Войны будущего: рои крошечных насекомоподобных роботов

За прошлое десятилетие набор телеметрических датчиков изменялся с нескольких заметных механических объектов на автономные, самоходные, насекомоподобные устройства, которые могут подниматься на стены или прыгать по лестнице а затем бездействовать, пока шум движения или вибрация не активируют их.

Внуки и правнуки “WolfPack”, сети из наземных датчиков размером с банку кофе, сбрасываемых с самолета, будут иметь вид стремительных пауков, высоко подскакивающих кузнечиков, пчел с приборами наблюдения и стрекоз, оборудованных датчиками.

При разработке WolfPack компания BAE Systems решила проблему объединения набора дешевых, не очень умных датчиков, в очень умную сеть. Такая сеть может, например, контролировать и анализировать коммуникации по соседству и отображать информационный поток. Потом она может запустить помехи или даже загрузить в поток алгоритмы, который считают данные, атакуют стек коммуникационного протокола или перехватят управление информационном потоком противника другим способом. Второе поколение WolfPack получило двигательную установку для управления модулями и перезарядки батарей.

“Продвинутые коммуникации могут перевести разведку и наблюдение на поле боя в режим реального времени, - рассказывает генерал лейтенант Дейв Дептула (Dave Deptula), заместитель начальника штаба ВВС США по разведке. – Сегодня эти разведдатчики преобразованы в узлы действительно глобального сетевого комплекса”.

Однако сегодня возможности автономии, организации сети и полета уже не достаточно. Камуфляж, дезинформация, автономная обработка данных и передовые микросистемы используются, чтобы спроектировать намного более сложных потомков WolfPack. Исследование поддерживается рядом компаний, возглавляемых Micro Autonomous Systems and Technology (MAST) и Collaborative Technology Alliance.

Разработка механических жуков, которая также использует биологию, психологию животных и бионику спонсируется армией США. Субсидирование в размере 37$ миллионов, расчитаное на пять лет, получила компания BAE Systems. Ряд предприятий малого бизнеса, субподрядчиков и университетов обеспечивает специализированные материалы, технологии и исследование. Вооруженные силы уже думают, как использовать новые источники данных.

Другие исследователи изучают эфективность бионических проектов устройств с потреблением в тысячу раз меньше чем нынешние устройства. Например, согласно недавним исследованиям, кит использует не больше 12 вольт, чтобы прогнать 1 000 литров крови через больше чем 100 километров вен и артерий единственным сокращением своего сердца. Университет Мэриленда использует слуховой механизм мухи, пару механических ушей, чтобы создать миниатюрные акустические приемники для “искусственной мухи”, микро БПЛА, который сможет проникнуть в недоступные места. Также изучается клейкость и малый коэфициент трения поверхности растений и животных.

“Мы пытаемся расширить наши способности, объединяя традиционный разведдатчик с новыми технологиями, - рассказывает Дептула. - Через пять лет я хотел бы, чтобы термин 'нетрадиционный разведдатчик' исчез. Если это - датчик, то не имеет никакого значения, на какой платформе он собран”.

То, на что в конечном счете будут похожи искуственные твари, работающие в группах, будет определено в будущем. Пауки, кузнечики, пчелы и стрекозы могут уступить чему-то еще. Независимо от заключительной биологической формы у продуктов MAST будут некоторые общие черты WolfPack. Однако каждый элемент новых систем будет намного меньше и несколько менее способным, чем элементы WolfPack.

Вот цели этого исследования: подражание рою насекомых для коммуникации и работы в целях группы; копирование биологической подвижности насекомых и птиц; приспособление университетских исследований к очень маленьким бионическим роботам.

“Подумайте о том, как летает колибри, - рассказывает Аарон Пинхасик (Aaron Penkacik) из компании BAE Systems. - Аэродинамика совсем отлична от аэродинамики самолета или даже маленького БПЛА. Завихрения на концах крыла становятся тем, по поводу чего вы волнуетесь вместо стандартных дифференциалов давления и коэффициентов подьёмной силы крыла. Таким образом, вопрос в том, можем ли мы подражать биомеханическим функциям при построении некоторых из этих маленьких роботов?” В качестве ответа команда из Гарварда построила и продемонстрировала механическую стрекозу.

“И что же мы можем разместить в этой стрекозе? - спрашивает Пинхасик и затем сразу даёт ответ. - Это может быть блок радиоразведки, камера, детектор химического или биологического оружия, акустическое устройство или магнитометр”.

Вторая группа разрабатывает механического кузнечика. “Удивительно, как далеко он смог продвинуться за один прыжок, - продолжает он. - Мы также смотрим на то, как ползающие насекомые поднимаются на стену и если существует способ механически повторить поверхность ноги паука то мы сможем воспроизвести бионическое прилипание к стене.”

Исследователи изучают эти очень сложные особенности проводя системный анализ и исследование затрат, чтобы определить, на что будет похож рой этих существ и как он будет работать. Миссия, которая закладывается в моделирование, состоит в том, чтобы проникнуть в городское здание находящееся неподалёку.

“Вы хотите контролировать некий объект, так как вы подозреваете, что там могут изготовливаться ракеты, - объясняет Пинхасик. – На что был бы похож рой, если бы вы развернули его, чтобы обеспечить наблюдение в течение недели? Система включала бы летающего робота с камерой, который высадится на здании через улицу. Возможно, он находится в спящем режиме, пока акустический или сейсмический датчик на ползающем роботе [в здании цели] не обнаружит прибытие транспортного средства. С помощью специальной сети датчики проснутся и начнут миссию наблюдения. Вы сможете отследить деятельность и ввести дополнительных роботов в рой”.

Децентрализованное слияние данных исследуется как способ внести больше разумности в рой. Если бы каждый робот обеспечивал отдельный поток данных, то рой бы перегрузил контрольный прибор размером со смартфон. Требуется преобразовать массу данных разведки в очищенный поток полезных данных с помощью распределительной обработки, именно этим и занимаются в компании BAE Systems Australia в Сиднейском университете.

“Каждый делает свой маленький кусочек обработки - и так можно выполнить большие алгоритмы с помощью множества процессоров микромасштаба, - рассказывает Пинхасик. - Это походит на использование домашних компьютеров для решения чрезвычайно сложных математических задач вместо того, чтобы покупать суперкомпьютер Cray”.

Но это также означает дополнительные системные исследования. Сколько процентов обработки может быть сделано роботами и сколько может быть сделано переносным устройством связи оператора роя? Также необходимо учесть полосу пропускания для передачи данных специалистам по анализу разведывательных данных и операторам.

“Мы управляем 40$ миллионной армейской программой, которая разрабатывает микромеханических роботов. Вы заставляете роботов подражать биологическим объектам такого же размера, и они дают вам новые способы доставлять полезные грузы”, - рассказывает Карл Броммер (Karl Brommer) из инновационного центра BAE Systems. - У меня есть довольно надёжный Ipod Nano размером с большой палец, с двумя гигабайтами памяти, цифровым процессором сигналов, усилителем мощности, и всё это всего за 40$. Мы можем сделать вещи, аналогичные этому в нашей области. Мы пытаемся воспользоваться такими дешевыми коммерческими технологиями, как например спроектированные материалы (к примеру, светодиоды отпечатанные на полимере. Они могут быть напечатаны на рулоне, и вам нужно только вырезать нужный кусок”.

Работа компании MAST рассматривает даже использование нанотехнологий, таких как миниатюрные радиоботы с очень низким расходом энергии. Это важно для создания роботожуков и других насекомых, также как и крылья с солнечными батареями и ногами, функцирующими как антенны.

Электроника предлагает связанный набор решений, включающий значительную обработку данных маленькими пакетами специальной электроники для выполнения миссии и управлящих схем для того, чтобы двигаться, - и они все должны быть засунуты в маленьких роботов.

“Мир "интегральных систем", который объединяет радио, питание и цифровую электронику, очень важен для нас, - рассказывает Пинхасик. - Мы уже видим их применение в разведке и коммуникациях, у них есть общие стандартные блоки. Компании должны инвестировать в строительство настраиваемые части, которые позволят применить их по-разному: например как гетеродины, цифровые радиоглушители, фильтры и элементы системной архитектуры”.

По материалам Aviation Week