A OTAN emprega memória MUSCULAR para encontrar minas

MÚSCULO Implantação autônoma de veículos subaquáticos. Foto cedida por CMRE

Veículos subaquáticos se comunicam, tomam decisões e trabalham em equipe

O Centro da OTAN de Pesquisa e Experimentação Marítima (CMRE) em La Spezia, Itália, está combinando inteligência e força para resolver um complexo desafio de combate: encontrar e destruir minas nas águas turvas do litoral.

A CMRE desenvolveu veículos experimentais não tripulados para experimentação. Agora estão evoluindo esses veículos para se comunicarem e cooperarem uns com os outros, e resolverem problemas por conta própria.

De acordo com a diretora da CMRE, Dra. Catherine Warner, o centro está tentando descobrir onde os sistemas não-tripulados se encaixam melhor nas operações e fazendo a ciência para torná-los melhores, mais inteligentes, interoperáveis, autônomos e mais eficazes.

Essa é uma tarefa difícil, mas a resposta curta é que os cientistas e engenheiros da CMRE adaptaram os veículos não tripulados existentes para trabalharem em equipe.
O CMRE desenvolveu o JANUS, o protocolo padrão da OTAN para comunicação entre modems acústicos subaquáticos e o Quadro de Autonomia Colaborativa Distribuída e Desacoplada (D2) (D2CAF), para que uma rede de veículos subaquáticos não tripulados (UUVs) possa conversar entre si e trabalhar juntos. Com o D2CAF, a equipe de veículos compartilha o processamento entre os diferentes UUVs e o veículo de superfície não tripulado (USV) "gateway" acompanhante, se houver, todos conectados pela JANUS.

No centro do esforço está o veículo submarino não tripulado (UUV) General Dynamics Mission Systems Bluefin-21 da CMRE, que foi adaptado como a plataforma de experimentação UUV de Caça de minas para expedições costeiras de águas rasas (MUSCLE).

O CMRE aproveitou a arquitetura aberta e a modularidade do Bluefin -21 para equipá-lo com um sonar de abertura sintética (SAS) Thales, para que ele possa observar e cobrir grandes áreas rapidamente com alta resolução. O MUSCLE possui memória integrada com uma biblioteca digital de objetos para ajudá-lo a realizar o reconhecimento automático de alvo (ATR). Ele pode reconhecer e categorizar objetos em tempo real e considera fatores como a qualidade dos dados e a complexidade da área para determinar a ameaça e o nível de certeza. Em seguida, ele pode planejar sua missão para reduzir essa incerteza. E com o D2CAF, ele pode realizar essas missões em equipe.

Para sua experimentação, o CMRE precisava de um sistema robusto, robusto e confiável.

"Isso é exatamente o que é MUSCLE", disse Rob Been, vice-chefe de engenharia da CMRE. Divisão. “Temos o Bluefin-21 há muito tempo. E ao longo dos anos, com a colaboração da Bluefin, a tornamos mais modular. ”

Os UUVs MUSCLE e BLACK CAT a bordo da NRV ALLIANCE antes da participação no GAMEX'17. (Foto: NATO CMRE) MÚSCULO e GATO PRETO no exercício GAMEX '17)

Foi dito que o CMRE começou com um Bluefin com um sonar de abertura sintética integrado que tinha a capacidade de seguir dados de registro de waypoints pré-programados. “Teríamos que recuperar o veículo e despejar os dados após cada execução. Mas com a colaboração entre nossos cientistas e engenheiros, você pode ver o que ele pode fazer agora. Ele possui CPUs e GPUs - unidades de processamento central e unidades de processamento gráfico - para que possa executar muito processamento paralelo. Permitimos ao Bluefin MUSCLE ver debaixo d'água em tempo real e, assim, olhando as imagens, determinar o que fazer a seguir. ”

Foi dito que o MUSCLE pode começar com um padrão de busca por 'radiador' e, dependendo da visibilidade e do desempenho do senor, que é baseado no ambiente da época, determina o espaçamento do padrão do radiador. “Você não quer ter lacunas, então precisa otimizar isso. A vantagem de ter esses dados disponíveis e a capacidade de processá-los a bordo é que você pode tomar essas decisões rapidamente, para garantir que não haja lacunas. Quando vê algo, ele usa seu modem acústico subaquático para enviar uma mensagem para a bóia de gateway e a bóia de gateway envia de volta para o navio, e eles podem ver as detecções em tempo real. Há um software de reconhecimento automático de alvos a bordo do veículo, para que ele possa determinar que é esse tipo de alvo, com um certo grau de probabilidade. Se ele detectar ondulações na areia, poderá otimizar sua posição em relação à ondulação na areia para obter uma melhor aparência. Com autonomia colaborativa, ele também pode encarregar veículos menores de inspecionar uma série de detecções, coletando feeds de vídeo que, por sua vez, também podem ser devolvidos ao navio. ”

A Dra. Samatha Dugelay, gerente do programa de contramedidas autônomas de minas navais da CMRE, disse que o centro adaptou outro Bluefin-21 como uma plataforma de teste de autonomia colaborativa - chamada Black CAT - para demonstrar o D2CAF, com MUSCLE e Black CAT trabalhando juntos. O MUSCLE possui um perfilador de corrente acústico Doppler que detecta a direção e a velocidade da corrente e pode reprogramar seus padrões de busca para levar em consideração as correntes. O Black CAT, que hospeda uma versão do D2CAF e é usado para reaquisição, está equipado com um sonar de visão futura (FLS) Teledyne Blueview 900, câmera óptica, sonar 3D com feixe múltiplo Blueview 2.25MHz e câmera ARIS. O CMRE também possui um par de veículos Konsgberg Hydroid REMUS 100 com sonar de escala lateral e ecossounder de feixe múltiplo (MBES) para reaquisição, e um IQUA Robotics SPARUS UUV com ARIS para reaquisição e neutralização simulada.

Se o MUSCLE não puder se comunicar diretamente com um de seus veículos colaboradores, poderá usar a bóia de gateway em um USV como o LiquidRobotics WaveGlider da CMRE, para retransmitir mensagens de um veículo submerso para outro ou de volta para a plataforma host.

"Todos eles podem executar tarefas diferentes", disse Dugelay. “Por exemplo, o MUSCLE sai, realiza o levantamento de área ampla e encontra as detecções. O BlackCAT possui uma câmera óptica e um ecossounder de feixe múltiplo voltado para o futuro para realizar a reaquisição do alvo. Portanto, são dois veículos Bluefin semelhantes que foram adaptados para fazer coisas diferentes

“A análise do que foi visto e a determinação sobre o que precisa ser feito a seguir pelo grupo de veículos são feitas a bordo do MUSCLE, disse Dugelay. “O MUSCLE pode determinar o risco de que ainda exista algo que não foi encontrado e pode desenvolver um mapa de risco composto para voltar a pesquisar mais uma área ou implantar outros veículos, como o CAT preto, para procurar mais perto e reduzir esse risco. "
O CMRE realiza testes na água e integrou seus sistemas em exercícios operacionais, como o Experimento Grego de Contramedida de Minas ARIADNE (GAMEX) e os Exercícios Espanhol e Italiano de Contramedidas de Minas (MINEX).

O centro também pode aproveitar seus amplos recursos de modelagem e simulação para avaliar os sistemas autônomos colaborativos e os conceitos de operação em vários e complexos ambientes operacionais.

Sobre o autor
Edward Lundquist é um capitão aposentado da Marinha dos EUA que escreve frequentemente para o Marine Technology Reporter. Ele viajou para La Spezia, Itália, para relatar esta história.