I “Robotic Autonomous Systems” (RAS): le potenzialità esprimibili nel dominio terrestre e le barriere tecnologiche da superare

di Cap. ing. Genny Paciullo e Ten. ing. Enrico Coppola

I RAS: cosa sono e quali abilità speciali possiedono?

I Robotic Autonomous Systems (RAS) sono sistemi progettati per soddisfare esigenze diversificate, non esclusivamente di carattere militare, e rappresentano oggi un settore di sviluppo tecnologico multidisciplinare in rapidissima espansione. La denominazione RAS comprende le piattaforme dotate sia di un elemento robotico che di un determinato grado di autonomia, in cui la parte system si riferisce ad un’ampia varietà di sistemi fisici in numerose aree applicative, e la parte robotic richiama la struttura fisica del sistema, evidenziando che non vi è presenza umana. La capacità che caratterizza e distingue i RAS risiede senza dubbio nell’autonomia, ovvero nel grado di indipendenza che l’uomo conferisce al sistema nell’eseguire un dato compito, in altre parole la condizione di auto-governarsi per conseguire un obiettivo assegnato [1].

La ricerca scientifica e tecnologica indirizzata al raggiungimento dell’autonomia è in atto da decenni. Le sfide tecnologiche ancora da vincere variano a seconda del dominio operativo: è innegabile infatti che i RAS “aerei” dimostrano maggiori gradi di autonomia rispetto a quelli “terrestri” [2]. Ciò è dovuto alla particolare complessità della navigazione autonoma terrestre, ed in particolar modo alla tipologia necessaria ai sistemi militari, cioè la navigazione in mancanza di una mappa nota a priori.

Inoltre, soprattutto per l’applicazione militare, l’intelligenza del RAS non si limita alla navigazione autonoma, ma l’autonomous decision making deve estendersi a processi logici più spinti, come la reazione a perturbazioni ostili e la conseguente ripianificazione della missione. Se queste piattaforme devono alleviare lo sforzo cognitivo dell’operatore militare, allora sono necessari ulteriori progressi negli algoritmi di Intelligenza Artificiale implementati. La capacità decisionale autonoma impiega modelli e algoritmi che effettuano previsione su fenomeni fisici e ambientali, e spesso sono del tipo data driven: necessitano di acquisire dati sull’ambiente circostante e adattare o raffinare il proprio comportamento in real-time, specialmente in situazioni di sicurezza critiche [3].

Ma qual è il valore aggiunto che i RAS apportano nella condotta di operazioni militari? Lo sviluppo di questi sistemi consente contemporaneamente di [4]:

• aumentare la situational awareness;
• alleggerire i carichi di lavoro fisici e cognitivi dei soldati;
• sostenere lo sforzo logistico;
• incrementare la force protection.

Le piattaforme impiegate nel settore militare

La Logistica Distribuita costituisce uno dei 5 assi di sviluppo della Forza Armata, insieme alla manovra a contatto, alla manovra non a contatto, alla manovra nella terza dimensione e alla difesa integrata [2]. Nell’epoca attuale infatti, in cui la rilevazione satellitare delle forze è efficacissima, l’obiettivo logistico è sempre più sfidante: è necessario disperdere le forze sul campo per non essere individuati e, conseguentemente, anche i nodi logistici necessari al loro sostegno. Sono richiesti dunque molti piccoli canali di distribuzione e punti di consegna geograficamente dispersi: i dispositivi logistici dovranno essere riarticolati per essere maggiormente dispersi e diradati. Le Emerging Disruptive Technologies (EDT), come i RAS, apporteranno indubbiamente un fondamentale contributo per rendere disponibili, in maniera tempestiva, una maggiore quantità di risorse necessarie a sostenere le forze sul campo con flussi e procedure sempre più efficaci ed efficienti. Risulta evidente la necessità di disporre di un sistema strutturato e al tempo stesso agile di Concept Development&Experimentation (CD&E) per introdurre in modo mirato e consapevole le EDT nei sistemi operativi e logistici. Si pensi per esempio ad un Centro di Sperimentazione nel quale risieda la competenza tecnico-specialistica e presso il quale vengano testati le EDT, i loro livelli prestazionali, e gli effetti operativi conseguenti.

I Paesi della NATO hanno capito fin da subito che l’introduzione dei sistemi autonomi nelle operazioni avrebbe esteso in modo decisivo le capacità future. Attualmente, uno dei Paesi che manifestano forte interesse per i RAS, sono gli Stati Uniti: tra le varie piattaforme, lo U.S. Army ha condotto una campagna di sperimentazione sul prototipo “Small Multipurpose Equipment Transport (S-MET)”, un “mulo” robotico che aiuterà le unità di fanteria leggera a trasportare equipaggiamento. I militari americani hanno testato con successo diverse performance del sistema e hanno fornito all’Industria feedback utili all’incremento delle capacità di carico e di mobilità [5].

Alla luce del valore strategico dei RAS, lo Stato Maggiore Esercito (SME) ha deciso di condurre una campagna di sviluppo concettuale e di sperimentazione, implementando la dottrina dettata in materia dalla Direttiva di Forza Armata [6]. L’attività, supervisionata dalla Scuola di Fanteria di Cesano, ha coinvolto numerosi reparti, sia operativi che tecnici, tra cui il 1° Rgt. Granatieri di Sardegna, che ha fornito l’unità esercitata, il Centro Raccolta Dati (CAT), che ha schierato sistemisti ed analisti, e il Centro Polifunzionale di Sperimentazione (Ce.Poli.Spe), che ha messo in campo i propri Ufficiali del Corpo degli Ingegneri con expertise nel settore. La campagna ha il duplice obiettivo di approfondire i concetti relativi all’utilizzo di tecniche di Intelligenza Artificiale applicate ai sistemi unmanned e contemporaneamente quello di identificare i processi attraverso cui questi metodi e queste architetture di sistema apportano vantaggi operativi e benefici per lo Strumento Militare Terrestre. L’attività, avviata nel 2022, si articola in tre fasi: research, avente l’obiettivo di definire le ipotesi di sperimentazione e dei concetti di impiego dei RAS; development, che consiste nel vero e proprio sviluppo, verifica e analisi dei concetti di impiego in ambiente virtuale (Simulation Exercise) sia sul terreno (Experimentation Trial); validation, dedicata alla validazione finale delle ipotesi di sperimentazione adottate per l’impiego nella condotta di azioni tattiche in ambiente urbano degradato.

Il contributo del CEPOLISPE alla campagna di sperimentazione

Il CEPOLISPE è stato coinvolto nei Working Group (WG) “Data Analysis” e “Safety” nella campagna di SME succitata. In particolare, il primo gruppo è stato incaricato di supportare il Direttore di Esercitazione in fase di condotta per garantire il completo e corretto processo di raccolta dati. Il compito del secondo WG invece era legato alla sfera della sicurezza di impiego dei sistemi nei confronti dell’operatore, in dettaglio il gruppo era deputato all’elaborazione del modello di sicurezza per l’uso dei prototipi nei poligoni, e alla compilazione di specifici documenti.

La sperimentazione e la progettazione dei RAS

L’Industria Nazionale ha intrapreso un percorso di specializzazione nella progettazione e nella produzione dei RAS già diversi anni fa e ha fornito alcuni prototipi all’Esercito nell’ambito del programma Force Network Enabled Capability (FNEC). In particolare, la Leonardo ha realizzato due esemplari di UGV: il primo nella configurazione Tele Robotic Platform – Forward Operation Base (TRP2 FOB), e il secondo in quella denominata Reconnaissance, Intelligence, Surveillance and Target Acquisition (TRP2 RISTA) per Cavalleria. L’apparato di testing governativo, che per la prima volta si è trovato ad affrontare l’omologazione tecnica di queste innovative piattaforme, ha eseguito numerose e variegate prove sperimentali per valutare la funzionalità e l’affidabilità. Tuttavia, si è valutato il livello raggiunto dai sistemi in questione non ancora adeguato per l’introduzione in servizio e l’impiego in sicurezza.

Successivamente, il CEPOLISPE ha preso l’iniziativa e, nell’ambito del progetto di ricerca “CAVEAU” (CAratterizzazione e mobilità dei VEicoli All terrain manned e Unmanned), sta progettando e realizzando un dimostratore sperimentale RAS in collaborazione con il Politecnico di Torino e il supporto industriale di aziende nazionali. Nel suo complesso, il progetto è concepito per raccogliere dati sperimentali e accrescere le conoscenze tecnico-teoriche che potranno consentire di sviluppare nuove procedure di prova, o aggiornare le procedure esistenti. Le competenze acquisite permetteranno di indagare efficacemente i limiti tecnici e prestazionali di sistemi RAS, di testare algoritmi e tecnologie di guida autonoma e, in ultima battuta, garantiranno alla Forza Armata un procurement caratterizzato da una maggiore consapevolezza tecnico-prestazionale.

Riferimenti

[1]     “Robotic and Autonomous Systems: From design to development and use in military operations”, Michel Rademaker and RNLA LtCol Sjoerd Mevissen, 2022;

[2]     “La logistica distribuita e le capacità abilitanti. Concept paper”, Stato Maggiore Esercito, 2023;

[3]     it.emceelettronica.com/la-navigazione-dei-robot-mobili-basata-sulla-tecnologia-lidar, “Elettronica Open Source”;

[4]     https://aeroastro.mit.edu/research-areas/autonomous-systems-decision-making;

[5] https://army.mil/article/236204/small_robotic_mule_other_unmanned_ground_systems_ on_the_Horizon;

[6]     Direttiva 5004 “Sviluppo e sperimentazione dei concetti di Forza Armata”, 2020.

(da NVS-TCV 1/2024)