FFI TAR ET TEKNOLOGISK ANSVAR. Hvordan kan autonome systemer brukes av Forsvaret?

Transkript

1 FFI TAR ET TEKNOLOGISK ANSVAR Hvordan kan autonome systemer brukes av Forsvaret? ffi.no/2016

2

3 FRAMTIDEN ER UBEMANNET Autonome systemer er maskiner som opererer på egenhånd. De dukker opp over alt i samfunnet, i industrien, i varehandelen, i trafikken og på internett. FFI er overbevist om at framtiden er ubemannet. Tryggere Ved å bruke maskiner til farlige oppdrag kan vi redde menneskeliv. Mer utholdende Maskiner sovner ikke på vakt. De er mer presise, de holder ut og repeterer uten kjedsomhet. Det finnes ikke for mye informasjon for dem, og de kan finne løsninger på problemer raskere enn mennesker. Billigere I mange tilfeller er det rimeligere å la én eller flere maskiner gjøre jobben.

4 SVERMENE KOMMER I dag kan hvem som helst gå i butikken og kjøpe en ganske avansert drone. Men hva skjer når du tar en hel sverm med flygende enheter, gir dem kunstig intelligens og evnen til å samarbeide? På en kontorpult i bygg 217 står ni droner på rekke og rad. Rommet er fullt av verktøy og dingser. I bakgrunnen sitter forsker Sondre Engebråten og monterer et kamera på undersiden av en drone. Engebråten og teamet hans er blant dem som jobber for å finne ut hvordan svermteknologi kan brukes av Forsvaret i praksis. Vi vil vise hvordan vi kan bruke en dronesverm til å overvåke eller patruljere et område dag og natt, året rundt i norske forhold, forklarer Engebråten. BILLIGERE OG BEDRE Sverm å overraske en motstander med mange enheter er ikke noe nytt i militær sammenheng. Det nye er at maskiner gjør jobben. Teknologien har et enormt potensial på lang sikt, mener Jonas Moen. Han er kjernefysiker og økonom, og jobber med både svermteknologi og sensorkommunikasjon i FFIs autonomiprosjekt. Moen tror svermteknologi kan bidra til å bryte kostnadsspiralen i Forsvaret, der vi får stadig større, mer kompliserte og dyre fly og fartøyer. Det er mange som forsker på temaet nå. Svermene kommer. Vi girer opp til å være med på løpet. Foreløpig ser vi mest på hvordan svermer kan overvåke store områder over lang tid, sier Moen. SOVNER IKKE PÅ VAKT Dronene i vaktsvermen FFI utvikler skal kommunisere og samarbeide om å løse oppdraget uten å være direkte styrt av mennesker. Mannskapene som overvåker operasjonen vil få beskjed dersom dronene oppdager noe unormalt på bakken. Dronesvermen skal også kunne oppdage andre droner som kommer inn på området. Vi forsker på hva slags sensorer, teknologi og maskinvare som må til for å få det til å fungere. Vi må også løse praktiske utfordringer, som hvordan dronene skal få byttet batteri underveis, forklarer Engebråten. Han mener det er mange fordeler med en slik dronepatrulje. Datamaskiner er i stand til å håndtere mer informasjon enn oss mennesker. De får med seg mer. En sverm med droner kan programmeres til å bearbeide og sile ut informasjon og kun varsle når de oppdager noe unormalt. De er også mer utholdende enn oss mennesker de sovner ikke på vakt. En slik sverm kan brukes til mange andre formål enn å overvåke. Du kan kartlegge og lage 3D-modeller av et område med data hentet fra droner. En sverm kan brukes til å lage et kommunikasjonsnettverk når andre nett faller ut, og du kan bruke det til å jamme andres kommunikasjon, for å nevne noe. FLYGENDE VERKTØYKASSE I løpet av året skal drone-gjengen demonstrere en dronesverm som flyr autonomt over lengre tid, mens enhetene lander og bytter batterier underveis. FFI skal også printe sine egne, skreddersydde droner og småfly. Hvis vi kjøper en ferdig drone og monterer på en datamaskin, en antenne eller et kamera, er det ikke sikkert at hverken flyet eller sensoren fungerer optimalt. Vi utvikler sensoren først, for å løse en oppgave, så bygger vi flyet rundt, forteller FFIs egen

5 SVERMPROSJEKTET Målet er å utvikle en selvgående dronesverm som kan holde vakt i et område døgnet rundt, og varsle dersom noe unormalt hender. Dronene er utstyrt med datamaskin, kommunikasjonsutstyr, kamera og andre sensorer som oppfatter det som skjer på bakken. flyingeniør, Gjermund Kjerkreit. Å printe egne fly kan spare Forsvaret for mye penger sammenliknet med å kjøpe inn ferdige fly og droner. Planen på sikt er å bygge opp et databibliotek med flydeler. Da kan vi bruke en programvare som setter sammen dronen eller flyet som passer best til den oppgaven vi skal løse. Selve flyet kan printes i et telt når vi er ute på oppdrag. Slik kan vi lage en Swiss army knife i lufta, sier Jonas Moen entusiastisk. At FFI printer sine egne fly handler ikke bare om å lage skreddersydde løsninger og å spare penger. Uansett må vi fornorske ting. Når Forsvaret skal kjøpe inn ny teknologi, må de ha en kompetent rådgiver. Vi hjelper Forsvaret å kjøpe inn riktige systemer til riktig pris, med riktig kravspesifikasjon. Vi blir ikke kloke av bare å kjøpe ting. Vi må ha egenutvikling slik avslører vi om leverandører er gode, mener Moen. Sondre Engebråten forsker på hva slags teknologi som må til for å få en dronesverm til å løse ulike oppgaver. Se filmer og lær mer om vår forkning på svermteknologi på 2016.ffi.no/sverm. Ingeniør Gjermund Kjerkreit har designet et dronefly som skal printes med 3D-printer i løpet av 2017.

6 EN RULLENDE VAKTBIKKJE Det er ikke bare Google og bilindustrien som tester ut selvkjørende biler. FFI mener autonome kjøretøy kan brukes blant annet til å overvåke og forsvare militære flyplasser. Slike kjøretøy vil kunne stå parkert ett sted for å overvåke en del av flyplassen, men kan også patruljere eller rykke ut dersom alarmen går, forklarer forsker Kim Mathiassen. Han er en av dem som jobber med selvgående kjøretøy ved FFI. ØYNE I SKOGEN En bil som skal patruljere og holde vakt på egen hånd i et militært område må ta hensyn til helt andre ting enn selvkjørende biler som skal fungere i trafikken. Den skal kunne navigere og ta seg fram blant trær, i myrterreng og i snø. Den må også kunne gjenkjenne helt andre situasjoner og gjenstander enn en autonom bil i trafikken. Forskerne ved FFI jobber derfor med å utvikle og teste ut spesialtilpassede sensorer og programvare for de selvgående kjøretøyene Forsvaret skal bruke i framtiden. FFIs testbil Olav har allerede vært ute og kjørt på skogsbilveier og i vinterterreng. SLIK SER EN SELVKJØRENDE BIL Testbilen Olav, og de andre autonome maskinene FFI utvikler, skal ha samme type hjerne, og et felles sanseapparat som gjør dem i stand til å oppfatte omgivelsene. Vi jobber med maskinsyn et system for å trekke ut informasjon fra ulike sensorer, blant annet kameraer, for å mate dette inn i datamaskinen som bestemmer hva Olav skal gjøre, forklarer FFI-forsker Trym Haavardsholm. Dataene fra de ulike sensorene på bilen smeltes sammen til to ting: et lokalt kart og en liste over objekter i nærheten. Alt skjer i sanntid. På forhånd har du et kart over omgivelsene. Sensorene ser etter ting bilen bør ta hensyn til som ikke er på kartet vi hadde fra før. Sensorene skal gi nok informasjon til at bilen kan kjøre også om den ikke har et kart, eller hvis GPS faller ut, slik at bilen ikke vet hvor på kartet den er. Hvilke sensorer som settes på droner, båter og kjøretøy vil variere etter behov. Testbilen Olav har tre kameraer, GPS og en treghetssensor som forteller hvor fort Olav beveger seg i en retning. Den har også en lidar, som står for Light detection and ranging. Denne sensoren bruker laser til å kartlegge omgivelsene. Dataene settes sammen til et 3D-bilde. Hva slags informasjon sensorene mater i kartet over omgivelsene kan variere. For Olav vil kartet blant annet inneholde informasjon om farbarhet altså hvor det er mulig å kjøre basert på hvilke kjøreegenskaper bilen har, sier Haavardsholm. Olav bruker lidar-dataene blant annet til å finne ut hvor det er flatt, og dermed større sannsynlighet for at den kan kjøre. I tillegg bruker den fargekameraet til å se hvilken farge det er på veien han kjører. Den informasjonen kan Olav bruke til å kjenne igjen hvor veien fortsetter. SKAL KUNNE KJENNE IGJEN BILER I tillegg til fargekameraet, har Olav to sorthvitt-kameraer som brukes til å krysspeile avstanden til gjenstander i omgivelsene, og til å kjenne igjen hvor og hvordan disse gjenstandene beveger seg. Listen over gjenstander i omgivelsene skal også si noe om hva slags gjenstander det er, og hvor de kommer til å være om noen sekunder.

7 Kim Mathiassen jobber med å utvikle og teste ut FFIs autonome kjøretøy, OLAV. Vi er ikke helt i mål, men vi jobber med å utvikle gjenstandsgjenkjenning, sier Haavardsholm. De selvgående kjøretøyene som brukes av Forsvaret i framtiden kommer neppe til å se ut akkurat som Olav. Det er kun en plattform for å teste ut teknologien. Framover vil forskerne jobbe videre med prosseseringsrammeverket, hvordan sensorene skal oppdage hindringer og bevegelige objekter kort sagt hvordan Olav kan danne seg et stadig bedre bilde av omgivelsene. Slik ser det ut når styresystemet testes. Les mer og se filmer om denne forskning på 2016.ffi.no/kjoretoy. Olav bruker fargekamera som en av metodene for å finne ut hvor den kan kjøre. Når den finner en vei, registrerer den hvilken farge veien har. Så leter den etter steder med liknende farge for å finne ut hvor veien fortsetter.

8 UT AV FARLIGE SITUASJONER Kampen mot sjøminer er det området der utviklingen av autonome systemer er kommet lengst i det norske Forsvaret. I dag brukes bemannede båter både til minejakt og minesveip. I framtiden ser vi for oss at ubemannede fartøyer gjør jobben, slik at vi får mest mulig av personellet ut av det minefarlige området, sier Morten Nakjem. Han leder arbeidet med det nye systemet ved FFI. FFI og Kongsberg-gruppen samarbeider om å utvikle Odin, en selvgående båt, og Hugin, en selvgående ubåt. Med det nye systemet vil Odin frakte ubåten Hugin inn for å kartlegge et område. Minene Hugin finner uskadeliggjøres med et engangsvåpen som settes ut fra Odin og fjernstyres av en operatør som sitter på trygg avstand i moderfartøyet, forklarer Nakjem. I halvparten av norske farvann er bunntopografien så krevende at vi ikke kan jakte miner med sonar. I slike områder vil én eller flere Odin-båter sendes inn for å gjøre minesveip. Da sleper Odin et system som simulerer undervannssignaturene til skip for eksempel støy fra propell og maskineri, og elektromagnetiske felt. Når dette systemet passerer, tror minen at det er et skip og detonerer. Et slikt system er billigere, bedre og mer effektivt. Minesveiperne vi bruker i dag må ha spesialbygde skrog med liten signatur i vannet, slik at de ikke selv løser ut miner. Kostnaden ved å kjøpe slike spesialfartøy ligger på godt over en milliard kroner, og kjøpsprosessen tar flere år, sier Nakjem. Det er også en fordel at denne teknologien, både de ubemannede båtene og ubåtene, kan brukes sivilt. Det vil få ned kostandene ved utvikling. Systemet er mer fleksibelt fordi vi kan hente inn sivile fartøy ved en krisesituasjon. Kongsberg har solgt flere ubemannende ubåter til oljeindustrien enn de har solgt til Forsvaret. Systemet er skalerbart fordi vi kan hente inn sivile systemer med samme teknologi og relativt raskt produsere flere enheter ved en krisesituasjon. SLIK FUNGERER TEKNOLOGIEN Mye av teknologien er på plass allerede, men det gjenstår fortsatt mye testing og utviklingsarbeid. Målet er å ha et delsystem på plass innen 2023, og at alt er operativt innen Ubåten Hugin har allerede vært i drift i mange år, men blir stadig mer autonom. Minejakt er det sikreste hvis vi skal finne ut om det er miner i et område. Teknologien i Hugin gjør at den kan jakte etter miner i områder der dagens overflatefartøy med skrogmontert sonar ikke egner seg, forklarer forskningsleder Torstein Sæbø. Han er ansvarlig for den teknologiske utviklingen av Hugin ved FFI. Hugin er utstyrt med flere typer avanserte sensorer, blant annet en spesiell type sonar - Synthetic Aperture Sonar (SAS), som er utviklet av FFI i samarbeid med Kongsberg Maritime. Dette er den eneste sensoren som kan behandle store områder under vann og lage bilder av havbunnen med høy oppløsning. I dag må du sende ut en båt for å samle inn sonardata. Dataene skal så bearbeides og analyseres av mennesker, før vi må planlegge et nytt tokt og legge opp en manuell rute for å fotografere de mineliknende gjenstandene. I framtiden kan alt dette skje autonomt, på ett tokt med Hugin og Odin, sier Sæbø.

9 Den autonome båten Odin skal om får år brukes til ubemannet minesveip langs kysten. Den skal også hjelpe til når ubåten Hugin jakter etter miner på havbunnen, og når sjøminer uskadeliggjøres. Hugin skal hele tiden vurdere om den får gode nok bilder, eller om den må kjøre tilbake for å få nye bilder. Hugin må også kunne vurdere hvor utfordrende terrenget var. Hvor sannsynlig er det at den har funnet alle minene? Bør området kartlegges nøyere? Når Hugin kommer tilbake skal den både ha funnet og fotografert miner. Se filmer og lær mer om framtidens minerydding på 2016.ffi.no/mine. I april testet forskerne om systemet som skal få Odin til å unngå hindringer fungerer som det skal. Forsker Else- Line Malene Ruud var barnevakt med hånden på stoppknappen. MINEPROSJEKTET Som en del av samarbeidet med USA og Nato har Norge forpliktet seg til å holde viktige områder langs kysten farbar ved krisesituasjoner. Dagens norske minerydderskvadron har fire skip som snart må skiftes ut. I Forsvarets langtidsplan er det lagt opp til at et nytt, ubemannet system for å rydde sjøminer skal være i drift i FFI utvikler teknologi til dette systemet. Hugins SAS-sonar kan lage høyoppløselige sonarbilder av havbunnen. Det øker sjansen for å finne miner, selv om sjøbunnen er kupert og steinete.

10 SLIK FOREGÅR MINEJAKT OG MINESVEIP I DAG Ved minejakt kartlegger vi havbunnen med sonar (akustikk) for å lete etter mineliknende gjenstander. Minene uskadeliggjøres enten med engangsvåpen som sendes ut fra et bemannet fartøy, eller ved at minedykkere sendes ned for å feste sprengstoff ved minen. Rundt halvparten av norske farvann har for steinete og kupert havbunn til at vi kan jakte miner med sonar. Her brukes minesveip, det vil si at minene detoneres ved at bemannede båter kjører gjennom et område med et slep som skal simulere fartøyer. Minesveiperen må ha et spesialdesignet skrog slik at den ikke selv løser ut minene. SJØMINER Miner kan legges ut fra strandsonen og ned til 1000 meters dyp. Den eldste typen, også kalt kontaktminer, ble lagt like under havoverflaten, og ble utløst ved direkte kontakt med skip. I dag finnes det mer avanserte miner som kan bli utløst av motorlyd, endring i magnetfelt eller trykkforandringer. De kan tidsinnstilles, eller programmeres til å løses ut av en bestemt type skip. Sjøminer er relativt billige og enkle å produsere, og krever lite vedlikehold. De kan legges ut i det skjulte fra fly og sivile båter lenge før en konflikt oppstår. Det finnes ca. 1 million sjøminer på lager rundt om i verden. Internasjonale avtaler tillater bruk av sjøminer i krig. Mistanke om at miner er lagt ut begrenser handlefrihet til sjøs.

11 I framtidens mineforsvar vil en ubemannet ubåt (Hugin) kartlegge havbunnen. Miner som oppdages, uskadeliggjøres med et fjernstyrt engangsvåpen som sendes ut fra en ubemannet båt. I områder med kupert og steinet sjøbunn vil ubemannede båter detonere miner med minesveip. Operasjonen overvåkes fra et bemannet fartøy som ligger utenfor faresonen. MODERSKIP ODIN HUGIN

12 ORGANISASJONSKART Forsvarets forskningsinstitutt ble etablert i Siden 1995 har FFI vært organisert som et forvaltningsorgan med særskilte fullmakter underlagt Forsvarsdepartementet (FD). Styret er FFIs øverste organ og er ansvarlig for instituttets virksomhet. Administrerende direktør leder den daglige virksomheten og utøver instituttets rådgivingsfunksjon. FFI er organisert i seks forskningsavdelinger, med støtte fra en strategi- og planenhet, en næringsstrategigruppe og en instituttstab med forvaltningsfunksjoner og administrative fellesfunksjoner. Lederne for disse enhetene sitter i instituttets ledergruppe. Instituttets internrevisjon rapporterer til styret, og Forsvarets forskningsforum ledes av administrerende direktør ved FFI og leder for FDs Avdeling for forsvarspolitikk og langtidsplanlegging. FORSVARSDEPARTEMENTET FFIS STYRE INTERNREVISJONEN ADM. DIREKTØR FORSVARETS FORSKNINGSFORUM STABEN STRATEGI OG PLAN NÆRINGSSTRATEGI ANALYSE Spesialanalyser MARITIME SYSTEMER Fregatt LUFT- OG ROMSYSTEMER Kampfly LANDSYSTEMER Landoperasjoner Forsvarsanalyser Maritim overvåking Luftvern og ubemannede Kampsystemer Operative analyser Ubåt luftsystemer Autonomi Kostnadsanalyser Minemottiltak Radar Ammunisjon Drifts- og personell- Marin robotikk Missiler Energetiske materialer analyser Havmiljøkartlegging Mikrosatellitter Styrkebeskyttelse Undervannssensorsystemer Luftmilitære operasjoner Romsystemer Optiske sensorer Etterretning og overvåking Laser CYBERSYSTEMER OG ELEKTRONISK KRIGFØRING Taktisk ledelsessystem for landdomenet Informasjonsutveksling og -utnyttelse Kommunikasjonsinfrastruktur Modellering og simulering Programvaresikkerhet Kryptologi Operativ EK-støtte til Forsvaret IKT-sikkerhet Strategisk kommunikasjon og cyberforsvar Passive sensorer Samhandling, K2 og teknologi BESKYTTELSE OG SAMFUNNSSIKKERHET Beskyttelse av samfunnet Medisin, helse og miljø Anvendt fluidmekanikk CBRNE: Biologiske trusler CBRNE: Kjemiske trusler og hjemmelagde og sivile eksplosiver

13 ANSATTE vitenskapelig ansatte 517 ledere 27 stipendiater 11 teknisk 54 drift 45 administrasjon % menn 27 % kvinner totalt 715 KVINNEANDEL (%) ALDERSFORDELT VITENSKAPELIG ANSATTE % Totalt MÅLBILDET LEVERANSER ØKONOMI INTERNE PROSESSER BIDRA TIL ØKT SAMFUNNSSIKKERHET GJENNOM FORSKNINGSBASERT KUNNSKAP BIDRA TIL ET EFFEKTIVT OG RELEVANT FORSVAR GJENNOM FORSKNINGSBASERT KUNNSKAP DRIFTE INSTITUTTET EFFEKTIVT OG FORSVARLIG DRIVE MÅLRETTET FORSKNINGSFORMIDLING BIDRA TIL NASJONAL INDUSTRIELL UTVIKLING GJENNOM FORSKNINGSBASERT KUNNSKAP FFIs styringsparametere skal gi informasjon om virksomhetsstyringen av FFI. Virksomhetsstyringen følger prinsippene for mål-, resultat- og risikostyring. Styringsparameterne er koblet til FFIs strategiske målbilde og skal bidra til at FFI når sine mål. Ved å vurdere resultatene for parameterne og vurdere dem opp mot målene, kan denne informasjonen benyttes til å utvikle og forbedre virksomheten. Styringsparameterne er en del av FDs oppfølging av FFI og skal gi en balansert og helhetlig framstilling av den totale virksomheten. Nærmere om vurdering av resultater og måloppnåelse for de overordnede målene, se FFIs årsrapport for 2016 på ffi.no/2016. MENNESKER, LÆRING OG UTVIKLING SIKRE RETT KOMPETANSE

14 ØKONOMI OG NØKKELTALL DRIFTSINNTEKTER (MILL. KR) DRIFTSKOSTNADER (MILL. KR) RESULTAT FINANSIERING: UTVIKLING PER KATEGORI (DRIFTSINNTEKTER PER 1000 KRONER) Basistilskudd Forvaltningsmidler Tilskudd HU Sverdrup II Tilskudd kjemiidentifiseringslab Strategiske FoU-midler FD Forprosjektsmidler Forsvarssektoren Silvile og offentlige inn- og utland FINANSIERING: ANDEL AV TOTALE DRIFTSINNTEKTER 2016 (883 MILL. KRONER) Basistilskudd Forvaltningsmidler Tilskudd HU Sverdrup II Tilskudd kjemiidentifiseringslab Strategiske FoU-midler FD Forprosjektsmidler Forsvarssektoren 162 forskningsprosjekter Silvile og offentlige inn- og utland

15 FORSKNING FORSKNINGSÅRSVERK FORDELT PÅ FORSVARSSEKTORENS TI FOU-OMRÅDER Sikkerhetspolitikk Forsvarspolitikk, struktur og organisasjon Konseptutvikling og operasjoner Samfunnsikerhet og beredskap Mennesket, læring, kultur og helse Nettverk, kommando, kontroll og kommunikasjon Etterretning, overvåkning og oppklaring Kampsystemer Sensorsystemer, signaturtilpassning og elektroninsk krigføring Våpensystemer, virkninger og beskyttelse PUBLISERING OG FOREDRAG BRUKERTILFREDSHET 749 foredrag 182 FFI-seminar og konferanser i inn- og utland 2528 medieoppslag 1338 sosiale medier En grunnleggende suksessfaktor for FFI er å bidra med forskning som oppdragsgiverne ser nytten av. FFI er avhengig av å forstå oppdragsgivernes behov, problemstillinger og eksisterende løsninger. Instituttet måler brukertilfredshet når prosjektene avsluttes. På en skala fra 1 til 6 var vektet gjennomsnittsskår på 5,3 i FFI-publikasjoner 259 FFI-rapporter 217 FFI-notater 3 VITEN 275 eksterne publiseringer 86 internasjonale fagtidsskrifter 5,4 Prosjektets resultater 5,2 Forskningsformidling 189 bøker/bidrag i bøker og konferanser 40 avisartikler/andre bidrag 4,8 Prosjektråd 5,3 Prosjektgjennomføring

16 Hvordan ser det ut når OLAV og ODIN kjører uten fører? Finner dronene veien inn i teltet for å lade? Se det i videoene på ffi.no/2016 FFI KJELLER Postboks Kjeller Besøksadresse: Instituttveien Kjeller FFI HORTEN Postboks Horten Besøksadresse: Karljohansvern 3190 Horten Telefon: Militær telefon: e-post: firmapost@ffi.no Trykk: 07 Gruppen Opplag: 1500 Design og tekst: FFI Foto: FFI Illustrasjoner: Cecilie Ellefsen ISBN: FFI er medlem av Grønn stat. ffi.no/2016