Un vehículo terrestre no tripulado ( UGV ) es un vehículo que opera 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 forma autónoma sobre su comportamiento o pasará la información a un operador humano en una ubicación diferente que controlará el vehículo mediante teleoperación .
El UGV es el equivalente terrestre de los vehículos aéreos no tripulados , los vehículos submarinos no tripulados y los vehículos de superficie no tripulados . Se está desarrollando activamente robótica no tripulada para uso civil y militar para realizar una variedad de actividades aburridas, sucias y peligrosas.
En 1904, el ingeniero español Leonardo Torres Quevedo , mientras desarrollaba un sistema de control por radio al que llamó Telekino , optó por realizar una prueba inicial en la forma de un vehículo terrestre de tres ruedas (triciclo), que tenía un alcance efectivo de sólo 20 a 30 metros, en lo que parece ser el primer ejemplo conocido de un vehículo terrestre no tripulado radiocontrolado. [1] [2]
Los primeros fueron los prototipos de drones robóticos explosivos de los 'torpedos terrestres' Aubriot-Gabet inventados en Francia en 1915 [3] y el Crocodile Schneider-Creusot , 20 ejemplares se pusieron en servicio con el 2.º ejército francés en julio de 1915. [4]
En la edición de octubre de 1921 de la revista World Wide Wireless de RCA se informó sobre un automóvil controlado a distancia que funcionaba . El vehículo no tripulado se controlaba de forma inalámbrica por radio; Se pensó que algún día la tecnología podría adaptarse a los tanques. [5] En la década de 1930, la URSS desarrolló el Teletank , un pequeño tanque, armado con una ametralladora y controlado remotamente por radio desde otro tanque. Los teletanques operaron en la Guerra de Invierno (1939-1940) contra Finlandia y al comienzo de la Guerra Germano-Soviética después de que las potencias del Eje invadieran la URSS en 1941. Durante la Segunda Guerra Mundial, los británicos desarrollaron una versión radiocontrolada de su Matilda II. tanque de infantería en 1941. Conocido como "Príncipe Negro", habría sido utilizado para disparar 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. [6]
A partir de 1942, la Wehrmacht alemana utilizó la mina de orugas Goliath para trabajos de demolición por control remoto. El Goliath, un pequeño vehículo de orugas que transportaba 60 kg de carga explosiva, era dirigido mediante un cable de control. Modeló un vehículo de orugas francés en miniatura encontrado después de la derrota alemana de Francia en 1940. La combinación de costo, baja velocidad, dependencia de un cable para el control y mala protección contra las armas significó que el Goliat no se considerara un éxito.
El primer gran esfuerzo de desarrollo de robots móviles, llamado "Shakey" , tuvo lugar durante la década de 1960 como un estudio de investigación para la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de Estados Unidos (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: recoger bloques de madera y colocarlos en ciertas áreas según órdenes. Posteriormente, DARPA desarrolló una serie de robots terrestres autónomos y semiautónomos, a menudo en colaboración con el ejército de EE. UU . Como parte de la Iniciativa de Computación Estratégica de 1983-1993, DARPA c. En 1985 se demostró el vehículo terrestre autónomo [7] (ALV), el primer UGV que podía navegar de forma completamente autónoma dentro y fuera de las carreteras a velocidades útiles. [8] [ necesita cotización para verificar ]
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 funciones de integración de sistemas. [9]
La plataforma puede basarse en un diseño de vehículo todo terreno e incluye el aparato locomotor, sensores y fuente de energía. Orugas, ruedas y patas son las formas comunes de locomoción. Además, la plataforma puede incluir un cuerpo articulado y algunos están fabricados para unirse con otras unidades. [9] [10] Las fuentes de energía pueden ser basadas en combustible (por ejemplo, motores de combustión, combustible para aviones, propano) o renovables, y las baterías desempeñan un papel importante tanto en la propulsión de los UGV más pequeños como en el soporte de los sistemas electrónicos de los UGV más grandes. [11]
Un objetivo 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 de ultrasonido y tecnología infrarroja. [9] [12]
Los vehículos terrestres no tripulados generalmente se consideran operados a distancia y autónomos, aunque el control de supervisión también se utiliza para referirse a situaciones en las que existe una combinación de toma de decisiones desde los sistemas internos del UGV y el operador humano remoto. [13]
Un UGV operado de forma remota 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 el uso remoto de sensores como cámaras de vídeo digitales. Un ejemplo básico de los principios del funcionamiento remoto sería un coche de juguete controlado a distancia.
Algunos ejemplos de tecnología UGV operada remotamente son:
Un UGV (AGV) autónomo es esencialmente un robot autónomo que opera sin necesidad de un controlador humano basándose en tecnologías de inteligencia artificial . El vehículo utiliza sus sensores para desarrollar una comprensión limitada del entorno, 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 menores que realiza el AGV.
Un robot totalmente autónomo puede tener la capacidad de:
Un robot también podría aprender de forma autónoma. El aprendizaje autónomo incluye la capacidad de:
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 armadas autónomas es la distinción entre combatientes y civiles. Si se hace incorrectamente, el despliegue del robot puede resultar 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 mantuviera una precisión del 99%, la cantidad de vidas civiles perdidas aún podría ser catastrófica. Debido a esto, es poco probable que se envíen máquinas completamente autónomas a la batalla armadas, al menos hasta que se pueda desarrollar una solución satisfactoria.
Algunos ejemplos de tecnología UGV autónoma son:
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. [9]
La comunicación entre el UGV y la estación de control se puede realizar mediante radiocontrol o fibra óptica. También puede incluir comunicación con otras máquinas y robots involucrados en la operación. [9]
La arquitectura de sistemas integra la interacción entre hardware y software y determina el éxito y la autonomía del UGV. [9] [18]
Actualmente se utiliza una amplia variedad de UGV. Predominantemente, estos vehículos se utilizan para reemplazar a los humanos en situaciones peligrosas, como la manipulación de explosivos y en vehículos para desactivar 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. [13] También se utilizan en industrias como la agricultura, la minería y la construcción. [19] Los UGV son muy eficaces en operaciones navales, tienen gran importancia en la ayuda al combate de la Infantería de Marina; Además, pueden aprovechar operaciones logísticas en tierra y a flote. [20]
Los UGV también se están desarrollando para operaciones de mantenimiento de la paz , vigilancia terrestre, operaciones de portero/puestos de control, presencia en las calles urbanas y para mejorar las redadas policiales y militares en entornos urbanos. Los UGV pueden "recibir el primer fuego" de los insurgentes, lo que reduce las bajas militares y policiales. [21] Además, los UGV ahora se utilizan en misiones de rescate y recuperación y se utilizaron por primera vez para encontrar sobrevivientes después del 11 de septiembre en la Zona Cero. [22]
El proyecto Mars Exploration Rover de la NASA incluyó dos UGV, Spirit y Opportunity, que se desempeñaron más allá de los parámetros de diseño originales. Esto se atribuye a sistemas redundantes, un manejo cuidadoso y una toma de decisiones de interfaz a largo plazo. [9] Opportunity (rover) y su gemelo, Spirit (rover) , vehículos terrestres de seis ruedas propulsados por energía solar, fueron lanzados 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 arena profunda en abril de 2009 y duró más de 20 veces más de lo esperado. [23] Opportunity, en comparación, estuvo operativo 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 ampliado indefinidamente.
Se están implementando múltiples aplicaciones civiles de UGV en procesos automáticos en entornos de fabricación y producción. [24] También se han desarrollado como guías turísticos autónomos para el Museo Carnegie de Historia Natural y la Exposición Nacional Suiza. [9]
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Los UGV son un tipo de robot agrícola . Los tractores cosechadores no tripulados pueden funcionar las 24 horas del día, lo que permite gestionar períodos cortos de cosecha. Los UGV también se utilizan para pulverizar y diluir. [25] También se pueden utilizar para monitorear la salud de los cultivos y el ganado. [26]
En el entorno de fabricación, los UGV se utilizan para transportar materiales. [27] 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 estaciones de fabricación, lo que requiere menos tiempo que el uso de grúas grandes y puede evitar que las personas accedan a áreas peligrosas. [28]
Los UGV se pueden utilizar para atravesar y mapear túneles mineros. [29] Se están desarrollando UGV que combinan radar, láser y sensores visuales para mapear superficies rocosas en 3D en minas a cielo abierto. [30]
En el sistema de gestión de almacenes, los UGV tienen múltiples usos, desde transferir mercancías con montacargas y transportadores autónomos hasta escanear existencias y realizar inventarios. [31] [32] Los vehículos guiados automatizados se utilizan ampliamente en almacenes que manejan mercancías que son peligrosas para los humanos (por ejemplo, mercancías corrosivas e inflamables) o que necesitan un manejo especial, como pasar a través de congeladores. [33]
Los UGV se utilizan en muchas situaciones de emergencia, incluida la búsqueda y rescate urbanos , la extinción de incendios y la respuesta nuclear. [22] Tras el accidente de la central nuclear de Fukushima Daiichi en 2011 , los UGV se utilizaron en Japón para mapeo y evaluación estructural en áreas con demasiada radiación para justificar una presencia humana. [34]
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El uso de UGV por parte del ejército 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. [13] El número de robots utilizados en Irak aumentó de 150 en 2004 a 5.000 en 2005 y desarmaron más de 1.000 bombas colocadas al pie de las carreteras en Irak a finales de 2005 (Carafano y Gudgel, 2007). En 2013, el ejército estadounidense había comprado 7.000 máquinas de este tipo y 750 habían sido destruidas. [35] El ejército está utilizando la tecnología UGV para desarrollar robots equipados con ametralladoras y lanzagranadas que pueden reemplazar a los soldados. [36] [37] [16]
SARGE se basa en un vehículo todo terreno con tracción en las 4 ruedas; el marco de la Yamaha Breeze. Actualmente, el objetivo es dotar a cada batallón de infantería de hasta ocho unidades SARGE (Singer, 2009b). El robot SARGE se utiliza principalmente para vigilancia remota; enviado delante de la infantería para investigar posibles emboscadas.
Construido por General Dynamics Land Systems , el transporte táctico multiuso ("MUTT") viene en variantes de 4, 6 y 8 ruedas. Actualmente está siendo probado por el ejército estadounidense. [38]
X-2 es un 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 remoción de minas y como plataforma de armas ligeras. Mide 1,31 m de longitud, pesa 300 kg y puede alcanzar una velocidad de 5 km/h. También atravesará pendientes de hasta 45' de pendiente y cruzará lodo profundo. El vehículo se controla mediante el sistema Marionette que también se utiliza en los robots EOD de carretilla . [39] [40]
También se produjo un nuevo modelo de PackBot , conocido como Warrior. Tiene 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 portar un arma (Singer, 2009a). Al igual que el Packbot, desempeñan un papel clave en la detección de explosivos. Son capaces de transportar 68 kilogramos y viajar a 8 MPH. El Warrior tiene un precio de casi 400.000 unidades y ya se han entregado más de 5.000 unidades en todo el mundo.
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 posibilidad de ser conducidos por un conductor. Los vehículos fabricados por Oshkosh Defense y equipados con el paquete han competido en los Grandes Desafíos de DARPA de 2004 y 2005, y en el Desafío Urbano de DARPA de 2007. El Laboratorio de Guerra del Cuerpo de Marines seleccionó MTVR equipados con TerraMax para el proyecto Cargo UGV iniciado en 2010, que culminó 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 necesario para los convoyes de transporte.
El THeMIS (Sistema de infantería modular híbrido con orugas), vehículo terrestre no tripulado (UGV), es un vehículo no tripulado 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 remota de armas, unidad de detección y eliminación de artefactos explosivos improvisados, etc. La arquitectura abierta del vehículo le otorga capacidad para múltiples misiones. El objetivo principal del THeMIS Transport 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 THeMIS Combat brindan apoyo de fuego directo para las fuerzas de maniobra actuando como multiplicador de fuerza. Con un sistema de armas integrado autoestabilizador controlado a distancia, proporcionan 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 UGV THeMIS ISR tienen capacidades avanzadas de recopilación de inteligencia multisensor. Su objetivo principal es aumentar el conocimiento de la situación, proporcionar inteligencia, vigilancia y reconocimiento mejorados 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 fronteriza y los organismos encargados de hacer cumplir la ley para recopilar y procesar información sin procesar y reducir el tiempo de reacción de los comandantes. THeMIS es capaz de disparar munición de ametralladora convencional o proyectiles de misiles.
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 cañones automáticos de hasta 50 mm o con otros sistemas de armas, como ATGM, SAM, radares, morteros, etc.
El Talon se utiliza principalmente para desactivar bombas y se le incorporó 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 el año 2000 y se han distribuido más de 3.000 unidades en todo el mundo. En 2004, The Talon se había utilizado en más de 20.000 misiones distintas. Estas misiones consistieron en gran medida en situaciones que se consideraban 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 de combate roja. El Talon es uno de los vehículos terrestres no tripulados más rápidos del mercado y puede seguir fácilmente el ritmo de un soldado en carrera. Puede funcionar durante 7 días con una sola carga e incluso es capaz de subir escaleras. Este robot fue utilizado en la Zona Cero de los ataques del 11 de septiembre de 2001 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.
Poco después del lanzamiento del Warrior, se diseñó e implementó 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. [41] 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, los SWORDS pueden utilizar sus armas con extrema precisión, dando en el blanco de un objetivo 70/70 veces. [42] Estos robots son capaces de soportar muchos daños, incluidas múltiples balas de 0,50 pulgadas o una caída desde un helicóptero sobre hormigón. [43] Además, el robot SWORDS es incluso capaz de atravesar prácticamente cualquier terreno, incluso bajo el agua. [41] En 2004, sólo existían cuatro unidades SWORDS, aunque se solicitaron 18 para servicio en el extranjero. Fue nombrado como uno de los inventos más sorprendentes del mundo por la revista Time en 2004. El ejército estadounidense desplegó tres en Irak en 2007, pero luego canceló el apoyo al proyecto.
El sistema SUMET es un paquete de percepción, localización y autonomía electroóptica de bajo costo, independiente de plataforma y hardware, desarrollado para convertir un vehículo tradicional en un UGV. Realiza diversas maniobras logísticas autónomas en entornos todoterreno austeros/duros, sin dependencia de un operador humano ni del GPS. El sistema SUMET se ha implementado en varias plataformas tácticas y comerciales diferentes y es abierto, modular, escalable y extensible.
El ASSCM es un vehículo terrestre civil no tripulado desarrollado en la Universidad Yuzuncu Yil mediante un proyecto científico otorgado por TUBITAK (código de proyecto 110M396). [44] El vehículo es una máquina de construcción de pequeña escala y bajo costo que puede nivelar suelos blandos. La máquina es capaz de nivelar de forma autónoma la tierra dentro de un polígono una vez definido el borde del polígono. La máquina determina su posición mediante CP-DGPS y la dirección mediante mediciones de posición consecutivas. Actualmente la máquina puede nivelar de forma autónoma polígonos simples.
En abril de 2014, el ejército ruso presentó el UGV Taifun-M como centinela remoto para proteger los sitios de misiles RS-24 Yars y RT-2PM2 Topol-M . El Taifun-M cuenta con apuntamiento láser y un cañón para llevar a cabo misiones de reconocimiento y patrullaje, detectar y destruir objetivos estacionarios o en movimiento y brindar apoyo de fuego al personal de seguridad en instalaciones vigiladas. Actualmente se operan de forma remota, pero los planes futuros incluyen incluir un sistema autónomo de inteligencia artificial. [45] [46]
La plataforma de armas para vehículos terrestres no tripulados (UKAP) de Turquía , desarrollada por los contratistas de defensa Katmerciler y ASELSAN . El primer concepto del vehículo está equipado con sistemas de armas estabilizadas por control remoto SARP de 12,7 mm. [47] [48] [49]
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. [50]
Los vehículos que transportan un ser humano pero no son operados por él no son técnicamente vehículos terrestres no tripulados; sin embargo, la tecnología a desarrollar es similar. [13]
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 conducirse de forma totalmente autónoma en un entorno cerrado. [51]
Recientemente, los científicos realizaron la primera demostración en el programa de vehículos terrestres autónomos de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA).
El viaje de 1 kilómetro, a una velocidad de 5 kilómetros por hora, fue el primero de una serie de manifestaciones previstas.
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