Autonomiset järjestelmät – sotatekniikan näkökulmia ilmavoimien taisteluun

autonomiset järjestelmät

– sotatekniikan näkökulmia ilmavoimien taisteluun

Tekstit: • Insinöörimajuri (FT, DI) Mika Nieminen

MPKK/STEKNL, Tutkimusryhmän johtaja • TkT Reino Virrankoski tutkijatohtori, Aalto-yliopisto, tietoliikenne- ja tietoverkkotekniikan laitos,

MPKK/STEKNL MULTICO:n projektipäällikkö

Teknologian kehittyessä sotilaallinen toimintaympäristö muuttuu ja laajentuu, mikä aiheuttaa haasteita puolustuksen järjestämiselle. Toisaalta toimintaympäristön laajentuminen entistä voimakkaammin ohjelmistopohjaisiin järjestelmiin voi luoda myös mahdollisuuksia vastata uhkiin keskitetymmin osaamista kehittämällä.

Perinteisten puolustushaarojen lisäksi entistä tärkeämpään osaan ovat nousemassa informaatio- ja kybervaikuttaminen sekä avaruuden käyttö sotilaallisena toimintaympäristönä. Maanpuolustuskorkeakoulun sotatekniikan laitoksella tulevaisuuden ja osittain jo nykyisiinkin osaamistarpeisiin on varauduttu tutkimuksen ja opetuksen välisen integraatioasteen parantamisella, minkä vuoksi eräs vahva tutkimusalue on autonomiset järjestelmät ja niiden hyödyntäminen, joihin liittyy oleellisena asiana tekoäly, koneoppiminen ja robotiikka. Muita tutkimusalueita ovat kyberturvallisuus- ja teknologia, operaatioanalyysi, yleinen sotateknologinen kehitys, materiaalia lisäävät menetelmät sekä sotatalouteen liittyvät aiheet. Sotatekniikan laitoksen jatko-opiskeljoiden tekemä tutkimus on akateemisuuden vuoksi pääosin julkista.

Sotatekniikan laitoksella tutkimusryhmässä autonomiatutkimukseen keskittyy ye-evl Petteri Hemmingin vetämä jatko-opiskelijatiimi, jossa maatoimisia autonomisia järjestelmiä tutkii Christian Andersson ja ilmapuolustukseen liittyviä järjestelmiä tutkii insinöörimajuri Tapio Haapamäki. Kokonaisuuteen on tulossa myös meripuolustuksen autonomiaan keskittyvä jatko-opiskelija.

Tekoälyn, koneoppimisen ja robotiikan hyödyntäminen

Tätä artikkelia kirjoitettaessa LAYKKA-alustaa on testattu ja kehitetty sekä sen käyttöä on mallinnettu VBS-simulaatioharjoituksessa (kuvassa), josta saatujen kokemusten perusteella simuloidussa ympäristössä LAYKA:n aiheuttama hämmennys oli huomattavan suurta harjoitukseen osallistuneiden keskuudessa. Simulaatioharjoituksen perusteella LAYKA:n tai vastaavan järjestelmän käyttöä ilmapuolustuksen tukikohtien puolustamisessa ja valvomisessa on kannattavaa. Siihen yhdistettynä droonien (semiautonomiset tai autonomiset) tuoma lisäsuorituskyky vapauttaa henkilöresursseja muihin tehtäviin. Muun muassa tekoälyn, koneoppimisen ja robotiikan käyttö sensoridatan louhinnassa ja luokittelussa tuo mahdollisuuksia tulevaisuuden upseereille käyttää nykyteknologiaa päätöksenteon helpottamiseksi, mikä voidaan tekemiemme tutkimusprojektien havaintojen perusteella tuoda osaksi arjen välineillä tehtävää johtamista. Droonien käyttöön ilmapuolustuksessa liittyy oleellisesti insinöörimajuri Haapamäen jatkotutkimus, jossa Sotatekniikan laitos ja Ilmasotakoulu ovat kansallisen yliopisto- ja yrityskonsortion (MULTICO) asiantuntijajäsenenä.

MULTICO-projektin painopiste siviilimarkkinoilla

MULTICO-projektissa toteutetaan ekosysteemi, joka tuottaa reaaliaikaista tilannekuvaa hyödyntämällä minisatelliittien, multikopteri-tyyppisten droonien sekä muiden sensori- ja toimilaitejärjestelmien mittaamaa dataa.

Kysymyksessä on Business Finlandin New Space Economy -ohjelmasta rahoitusta saava yhteishanke, johon osallistuvat tutkimuslaitososapuolina

aalto-yliopisto ja VTT sekä yritysosapuolina Nokia Oyj, Saab Finland Oy, Atlas

Elektronik Finland Oy, DA-Group, Huld Oy, Iceye

Oy, Nsion Oy, Small Data Garden Oy sekä Nokian alihankkijana Insta ILS Oy.

Projekti toteutetaan 1.4.2020-31.10.2022 välisenä aikana. Sen painopiste on siviilimarkkinoilla, ja Frost & Sullivanin alkuvuodesta 2020 toteuttaman markkinaselvityksen mukaisesti painopisteet on asetettu seuraaville kolmelle sovellusalueelle: 1. 2. 3. julkinen viranomaiskäyttö (turvallisuus ja puolustus), kriittisen infrastruktuurin hallinta (esim. energiantuotanto ja -jakelu) sekä logistiikka ja liikenne. Puolustusvoimat ei osallistu MULTICO-projektin rahoitukseen eikä myöskään saa sieltä rahoitusta, mutta Maanpuolustuskoulu ja Ilmasotakoulu toimivat projektikonsortiossa asiantuntijajäseninä, ja ohjausryhmässä on edustus myös Ilmataistelukeskuksesta. Projektin pääkohde on siviilimarkkinoilla, jossa kehitettävän kaltaisten järjestelmien vaatimukset ovat tavallisesti sotilaallisia vaatimuksia kevyemmät. MULTICO:ssa ajatuksena on, että jos järjestelmä täyttää mahdollisimman pitkälle sotilaalliset vaatimukset, niin silloin se varmimmin soveltuu mahdollisimman laajasti myös erilaisiin siviilisovelluksiin. Osallistuminen asiantuntijajäsenenä tarjoaa Puolustusvoimien kannalta hyödyllistä synergiaa myös MATINE:ssa ja PVTO:ssa tehtävän tutkimus- ja kehitystyön kanssa.

Kukin osallistujista tuo MULTICO-ekosysteemiin omaa osaamistaan. Droonialustana käytetään Nokian droonia,

LAYKKA-AMPGV 2030 in VBS

Johtaa

Lyö kohtaamansa vihollisen Selvittää vihollisen etenemisen Estää pääsyn

Ihmisen korvaaminen tulevaisuuden kentillä – uhka vai mahdollisuus?

LAYKKA-tutkimusprojektin malli VBS:llä sekä todellinen kuva. VBS = Virtual Battle Space, virtuaalinen taistelukenttä/alue

jolle toteutetaan määrätyt sensorihyötykuormat ja kehitetään satellittivapaan (GNSS free / GNSS denied) navigoinnin menetelmiä. Tilannekuvadatan keräämistä, laskentaa ja loppukäyttäjille jakamista varten käytetään Nokia Digital Automation Cloud -pilvipalvelua sekä Nsionin NSC3-platformia. Saab Finland Oy osallistuu satelliittivapaan navigoinnin sekä droonin sensorihyötykuorman kehittämiseen. Huldin keskeistä osaamista on satellittivapaa navigointi sekä hahmon- ja kohteidentunnistus satelliittien, lentokoneiden ja droonien tuottaman datan avulla. Satelliittialustana käytetään Iceyen minisatelliitteja. Niiden avulla mahdollistuu globaalin mittakaavan satelliittikuvantaminen, sekä erityisesti SAR-tutkadatan tuottaminen tarkasteltavista kohteista varsin tiheällä mittausvälillä. SAR-tutkavalmistajana mukana on DA-Group, ja miniatyrisoidun SAR-tutkan käyttöä ja tutkadatan analyysiä tutkitaan minisatelliittien ohella myös drooneissa. Atlas Elektronik Finlandin keskeistä osaamista on merellisen tilannekuvan tuottaminen ja sen integrointi järjestelmän muihin osiin. Small Data Garden kehittää droonilla maahan levitettäviä anturiverkkoja, jotka käyttävät pienelle datamäärälle soveltuvia pitkän kantaman datansiirtotekniikoita.

Aalto-yliopisto tutkii droonien satelliittivapaata navigointia, niiden käyttöä autonomisena parvena sekä radiotomografiaan perustuvaa henkilön läsnäolon tunnistamista ja paikantamista. Lisäksi Aalto osallistuu sensorifuusiome-

MULTICO-ekosysteemiin kukin osallistujista tuo omaa osaamistaan.

netelmien tutkimiseen sekä järjestelmän tietoliikennearkkitehtuurin kehittämiseen ja integrointiin. VTT:n keskeisiä tutkimuskohteita projektissa ovat kuvantavan radiometrin ja hyperspektrikameran laitteistokehitys ja data-analytiikka, sekä SAR-tutkadatan analyysi. Lisäksi VTT osallistuu myös sensorifuusiomenetelmien tutkimiseen ja järjestelmän integrointiin.