2.4. Микроробототехника
Микроробототехника - это новое, быстро развивающееся направление в робототехнике, возникшее в русле общей тенденции миниатюризации техники на базе новых трехмерных технологий микроэлектромеханических систем (МЭМС). На основе этих технологий выполняют микроприводы. и микросенсоры, создают измерители перемещения, скорости, положения в пространстве и т.д. с размерами и единицы миллиметра. Это позволило создать первые микроманипуляторы и роботы соответствующих размеров. Основное назначение микророботов в настоящее время - обследование малых замкнутых полостей, выполнение в них транспортных операций и микроманипуляций. Области применения микророботов: диагностические и технологические микрооперации в промышленности, включая биотехнологию и биоинженерию, обследование трубопроводов и технологические операции в них, медицина (внутреннее обследование, доставка медикаментов и других средств, микрохирургия, внутриполостная и внутрисосудистая хирургия). Примером микроробота может служить модификация мобильного робота-труболаза.
Японские ученые, традиционно склонные к миниатюризации, создали робот длиной 1 см и массой в полграмма. Он предназначен для обслуживания АЭС и ТЭС и восстановления поврежденных участков электростанций. Робот способен проникать в поврежденные зоны, проползать по тончайшим трубкам и закрывать пораженные области своим телом.
Наряду с термином микроробот существует термин миниробот. Хотя четкой границы между ними нет, принято считать, что мини-роботы - это роботы с габаритными размерами и сотни, а микророботы в десятки миллиметров. Меньшие размеры будут иметь нанороботы будущего, которые, по-видимому, определят заключительный, физически еще реализуемый участок размерного ряда роботов.
2.4. Военные роботы и робототехнические системы
Робототехнические системы (РТС) представляют собой автоматизированные устройства, способные самостоятельно выполнять разнообразные функции боевого и обеспечивающего характера.
В военной области перспективно использование робототехнических систем для выполнения задач разведки (в том числе радиационной, химической и биологической), инженерных задач, задач управления полетами и движением и др. В обозримой перспективе возможно практическое освоение боевых роботов, сочетающих функции разведки, поражения и управления и действующих в боевых порядках войск либо самостоятельно. Такие роботы должны обладать свойствами ориентирования на местности, опознавания "свой-чужой", выбора оптимальных целей для поражения и т.д. Разрабатываемые роботы военного назначения подразделяются на три категории (рис.3).
Примером роботов первой категории являются роботы, применяющиеся на складах и базах материальных запасов для механизации работ. Ко второй категории можно отнести телеуправляемые роботы, выполняющие задачи по разминированию местности, или беспилотные летательные аппараты, ведущие разведку противника. Примером роботов третьей категории может служить комплексная машина-робот «Праулер» («Бродяга»), которая может использоваться для разведки, патрулирования, охраны объектов и выполнения других задач, работать как в автономном режиме, так и в режиме телеуправления.
Роботы военного назначения
Стационарные манипуляционные роботы с жестким программным управлением
Подвижные
дистанционно управляемые адаптивные роботы
Подвижные
полностью автономные адаптивные
роботы
Рис. 3. Классификация роботов военного назначения (по автономности)
По функциональному предназначению военные РТС делят на: боевые, боевого обеспечения, специально-технического обеспечения, тылового обеспечения.
Боевыми роботами являются не только автоматические устройства с антропоморфным действием, которые частично или полностью заменяют человека, но и действующие в воздушной и водной среде, не являющейся средой обитания человека (авиационные беспилотные с дистанционным управлением, подводные аппараты и надводные корабли). Большинство боевых роботов являются устройствами телеприсутствия, и лишь очень немногие модели имеют возможность выполнять некоторые задачи автономно, без вмешательства оператора.
Основными специфическими видами средств робототехники для вооруженных сил являются:
мобильные роботы наземного, воздушного и водного базирования;
роботы-водители и пилоты для различных видов боевых и транспортных машин;
роботы и другие средства робототехники для обслуживания вооружений и военной техники.
Основными факторами эффективности применения робототехники в вооруженных силах являются:
применяемость в экстремальных условиях, не допускающих участие людского персонала;
повышение быстродействия, точности и стабильности основных характеристик вооружения и военной техники;
исключение ошибок операторов (от усталости, влияния неблагоприятных факторов внешней среды, стрессовых ситуаций, перерывов в тренировках и т.п.);
сокращение численности личного состава и выведения его из зон опасных для жизни и здоровья;
снижение потерь личного состава;
упрощение собственно вооружения и военной техники;
меньшая ее стоимость.
Проблема создания интеллектуальных роботизированных средств, частично или полностью заменяющих человека при решении различных задач на поле боя, связана с необходимостью практической реализации технических систем, которые, подобно человеку, должны быть способны воспринимать информацию от внешней среды с помощью соответствующих датчиков, обрабатывать и «осмысливать» эту информацию, вырабатывать решения о последовательности необходимых действий, а также обладать способностью оперировать с неполной, неопределенной или даже противоречивой информацией о внешней обстановке и при этом выполнять поставленную задачу. Для практического создания подобных систем необходимо решить целый круг исключительно сложных в техническом отношение проблем и разработать широкий спектр технических средств и устройств. Так, для практической реализации методов машинного зрения, являющегося составным элементом роботизированных военные систем будущего, считается необходимым обеспечить при обработке изображения производительность ЭВМ до 1012oп./с. Исследования, направленные на решение этих проблем, сосредоточены на разработке средств ИИ для полностью автономного планирования без участия человека и методов планирования действий системы «человек-машина», работающей в диалоговом режиме, когда принятие решения осуществляется в ходе совместной деятельности машины и оператора.
Военных в робототехнике интересуют также автономные летающие устройства для сбора разведывательной информации. Агентство DARPA готово финансировать выпуск беспилотных самолетов, в течение 20…60 мин полета преодолевающих 30…60 км и имеющих при этом массу не более 1 кг, а размеры – 20 см. На начало 2012 года военными во всём мире использовалось около 10 тысяч наземных и 5 тысяч летающих роботов; 45 стран мира разрабатывало или закупало военных роботов. Фирма AeroVironment разработала снабженный различными датчиками самолет длиной 7,5 см, который может быть послан на разведку в очень сложных условиях – например, в городе. Пока главной проблемой остается посадка такого самолета, обычно не обходящаяся без поломок. Кроме того, трудно найти небольшой и достаточно мощный двигатель, поэтому фирма рассматривает возможность применения альтернативных (химических) источников энергии. Пока ее самолетик с двухграммовым пропеллером держится в воздухе 16 мин, развивая с попутным ветром скорость 70 км/ч.
Сотрудники лаборатории Вандербилтского университета пошли по другому пути. Они пытаются создать роботы, имитирующие движения насекомых. В них будут применены пьезоэлектрические приводы, используемые в пейджерах и имеющие КПД до 90% (КПД моторов, выполненных по другим технологиям, как правило, составляет около 60%).В Технологическом институте Джорджии под руководством профессора Хенрика Кристенсена разработаны напоминающие муравьёв инсектоморфные роботы, способные обследовать здание на предмет наличия там врагов и мин-ловушек.
Ученые – нейробиологи из Чикагского Нортвестернского университета трудятся над созданием искусственного животного. Как знать, может, лет через пятьдесят появятся танки и самолеты, управляемые мозгами хороших лейтенантов и полковников? Хотя этические проблемы здесь встают очень остро, обойти их несложно (например, пентагоновский бюджет "черных программ" составляет миллиарды долларов).
В 2015 году на военной базе морских пехотинцев Куантико в США были проведены испытания прототипа робота-собаки Spot, разработанного двумя годами ранее компанией Boston Dynamics для использования в войсках для разведки, патрулирования и переноски грузов. Во время тестов робот обследовал помещения на предмет нахождения в них противника и передавал данные об обнаруженных целях на пульт оператора.
Быстро развивается микроробототехника военного назначения: микророботы - разведчики, диверсанты и т.п. К их специфическим достоинствам относятся трудная обнаруживаемость и возможность использования большими группами.