Vehículo terrestre no tripulado - Unmanned ground vehicle

Este artículo trata sobre la clase general de vehículo. Para el sistema, consulte Sistema de conducción automatizado . Para la aplicación a vehículos de carretera, consulte Automóvil autónomo .
Un vehículo terrestre no tripulado táctico Gladiator

Un vehículo terrestre no tripulado ( UGV ) es un vehículo que opera mientras está en contacto con el suelo y sin presencia humana a bordo. Los UGV se pueden utilizar para muchas aplicaciones en las que puede resultar inconveniente, peligroso o imposible tener un operador humano presente. Generalmente, el vehículo tendrá un conjunto de sensores para observar el entorno y tomará decisiones de manera autónoma sobre su comportamiento o pasará la información a un operador humano en una ubicación diferente que controlará el vehículo a través de la teleoperación .

El UGV es la contraparte terrestre de los vehículos aéreos no tripulados y los vehículos submarinos no tripulados . La robótica no tripulada se está desarrollando activamente para uso civil y militar para realizar una variedad de actividades aburridas, sucias y peligrosas.

Historia

Coche controlado por radio RCA. Dayton, Ohio 1921

Un coche de trabajo con mando a distancia se informó en la edición de octubre de 1921 RCA 's world wide inalámbrica revista. El coche no estaba tripulado y se controlaba de forma inalámbrica por radio; Se pensó que la tecnología podría algún día adaptarse a los tanques. En la década de 1930, la URSS desarrolló Teletanks , un tanque armado con ametralladoras controlado remotamente por radio desde otro tanque. Estos se utilizaron en la Guerra de Invierno (1939-1940) contra Finlandia y al comienzo del Frente Oriental después de que Alemania invadió la URSS en 1941. Durante la Segunda Guerra Mundial, los británicos desarrollaron una versión de control por radio de su tanque de infantería Matilda II en 1941 Conocido como "Príncipe Negro", habría sido utilizado para provocar el fuego de cañones antitanques ocultos o para misiones de demolición. Debido a los costos de conversión del sistema de transmisión del tanque a cajas de cambios tipo Wilson , se canceló un pedido de 60 tanques.

A partir de 1942, los alemanes utilizaron la mina con orugas Goliath para trabajos de demolición remota. El Goliath era un pequeño vehículo de orugas que transportaba 60 kg de carga explosiva dirigida a través de un cable de control. Su inspiración fue un vehículo de orugas francés en miniatura encontrado después de la derrota de Francia en 1940. La combinación de costo, baja velocidad, dependencia de un cable para el control y protección deficiente contra las armas significaba que no se consideraba un éxito.

El primer esfuerzo importante de desarrollo de robots móviles llamado Shakey se creó durante la década de 1960 como un estudio de investigación para la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA). Shakey era una plataforma con ruedas que tenía una cámara de televisión, sensores y una computadora para ayudar a guiar sus tareas de navegación de recoger bloques de madera y colocarlos en ciertas áreas según los comandos. Posteriormente, DARPA desarrolló una serie de robots terrestres autónomos y semiautónomos, a menudo en conjunto con el Ejército de los EE. UU. Como parte de la Iniciativa de Computación Estratégica , DARPA demostró el Vehículo Terrestre Autónomo, el primer UGV que podía navegar de manera completamente autónoma dentro y fuera de las carreteras a velocidades útiles.

Diseño

Según su aplicación, los vehículos terrestres no tripulados generalmente incluirán los siguientes componentes: plataforma, sensores, sistemas de control, interfaz de guía, enlaces de comunicación y características de integración de sistemas.

Plataforma

La plataforma puede basarse en un diseño de vehículo todo terreno e incluye el aparato de locomotora, los sensores y la fuente de energía. Las vías, las ruedas y las patas son las formas comunes de locomoción. Además, la plataforma puede incluir un cuerpo articulado y algunas están hechas para unirse con otras unidades.

Sensores

Un propósito principal de los sensores UGV es la navegación, otro es la detección del entorno. Los sensores pueden incluir brújulas, odómetros, inclinómetros, giroscopios, cámaras para triangulación, telémetros láser y ultrasónicos y tecnología infrarroja.

Sistemas de control

Los vehículos terrestres no tripulados generalmente se consideran operados a distancia y autónomos, aunque el control de supervisión también se usa para referirse a situaciones en las que existe una combinación de toma de decisiones de los sistemas UGV internos y el operador humano remoto.

Guardium utilizado por las Fuerzas de Defensa de Israel para operar como parte de las operaciones de seguridad fronteriza

Operado a distancia

Un UGV operado a distancia es un vehículo controlado por un operador humano a través de una interfaz. Todas las acciones las determina el operador basándose en la observación visual directa o en el uso remoto de sensores como cámaras de video digitales. Un ejemplo básico de los principios del funcionamiento a distancia sería un coche de juguete con mando a distancia.

Algunos ejemplos de tecnología UGV operada a distancia son:

Autónomo

Una empresa de servicios públicos multifuncional / logística y equipo (MULE)

Un UGV autónomo (AGV) es esencialmente un robot autónomo que opera sin la necesidad de un controlador humano sobre la base de tecnologías de inteligencia artificial . El vehículo usa sus sensores para desarrollar una comprensión limitada del medio ambiente, que luego es utilizada por algoritmos de control para determinar la siguiente acción a tomar en el contexto de un objetivo de misión proporcionado por humanos. Esto elimina por completo la necesidad de que cualquier humano vigile las tareas domésticas que el AGV está completando.

Un robot completamente autónomo puede tener la capacidad de:

  • Recopile información sobre el medio ambiente, como mapas de construcción de interiores de edificios.
  • Detecta objetos de interés como personas y vehículos.
  • Viaja entre waypoints sin asistencia de navegación humana.
  • Trabaje por períodos prolongados sin intervención humana.
  • Evitar situaciones que sean perjudiciales para las personas, la propiedad o para sí mismo, a menos que formen parte de sus especificaciones de diseño.
  • Desarmar o eliminar explosivos.
  • Repararse a sí mismo sin ayuda externa.

Un robot también puede aprender de forma autónoma. El aprendizaje autónomo incluye la capacidad de:

  • Aprenda u obtenga nuevas capacidades sin ayuda externa.
  • Ajuste las estrategias en función del entorno.
  • Adáptese al entorno sin ayuda externa.
  • Desarrollar un sentido de ética con respecto a los objetivos de la misión.

Los robots autónomos todavía requieren un mantenimiento regular, como ocurre con todas las máquinas.

Uno de los aspectos más cruciales a considerar al desarrollar máquinas autónomas armadas es la distinción entre combatientes y civiles. Si se hace incorrectamente, el despliegue del robot puede ser perjudicial. Esto es particularmente cierto en la era moderna, cuando los combatientes a menudo se disfrazan intencionalmente de civiles para evitar ser detectados. Incluso si un robot mantuvo una precisión del 99%, la cantidad de vidas civiles perdidas aún puede ser catastrófica. Debido a esto, es poco probable que se envíen máquinas totalmente autónomas a la batalla armadas, al menos hasta que se pueda desarrollar una solución satisfactoria.

Algunos ejemplos de tecnología autónoma UGV son:

Interfaz de orientación

Dependiendo del tipo de sistema de control, la interfaz entre la máquina y el operador humano puede incluir un joystick, programas de computadora o comandos de voz.

Vínculos de comunicación

La comunicación entre UGV y la estación de control se puede realizar a través de radio control o fibra óptica. También puede incluir comunicación con otras máquinas y robots involucrados en la operación.

Integración de sistemas

La arquitectura de sistemas integra la interacción entre hardware y software y determina el éxito y la autonomía de UGV.

Usos

Hay una amplia variedad de UGV en uso en la actualidad. Principalmente, estos vehículos se utilizan para reemplazar a los humanos en situaciones peligrosas, como el manejo de explosivos y en vehículos que desactivan bombas , donde se necesita fuerza adicional o un tamaño más pequeño, o donde los humanos no pueden ir fácilmente. Las aplicaciones militares incluyen vigilancia, reconocimiento y adquisición de objetivos. También se utilizan en industrias como la agricultura, la minería y la construcción. Los UGV son altamente efectivos en operaciones navales, tienen gran importancia en la ayuda del combate de la Infantería de Marina; además, pueden hacer uso de operaciones logísticas en tierra y a flote.

También se están desarrollando UGV para operaciones de mantenimiento de la paz , vigilancia terrestre, operaciones de guardias / puestos de control, presencia en las calles urbanas y para mejorar las redadas policiales y militares en entornos urbanos. Los UGV pueden "atraer el primer fuego" de los insurgentes, lo que reduce las bajas militares y policiales. Además, los UGV ahora se están usando en misiones de rescate y recuperación y se usaron por primera vez para encontrar sobrevivientes después del 11 de septiembre en Ground Zero.

Aplicaciones espaciales

La NASA 's Mars Exploration Rover proyecto incluyó dos UGV, Spirit y Opportunity, que realizaron más allá de los parámetros de diseño originales. Esto se atribuye a sistemas redundantes, manejo cuidadoso y toma de decisiones de interfaz a largo plazo. El Opportunity (rover) y su gemelo, Spirit (rover) , vehículos terrestres de seis ruedas alimentados por energía solar, se lanzaron en julio de 2003 y aterrizaron en lados opuestos de Marte en enero de 2004. El rover Spirit operó nominalmente hasta que quedó atrapado en la arena profunda. en abril de 2009, con una duración de más de 20 veces más de lo esperado. En comparación, Opportunity estuvo en funcionamiento durante más de 14 años más allá de su vida útil prevista de tres meses. Curiosity (rover) aterrizó en Marte en septiembre de 2011, y desde entonces su misión original de dos años se ha extendido indefinidamente.

Aplicaciones civiles y comerciales

Se están implementando múltiples aplicaciones civiles de UGV en procesos automáticos en entornos de fabricación y producción. También se han desarrollado como guías turísticos autónomos para el Museo Carnegie de Historia Natural y la Exposición Nacional de Exposiciones de Suiza.

Agricultura

Los UGV son un tipo de robot agrícola . Los tractores recolectores no tripulados se pueden operar las 24 horas del día, lo que permite manejar ventanas cortas para la recolección. Los UGV también se utilizan para pulverizar y diluir. También se pueden utilizar para controlar la salud de los cultivos y el ganado.

Fabricación

En el entorno de fabricación, los UGV se utilizan para transportar materiales. A menudo están automatizados y se denominan AGV. Las empresas aeroespaciales utilizan estos vehículos para posicionar con precisión y transportar piezas pesadas y voluminosas entre las estaciones de fabricación, que requieren menos tiempo que el uso de grúas grandes y pueden evitar que las personas se involucren en áreas peligrosas.

Minería

Los UGV se pueden utilizar para atravesar y trazar un mapa de túneles mineros. Combinando sensores de radar, láser y visuales, los UGV están en desarrollo para mapear superficies de rocas en 3D en minas a cielo abierto.

Cadena de suministro

En el sistema de gestión de almacenes, los UGV tienen múltiples usos, desde la transferencia de mercancías con carretillas elevadoras y transportadores autónomos hasta el escaneo de existencias y el inventario.

Respuesta de emergencia

Los UGV se utilizan en muchas situaciones de emergencia, incluida la búsqueda y el rescate urbano , la extinción de incendios y la respuesta nuclear. Tras el accidente de la planta de energía nuclear de Fukushima Daiichi en 2011 , los UGV se utilizaron en Japón para la cartografía y la evaluación estructural en áreas con demasiada radiación para justificar la presencia humana.

Aplicaciones militares

BigDog , un robot cuadrúpedo, se estaba desarrollando como una mula que puede atravesar terrenos difíciles.
Pruebas del ejército británico de X-2 con sistemas existentes en 2020
EuroLink Systems Leopardo B
Unidades Foster-Miller TALON SWORDS equipadas con varias armas.
Vehículo terrestre no tripulado de Turquía UKAP
Ripsaw , un UGV de combate en desarrollo diseñado y construido por Howe & Howe Technologies para la evaluación del Ejército de los Estados Unidos.
Robot "tEODor" del ejército alemán destruyendo un IED falso

El uso de UGV por parte de los militares ha salvado muchas vidas. Las aplicaciones incluyen eliminación de artefactos explosivos (EOD) como minas terrestres, carga de artículos pesados ​​y reparación de las condiciones del terreno bajo fuego enemigo. El número de robots utilizados en Irak aumentó de 150 en 2004 a 5000 en 2005 y desarmaron más de 1000 bombas en las carreteras en Irak a fines de 2005 (Carafano & Gudgel, 2007). Para 2013, el Ejército de los EE. UU. Había comprado 7.000 de esas máquinas y 750 habían sido destruidas. El ejército está utilizando tecnología UGV para desarrollar robots equipados con ametralladoras y lanzagranadas que pueden reemplazar a los soldados.

Ejemplos de

SARGENTO

SARGE se basa en un vehículo todoterreno con tracción en las 4 ruedas; el marco de la Yamaha Breeze . Actualmente, el objetivo es proporcionar a cada batallón de infantería hasta ocho unidades SARGE (Singer, 2009b). El robot SARGE se utiliza principalmente para vigilancia remota; enviado por delante de la infantería para investigar posibles emboscadas.

Transporte táctico multiusos

Construido por General Dynamics Land Systems , el transporte táctico multiusos ("MUTT") viene en variantes de 4, 6 y 8 ruedas. Actualmente está siendo probado por el ejército estadounidense.

X-2

X-2 es UGV con orugas de tamaño mediano construido por Digital Concepts Engineering. Se basa en un sistema robótico autónomo anterior diseñado para su uso en EOD, búsqueda y rescate (SAR), patrulla perimetral, retransmisión de comunicaciones, detección y limpieza de minas y como plataforma de armas ligeras. Mide 1,31 m de longitud, pesa 300 kg y puede alcanzar velocidades de 5 km / h. También atravesará pendientes de hasta 45 'empinadas y atravesará lodo profundo. El vehículo se controla mediante el sistema Marionette, que también se utiliza en los robots Wheelbarrow EOD .

El guerrero

También se produjo un nuevo modelo de PackBot , conocido como Warrior. Es más de cinco veces el tamaño de un PackBot , puede viajar a velocidades de hasta 15 mph y es la primera variación de un PackBot capaz de llevar un arma (Singer, 2009a). Al igual que el Packbot, juegan un papel clave en la verificación de explosivos. Son capaces de transportar 68 kilogramos y viajar a 8 MPH. El Warrior tiene un precio de casi 400.000 y ya se han entregado más de 5000 unidades en todo el mundo.

TerraMax

Artículo principal: TerraMax (vehículo)

El paquete TerraMax UVG está diseñado para integrarse en cualquier vehículo táctico con ruedas y está completamente incorporado en los frenos, la dirección, el motor y la transmisión. Los vehículos equipados conservan la capacidad de ser manejados por el conductor. Los vehículos fabricados por Oshkosh Defense y equipados con el paquete han competido en los DARPA Grand Challenges de 2004 y 2005, y en el DARPA Urban Challenge de 2007. El Marine Corps Warfighting Lab seleccionó MTVR equipados con TerraMax para el proyecto Cargo UGV iniciado en 2010, culminando en una demostración de concepto de tecnología para la Oficina de Investigación Naval en 2015. Los usos demostrados para los vehículos mejorados incluyen la limpieza de rutas no tripuladas (con un rodillo de minas) y la reducción del personal requerido para los convoyes de transporte.

THeMIS

Artículo principal: THeMIS

El THeMIS (sistema de infantería modular híbrida con orugas), un vehículo terrestre no tripulado (UGV), es un vehículo dron armado con base en tierra diseñado principalmente para aplicaciones militares, y está construido por Milrem Robotics en Estonia. El vehículo está destinado a brindar apoyo a las tropas desmontadas sirviendo como plataforma de transporte, estación de armas remota, unidad de detección y eliminación de IED, etc. La arquitectura abierta del vehículo le da capacidad para múltiples misiones. El objetivo principal del transporte THeMIS es apoyar la logística en la base y proporcionar reabastecimiento de última milla para las unidades de combate en la línea del frente. Apoya a las unidades de infantería reduciendo su carga física y cognitiva, aumentando la distancia de separación, la protección de la fuerza y ​​la capacidad de supervivencia. Los UGV de combate THeMIS brindan apoyo de fuego directo para las fuerzas de maniobra que actúan como un multiplicador de fuerza. Con un sistema integrado de armas autoestabilizadoras por control remoto, brindan alta precisión en áreas amplias, de día y de noche, aumentando la distancia de separación, la protección de la fuerza y ​​la capacidad de supervivencia. Los UGV de combate pueden equiparse con ametralladoras ligeras o pesadas, lanzagranadas de 40 mm, cañones automáticos de 30 mm y sistemas de misiles antitanque. Los THeMIS ISR UGV tienen capacidades avanzadas de recopilación de inteligencia multisensor. Su objetivo principal es aumentar el conocimiento de la situación, proporcionar inteligencia mejorada, vigilancia y reconocimiento en áreas amplias y capacidad de evaluación de daños en batalla. El sistema puede mejorar eficazmente el trabajo de las unidades de infantería desmontadas, la guardia de fronteras y las agencias de aplicación de la ley para recopilar y procesar información en bruto y disminuir el tiempo de reacción de los comandantes. THeMIS es capaz de disparar munición de ametralladora convencional o rondas de misiles.

Tipo-X

Artículo principal: Type-X (vehículo terrestre no tripulado)

El Type-X es un vehículo de combate robótico blindado y con orugas de 12 toneladas diseñado y producido por Milrem Robotics en Estonia. Puede equiparse con torretas de cañón automático de hasta 50 mm o con otros sistemas de armas, como ATGM, SAM, radares, morteros, etc.

La garra

El Talon se utiliza principalmente para la eliminación de bombas y se incorporó con la capacidad de ser impermeable a 100 pies para que también pueda buscar explosivos en los mares. El Talon se utilizó por primera vez en 2000 y se han distribuido más de 3000 unidades en todo el mundo. En 2004, The Talon se había utilizado en más de 20.000 misiones distintas. Estas misiones consistieron en gran parte en situaciones que se consideraron demasiado peligrosas para los humanos (Carafano & Gudgel, 2007). Estos pueden incluir entrar en cuevas con trampas explosivas , buscar artefactos explosivos improvisados o simplemente explorar una zona roja de combate. El Talon es uno de los vehículos terrestres no tripulados más rápidos del mercado, y sigue fácilmente el ritmo de un soldado que corre. Puede funcionar durante 7 días con una sola carga e incluso es capaz de subir escaleras. Este robot se utilizó en Ground Zero durante la misión de recuperación. Al igual que sus pares, el Talon fue diseñado para ser increíblemente duradero. Según los informes, una unidad se cayó de un puente a un río y los soldados simplemente encendieron la unidad de control y la sacaron del río.

Robot de espadas

Artículo principal: Foster-Miller TALON

Poco después del lanzamiento del Warrior, se diseñó y desplegó el robot SWORDS. Es un robot Talon con un sistema de armas adjunto. SWORDS es capaz de montar cualquier arma que pese menos de 300 libras. En cuestión de segundos, el usuario puede colocar armas como un lanzagranadas, un lanzacohetes o una ametralladora de 0,50 pulgadas (12,7 mm). Además, las ESPADAS pueden usar sus armas con extrema precisión, dando en el blanco de un objetivo 70/70 veces. Estos robots son capaces de resistir muchos daños, incluidas múltiples balas de 0,50 pulgadas o una caída de un helicóptero sobre concreto. Además, el robot SWORDS incluso es capaz de atravesar prácticamente cualquier terreno, incluso bajo el agua. En 2004, solo existían cuatro unidades de ESPADAS, aunque se solicitaron 18 para el servicio en el extranjero. Fue nombrado como uno de los inventos más asombrosos del mundo por la revista Time en 2004. El ejército de los Estados Unidos envió tres a Irak en 2007, pero luego canceló el apoyo al proyecto.

Tecnología de mejora de la movilidad de unidades pequeñas (SUMET)

El sistema SUMET es un paquete de percepción, localización y autonomía electroóptica de bajo costo, independiente de la plataforma y el hardware, desarrollado para convertir un vehículo tradicional en un UGV. Realiza diversas maniobras logísticas autónomas en entornos todoterreno austeros / duros, sin depender de un operador humano o del GPS. El sistema SUMET se ha implementado en varias plataformas tácticas y comerciales diferentes y es abierto, modular, escalable y extensible.

Máquina de construcción autónoma a pequeña escala (ASSCM)

El ASSCM es un vehículo terrestre civil no tripulado desarrollado en la Universidad Yuzuncu Yil por proyecto científico otorgado por TUBITAK (Código de proyecto 110M396). El vehículo es una máquina de construcción a pequeña escala de bajo costo que puede nivelar suelos blandos. La máquina es capaz de nivelar de forma autónoma la tierra dentro de un polígono una vez que se define el borde del polígono. La máquina determina su posición mediante CP-DGPS y la dirección mediante mediciones de posición consecutivas. Actualmente, la máquina puede clasificar polígonos simples de forma autónoma.

Taifun-M

En abril de 2014, el ejército ruso dio a conocer el Taifun-M UGV como un centinela remoto para proteger los sitios de misiles RS-24 Yars y RT-2PM2 Topol-M . El Taifun-M cuenta con puntería láser y un cañón para llevar a cabo misiones de reconocimiento y patrulla, detectar y destruir objetivos estacionarios o en movimiento y proporcionar apoyo de fuego para el personal de seguridad en instalaciones vigiladas. Actualmente se operan de forma remota, pero los planes futuros son incluir un sistema autónomo de inteligencia artificial.

UKAP

Turquía no tripulado vehículo terrestre 's plataforma de armas (UKAP), desarrollado por los contratistas de defensa y Katmerciler ASELSAN . El primer concepto del vehículo está equipado con los sistemas de armas estabilizadas por control remoto SARP de 12,7 mm.

Sierra de hender

El Ripsaw es un vehículo de combate terrestre no tripulado en desarrollo diseñado y construido por Howe & Howe Technologies para su evaluación por parte del Ejército de los Estados Unidos.

Transporte

El autobús autónomo NAVYA se está probando en una carretera en Australia Occidental durante 2016

Los vehículos que transportan, pero no son operados por un humano, no son vehículos terrestres técnicamente no tripulados, sin embargo, la tecnología para el desarrollo es similar.

Bicicleta sin conductor

La bicicleta eléctrica coModule es totalmente controlable a través de un teléfono inteligente, y los usuarios pueden acelerar, girar y frenar la bicicleta inclinando su dispositivo. La bicicleta también puede conducir de forma completamente autónoma en un entorno cerrado.

Ver también

Notas

Referencias

  • Carafano, J. y Gudgel, A. (2007). Los robots del Pentágono: Armando el futuro [Versión electrónica]. Documento de antecedentes 2093, 1–6.
  • Gage, Douglas W. Historia de UGV 101: Una breve historia de los esfuerzos de desarrollo de vehículos terrestres no tripulados (UGV). San Diego: Naval Ocean Systems Center, 1995. Imprimir.
  • Cantante, P. (2009a). Los robots militares y las leyes de la guerra [Versión electrónica]. La nueva Atlántida: una revista de tecnología y sociedad , 23, 25–45.
  • Cantante, P. (2009b). Wired for war: La revolución y el conflicto de la robótica en el siglo XXI. Nueva York: Penguin Group.

enlaces externos