Biomimetyczne militarne roboty przyszłości

Marek Dąbrowski

Współczesne armie celem efektywnego wykonania stawianych przed nimi zadań muszą przede wszystkim organizacyjnie, szkoleniowo i technicznie dostosowywać się do szybko zmieniających się uwarunkowań czasoprzestrzennych pola walki. Tylko uzyskanie przewagi nad potencjalnym przeciwnikiem w każdym z tych obszarów daje gwarancję powodzenia. Poszczególne systemy uzbrojenia są coraz droższe, wymagają właściwej eksploatacji, dostosowania do zmiennego środowiska działań, a przy tym same są często narażone na szybkie zniszczenie. Dlatego zaadoptowanie naturalnych i sprawdzonych już rozwiązań dostarczanych przez otaczające nas środowisko – rośliny czy zwierzęta, wydaje się jednym z właściwych kierunków przyszłych działań.

Otaczające nas środowisko od chwili pojawienia się człowieka dostarczało mu wielu przykładów rozwiązań ułatwiających jego codzienne funkcjonowanie. Dotyczy to również obszaru czysto militarnego. Chyba do tych najbardziej znanych możemy zaliczyć adoptowanie sposobów służących do zapewnienia właściwego maskowania, przetrwania czy samoobrony, ale również dotyczących wytwarzania nowych materiałów odznaczających się np. dużą wytrzymałością, małą masą czy znakomitą elastycznością lub pomagających zapobiegać korozji samolotów i innych maszyn. Również w czasach, kiedy gwałtowny rozwój systemów bezzałogowych różnego rodzaju i przeznaczenia nabiera coraz szybszego tempa, powstał jeszcze jeden obszar szczególnego zainteresowania – roboty biomimetyczne.

Większość współczesnych robotów militarnych oraz cywilnych korzysta z układów mechanicznych jako środka umożliwiającego ruch – czyli gąsienic, kół, stałych skrzydeł, wirników lub śrub. Ale powstają i zupełnie nowe grupy robotów, inspirowane światem przyrody. Ma to w szczególności zapewnić im unikalne zdolności do działania w środowisku morskim, powietrznym i lądowym, dzięki naśladowaniu naturalnych ruchów żywych organizmów (zwierząt, ryb, ptaków czy nawet owadów). Przy czym chodzi tu nie tylko o sposób wykonywania sekwencji lub pełnych ruchów, ale też nadanie takim robotom wyglądu wybranych organizmów żywych oraz pewnej umownie nazwanej zasady ich funkcjonowania. Szczególnie dotyczy to pojazdów podwodnych i powietrznych, gdzie te pierwsze zarówno sposobem poruszania się jak i wyglądem naśladują wybrane gatunki ryb/zwierząt morskich, a drugie ptaków/owadów. Dzięki temu są one trudniejsze do wykrycia/rozpoznania, a przez to działają w sposób bardziej skryty niż w przypadku klasycznych rozwiązań. Ich specyficzne zdolności nabierają szczególnego znaczenia podczas prowadzenia operacji specjalnych czy o charakterze inspekcyjno-ochronnym, gdzie ważne jest wykonanie skrytej obserwacji, przenikania czy precyzyjnego uderzenia na wybrane cele. Ponadto ich środowisko pracy to trudno dostępne obszary leśne, bagniste, górskie i wyżynne, morskie, rzeczne oraz zurbanizowane. To w nich szczególnie uwidaczniają się zalety przyjętego naśladowania zachowania organizmów na co dzień tam żyjących.

Unikalne konstrukcje

Jak w skrócie scharakteryzować biomimetykę? Chyba jako proces czerpania pomysłów z natury i wykorzystywania ich w projektowaniu inżynieryjnym. Jest to dziedzina interdyscyplinarna, w której wybrane zasady pochodzące z inżynierii, chemii czy biologii są stosowane do syntezy materiałów, układów lub maszyn syntetycznych, które mają funkcje naśladujące procesy biologiczne. Począwszy od zrozumienia zasad funkcjonowania żywych organizmów, poprzez opracowanie mechanizmów naśladujących ich złożone systemy życiowe, integrację żywych i nieożywionych składowych lub bezpośrednie stosowanie złożonych systemów biologicznych otrzymuje się nowe możliwości, których nie zapewniają obecnie stosowane „klasyczne” rozwiązania. Przy czym osiągnięcie ruchów ludzi czy zwierząt w robotach nie polega jedynie na naśladowaniu układów mechanicznych kości i mięśni za pomocą hydrauliki i zaawansowanych technologicznie materiałów. Robot będzie zachowywał swoje możliwości przez długi czas oraz je samodzielnie (lub poprzez ingerencję z zewnątrz) polepszał. Ponadto sztuczne elementy, z których został on wykonany są dużo trwalsze niż np. nasze kości. Jednak zaletą żywej tkanki jest zdolność do regeneracji, kość może się zrosnąć, czego nie potrafi na razie żadna struktura techniczna.

Prowadzone w rożnych krajach programy wojskowe koncentrują się przede wszystkim na spełnieniu wymagań do realizacji operacji w miejscach/obszarach nietypowych, takich jak np. jaskinie, dżungla czy teren zurbanizowany. Tam roboty muszą mieć zdolności do szybkiego działania, niewielkie wymiary, masę oraz charakteryzować się wysoką uniwersalnością zastosowania. Dodatkowe wymagania to wszystkie te związane z zapewnieniem skrytości prowadzenia akcji oraz właściwego sterowania i przekazywania danych poprzez sensory umieszczone na czasami bardzo małej platformie (zminiaturyzowane jednostki komunikacyjne, geolokacyjne, percepcji czy nawigacji). Ponadto tzw. bioboty (podobnie jak i ich klasyczni kuzyni) wymagają zastosowania specjalnego układu z algorytmami sterowania o odpowiedniej mocy obliczeniowej, a z czasem i układów samouczących się/sztucznej inteligencji. Algorytmy sterowania niektórzy dzielą na te mniejszego i większego poziomu. Pierwsze odpowiadają za ruchy proste (prawo, lewo, kurs 90°itp.), drugie za autonomiczne zachowanie, takie jak zmiana kursu, wysokości, głębokości itd. Obecnie taki robot może poruszać się po zadanej przez operatora trasie, na której wyznacza się charakterystyczne punkty (gdzie następuje np. zwrot) i ustala w nich jego zachowanie (np. zapisanie obrazu otoczenia). Możliwe jest również w pełni autonomiczne pokonanie wyznaczonego obszaru, z wykrywaniem i rejestracją napotkanych przeszkód oraz zbieraniem danych o interesujących nas obiektach. Po przekazaniu danych do centrali, robot oczekuje na decyzję, czy ma kontynuować zaplanowaną misję czy „skupić się” na interesującym nas obiekcie/nowym zadaniu. W pełni autonomiczne zachowanie i samouczenie się to jednak, jak na razie, pieśń przyszłości.

W przypadku małych i bardzo małych systemów powietrznych, zdaniem wielu specjalistów, wykorzystanie technologii biomimetycznejstanowi krytyczny element w projektowaniu i rozwoju miniaturowych statków latających. Jednym z ważniejszych założeń dla takich systemów jest możliwość komponowania się z otoczeniem tak, aby nie były one łatwo dostrzegalne podczas wykonywania swoich misji.

Wiele z opracowywanych małych, biomimetycznych bezzałogowców przypomina z pewnej odległości różnego rodzaju ptaki czy owady, ale adaptacja naturalnych zachowań i możliwości w wielu przypadkach nie do końca się sprawdza. Ustalenie, które cechy mogą mieć korzystne lub negatywne wpływy pozwoli na właściwy rozwój nowej generacji bio-ptaków. Z kolei podwodne pojazdy biomimetyczne mogą przenosić sonary, hydrofony, kamery wideo itp. To środowisko pracy wydaje się obecnie w najlepszy sposób opanowane, nie występuje tam tak wiele ograniczeń, jak np. na obszarze lądowym.

Obecne możliwości zastosowania rozwiązań oferowanych przez robotykę biomimetycznąnie osiągnęły jeszcze wystarczającej dojrzałości technologicznej do właściwego ich działania we współczesnym środowisku militarnego zastosowania, ale uzyskiwane i przewidywane wyniki badań i rozwoju dają pozytywne rezultaty na przyszłość. Celem dalszych badań może być np. stworzenie wyspecjalizowanych morskich/powietrznych zwiadowców, czy nawet adaptacja rozwiązań do zbudowania super efektownych rybokształtnych okrętów podwodnych lub robota o kształcie i pełni ruchów człowieka. Być może kiedyś powstaną i cyborgi. Maszyny z wieloma cechami ludzkimi, albo ludzie których niektóre tkanki i inne „kruche” narządy zastąpione zostaną ich sztucznymi i mechanicznymi odpowiednikami.

Pełna wersja artykułu w magazynie NTW 4/2020