NATOはMUSCLEメモリを使用して地雷を見つけます

マッスル自律型水中ビークルの展開。写真はCMRE提供

水中の乗り物は通信し、意思決定を行い、チームとして働く

イタリアのラ・スペツィアにあるNATO海洋研究実験センター（CMRE）は、スマートと筋肉を組み合わせて、沿岸部の濁った海で地雷を見つけて破壊するという複雑な戦闘の課題を解決しています。

CMREは、実験用の実験的な無人車両を開発しました。現在、これらの車両は互いに通信および協力し、問題を独自に解決するために進化しています。

CMREのディレクターであるキャサリンワーナー博士によると、センターは無人システムが運用に最も適している場所を見つけ出し、それらをより良く、スマートに、相互運用可能に、自律的に、より効果的にするために科学を行っています。

それは難しい注文ですが、短い答えは、CMREの科学者とエンジニアがチームとして働くために既存の無人車両を適応させたということです。
CMREは、水中音響モデム間の通信のためのNATO標準プロトコルであるJANUSと、分散および分離（D2）協調自律フレームワーク（D2CAF）を開発したため、無人水中車両（UUV）のネットワークが相互に通信して連携できるようになりました。 D2CAFを使用すると、車両チームはさまざまなUUV間で処理を共有し、JANUSで接続された「ゲートウェイ」無人水上車両（USV）があればそれを共有します。

取り組みの中心にあるのは、CMREのGeneral Dynamics Mission Systems Bluefin-21無人潜水艇（UUV）です。これは、浅海隠密沿岸探検（MUSCLE）実験プラットフォーム用のMinehunting UUVとして採用されています。

CMREは、Bluefin -21のオープンアーキテクチャとモジュール性を利用して、Thales合成開口ソナー（SAS）を装備しているため、高解像度で広い領域をすばやく表示してカバーできます。 MUSCLEには、自動ターゲット認識（ATR）を実行するのに役立つオブジェクトのデジタルライブラリを備えたオンボードメモリがあります。オブジェクトをリアルタイムで認識および分類し、データの品質やエリアの複雑さなどの要因を考慮して、脅威と確実性のレベルを決定します。その後、その不確実性を減らすためにミッションを計画できます。 D2CAFを使用すると、これらのミッションをチームとして実行できます。

その実験のために、CMREは堅牢で、頑丈で、信頼性のあるシステムを必要としていました。

「それがまさにマッスルです」と、CMREエンジニアリングの副部長であるロブ・ビーンは言いました。分割。 「Bluefin-21はかなり長い間使用されてきました。そして長年、Bluefinのコラボレーションにより、よりモジュール化されてきました。」

GAMEX'17に参加する前のNRV ALLIANCE搭載のマッスルおよびブラックCAT UUV。 （写真：NATO CMRE）GAMEX '17演習での筋肉と黒猫

CMREは、事前にプログラムされたウェイポイントの記録データを追跡できる統合開口ソナーを搭載したBluefinから始めたと言われています。 「走行ごとに車両を回収し、データをダンプする必要があります。しかし、科学者とエンジニアのコラボレーションにより、今何ができるかを見ることができます。 CPUとGPU（中央処理装置とグラフィック処理装置）の両方を備えているため、多くの並列処理を実行できます。 Bluefin MUSCLEがリアルタイムで水中を見ることができるようにしました。したがって、画像を見て、次に何をすべきかを判断します。」

MUSCLEは「ラジエーター」検索パターンで開始でき、そのときの環境に基づくセンサーの可視性とパフォーマンスに応じて、ラジエーターパターンの間隔を決定します。 「ギャップを作りたくないので、それを最適化する必要があります。そのデータを利用可能にし、それを機内で処理できることの利点は、これらの決定を一気に行うことができるため、ギャップがないことを確認できることです。何かを見ると、水中音響モデムを使用してメッセージをゲートウェイブイに送信し、ゲートウェイブイはそれを船に送り返し、リアルタイムで検出を確認できます。車両には自動ターゲット認識ソフトウェアが搭載されているため、ある程度の確率で、このタイプのターゲットであることを判断できます。砂の波紋を検出すると、砂の波紋に対する位置を最適化して、見栄えを良くすることができます。協調的な自律性により、小型車両に一連の検出を行って検査し、ビデオフィードを収集して、船にフィードバックすることもできます。」

CMREの自律海軍地雷対策プログラムマネージャーであるSamatha Dugelay博士は、センターが別のBluefin-21を協調型自律テストベッド（Black CATと呼ばれる）として採用し、MUSCLEとBlack CATを連携させることでD2CAFを実証したと述べました。 MUSCLEには、現在の方向と速度を検出する音響ドップラー電流プロファイラーがあり、電流を考慮して検索パターンを再プログラムできます。 D2CAFのバージョンをホストし、再取得に使用されるBlack CATには、Teledyne Blueview 900の前向きソナー（FLS）、光学カメラ、Blueview 2.25MHzマルチビーム3Dソナー、およびARISカメラが装備されています。 CMREには、再取得用のサイドスキャンソナーとマルチビームエコーソーダ（MBES）を備えたKonsgberg Hydroid REMUS 100車両と、再取得とシミュレートされた中和のためのARISを備えたIQUA Robotics SPARUS UUVもあります。

MUSCLEが共同車両の1つと直接通信できない場合、CMREのLiquidRobotics WaveGliderなどのUSVのゲートウェイブイを使用して、ある潜水車両から別の車両に、またはホストプラットフォームにメッセージを中継できます。

「それらはすべて異なるタスクを実行できます」とDugelay氏は言いました。 「たとえば、MUSCLEは外に出て、広域調査を実施し、検出結果を見つけます。 BlackCATには、ターゲットの再取得を行うための光学カメラと前方を向いたマルチビームエコーソーダがあります。したがって、それらは異なることを行うように適合された2つの類似したBluefin車両です

「見たものの分析と、車両グループが次に何をする必要があるかについての決定は、MUSCLEの機内で行われます」とDugelay氏は述べています。 「まだ発見されていないものがまだあるかもしれないリスクを判断できます。また、エリアをさらに検索するために戻ったり、ブラックCATなどの他の車両を配備したりするための複合リスクマップを作成できます。より近く、そのリスクを減らします。」
CMREは水中試験を実施し、ギリシャARIADNE地雷対策実験（GAMEX）やスペインおよびイタリアの地雷対策演習（MINEX）などの運用演習にシステムを統合しました。

センターは、その広範なモデリングおよびシミュレーション機能を活用して、さまざまな複雑な動作環境での協調型自律システムおよび動作の概念を評価することもできます。

著者について
Edward Lundquistは、米国海軍の引退した船長であり、Marine Technology Reporterに頻繁に寄稿しています。彼はこの話を報告するためにイタリアのラ・スペツィアに旅行しました。