Véhicule terrestre sans pilote

Un véhicule terrestre sans pilote (UGV) est un véhicule qui fonctionne au contact du sol et sans présence humaine à bord. Les UGV peuvent être utilisés dans de nombreuses applications où il peut être gênant, dangereux ou impossible de faire intervenir un opérateur humain. En règle générale, le véhicule disposera d’un ensemble de capteurs pour observer l’environnement et prendra soit des décisions autonomes sur son comportement, soit transmettra les informations à un opérateur humain situé à un emplacement différent qui contrôlera le véhicule par téléopération.

L’UGV est la contrepartie terrestre des véhicules aériens sans pilote et des véhicules sous-marins télécommandés. La robotique sans pilote est activement mise au point pour une utilisation à la fois civile et militaire afin de réaliser diverses activités ennuyeuses, sales et dangereuses.

L’histoire
Une voiture en état de fonctionnement et télécommandé a été rapportée dans le numéro d’octobre 1921 du magazine World Wide Wireless de RCA. La voiture était sans pilote et contrôlée sans fil par radio; on pensait que la technologie pourrait un jour être adaptée aux chars. Dans les années 1930, l’URSS développa Teletanks, un char armé de mitrailleuses télécommandé par radio à partir d’un autre char. Ceux-ci ont été utilisés lors de la guerre d’hiver (1939-1940) contre la Finlande et au début du front oriental après l’invasion de l’URSS par l’Allemagne en 1941. Pendant la Seconde Guerre mondiale, les Britanniques développèrent une version radiocommandée de leur char d’infanterie Matilda II en 1941. Connu sous le nom de « Prince Noir », il aurait été utilisé pour tirer le feu des canons antichars dissimulés ou pour des missions de démolition. En raison des coûts de conversion du système de transmission du réservoir en boîtes de vitesse de type Wilson, une commande de 60 réservoirs a été annulée.

À partir de 1942, les Allemands utilisèrent la mine à chenilles Goliath pour des travaux de démolition à distance. Le Goliath était un petit véhicule à chenilles transportant 60 kg de charge explosive dirigée par un câble de commande. Leur inspiration était un véhicule à chenilles français miniature découvert après la défaite de la France en 1940. La combinaison coût, faible vitesse, utilisation d’un câble pour le contrôle et protection médiocre contre les armes signifiait qu’il n’était pas considéré comme un succès.

Shakey, le premier grand effort de développement de robots mobiles appelé Shakey, a été créé dans les années 1960 en tant qu’étude de recherche pour la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). Shakey était une plate-forme sur roues dotée d’une caméra de télévision, de capteurs et d’un ordinateur permettant de guider ses tâches de navigation consistant à ramasser des blocs de bois et à les placer dans certaines zones en fonction de commandes. La DARPA a ensuite mis au point une série de robots terrestres autonomes et semi-autonomes, souvent en liaison avec l’armée américaine. Dans le cadre de l’Initiative d’informatique stratégique, la DARPA a présenté son véhicule terrestre autonome, le premier véhicule UGV capable de naviguer de manière totalement autonome sur et hors des routes à des vitesses utiles.

Aujourd’hui
La Russie et la Chine sont en train de devenir rapidement un commandant dans le développement de véhicules terrestres sans pilote. La Russie possède une vaste gamme de robots de guerre armés de manière généralisée. La Chine cherche non seulement à contourner la domination américaine dans la robotique militaire, mais également à consolider l’avantage régional. Une série de conflits territoriaux violents entre la Chine et ses voisins stimule les investissements militaires à Tokyo, à Séoul et à Singapour.

Conception
En fonction de son application, les véhicules terrestres non habités comprendront généralement les composants suivants: plate-forme, capteurs, systèmes de contrôle, interface de guidage, liaisons de communication et fonctionnalités d’intégration de systèmes.

Plate-forme
La plate-forme peut être basée sur une conception de véhicule tout-terrain et comprend l’appareil de locomotive, les capteurs et la source d’alimentation. Les pistes, les roues et les jambes sont les formes courantes de locomotion. De plus, la plate-forme peut inclure un corps articulé et certaines sont conçues pour s’associer à d’autres unités.

Capteurs
Un des principaux objectifs des capteurs UGV est la navigation, un autre est la détection de l’environnement. Les capteurs peuvent comprendre des boussoles, des odomètres, des inclinomètres, des gyroscopes, des caméras pour la triangulation, des télémètres laser et à ultrasons et la technologie infrarouge.

Systèmes de contrôle
Les véhicules terrestres non habités sont généralement considérés comme télécommandés et autonomes, bien que le contrôle de surveillance soit également utilisé pour faire référence à des situations dans lesquelles une prise de décision combinée est prise par les systèmes UGV internes et l’opérateur humain distant.

Télécommandé
Un UGV télécommandé est un véhicule contrôlé par un opérateur humain via une interface. Toutes les actions sont déterminées par l’opérateur en fonction de l’observation visuelle directe ou de l’utilisation à distance de capteurs tels que des caméras vidéo numériques. Un exemple de base des principes de fonctionnement à distance serait une voiture-jouet télécommandée.

Voici quelques exemples de technologie UGV télécommandée:

Snatch Land Rover sans pilote.
UGV téléopéré (TUGV) Frontline Robotics
Véhicule terrestre sans pilote tactique Gladiator (utilisé par le Corps des Marines des États-Unis)
iRobot PackBot
Véhicule terrestre sans pilote Miloš utilisé par les forces armées serbes
Foster-Miller TALON
Remotec ANDROS F6A
Solutions autonomes
Ensemble de déploiement tactique intégré de la force légère (MATILDA) de Mesa Associates
Robot d’extraction avec assistance de Battlefield (BEAR) de Vecna ​​Robotics
Véhicules terrestres non habités autonomes G-NIUS (entreprise commune entre Israel Aerospace Industries et Elbit Systems) Guardium
Robowatch ASENDRO
Ripsaw MS1
DRDO Daksh
Vipère
DOK-ING, déminage, lutte contre les incendies et exploitation minière souterraine
MacroUSA Armadillo V2 Micro UGV (MUGV) et Scorpion SUGV
Nova 5
Krymsk APC

Autonome
Un UGV autonome est essentiellement un robot autonome fonctionnant sans contrôleur humain. Le véhicule utilise ses capteurs pour développer une compréhension limitée de l’environnement, qui est ensuite utilisée par des algorithmes de contrôle pour déterminer la prochaine action à entreprendre dans le contexte d’un objectif de mission fourni par l’homme. Cela élimine totalement le besoin pour tout être humain de surveiller les tâches élémentaires accomplies par l’UGV.

Un robot entièrement autonome peut avoir les capacités suivantes:

Recueillez des informations sur l’environnement, telles que la création de cartes de l’intérieur des bâtiments.
Détecter des objets d’intérêt tels que des personnes et des véhicules.
Voyagez entre les points de passage sans assistance de navigation humaine.
Travailler pendant de longues périodes sans intervention humaine.
Évitez les situations nuisibles aux personnes, aux biens ou à soi-même, à moins que cela ne fasse partie de ses spécifications de conception
Désarmez ou retirez les explosifs.
Se réparer sans aide extérieure.

Un robot peut également être capable d’apprendre de manière autonome. L’apprentissage autonome comprend la capacité à:

Apprendre ou acquérir de nouvelles capacités sans aide extérieure.
Ajustez les stratégies en fonction de l’environnement.
S’adapter aux environnements sans aide extérieure.
Développer un sens de l’éthique par rapport aux objectifs de la mission.

Les robots autonomes nécessitent toujours un entretien régulier, comme pour toutes les machines.

L’un des aspects les plus cruciaux à prendre en compte lors du développement de machines autonomes armées est la distinction entre combattants et civils. Si cela est mal fait, le déploiement du robot peut être préjudiciable. Cela est particulièrement vrai à l’ère moderne, lorsque les combattants se déguisent volontairement en civils pour ne pas être détectés. Même si un robot maintient une précision de 99%, le nombre de vies civiles perdues peut toujours être catastrophique. De ce fait, il est peu probable que des machines totalement autonomes soient envoyées au combat armées, du moins jusqu’à ce qu’une solution satisfaisante puisse être développée.

Voici quelques exemples de technologie UGV autonome:

Véhicules développés pour le DARPA Grand Challenge
Voiture autonome
Véhicule utilitaire / logistique et équipement multifonctionnel
Concasseur développé par CMU pour DARPA

Interface de guidage
Selon le type de système de contrôle, l’interface entre la machine et l’opérateur humain peut inclure une manette de jeu, des programmes informatiques ou des commandes vocales.

Liens de communication
La communication entre l’UGV et la station de contrôle peut s’effectuer par radiocommande ou par fibre optique. Cela peut également inclure la communication avec d’autres machines et robots impliqués dans l’opération.

Intégration de systèmes
L’architecture des systèmes intègre l’interaction entre le matériel et les logiciels et détermine le succès et l’autonomie de l’UGV.

Les usages
Il existe une grande variété d’UGV en usage aujourd’hui. Ces véhicules sont principalement utilisés pour remplacer des êtres humains dans des situations dangereuses, telles que la manipulation d’explosifs et des véhicules neutralisant les bombes, lorsqu’une force supplémentaire ou une taille plus petite est nécessaire, ou que les humains ne peuvent pas se déplacer facilement. Les applications militaires comprennent la surveillance, la reconnaissance et l’acquisition d’objectifs. Ils sont également utilisés dans des industries telles que l’agriculture, les mines et la construction. Les UGV sont très efficaces dans les opérations navales, ils ont une grande importance dans l’aide au combat du Corps des Marines; ils peuvent également participer aux opérations logistiques sur terre et à flot.

Des UGV sont également en cours de développement pour les opérations de maintien de la paix, la surveillance terrestre, les opérations de point de contrôle / contrôle, la présence dans les rues urbaines et pour renforcer les raids policiers et militaires en milieu urbain. Les UGV peuvent « tirer le premier feu » des insurgés, réduisant ainsi les pertes militaires et policières. De plus, les UGV sont maintenant utilisés dans des missions de sauvetage et de récupération et ont d’abord été utilisés pour retrouver des survivants après le 11 septembre à Ground Zero.

Applications spatiales
Le projet Mars Exploration Rover de la NASA comprend deux UGV, Spirit et Opportunity, qui fonctionnent toujours au-delà des paramètres de conception d’origine. Ceci est attribué aux systèmes redondants, à une manipulation prudente et à la prise de décision d’interface à long terme. Opportunity (rover) et son jumeau, les véhicules terrestres solaires à six roues Spirit (rover), ont été lancés en juillet 2003 et ont atterri de part et d’autre de Mars en janvier 2004. Le rover Spirit a fonctionné jusqu’à ce qu’il soit piégé dans le sable. avril 2009, plus de 20 fois plus longtemps que prévu. En comparaison, Opportunity est opérationnel depuis plus de 12 ans au-delà de la durée de vie prévue de trois mois. Curiosity (mobile) a atterri sur Mars en septembre 2011 et sa mission initiale de deux ans a depuis été prolongée indéfiniment.

Applications civiles et commerciales
De nombreuses applications civiles d’UGV sont implémentées dans des processus automatiques dans des environnements de fabrication et de production. Ils ont également été développés en tant que guides touristiques autonomes pour le musée d’histoire naturelle de Carnegie et l’exposition nationale suisse.

Agriculture
Les UGV sont un type de robot agricole. Les tracteurs de récolte sans pilote peuvent fonctionner 24 heures sur 24, ce qui permet de manipuler de petites fenêtres pour la récolte. Les UGV sont également utilisés pour la pulvérisation et l’amincissement. Ils peuvent également être utilisés pour surveiller la santé des cultures et du bétail.

Fabrication
Dans l’environnement de fabrication, les UGV sont utilisés pour le transport de matériaux. Ils sont souvent automatisés et appelés AGV. Les entreprises aérospatiales utilisent ces véhicules pour positionner avec précision et transporter des pièces lourdes et volumineuses entre les stations de fabrication, qui prennent moins de temps que l’utilisation de grues de grande taille et peuvent empêcher les personnes de s’engager dans des zones dangereuses.

Exploitation minière
Les UGV peuvent être utilisés pour traverser et cartographier les tunnels miniers. Combinant des capteurs radar, laser et visuels, des UGV sont en cours de développement pour cartographier les surfaces rocheuses 3D dans les mines à ciel ouvert.

Chaîne d’approvisionnement
Dans le système de gestion des entrepôts, les véhicules UGV ont de multiples utilisations, allant du transfert de marchandises avec des chariots élévateurs et des convoyeurs autonomes à la numérisation et à la prise d’inventaire.

Réponse d’urgence
Les UGV sont utilisés dans de nombreuses situations d’urgence, notamment la recherche et le sauvetage en milieu urbain, la lutte contre les incendies et les interventions nucléaires. À la suite de l’accident de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi en 2011, des UGV ont été utilisés au Japon pour la cartographie et l’évaluation structurelle dans les zones soumises à trop de rayonnements pour justifier la présence humaine.

Applications militaires
L’utilisation de l’UGV par l’armée a permis de sauver de nombreuses vies. Les applications comprennent l’élimination des munitions explosives (EOD), telles que les mines terrestres, le chargement d’objets lourds et la réparation des conditions du sol sous le feu ennemi. Le nombre de robots utilisés en Irak est passé de 150 en 2004 à 5 000 en 2005 et ils ont désarmé plus de 1000 bombes en bordure de route en Irak à la fin de 2005 (Carafano et Gudgel, 2007). En 2013, l’armée américaine avait acheté 7 000 machines de ce type et 750 en avaient été détruites. L’armée utilise la technologie UGV pour développer des robots équipés de mitraillettes et de lance-grenades pouvant remplacer les soldats.

Exemples

SARGE
SARGE est basé sur un véhicule tout terrain à 4 roues motrices; le cadre de la Yamaha Breeze. À l’heure actuelle, l’objectif est de fournir à chaque bataillon d’infanterie un maximum de huit unités SARGE (Singer, 2009b). Le robot SARGE est principalement utilisé pour la surveillance à distance. envoyé avant l’infanterie pour enquêter sur les embuscades potentielles.

Transport tactique multi-utilitaire
Construit par General Dynamics Land Systems, le transport tactique multi-utilitaire (« MUTT ») se décline en versions à 4, 6 et 8 roues. Il est actuellement testé par l’armée américaine.

X-2
X-2 est un UGV suivi de taille moyenne construit par Digital Concepts Engineering. Il est basé sur un ancien système robotique autonome conçu pour être utilisé dans les domaines de la NEM, de la recherche et du sauvetage (SAR), de la surveillance de périmètre, des relais de communication, de la détection et du déminage des mines et en tant que plateforme pour armes légères. Il mesure 1,31 m de long, pèse 300 kg et peut atteindre une vitesse de 5 km / h. Il traversera également des pentes jusqu’à 45 pi raides et traversera une boue profonde. Le véhicule est contrôlé à l’aide du système Marionette, également utilisé sur les robots EOD de Wheelbarrow.

Le guerrier
Un nouveau modèle de PackBot a également été produit, connu sous le nom de Warrior. Il fait plus de cinq fois la taille d’un PackBot, peut voyager à une vitesse maximale de 15 mi / h et constitue la première variante d’un PackBot capable de porter une arme (Singer, 2009a). Comme les Packbot, ils jouent un rôle clé dans la recherche d’explosifs. Ils sont capables de porter 68 kilogrammes et voyager à 8 MPH. Le Warrior est vendu au prix de près de 400 000 et plus de 5 000 unités ont déjà été livrées dans le monde entier.

TerraMax
Article principal: TerraMax (véhicule)
L’ensemble TerraMax UVG est conçu pour être intégré à tout véhicule tactique à roues et est entièrement intégré aux freins, à la direction, au moteur et à la transmission. Les véhicules équipés conservent la capacité d’être actionnés par le conducteur. Les véhicules fabriqués par Oshkosh Defence et équipés du pack ont ​​participé aux Grands Défis DARPA de 2004 et 2005, ainsi qu’au Défi Urbain DARPA de 2007. Le Marine Corps Warfighting Lab a sélectionné les MTVR équipés de TerraMax pour le projet Cargo UGV lancé en 2010, aboutissant à lors d’une démonstration de concept technologique pour l’Office de la recherche navale en 2015. Parmi les utilisations démontrées des véhicules mis à niveau, on peut citer le dégagement de route sans pilote (avec un rouleau de mine) et la réduction du personnel requis pour les convois de transport.

Le talon
Le Talon est principalement utilisé pour la neutralisation des bombes et a été incorporé avec la possibilité d’être étanche à 100 pieds afin de pouvoir fouiller les mers à la recherche d’explosifs. Le Talon a été utilisé pour la première fois en 2000 et plus de 3 000 unités ont été distribuées dans le monde entier. En 2004, le Talon avait été utilisé dans plus de 20 000 missions distinctes. Ces missions consistaient principalement en des situations jugées trop dangereuses pour l’homme (Carafano & Gudgel, 2007). Celles-ci peuvent inclure l’entrée dans des cavernes piégées, la recherche d’IED ou simplement la surveillance d’une zone de combat rouge. Le Talon est l’un des véhicules terrestres sans pilote les plus rapides du marché, capable de suivre facilement le rythme d’un soldat qui court. Il peut fonctionner pendant 7 jours sans charge et est même capable de monter des escaliers. Ce robot a été utilisé à Ground Zero lors de la mission de récupération. Comme ses pairs, le Talon a été conçu pour être incroyablement durable. Selon les rapports, une unité est tombée d’un pont dans une rivière et les soldats ont simplement allumé l’unité de contrôle et l’ont chassée de la rivière.

Robot épées
Peu de temps après la sortie du Warrior, le robot SWORDS a été conçu et déployé. C’est un robot Talon avec un système d’arme attaché. SWORDS est capable de monter n’importe quelle arme pesant moins de 300 livres. En quelques secondes, l’utilisateur peut installer des armes telles qu’un lance-grenades, un lance-roquettes ou une mitrailleuse de 0,50 pouce (12,7 mm). De plus, les ÉPÉES peuvent utiliser leurs armes avec une extrême précision, frappant le centre de la cible 70/70 fois. Ces robots sont capables de résister à de nombreux dégâts, y compris à plusieurs balles de 0,50 pouce, ou à la chute d’un hélicoptère sur le béton. De plus, le robot SWORDS est même capable de se frayer un chemin sur pratiquement n’importe quel terrain, y compris sous l’eau. En 2004, seules quatre unités SWORDS existaient bien que 18 aient été demandées pour un service outre-mer. En 2004, il a été désigné comme l’une des inventions les plus étonnantes au monde par Time Magazine. En 2007, l’armée américaine en a déployé trois en Irak, mais a ensuite annulé son soutien au projet.

Technologie d’amélioration de la mobilité des petites unités (SUMET)
Le système SUMET est un ensemble indépendant de plate-forme et de matériel, de perception électro-optique à faible coût, de localisation et d’autonomie, conçu pour convertir un véhicule traditionnel en un véhicule UGV. Il effectue diverses manœuvres logistiques autonomes dans des environnements tout-terrain austères / difficiles, sans dépendre d’un opérateur humain ou du GPS. Le système SUMET a été déployé sur plusieurs plates-formes tactiques et commerciales et est ouvert, modulaire, évolutif et extensible.

Machine de construction autonome à petite échelle (ASSCM)
L’ASSCM est un véhicule terrestre civil sans pilote mis au point à l’Université Yuzuncu Yil par un projet scientifique financé par TUBITAK (code de projet 110M396). Le véhicule est une machine de construction à petite échelle peu coûteuse qui peut niveler les sols meubles. La machine est capable de classer de manière autonome la terre dans un polygone une fois que la frontière du polygone est définie. La machine détermine sa position par CP-DGPS et sa direction par des mesures de position consécutives. Actuellement, la machine peut classer de manière autonome des polygones simples. L’algorithme de classement autonome et le système de contrôle de la machine sont développés.

Taifun-M
En avril 2014, l’armée russe a dévoilé le UGV Taifun-M en tant que sentinelle distante pour protéger les sites de missiles RS-24 Yars et RT-2PM2 Topol-M. Le Taifun-M est doté d’un système de visée laser et d’un canon permettant d’effectuer des missions de reconnaissance et de patrouille, de détecter et de détruire des cibles fixes ou mobiles, ainsi que de fournir un soutien-feu au personnel de sécurité installé dans des locaux gardés. Ils sont actuellement exploités à distance, mais il est prévu d’inclure dans le futur un système autonome d’intelligence artificielle.

Uran-9
En 2015, Rostec a dévoilé le véhicule de combat au sol sans pilote Uran-9. Selon un communiqué de Rosoboronexport, le système sera conçu pour fournir des unités combinées de combat, de reconnaissance et de lutte contre le terrorisme avec reconnaissance à distance et appui-feu. L’armement comprend une mitrailleuse de 7,62 mm et quatre missiles antichars Ataka 9M120.

Transport
Les véhicules qui transportent, mais qui ne sont pas conduits par un humain, ne sont pas des véhicules au sol techniquement sans équipage. Cependant, la technologie de développement est similaire.

Vélo sans conducteur
Le vélo électrique coModule est entièrement contrôlable via un smartphone, les utilisateurs pouvant accélérer, tourner et freiner le vélo en inclinant leur appareil. Le vélo peut également conduire de manière totalement autonome dans un environnement fermé.