращения: 18 сентября 2022. Архивировано 20 сентября 2022 года.
  8. Hebert, Martial. Intelligent Unmanned Ground Vehicles // Volume 388 of the series The Springer International Series in Engineering and Computer Science / Martial Hebert, Charles Thorpe, Anthony Stentz. — Springer, 2007. — P. 1—17. — ISBN 978-1-4613-7904-1. Архивная копия от 16 сентября 2016 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 5 сентября 2022. Архивировано 16 сентября 2016 года.
  9. Cry Havoc and Let Slip the Bots of War. QwikCOnnect. Glenair. Дата обращения: 3 сентября 2016. Архивировано из оригинала 24 июля 2015 года.
  10. 1 2 Drones for Disaster Response and Relief Operations. Дата обращения: 3 сентября 2016. Архивировано 10 сентября 2016 года.
  11. Wolchover. NASA Gives Up On Stuck Mars Rover Spirit. Space.com. Дата обращения: 12 сентября 2016. Архивировано 21 июля 2016 года.
  12. Khosiawan, Yohanes (2016). "A system of UAV application in indoor environment". Production & Manufacturing Research: An Open Access Journal. 4 (1): 2—22. Дата обращения: 3 сентября 2016. {{cite journal}}: Неизвестный параметр |lastauthoramp= игнорируется (|name-list-style= предлагается) (справка)
  13. Tobe. Are ag robots ready? 27 companies profiled. The Robot Report (18 ноября 2014). Дата обращения: 12 сентября 2016. Архивировано из оригинала 10 августа 2016 года.
  14. Klein. Cattle-herding robot Swagbot makes debut on Australian farms. New Scientist. Дата обращения: 12 сентября 2016. Архивировано 2 июля 2018 года.
  15. Borzemski, Leszek. Information Systems Architecture and Technology: Proceedings of 36th International Conference on Information Systems Architecture and Technology – ISAT 2015 / Leszek Borzemski, Adam Grzech, Jerzy Świątek … [и др.]. — Springer, 2016. — ISBN 9783319285559.
  16. Waurzyniak, Patrick. "Aerospace Automation Stretches Beyond Drilling and Filling". Manufacturing Engineering. Архивировано 2 марта 2022. Дата обращения: 3 сентября 2016.
  17. Hatfield. Use of UAV and UGV for Emergency Response and Disaster Preparedness in Mining Applications. Дата обращения: 3 сентября 2016. Архивировано из оригинала 16 сентября 2016 года.
  18. Robots Explore Dangerous Mines with Novel Fusion Sensor Technology. Robotics Tomorrow. Дата обращения: 12 сентября 2016. Архивировано 18 сентября 2016 года.
  19. Automation and Computers (28 августа 2016). Дата обращения: 12 сентября 2016. Архивировано 13 октября 2016 года.
  20. More robots, inside and outside the warehouse. Transport and Logistics News. Дата обращения: 12 сентября 2016. Архивировано из оригинала 9 октября 2016 года.
  21. Siciliano. Ошибка: не задан параметр |заглавие = в шаблоне {{публикация}}. — ISBN 9783319325521.
  22. Māris Andžāns, Ugis Romanovs. Digital Infantry Battlefield Solution. Concept of Operations. Part Two. — Riga Stradins University. — 2017.
  23. Поезда подземок мира без машинистов: преимущества и нюансы
  24. Искусственный интеллект встал на рельсы
  25. Первый в мире автобусный маршрут с полноразмерными беспилотными автобусами запустили в Великобритании

Литература

[править | править код]
  • 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.