דוגמן וירטואלי

בשנים האחרונות תופס משקל ציוד חיילי החי”ר, חלק מרכזי בתכנון המערכה העתידית. רוב המחקר בנושא הזה נערך בארצות הברית, תחת הפיקוח של סוכנות המחקר והפיתוח המרכזית במשרד ההגנה האמריקני –
The Defense Advanced Research Projects Agency.
במסגרת המחקר הזה פותחו בזרועות השונות של הצבא האמריקני מספר אמצעים, במטרה להקל על חיילי החי”ר במתארי לחימה המחייבים מאמץ גופני תוך נשיאת משקל גדול. כך למשל הוצגו לפני שנתיים ה”פרות המכניות”, רובוטים דמויי בהמות – בעלי ארבע רגליים, שמונעים על ידי מנוע חשמלי ונשלטים על ידי פקודות קוליות או שלט רחוק. פיתוח נוסף שהוצג בארצות הברית הוא השלד הביוני שמורכב “על” חייל החי”ר ומאפשר לו תנועה רציפה עם משקל גדול, כאשר משקל הציוד נמצא על החליפה עצמה, המצוידת במנועים זעירים לצד המפרקים, בכדי להקל על תנועת החייל ולהוריד את העומס מהמפרקים והשרירים. אלא שהאמצעים הללו עדיין לא מבצעיים, וחלקם ספק אם יבשילו לכדי יכולת מוכחת בתרחישי קרב.
בחודש יוני האחרון, הציגה מעבדת המחקר המרכזית של הצי האמריקני, – Office of Naval Research, את פרויקט: – Enhanced Technologies for Optimization of Warfighter Load. הפרויקט שמומן על ידי הצי, פנה למספר גופי מחקר כדי לפתח כלי הערכה וירטואליים לניתוח ביצועי חייל החי”ר, עם משקלים שונים במתארי לחימה מגוונים. אוניברסיטת איווה – University of Iowa – שערכה את המחקר, הציגה את תוכנת ה-Gruntsim. תוכנה תלת מימדית המאפשרת לתכנן את משקל החייל במשימה מבצעית מוגדרת. המערכת מציגה סימולציה ממוחשבת, המסוגלת לחשב, ולבצע אופטימיזציות של העומס המוטל על גוף החייל בנשיאה של סוגים שונים של ציוד לחימה. ב-GruntSim, ניתן לבדוק ציוד קיים וציוד עתידי וכן לראות את השפעת משקל הציוד על גוף החייל, הן מבחינה מכנית והן מבחינת יכולת הביצוע של החייל.
“תכנית ה-ETOWL היא בהחלט פורצת דרך בכל הקשור לשדה הקרב העתידי”, אומר בריגדיר ג’נרל (תת אלוף), קווין קילאה, סגן מנהל מעבדות המחקר של הצי, לאתר החדשות UPI. “המחקר הזה יעזור לנו להגדיל את קטלניות החייל תוך כדי שיפור הביצועים הפיזיים שלו. את שתי המטרות הללו, רק טכנולוגיה פורצת דרך יכולה להשיג”.
בתוכנה מאופיינים 7 דגמי-גוף של חיילים וחיילות של המארינס, ועליהם ניתן להריץ את הסימולציה. התוכנה מאפשרת מיגוון רחב מאד של אפשרויות וירטואליות, עם סוגים שונים של ציוד וכן שילוב של מסלולי מכשולים ותרחישים. בגרסה העדכנית שנמסרה לצי האמריקני לצורך בחינה ראשונית, נמצאים 160 פרטי ציוד שונים, בהם כלי נשק, רקטות, טילים, ציוד תצפית, אמצעי מודיעין שונים וכן סוגים רבים של ציוד אישי לשהייה ממושכת בשטח. התוכנית מודדת את האפקטים של העומס והלחץ על המפרקים השונים, את ההשפעה על שיווי המשקל, וכן את מידת הגמישות וההשפעות השונות על מרכז הכובד. התוצאות מוצגות עם חיווי של אפשרי או מסוכן. “ירוק” למצב תקין ו”אדום” למצב מסוכן. בנוסף, מאפשרת התוכנה גם בחינה של מספר מפרקים ושרירים במקביל, כמו למשל חגורת כתפיים, ידיים וברכיים. התוצאות אמורות לשמש לתכנון ניסויים אמתיים, חיים, עם חיילים וציוד לחימה מגוון. כבר עכשיו, אחרי הבחינה הראשונית, ניתן לומר שהסימולציה מאפשרת תכנון נכון יותר של ציוד לחימה ונשק, וכן את עיצובם ומיקומם על הגוף בצורה אופטימלית. התוכנה מספקת נתונים גם על מצב עמוד השדרה, צריכת האנרגיה ופרמטרים נוספים. ה-Gruntsim אמורה לשמש בעתיד גם לתכנון כלי הרכב בהם מוסעים החיילים, כדי לתת להם מרווח-שהייה ותנועה נכונים מבחינה מבצעית ובטיחותית וכן לענות על הצרכים הגופניים שלהם, בעת שהם פועלים בתוך כלי רכב משוריינים.
“השימושים הראשוניים בתוכנה היו יעילים מאד ומרשימים”, אמר לאתר UPI – שחשף את ה-Gruntsim – ד”ר פיטר סקוויר, מנהל תוכנית ETOWL במעבדות המחקר של הצי. “התוכנה הציגה יכולת ניתוח מהירה מאד ומרשימה. עצם היישום המהיר של כלי התכנון הזה, משלב הרעיון ועד לשלב המוצר הקיים, בהחלט לא מובנת מאליה. אני בטוח שהתכנית כולה תאפשר כבר בעתיד הנראה לעין שיפור משמעותי בתפקוד חיילי החי”ר של הצי”.
המחקר שארך חמש שנים בתקציב של כמעט 9 מיליון דולר, מומן כאמור במלואו על ידי הצי האמריקני. אוניברסיטת איווה ערכה את המחקר במסגרת פרויקט
Virtual Soldier Research – VSR, פרויקט ייחודי שבו מנסים ציוותי מחקר של האוניברסיטה לשלב כלי מחקר מתקדמים בתכנון אמצעי לחימה עתידיים, תוך שימוש בטכנולוגיה מתקדמת של הדמיה. אחד התחומים שנחשבים כפורצי דרך בתכנית הוא digital human modeling. בתחום הזה הצליחו החוקרים ליצור מודלים מדויקים מאד, המדמים את גוף האדם עם משתנים רבים. התוכנה הייחודית משקללת בו זמנית אילוצים מה”עולם האמיתי” כגון: כוח משיכה, עייפות שרירים, כוח שרירים, הגבלות בגדים, תכונות חומר, ומגבלות פיזיות.
הצלחת המודל המחקרי של VSR, הניב לאוניברסיטת איווה שיתופי פעולה במחקר פיתוח וייצור עם משרד ההגנה האמריקני על כל שלוחותיו וכן עם מספר יצרנים בארצות הברית. אחת ההצלחות של המחקר הייתה בבניית מודל אנושי של חייל שזכה לשם SANTOS. המודל, שנחשב כיום למוביל בתחום הסימולציה האנושית/פיסית, הפך בשנים האחרונות לחברה עצמאית SPIN OFF) ,Santos Human Inc), המתמחה בסימולציית מוצרים לבני אדם. פרויקט SANTOS נחשב ייחודי מאד בשל היכולת שלו להמחיש תהליכים ביומכניים ברמה מתקדמת מאד, תוך הדמייה בזמן אמת של השפעת התהליכים על מערכות השלד והשרירים. מודל SANTOS יכול להמחיש כל גודל של גוף אדם, תוך שהוא מאפשר בניית מודל מדוייק (ככל האפשר) לאדם ספציפי (כך למשל ניתן להתאים בתוכנת GruntSim שסופקה לצי האמריקני, ציוד ספציפי לחייל במשקל 70 ק”ג, בגובה 175 ס”מ עם מוטת ידיים של 1.2 מטר – המספרים ניתנו כדוגמא לגמישות התכנון של התוכנה).
בשנים האחרונות נוספה ל-SANTOS גם מקבילה נשית Sophia, המשמשת לסימולציות דומות בגוף נשי. Sophia נכללת בגרסה שסופקה לצי האמריקני.
שיוויון הזדמנויות אמרנו… אז הנה הוא מגיע גם לעולם הווירטואלי.