La OTAN emplea la memoria MUSCLE para encontrar minas

MÚSCULO Despliegue autónomo de vehículos submarinos. Foto cortesía de CMRE.

Los vehículos submarinos se comunican, toman decisiones y trabajan en equipo.

El Centro de Investigación y Experimentación Marítima (CMRE) de la OTAN en La Spezia, Italia, combina inteligencia y músculo para resolver un complejo desafío de combate de guerra: encontrar y destruir minas en las aguas turbias del litoral.

CMRE ha desarrollado vehículos experimentales no tripulados para la experimentación. Ahora está evolucionando esos vehículos para comunicarse y cooperar entre sí, y para resolver problemas por su cuenta.

Según la Dra. Catherine Warner, directora de CMRE, el centro está tratando de descubrir dónde encajan mejor los sistemas no tripulados en las operaciones, y haciendo la ciencia para hacerlos mejores, más inteligentes, interoperables, autónomos y más efectivos.

Esa es una tarea difícil, pero la respuesta breve es que los científicos e ingenieros de CMRE han adaptado los vehículos no tripulados existentes para trabajar en equipo.
CMRE desarrolló JANUS, el protocolo estándar de la OTAN para la comunicación entre módems acústicos subacuáticos, y el Marco de colaboración colaborativa distribuida y desacoplada (D2), para que una red de vehículos submarinos no tripulados (UUV) puedan comunicarse entre sí y trabajar juntos. Con D2CAF, el equipo de vehículos comparte el procesamiento entre los diferentes UUV y el vehículo de superficie no tripulado (USV) acompañante "puerta de enlace" si está presente, todos conectados por JANUS.

En el centro del esfuerzo se encuentra el vehículo submarino no tripulado (UUV) Bluefin-21 de General Dynamics Mission Systems de CMRE, que se ha adaptado como el UUV Minehunting para la plataforma de experimentación Expediciones litorales encubiertas de aguas poco profundas (MUSCLE).

CMRE aprovechó la arquitectura abierta y la modularidad del Bluefin -21 para equiparlo con un sonar de apertura sintética (SAS) Thales, para que pueda ver y cubrir grandes áreas rápidamente con alta resolución. MUSCLE tiene memoria integrada con una biblioteca digital de objetos para ayudarlo a realizar el reconocimiento automático de objetivos (ATR). Puede reconocer y clasificar objetos en tiempo real, y considera factores como la calidad de los datos y la complejidad del área para determinar la amenaza y el nivel de certeza. Luego puede planificar su misión para reducir esa incertidumbre. Y con D2CAF, puede llevar a cabo esas misiones en equipo.

Para su experimentación, CMRE necesitaba un sistema robusto, robusto y confiable.

"Eso es exactamente lo que es MUSCLE", dijo Rob Been, subdirector de ingeniería de CMRE. División. “Hemos tenido el Bluefin-21 durante bastante tiempo. Y a lo largo de los años, con la colaboración de Bluefin, lo hemos hecho más modular ”.

Los UUV MUSCLE y BLACK CAT a bordo de NRV ALLIANCE antes de participar en GAMEX'17. (Foto: OTAN CMRE) MUSCULO y GATO NEGRO en el Ejercicio GAMEX '17)

Se ha dicho que CMRE comenzó con un Bluefin con un sonar de apertura sintética integrado que tenía la capacidad de seguir datos de registro de puntos de ruta preprogramados. “Tendríamos que recuperar el vehículo y volcar los datos después de cada ejecución. Pero con la colaboración entre nuestros científicos e ingenieros, puede ver lo que puede hacer ahora. Tiene tanto CPU como GPU (unidades centrales de procesamiento y unidades de procesamiento gráfico), por lo que puede hacer mucho procesamiento en paralelo. Hemos permitido que Bluefin MUSCLE vea bajo el agua en tiempo real y, por lo tanto, al observar las imágenes, determine qué hacer a continuación ”.

Se ha dicho que MUSCLE puede comenzar con un patrón de búsqueda de 'radiador' y, dependiendo de la visibilidad y el rendimiento del sensor, que se basa en el entorno en ese momento, determina la separación del patrón del radiador. “No quieres tener huecos, por lo que debes optimizar eso. La ventaja de tener esos datos disponibles y la capacidad de procesarlos a bordo es que puede tomar esas decisiones con calma, por lo que puede asegurarse de no tener brechas. Cuando ve algo, usa su módem acústico subacuático para enviar un mensaje a la boya de la puerta de enlace y la boya de la puerta de enlace lo envía de vuelta al barco, y pueden ver las detecciones en tiempo real. Hay un software automatizado de reconocimiento de objetivos a bordo del vehículo para que pueda determinar que es este tipo de objetivo, con un cierto grado de probabilidad. Si detecta ondas de arena, puede optimizar su posición en relación con la onda de arena para obtener una mejor apariencia. Con autonomía colaborativa, también puede asignar vehículos más pequeños para que vayan e inspeccionen una serie de detecciones, recolectando videos, que a su vez, también pueden ser devueltos a la nave ".

La Dra. Samatha Dugelay, gerente de programa para contramedidas autónomas de minas navales en CMRE dijo que el centro adaptó otro Bluefin-21 como un banco de pruebas de autonomía colaborativo, llamado Black CAT, para demostrar D2CAF haciendo que MUSCLE y Black CAT trabajen juntos. MUSCLE tiene un perfilador de corriente Doppler acústico que detecta la dirección y la velocidad actuales, y puede reprogramar sus patrones de búsqueda para tener en cuenta las corrientes. Black CAT, que aloja una versión de D2CAF y se utiliza para la readquisición, está equipado con una sonda de visión delantera (FLS) Teledyne Blueview 900, cámara óptica, sonda 3D de haz múltiple de 2.25MHz Blueview y cámara ARIS. CMRE también tiene un par de vehículos Konsgberg Hydroid REMUS 100 con sonar de barrido lateral y ecosonda multihaz (MBES) para readquisición, y un IQUA Robotics SPARUS UUV con ARIS para readquisición y neutralización simulada.

Si MUSCLE no puede comunicarse directamente con uno de sus vehículos colaboradores, puede usar la boya de entrada en un USV como el LiquidRobotics WaveGlider de CMRE, para transmitir mensajes de un vehículo sumergido a otro, o de regreso a la plataforma host.

"Todos pueden realizar diferentes tareas", dijo Dugelay. “Por ejemplo, MUSCLE se apaga, realiza una encuesta de área amplia y encuentra las detecciones. BlackCAT tiene una cámara óptica y una ecosonda multihaz con visión de futuro para realizar la readquisición del objetivo. Son dos vehículos Bluefin similares que se han adaptado para hacer cosas diferentes.

"El análisis de lo que ha visto, y la determinación de lo que debe hacer el grupo de vehículos a continuación, se realiza con calma a bordo del MÚSCULO", dijo Dugelay. “MUSCLE puede determinar el riesgo de que aún pueda haber algo allí que no haya encontrado, y puede desarrollar un mapa de riesgo compuesto para volver a buscar más en un área o desplegar otros vehículos, como el Black CAT, para mirar más cerca y reducir ese riesgo ".
CMRE realiza pruebas en el agua y ha integrado sus sistemas en ejercicios operativos como el Experimento griego de contramedidas mineras ARIADNE (GAMEX) y los Ejercicios de contramedidas mineras españoles e italianos (MINEX).

El centro también puede aprovechar sus amplias capacidades de modelado y simulación para evaluar los sistemas autónomos de colaboración y los conceptos de operación en entornos operativos diversos y complejos.

Sobre el Autor
Edward Lundquist es un capitán retirado de la Marina de los EE. UU. Que escribe con frecuencia para Marine Technology Reporter. Viajó a La Spezia, Italia, para reportar esta historia.