Un veicolo terrestre senza equipaggio (UGV) è un veicolo che opera a contatto con il suolo e senza presenza umana a bordo. Gli UGV possono essere utilizzati per molte applicazioni in cui potrebbe essere inopportuno, pericoloso o impossibile avere un operatore umano presente. Generalmente, il veicolo disporrà di un set di sensori per osservare l’ambiente e prenderà autonomamente le decisioni circa il proprio comportamento o passerà le informazioni a un operatore umano in un luogo diverso che controllerà il veicolo attraverso la teleoperazione.

L’UGV è la controparte terrestre di veicoli aerei senza equipaggio e veicoli sottomarini azionati a distanza. La robotica senza equipaggio viene attivamente sviluppata per uso sia civile che militare per svolgere una varietà di attività noiose, sporche e pericolose.

Storia
Un’auto funzionante telecomandata fu riportata nel numero di ottobre 1921 della rivista World Wide Wireless della RCA. L’auto era senza equipaggio e controllata via radio via radio; si pensava che la tecnologia potesse un giorno essere adattata ai carri armati. Negli anni ’30, l’URSS sviluppò Teletanks, un carro armato di mitragliatrici controllato a distanza dalla radio da un altro carro armato. Questi furono usati nella Guerra d’Inverno (1939-1940) contro la Finlandia e all’inizio del Fronte Orientale dopo che la Germania invase l’Unione Sovietica nel 1941. Durante la seconda guerra mondiale, gli inglesi svilupparono una versione radiocomandata del loro carro armato di fanteria Matilda II nel 1941 Conosciuto come “Principe Nero”, sarebbe stato usato per attirare il fuoco di cannoni anticarro nascosti o per missioni di demolizione. A causa dei costi di conversione del sistema di trasmissione del serbatoio in cambi tipo Wilson, è stato annullato un ordine per 60 serbatoi.

Dal 1942, i tedeschi utilizzarono la miniera cingolata Golia per le demolizioni remote. Il Golia era un piccolo veicolo cingolato che trasportava 60 kg di carica esplosiva diretta attraverso un cavo di controllo. La loro ispirazione era un veicolo tracciato in miniatura francese trovato dopo che la Francia fu sconfitta nel 1940. La combinazione di costi, bassa velocità, affidamento su un cavo per il controllo e scarsa protezione contro le armi significava che non era considerato un successo.

Il primo grande sforzo di sviluppo di robot mobili denominato Shakey è stato creato durante gli anni ’60 come studio di ricerca per la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Shakey era una piattaforma su ruote che aveva una telecamera, sensori e un computer per guidare le sue attività di navigazione di raccogliere blocchi di legno e posizionarli in determinate aree in base ai comandi. Successivamente DARPA sviluppò una serie di robot terrestri autonomi e semi-autonomi, spesso in collaborazione con l’esercito statunitense. Come parte della Strategic Computing Initiative, DARPA ha dimostrato l’Autonomous Land Vehicle, il primo UGV in grado di navigare completamente autonomamente su e fuori dalle strade a velocità utili.

Oggi
Russia e Cina stanno rapidamente diventando comandanti nello sviluppo di veicoli terrestri senza equipaggio. La Russia ha una vasta gamma di robot da guerra armati in modo plenario. La Cina non sta solo cercando di eludere il dominio americano nella robotica militare, ma anche di consolidare il vantaggio regionale. Una serie di calde dispute territoriali tra la Cina e i suoi vicini stimola gli investimenti militari a Tokyo, Seoul e Singapore.

Design
In base alla sua applicazione, i veicoli terrestri senza equipaggio comprenderanno generalmente i seguenti componenti: piattaforma, sensori, sistemi di controllo, interfaccia di guida, collegamenti di comunicazione e funzionalità di integrazione dei sistemi.

piattaforma
La piattaforma può essere basata su una progettazione di veicoli fuoristrada e comprende l’apparato locomotivo, i sensori e la fonte di alimentazione. Tracce, ruote e gambe sono le forme comuni di locomozione. Inoltre, la piattaforma può includere un corpo articolato e alcuni sono fatti per unirsi ad altre unità.

sensori
Uno scopo principale dei sensori UGV è la navigazione, un altro è il rilevamento dell’ambiente. I sensori possono includere bussole, odometri, inclinometri, giroscopi, telecamere per triangolazione, laser e cercatori di telemetri e tecnologia a infrarossi.

Sistemi di controllo
I veicoli terrestri senza equipaggio sono generalmente considerati telecomandati e autonomi, sebbene il controllo di supervisione sia usato anche per riferirsi a situazioni in cui vi è una combinazione di processi decisionali da sistemi UGV interni e l’operatore umano remoto.

Telecomando
Un UGV telecomandato è un veicolo controllato da un operatore umano tramite l’interfaccia. Tutte le azioni sono determinate dall’operatore in base all’osservazione visiva diretta o all’uso remoto di sensori come videocamere digitali. Un esempio di base dei principi del funzionamento a distanza sarebbe una macchina giocattolo telecomandata.

Alcuni esempi di tecnologia UGV comandata a distanza sono:

Unmanned Snatch Land Rover.
Frontline Robotics Teleoperated UGV (TUGV)
Gladiator Tactical Unmanned Ground Vehicle (usato dal Corpo dei Marines degli Stati Uniti)
iRobot PackBot
Veicolo terrestre senza equipaggio Miloš utilizzato dalle forze armate serbe
Foster-Miller TALON
Remotec ANDROS F6A
Soluzioni autonome
Mesa Associates Tactical Integrated Deployment Deployment Assembly (MATILDA)
Robot di estrazione-aiuto Vecna ​​Robotics Battlefield (BEAR)
Veicoli terrestri senza pilota autonomi G-NIUS (joint venture Israel Aerospace Industries / Elbit Systems) Guardium
Robowatch ASENDRO
Ripsaw MS1
DRDO Daksh
Vipera
DOK-ING miniera, antincendio e miniere sotterranee UGV
MacroUSA Armadillo V2 Micro UGV (MUGV) e Scorpion SUGV
Nova 5
Krymsk APC

Autonomo
Un UGV autonomo è essenzialmente un robot autonomo che funziona senza la necessità di un controller umano. Il veicolo utilizza i suoi sensori per sviluppare una comprensione limitata dell’ambiente, che viene poi utilizzato dagli algoritmi di controllo per determinare la prossima azione da intraprendere nel contesto di un obiettivo di missione umano fornito. Ciò elimina completamente la necessità per qualsiasi essere umano di controllare i compiti umili che l’UGV sta completando.

Un robot completamente autonomo può avere la capacità di:

Raccogli informazioni sull’ambiente, come la costruzione di mappe degli interni degli edifici.
Rileva oggetti di interesse come persone e veicoli.
Viaggia tra i waypoint senza assistenza per la navigazione umana.
Lavora per periodi di tempo prolungati senza intervento umano.
Evitare situazioni che sono dannose per le persone, la proprietà o se stessa, a meno che non facciano parte delle sue specifiche di progettazione
Disarma o rimuovi gli esplosivi.
Riparare se stesso senza assistenza esterna.

Un robot può anche essere in grado di apprendere autonomamente. L’apprendimento autonomo include la capacità di:

Impara o ottieni nuove funzionalità senza assistenza esterna.
Regola le strategie in base all’ambiente circostante.
Adattarsi ai dintorni senza assistenza esterna.
Sviluppa un senso di etica riguardo agli obiettivi della missione.

I robot autonomi richiedono ancora una manutenzione regolare, come con tutte le macchine.

Uno degli aspetti cruciali da considerare nello sviluppo di macchine armate e autonome è la distinzione tra combattenti e civili. Se eseguito in modo errato, lo spiegamento del robot può essere dannoso. Ciò è particolarmente vero nell’era moderna, quando i combattenti spesso si travestono intenzionalmente da civili per evitare di essere scoperti. Anche se un robot ha mantenuto un’accuratezza del 99%, il numero di vite civili perse può essere ancora catastrofico. A causa di ciò, è improbabile che qualsiasi macchina completamente autonoma venga inviata in battaglia armata, almeno fino a quando non sarà possibile sviluppare una soluzione soddisfacente.

Alcuni esempi di tecnologia UGV autonoma sono:

Veicoli sviluppati per la DARPA Grand Challenge
Auto autonoma
Veicolo multifunzionale di utilità / logistica e attrezzature
Frantoio sviluppato da CMU per DARPA

Interfaccia di guida
A seconda del tipo di sistema di controllo, l’interfaccia tra la macchina e l’operatore umano può includere joystick, programmi per computer o comandi vocali.

Collegamenti di comunicazione
La comunicazione tra UGV e stazione di controllo può avvenire tramite radiocomando o fibra ottica. Può anche comprendere la comunicazione con altre macchine e robot coinvolti nell’operazione.

Integrazione dei sistemi
L’architettura dei sistemi integra l’interazione tra hardware e software e determina il successo e l’autonomia di UGV.

usi
Oggi c’è una grande varietà di UGV in uso. Prevalentemente questi veicoli sono usati per sostituire gli esseri umani in situazioni pericolose, come la manipolazione di esplosivi e in veicoli che disabilitano le bombe, dove è necessaria una forza aggiuntiva o dimensioni più ridotte, o dove gli umani non possono facilmente andare. Le applicazioni militari includono sorveglianza, ricognizione e acquisizione del bersaglio. Sono anche utilizzati in settori come l’agricoltura, l’estrazione e l’edilizia. Gli UGV sono molto efficaci nelle operazioni navali, hanno una grande importanza nell’aiuto del combattimento dei Marine Corps; possono inoltre avvalersi delle operazioni logistiche sul terreno e di galleggiare.

Gli UGV sono anche in fase di sviluppo per operazioni di mantenimento della pace, sorveglianza del terreno, operazioni di gatekeeper / checkpoint, presenza nelle strade urbane e potenziamento dei raid di polizia e militari nelle aree urbane. Gli UGV possono “attirare il primo fuoco” dagli insorti – riducendo le vittime militari e della polizia. Inoltre, gli UGV vengono ora utilizzati nella missione di salvataggio e recupero e sono stati usati per trovare i sopravvissuti dopo l’11 settembre a Ground Zero.

Applicazioni spaziali
Il progetto Mars Exploration Rover della NASA include due UGV, Spirit e Opportunity, che stanno ancora andando oltre i parametri di progettazione originali. Ciò è attribuito ai sistemi ridondanti, alla gestione attenta e al processo decisionale dell’interfaccia a lungo termine. Opportunity (rover) e il suo gemello, Spirit (rover), veicoli terrestri a energia solare a sei ruote, furono lanciati nel luglio 2003 e atterrarono su lati opposti di Marte nel gennaio 2004. Il rover Spirit operò nominalmente finché non fu intrappolato nella sabbia profonda nell’aprile 2009, durando più di 20 volte più del previsto. L’opportunità, al confronto, è stata operativa per oltre 12 anni oltre la durata prevista di tre mesi. Curiosity (rover) è sbarcato su Marte nel settembre 2011 e la sua missione originaria di due anni è stata estesa a tempo indeterminato.

Applicazioni civili e commerciali
Molteplici applicazioni civili di UGV vengono implementate per processi automatici negli ambienti di produzione e produzione. Sono stati inoltre sviluppati come guide turistiche autonome per il Carnegie Museum of Natural History e l’Esposizione nazionale svizzera.

agricoltura
Gli UGV sono un tipo di robot agricolo. I trattori per la raccolta non presidiati possono essere azionati 24 ore su 24, consentendo di gestire finestre corte per la raccolta. Gli UGV sono anche usati per irrorazione e diradamento. Possono anche essere utilizzati per monitorare la salute delle colture e del bestiame.

Produzione
Nell’ambiente di produzione, gli UGV vengono utilizzati per il trasporto di materiali. Sono spesso automatizzati e indicati come AGV. Le aziende aerospaziali utilizzano questi veicoli per posizionare e trasportare in modo preciso pezzi pesanti e ingombranti tra le stazioni di produzione, che richiedono meno tempo rispetto all’utilizzo di gru di grandi dimensioni e possono impedire alle persone di interagire con aree pericolose.

Estrazione
Gli UGV possono essere utilizzati per attraversare e mappare i tunnel della miniera. Combinando sensori radar, laser e visivi, gli UGV sono in fase di sviluppo per mappare le superfici di roccia 3D nelle miniere a cielo aperto.

Catena di fornitura
Nel sistema di gestione del magazzino, gli UGV hanno molteplici usi dal trasferimento di merci con carrelli elevatori e trasportatori autonomi alla scansione di scorte e all’inventario.

Risposta di emergenza
Gli UGV sono utilizzati in molte situazioni di emergenza tra cui la ricerca e il soccorso urbano, la lotta antincendio e la risposta nucleare. Dopo l’incidente alla centrale nucleare di Fukushima Daiichi del 2011, gli UGV sono stati utilizzati in Giappone per la mappatura e la valutazione strutturale in aree con troppa radiazione per garantire una presenza umana.

Applicazioni militari
L’uso di UGV da parte delle forze armate ha salvato molte vite. Le applicazioni includono lo smaltimento di ordigni esplosivi (EOD) come mine terrestri, il carico di oggetti pesanti e la riparazione di condizioni del terreno sotto il fuoco nemico. Il numero di robot utilizzati in Iraq è aumentato da 150 nel 2004 a 5000 nel 2005 e alla fine del 2005 hanno disarmato oltre 1000 bombe stradali in Iraq (Carafano e Gudgel, 2007). Nel 2013, l’esercito americano aveva acquistato 7.000 di queste macchine e 750 erano state distrutte. I militari stanno usando la tecnologia UGV per sviluppare robot equipaggiati con mitragliatrici e lanciagranate che potrebbero sostituire i soldati.

Esempi

SARGE
SARGE si basa su un fuoristrada a 4 ruote motrici; la cornice di Yamaha Breeze. Attualmente, l’obiettivo è fornire a ogni battaglione di fanteria fino a otto unità SARGE (Singer, 2009b). Il robot SARGE viene utilizzato principalmente per la sorveglianza a distanza; inviato davanti alla fanteria per indagare su potenziali imboscate.

Trasporto tattico multiutility
Costruito da General Dynamics Land Systems, il Multi-Utility Tactical Transport (“MUTT”) è disponibile nelle varianti a 4, 6 e 8 ruote. Attualmente è in fase di sperimentazione da parte dell’esercito americano.

X-2
X-2 è un UGV tracciato di medie dimensioni costruito da Digital Concepts Engineering. Si basa su un precedente sistema robotico autonomo progettato per l’uso in EOD, ricerca e soccorso (SAR), pattugliamento perimetrale, relè di comunicazione, rilevamento e cancellazione di mine e piattaforma di armi leggere. Misura 1,31 m di lunghezza, pesa 300 kg e può raggiungere velocità di 5 km / h. Attraverserà anche pendenze fino a 45 ‘di fango ripido e profondo. Il veicolo è controllato utilizzando il sistema Marionette che viene utilizzato anche sui robot EOD della carriola.

Il guerriero
È stato anche prodotto un nuovo modello di PackBot, noto come Warrior. È più di cinque volte più grande di un PackBot, può viaggiare a velocità fino a 15 mph, ed è la prima variante di un PackBot in grado di trasportare un’arma (Singer, 2009a). Come i Packbot, svolgono un ruolo chiave nel controllo degli esplosivi. Sono in grado di trasportare 68 chilogrammi e viaggiano a 8 MPH. The Warrior ha un prezzo di quasi 400.000 e più di 5000 unità sono già state consegnate in tutto il mondo.

TerraMax
Articolo principale: TerraMax (veicolo)
Il pacchetto TerraMax UVG è progettato per essere integrato in qualsiasi veicolo a ruote tattico ed è completamente integrato nei freni, nello sterzo, nel motore e nella trasmissione. I veicoli equipaggiati mantengono la possibilità di essere guidati dal conducente. I veicoli prodotti da Oshkosh Defense e equipaggiati con il pacchetto hanno partecipato alle DARPA Grand Challenges del 2004 e 2005 e alla DARPA Urban Challenge del 2007. Il Marine Corps Warfighting Lab ha selezionato MTVR dotati di TerraMax per il progetto Cargo UGV iniziato nel 2010, culminato in una dimostrazione del concetto di tecnologia per l’Office of Naval Research nel 2015. Gli usi dimostrati per i veicoli aggiornati includono la clearance del percorso senza equipaggio (con un rullo di miniera) e la riduzione del personale necessario per i convogli di trasporto.

Il Talon
Il Talon è utilizzato principalmente per lo smaltimento di bombe, ed è stato incorporato con la capacità di essere impermeabile a 100 piedi in modo che possa anche cercare i mari per gli esplosivi. Il Talon è stato utilizzato per la prima volta nel 2000 e oltre 3000 unità sono state distribuite in tutto il mondo. Nel 2004, The Talon era stato utilizzato in oltre 20.000 missioni separate. Queste missioni consistevano principalmente in situazioni considerate troppo pericolose per l’uomo (Carafano e Gudgel, 2007). Questi possono includere entrare in caverne intrappolate, cercare IED o semplicemente esplorare una zona di combattimento rossa. Il Talon è uno dei veicoli terrestri senza equipaggio più veloci sul mercato, facilmente al passo con un soldato in esecuzione. Può funzionare per 7 giorni con una sola carica ed è anche in grado di salire le scale. Questo robot è stato utilizzato a Ground Zero durante la missione di recupero. Come i suoi pari, il Talon è stato progettato per essere incredibilmente resistente. Secondo i rapporti, una unità è caduta da un ponte in un fiume ei soldati hanno semplicemente acceso l’unità di controllo e l’hanno portata fuori dal fiume.

Swords Robot
Poco dopo l’uscita di Warrior, il robot SWORDS è stato progettato e distribuito. È un robot Talon con un sistema d’arma allegato. SPADE è in grado di montare qualsiasi arma di peso inferiore a 300 sterline. In pochi secondi, l’utente può adattare armi come un lanciagranate, un lanciarazzi o una mitragliatrice da 0,50 pollici (12,7 mm). Inoltre, le SPADE possono usare le loro armi con estrema precisione, colpendo il bersaglio di un bersaglio 70/70 volte. Questi robot sono in grado di sopportare molti danni, tra cui proiettili multipli da 0,50 pollici o una caduta da un elicottero sul cemento. Inoltre, il robot SWORDS è persino in grado di attraversare praticamente qualsiasi terreno, anche sott’acqua. Nel 2004, esistevano solo quattro unità SWORDS, sebbene 18 fossero richieste per il servizio all’estero. È stata nominata una delle invenzioni più incredibili del mondo da Time Magazine nel 2004. L’esercito americano ha schierato tre in Iraq nel 2007, ma poi ha annullato il supporto del progetto.

Tecnologia di potenziamento della mobilità delle piccole unità (SUMET)
Il sistema SUMET è una piattaforma, indipendente dal punto di vista hardware, a basso costo, percezione elettro-ottica, localizzazione e pacchetto di autonomia sviluppato per convertire un veicolo tradizionale in un UGV. Esegue varie manovre logistiche autonome in ambienti austeri / duri fuoristrada, senza dipendere da un operatore umano o dal GPS. Il sistema SUMET è stato implementato su diverse piattaforme tattiche e commerciali ed è aperto, modulare, scalabile ed estensibile.

Macchina per costruzioni su piccola scala autonoma (ASSCM)
L’ASSCM è un veicolo terrestre senza equipaggio civile sviluppato nell’università di Yuzuncu Yil dal progetto scientifico concesso da TUBITAK (codice progetto 110M396). Il veicolo è una macchina per le costruzioni su piccola scala a basso costo in grado di livellare il terreno soffice. La macchina è in grado di classificare autonomamente la terra all’interno di un poligono una volta definito il bordo del poligono. La macchina determina la sua posizione tramite CP-DGPS e la direzione mediante misurazioni di posizione consecutive. Attualmente la macchina può valutare autonomamente i poligoni semplici. L’algoritmo di classificazione autonomo e il sistema di controllo della macchina sono sviluppati.

Taifun-M
Nell’aprile 2014, l’esercito russo ha svelato il Taifun-M UGV come sentinella remota per proteggere i siti di missili RS-24 Yars e RT-2PM2 Topol-M. Il Taifun-M è dotato di puntamento laser e cannone per eseguire missioni di ricognizione e pattuglia, rilevare e distruggere bersagli fissi o in movimento e fornire supporto antincendio per il personale di sicurezza in strutture sorvegliate. Attualmente sono gestiti a distanza, ma i piani futuri includono un sistema di intelligenza artificiale autonomo.

Uran-9
Nel 2015, Rostec ha presentato il veicolo da combattimento senza equipaggio Uran-9. Secondo un comunicato di Rosoboronexport, il sistema sarà progettato per fornire unità combinate di combattimento, ricognizione e antiterrorismo con ricognizione remota e supporto al fuoco. Armamento include una mitragliatrice da 7,62 mm e quattro missili anticarro da 9M120 Ataka.

Trasporti
I veicoli che trasportano, ma non sono gestiti da un umano, non sono veicoli terrestri tecnicamente senza equipaggio, tuttavia, la tecnologia per lo sviluppo è simile.

Bici senza pilota
La bicicletta elettrica coModule è completamente controllabile tramite smartphone, con utenti in grado di accelerare, ruotare e frenare la bicicletta inclinando il proprio dispositivo. La bici può anche guidare completamente autonomamente in un ambiente chiuso.