Un vehículo terrestre no tripulado (UAV) es un vehículo terrestre que opera sin tripulación (sin piloto ) a bordo.
BNTS encuentra aplicación donde la presencia de un operador humano es inconveniente, peligrosa o imposible. Como regla general, el vehículo está equipado con un conjunto de sensores para monitorear el entorno y toma decisiones de forma independiente sobre su comportamiento o transmite información de los sensores a un operador humano que lo controla a través de un canal de radio [1] . BNTS es la contraparte en tierra de los vehículos aéreos no tripulados (UAV) y los vehículos submarinos controlados a distancia . La robótica no tripulada se está desarrollando activamente tanto para uso civil como militar para realizar diversas tareas monótonas y peligrosas.
En octubre de 1921, se describió una máquina de control remoto en funcionamiento en la revista World Wide Wireless de RCA . El automóvil no estaba tripulado y se controlaba de forma inalámbrica por radio; se suponía que esta tecnología podría transferirse a los tanques [2] . En la década de 1930, se desarrolló un teletanque en la URSS : un tanque sin tripulación, controlado remotamente por radio desde otro tanque . Fueron utilizados en la guerra soviético-finlandesa (1939-1940) y durante la Gran Guerra Patriótica . En 1941, los británicos desarrollaron una versión controlada por radio de su tanque de infantería Matilda II . Conocido como el "Príncipe Negro", fue diseñado para disparar desde armas antitanque ocultas o para misiones de destrucción. Pero, debido al alto costo de convertir el sistema de transmisión del tanque a cajas de cambios tipo Wilson, se canceló el pedido de 60 tanques [3] .
A partir de 1942, los alemanes utilizaron minas autopropulsadas con orugas Goliat . El Goliat es un pequeño vehículo sobre orugas que transporta 60 kg de explosivos y es controlado por un operador a través de un enlace por cable. Su prototipo era un vehículo de orugas francés en miniatura descubierto por los alemanes después de la derrota de Francia en 1940. El alto costo, la baja velocidad, la dependencia del cable para el control y la mala protección contra las armas hicieron que el Goliat no fuera lo suficientemente efectivo.
El primer trabajo notable sobre el desarrollo de robots móviles se origina en la década de 1960. Como resultado de la investigación de DARPA , se creó el robot Shakey . Shakey estaba ubicado en una plataforma con ruedas y estaba equipado con una cámara de televisión, sensores y una computadora , que en conjunto proporcionaban control de tareas de navegación para mover bloques de madera a las órdenes del operador.
Unos años antes de los eventos en la planta de energía nuclear de Chernobyl en la asociación de producción "Sibtsvetmetavtomatika", en Krasnoyarsk , bajo el liderazgo de Mikhail Tsaregorodtsev, se desarrolló un sistema automático controlado por radio para tractores - excavadoras , se preparó para su uso en el producción de obra en condiciones peligrosas, para no poner en peligro la vida humana durante el desarrollo de faenas mineras y la construcción de túneles asociados a posibles derrumbes de rocas, incluyendo otros casos para su aprovechamiento. Y un evento tan trágico ocurrió en la URSS , hubo un accidente en la planta de energía nuclear de Chernobyl . Los ingenieros y especialistas de la asociación de producción "Sibtsvetmetavtomatika" fueron de los primeros en partir hacia Chernobyl . Y se enviaron excavadoras desde la planta de tractores de Chelyabinsk a la zona del desastre . Los especialistas de "Sibtsvetmetavtomatika" en el menor tiempo posible equiparon siete excavadoras pesadas de la marca DET-250 con un sistema de control por radio, lo que permitió limpiar el área contaminada alrededor de la central nuclear de Chernobyl en lugares con alta radiación sin la participación de conductores de tractores .
Los vehículos terrestres no tripulados, por regla general, tienen los siguientes componentes: plataforma, sensores, sistemas de control, interfaz de control, canal de comunicación [1] y funciones de integración del sistema.
La plataforma consta de un aparato de propulsión, sensores y una fuente de energía. Las opciones comunes de propulsión son orugas , ruedas, patas. La plataforma puede estar basada en el diseño de un ATV , tener un cuerpo articulado, y algunas pueden estar conectadas a otras plataformas [4] .
El objetivo principal de los sensores es la navegación y la determinación del tipo de entorno. Se pueden utilizar brújulas , odómetros , inclinómetros , giroscopios , cámaras de triangulación , telémetros láser y ultrasónicos , sensores infrarrojos [5] [6] .
El transporte puede ser controlado remotamente por el operador o tener un comportamiento autónomo, y también es posible el control combinado, cuando el operador puede interferir con el comportamiento autónomo.
Mando a distanciaUn BNTS controlado remotamente es un vehículo controlado por un operador a través de una interfaz . Todas las acciones son establecidas por el operador en base a la observación visual directa o remotamente utilizando sensores como cámaras de video digitales . Un ejemplo simple es un carro de juguete a control remoto. Para el control remoto de los BNTS modernos, se utilizan comunicaciones por radio [1] .
Control autónomoEl BNTS autónomo es esencialmente un robot autónomo que funciona sin intervención humana, basado en tecnologías de inteligencia artificial . Con base en las señales de los sensores, el automóvil forma una comprensión del entorno, que luego utilizan los algoritmos de control para determinar las acciones del automóvil en el contexto de la tarea. Por lo tanto, no hay necesidad de que un operador supervise el funcionamiento de la máquina.
Un robot completamente autónomo es capaz de:
El robot también puede autoaprender . El aprendizaje autónomo incluye la capacidad de:
Un aspecto crítico a considerar cuando se diseñan vehículos autónomos armados es la distinción entre combatientes y civiles . Su implementación incorrecta puede ser desastrosa. Esto es especialmente cierto en la era moderna, donde los combatientes a menudo se disfrazan deliberadamente de civiles para evitar ser detectados. Incluso si el robot reconoce a los combatientes con un 99 % de precisión, la cantidad de víctimas civiles podría ser catastrófica. Por lo tanto, es poco probable que se envíen vehículos totalmente autónomos al combate real, al menos hasta que se desarrolle una solución satisfactoria.
Según el tipo de sistema de control, la interfaz entre la máquina y el operador humano puede incluir: joystick, programas informáticos, comandos de voz [5] .
La comunicación entre el BNTS y el punto de control se puede realizar a través de un canal de radio oa través de una fibra óptica. También es posible comunicarse con otras máquinas y robots involucrados en la operación [5] .
La arquitectura del sistema implementa la interacción entre hardware y software y determina el éxito y la autonomía del BNTS [5] [7] .
Hay una gran variedad de BNTS. Se utilizan principalmente para reemplazar a las personas en situaciones peligrosas, como la eliminación de artefactos explosivos, donde se requiere fuerza adicional y tamaño pequeño, o donde es difícil que pasen personas. Las aplicaciones militares son la vigilancia, el reconocimiento y la destrucción de objetivos por fuego. También se utilizan en industrias como la agricultura, la minería y la construcción [8] .
Los BNTS también se utilizan en operaciones de mantenimiento de la paz, vigilancia terrestre, operaciones policiales y militares en las ciudades [9] . También se utilizan en misiones de rescate, por primera vez se utilizaron para buscar supervivientes tras los ataques terroristas del 11 de septiembre de 2001 en Estados Unidos [10] .
La NASA para el proyecto Mars Exploration Rover construyó dos BNTS, los rovers Spirit y Opportunity , que pudieron usarse más allá de los parámetros originales. Esto se vio facilitado por el equipamiento con sistemas redundantes, la toma de decisiones a largo plazo y el manejo cuidadoso [5] . Los rovers Opportunity y Spirit, vehículos terrestres de seis ruedas impulsados por energía solar, fueron lanzados en julio de 2003 y enviados a lados opuestos de Marte en enero de 2004. El rover Spirit estuvo en una misión durante 20 veces más de lo esperado hasta que quedó atrapado en arena profunda en abril de 2009 [11] . Opportunity ha funcionado durante más de 14 años en lugar de la vida útil esperada de 3 meses. El rover Curiosity aterrizó en Marte en septiembre de 2011, su misión original de dos años se extendió indefinidamente.
Entre las aplicaciones civiles de BNTS, cabe señalar la automatización de procesos en la industria y otras producciones [12] . También se han desarrollado guías autónomas para el Museo Carnegie de Historia Natural y la Exposición Nacional Suiza "Expo" [5] .
AgriculturaLos BNTS se utilizan como robots agrícolas . El tractor cosechador no tripulado puede trabajar las 24 horas del día, lo que le permite cumplir con plazos cortos. Los BNTS también se utilizan para rociar y clarear plantas [13] y monitorear la salud de los cultivos y el ganado [14] .
IndustriaEn la industria, el BNTS se utiliza para transportar materiales [15] , este tipo de máquinas se denominan vehículos guiados automáticamente . En la industria aeroespacial, BNTS se utiliza para el posicionamiento y transporte precisos de piezas pesadas y voluminosas entre los sitios de producción, lo que es menos laborioso que usar grúas grandes y también evita atraer personas a áreas peligrosas [16] .
MineríaBNTS se utiliza para el paso y mapeo de túneles [17] . Usando una combinación de radar , láser y sensores visuales, BNTS realiza mapeo 3D en minas a cielo abierto [18] .
LogísticaLos BNTS se utilizan ampliamente en los sistemas de gestión de almacenes: transporte y almacenamiento de mercancías mediante carretillas elevadoras y transportadores autónomos, escaneo e inventario [19] [20] .
BNTS se utiliza en diversas situaciones de emergencia, como operaciones de búsqueda y rescate , extinción de incendios y trabajo en un accidente nuclear [10] . Después del accidente de 2011 en la planta de energía nuclear de Fukushima en Japón, los BNTS se utilizaron para mapear y evaluar la infraestructura en áreas con mayor radiación [21] .
Los BNTS se utilizan con fines militares: la eliminación de explosivos, la carga de cargas pesadas, la reparación de equipos bajo fuego enemigo. El número de robots en uso en Irak aumentó de 150 en 2004 a 5000 en 2005 y, a finales de 2005, habían desactivado más de 1000 artefactos explosivos en las carreteras (Carafano & Gudgel, 2007). Para 2013, el ejército de los EE. UU. había comprado 7000 de estas máquinas, de las cuales 750 fueron destruidas [22] . El ejército está utilizando la tecnología BNTS para desarrollar robots equipados con ametralladoras y lanzagranadas que pueden reemplazar a los soldados [23] .