Onbemande voertuigen kunnen zich op verschillende manieren doelgericht voortbewegen. Het meest ultieme daarbij is uiteraard een voertuig dat autonoom rijdt en hierbij dus zelfstandig de juiste beslissingen neemt om zijn doel te bereiken. Elbit Systems ontwikkelde hiervoor zijn zogenaamde ‘Robotic Kit’ waarmee militaire voertuigen op basis van zowel visible imaging (VIS) als IR sensoren de omgeving kunnen ‘zien’, interpreteren en vervolgens de juiste weg kiezen.
De ontwikkelingen op het vlak van onbemand rijden hebben al een lange weg achter de rug. Waar het ooit startte met de besturing van voertuigen middels een afstandsbediening (al dan niet bekabeld) of het volgen van een vooraf vastgelegde route (Automated Guided Vehicles) zijn we langzaam in een tijd beland waarin voertuigen zich steeds beter autonoom kunnen voortbewegen.
Hiervoor is artificial intelligence nodig zodat het voertuig zelfstandig beslissingen kan nemen om van A naar B te komen en daarbij – binnen vooraf aangegeven kaders – ook eventuele opdrachten kan uitvoeren.
Militaire toepassing
Voor militaire toepassingen betekenen autonome voertuigen een uitbreiding van de mogelijkheden met betrekking tot verkenning, beveiliging, logistieke ondersteuning maar ook tot eventuele offensieve acties. Het grote voordeel daarbij is uiteraard dat er geen mensen in het voertuig aanwezig zijn waardoor de maximale schade aan eigen zijde hooguit materieel is.
Dit geldt echter maar tot op zekere hoogte. De apparatuur die een autonoom voertuig gebruikt om zelfstandig zijn weg te vinden, kan immers traceerbaar zijn en hiermee de eigen standplaats verraden.
Detecteren, verwerken en acteren
Een goede en betrouwbare werking van autonome voertuigen staat of valt met de mogelijkheid de omgeving nauwkeurig in kaart te brengen, te interpreteren en deze informatie vervolgens te gebruiken voor het nemen van de juiste beslissingen.
Op dit vlak hebben de afgelopen jaren veel ontwikkelingen plaatsgevonden. Met betrekking tot sensoren maar zéker ten aanzien van dataverwerking en – wederom – interpretatie op basis van kunstmatige intelligentie.
Robotic Kit
Het wereldwijde opererende bedrijf in de defensietechnologie Elbit Systems legt zich al vanaf 2007 toe op de ontwikkeling van autonomie suites voor manloze voertuigen. Dit leidde in 2018 tot de start van de ontwikkeling van de Robotic Kit: een oplossing die alle hard- en software bevat die nodig is om een voertuig onbemand te laten rijden. Dit kan door middel van:
- Remote Control - de bestuurder ziet het voertuig tijdens besturen
- Tele Operated - de gebruiker bestuurt het voertuig maar ziet het voertuig niet en wordt over de omgeving geïnformeerd door camera’s
- Autonoom - in dit laatste geval is er geen menselijke bestuurder maar neemt het voertuig zelfstandig zijn beslissingen
Opbouw
Het grote verschil tussen remote control en tele operated ten opzichte van autonoom rijden, is de intelligentie van het voertuig waarmee hij zelfstandig zijn weg zoekt. Daarbij onderscheidt de Robotic Kit zich van andere autonomie oplossingen doordat dit systeem volledig passief is.
Er is geen sprake van detecteerbare emissies van sensoren omdat deze oplossing voor autonoom rijden gebruik maakt van VIS- en infraroodsensoren in combinatie met AI.
Voordelen ten opzichte van LIDAR
Het gebruik van IR-sensoren in dit type toepassingen is uniek. In andere toepassingen wordt veelvuldig LIDAR ingezet omdat dit nauwkeuriger is. Maar LIDAR kent ook enkele nadelen die niet voor IR gelden. Zo werkt het bijvoorbeeld niet tot slecht in mist, stof, rook en regen; en dat zijn wel omstandigheden die zich veelvuldig voordoen op het gevechtsveld.
Daarnaast is het actieve LIDAR eenvoudig te traceren door de tegenstander. Het genereren van 3D data door de combinatie van IR en VIS sensoren met bijbehorende image processing biedt derhalve belangrijke, zo niet onderscheidende voordelen, voor militaire toepassingen. Ondanks de lagere nauwkeurigheid.
Hoe werkt de Robotic Kit?
Voor een optimale rit bepaalt de Robotic Kit voor de aankomende vijftig tot honderd meter hoe het voertuig zijn weg moet kiezen. Hiervoor maakt hij gebruik van verschillende camera’s die allen beschikken over een VIS- en een IR-sensor. Aan de voorzijde van het voertuig worden twee camera's geplaatst, aan de zijkanten ook twee stuks en aan de achterkant één.
Voor het besturen van het voertuig via remote control of tele operation zijn twee verschillende controllers ontwikkeld. Plaatsbepaling gebeurt middels GNSS. Daarnaast beschikt het systeem over een noodstop in het kader van veiligheid. Hiermee is het voertuig te stoppen en over te nemen door een lokale besturing.
Vijf camera's
Met deze vijf camera's is het onbemande voertuig in staat zijn omgeving te zien en zijn weg te bepalen. Daarbij hebben deze militaire voertuigen te maken met een andere omgeving dan de stadse omgeving. Geen dichte concentratie van verkeerslichten en -borden, auto’s en andere voertuigen, geen voetgangers en geen werkzaamheden die het voertuig hinderen.
Daarentegen rijden deze voertuigen vooralsnog vooral offroad waar uitdagingen liggen in het overbruggen van hoogteverschillen, hellingen, het inschatten of een weg voldoende draagkracht biedt en daarnaast in obstakels als vegetatie, gaten in of hindernissen op de weg. Het is belangrijk dat het voertuig dit soort obstakels herkent en hiermee kan omgaan om zo het eindpunt te bereiken.
Semantische segmentatie
Bovenstaande problematiek is ook precies de reden dat de eerdergenoemde camera's aan de voorkant als paar worden ingezet: met behulp van stereoscopische beeldverwerking genereert de Robotic Kit van Elbit Systems aan de voorkant van het voertuig 3D data met een horizontaal gezichtsveld van circa 80°.
Daarnaast gebruikt de oplossing de binnenkomende videobeelden van de camera's om inzicht te krijgen in de samenstelling van de bodem; oftewel de materialen die de grond bedekken. Dit wordt gedaan met behulp van semantische segmentatie, een techniek waarin met behulp van AI een algoritme de vertaling maakt van ‘vormen’ naar ‘materiaal’. Hiermee is bijvoorbeeld de vorm van een boom te herkennen waarna de oplossing elk van de pixels classificeert als onderdeel van deze boom.
Route van A naar B
Deze twee soorten data (3D, classificatie) worden middels sensorfusie samengevoegd om te bepalen waar het voertuig kan rijden en waar niet. Door de combinatie van informatie over de terreingesteldheid en objecten is voortdurend te beslissen of het voertuig de aankomende meters kan rijden.
Wanneer dit niet kan, zoekt hij een andere weg waardoor het voertuig uiteindelijk zijn route van A naar B kan afleggen. Tot slot kan de Robotic Kit het autonome voertuig niet alleen een route lagen afleggen maar eventueel ook ergens laten stoppen om beladen te worden, een omgeving laten verkennen (beelden maken en bewaren of doorsturen) of anders.
Innovatieve systemen
Wat dat betreft toont de introductie van innovatieve systemen zoals Elbit Systems' Robotic Kit aan dat de vooruitzichten voor autonoom rijden voor militaire toepassingen gerust veelbelovend zijn te noemen.
Meer weten over de robotische en autonome systemen van Elbit Systems? Bekijk dan deze webpagina: https://elbitsystems.com/products/autonomous-solutions/.
Foto boven: Beproevingen door de Armoured Trials & Development Unit van de Britse landmacht met de met Robotic Kit uitgeruste ROBUST.
Credit: Elbit Systems
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.