Cơ hội ứng dụng công nghệ in 3D trong xe tự hành trên mặt đất (UGV)

Công nghệ in 3D đang mở ra cơ hội mới cho việc phát triển xe tự hành trên mặt đất (UGV), đặc biệt khi các phương tiện này ngày càng được yêu cầu phải nhẹ, linh hoạt, dễ sửa đổi và có khả năng thích nghi nhanh với điều kiện thực tế. Thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào những phương tiện quân sự cồng kềnh và đắt đỏ, UGV có thể tận dụng các linh kiện thương mại có sẵn, kết hợp với những chi tiết được thiết kế và sản xuất bằng công nghệ in 3D. Cách tiếp cận này giúp rút ngắn thời gian cải tiến, giảm chi phí sản xuất số lượng nhỏ và nhanh chóng đáp ứng những yêu cầu mới. 

Công nghệ in 3D mở ra hướng cải tiến nhanh cho xe tự hành trên mặt đất (UGV)

Năm 2024, IperionX hợp tác với công ty sản xuất linh kiện siết chặt Vegas Fasteners để cùng sản xuất các chi tiết liên kết cho Trung tâm Hệ thống Phương tiện Mặt đất của Lục quân Mỹ (GVSC). Đơn vị này thuộc DEVCOM (Bộ Tư lệnh Phát triển Năng lực Chiến đấu của Lục quân Mỹ). GVSC đã chịu ảnh hưởng bởi việc cắt giảm ngân sách khi sự chú ý của quân đội Mỹ đang chuyển nhiều hơn sang drone và tên lửa. Tuy nhiên, GVSC vẫn đang cố gắng tìm nguồn vốn để phát triển các phương tiện robot và mẫu Infantry Squad Vehicle (ISV - phương tiện cơ động dành cho lực lượng bộ binh) hạng nhẹ mới của GM ( tập đoàn sản xuất ô tô của Mỹ).

Phương tiện cơ động dành cho lực lượng bộ binh được đưa lên một chiếc trực thăng. 

Những phương tiện này được xây dựng dựa trên nhiều linh kiện có sẵn trên thị trường. Thiết kế ưu tiên tốc độ và khả năng quan sát thay vì tập trung quá nhiều vào lớp giáp bảo vệ. Cách tiếp cận này khá khác với suy nghĩ thông thường. Tuy nhiên, trên chiến trường, một phương tiện nhẹ, nhanh và dễ quan sát đôi khi lại có thể an toàn hơn.

Nếu phương tiện có thể phát hiện mối đe dọa sớm và phản ứng bằng cách tránh né hoặc chủ động đối phó, đồng thời chạy nhanh hơn và cơ động hơn đối phương, nó sẽ linh hoạt hơn và dễ thoát khỏi nguy hiểm hơn. Khi đó, phương tiện không còn quá cồng kềnh và cũng không bị phụ thuộc vào những tuyến đường chính lớn. Đây lại là những tuyến đường rất dễ trở thành nơi phục kích hoặc bị rải mìn.

Lực lượng Jordan và SAS ( Lực lượng Đặc nhiệm Không quân Anh) đã sử dụng những chiếc Toyota Land Cruiser được cải tiến rất hiệu quả tại Syria và nhiều khu vực khác. Hiện nay, Jankel Fox là một phương tiện được phát triển theo hướng này.

Fox từng được đưa vào sử dụng tại Pháp, Bỉ, Oman, Jordan, Mỹ, Romania, Botswana, Hàn Quốc, Italy, Tây Ban Nha, Brunei, New Zealand và nhiều quốc gia khác, với hơn 500 chiếc được đặt hàng. Đây không phải là một phương tiện hoàn toàn mới được thiết kế từ đầu. Fox được xây dựng trên nền tảng Toyota Land Cruiser - một dòng xe có độ tin cậy cao, phụ tùng và dịch vụ hỗ trợ phổ biến, đồng thời có chi phí tương đối thấp - sau đó được Jankel cùng đối tác tại Jordan là JLVM cải tiến.

Cách làm này không cần phải tạo ra một phương tiện hoàn toàn mới trị giá hàng tỷ USD với một cái tên nghe rất hoành tráng nhưng chưa chắc mang lại hiệu quả thực tế. Thay vào đó, có thể tận dụng một nền tảng đã có sẵn trên thị trường, sau đó cải tiến để đáp ứng yêu cầu quân sự. Fox sử dụng các COTS ( linh kiện thương mại có sẵn trên thị trường) và được bổ sung những cải tiến chuyên biệt, chẳng hạn như ghế có khả năng chống chịu tác động từ vụ nổ do chính Jankel phát triển.

Xe chiến thuật Jankel Fox. 

Một loại phương tiện rất khác là Supacat, hiện được chín quốc gia lựa chọn sử dụng. Phương tiện này được sản xuất bởi một công ty Anh tương đối nhỏ khác. Ban đầu, nếu nhìn vào một chiếc Supacat, có lẽ nhiều người sẽ không muốn ngồi trên nó khi hoạt động tại Afghanistan. Binh lính gần như ngồi hoàn toàn bên ngoài phương tiện thay vì được bảo vệ bên trong.

LMV ( phương tiện cơ động hạng nhẹ) và các nền tảng khác của Supacat gặp khá nhiều sự phản đối. Những chiếc xe này trông giống những mẫu xe biển nhỏ dễ thương của Pháp vào thập niên 1960, hoặc giống một chiếc dune buggy (xe địa hình) hơn là một phương tiện quân sự thực thụ.

Nhìn bên ngoài, chúng giống một chiếc Citroën Méhari (mẫu xe địa hình/xe đa dụng nhỏ của Pháp) mà người ta có thể chất vài chiếc khăn tắm biển lên để đi đến một vịnh nhỏ tuyệt đẹp vào ngày hè, hơn là một phương tiện quân sự mà binh lính có thể ẩn nấp và tìm chỗ bảo vệ bên trong.

Xe chiến thuật Supacat Jackal.

Một số lực lượng đặc nhiệm và Thủy quân lục chiến Mỹ hiện sử dụng những chiếc buggy hạng nhẹ của Polaris, với triết lý thiết kế tương tự. Polaris MRZR Alpha có thể có một cái tên rất mạnh mẽ, nhưng nhìn vào thiết kế của nó, người ta dễ liên tưởng đến một chiếc xe dành cho những người đang trải qua khủng hoảng tuổi trung niên hơn là một phương tiện phục vụ nhiệm vụ triển khai lực lượng tầm xa. Thật khó tưởng tượng việc một binh sĩ phải ở cách lực lượng của mình 1.000 dặm bằng một chiếc xe thậm chí không có cửa hay kính chắn gió.

Phương tiện chiến thuật hạng nhẹ Polaris MRZR Alpha. 

Trong khi quân đội Mỹ tập trung nhiều vào các phương tiện MRAP ( phương tiện chống mìn và chống phục kích) hạng nặng, GVSC là một trong số ít đơn vị có thể phát triển phương án thay thế. MRAP an toàn nhưng cồng kềnh, phụ thuộc vào đường chính và dễ trở thành mục tiêu của drone. Việc thử nghiệm phương tiện tự hành hạng nhẹ cùng COTS giúp Lục quân có thêm phương án linh hoạt, dễ triển khai và tiết kiệm chi phí. Thực tế, Thủy quân lục chiến Mỹ từng mất 14 tháng để phát triển Humvee tăng cường giáp nhằm đối phó với IED (thiết bị nổ tự chế).

Vì vậy, khả năng tạo ra nhiều phương án có thể cứu mạng người. Tại Ukraine, các phương tiện bọc giáp hạng nặng như MaxxPro từng hữu ích ở tiền tuyến nhưng gặp khó khăn khi di chuyển trong bùn và không đủ khả năng chống chịu các cuộc tấn công bằng drone. Hiện nay, tại Dead Zone (vùng chết), các phương tiện robot cỡ nhỏ và UGV (xe tự hành không người lái không người lái) đang đảm nhiệm nhiều nhiệm vụ tiếp tế, vận chuyển và sơ tán. Điều này cho thấy phương tiện tự hành hạng nhẹ, sử dụng linh kiện COTS và các chi tiết titan nhỏ, có thể đáp ứng nhanh nhu cầu chiến trường.

Trong chiến tranh Afghanistan, Supacat Jackal từng gây nhiều lo ngại vì thiết kế mở và mức độ bảo vệ hạn chế. Tuy nhiên, SAS ( Lực lượng Đặc nhiệm Không quân Anh) đã bí mật sử dụng loại xe này trong nhiều năm với hiệu quả cao. Thiết kế hạng nhẹ giúp phương tiện dễ vận chuyển bằng máy bay, tiết kiệm nhiên liệu, chạy nhanh và tiếp cận những địa hình mà xe nặng khó tới. Khả năng quan sát và cơ động tốt hơn cũng giúp giảm nguy cơ phục kích.

Việc sử dụng động cơ và linh kiện phổ biến còn giúp phương tiện dễ bảo trì, giảm chi phí và nhanh chóng thích nghi với chiến trường. Các đơn vị tích hợp nhỏ cũng có thể điều chỉnh thiết kế nhanh hơn các nhà sản xuất lớn. Tuy nhiên, điều còn thiếu là ứng dụng rộng rãi in 3D, công nghệ có thể rút ngắn hơn nữa thời gian thiết kế, cải tiến và sản xuất các chi tiết thay thế. Hiện đã có một số đơn vị triển khai, nhưng tốc độ vẫn chưa đủ nhanh.

Xe tự hành không người lái (UGV) được thiết kế cho các hoạt động trên chiến trường.

Ba loại xe tự hành UGV đang được sử dụng và tiềm năng in 3D 

Trong khi đó, tại Ukraine, UGV đang được sử dụng ngày càng rộng rãi và hiện là lựa chọn tiếp tế quan trọng ở tiền tuyến. Trước đây, UGV thường được xem như những dự án mang tính phô trương hoặc chủ yếu để trình diễn công nghệ.

Tuy nhiên, hiện nay có rất nhiều loại UGV khác nhau, từ những thiết bị quan sát có kích thước tương đương một chiếc xe điều khiển từ xa, đến những robot rà phá bom mìn chạy bằng bánh xích với tốc độ chậm, rồi đến những phương tiện bọc thép có kích thước tương đương một chiếc xe thông thường.

Có ba loại chính: tác chiến cự ly gần, vận tải và tầm xa.

Ở nhóm phương tiện nhỏ và chi phí thấp là mẫu TerMIT. TerMIT có giá khoảng 15.000 USD, nhưng chỉ có thể di chuyển với tốc độ 10 km/h và được điều khiển thông qua liên kết trực tiếp. Mẫu phương tiện này có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ trong phạm vi ngắn, nhưng sẽ di chuyển khá chậm nếu phải hoạt động trên những quãng đường dài.

Tuy nhiên, Ukraine là một chiến trường đan xen, trong đó tiền tuyến là một vùng chết (dead zone - khu vực nguy hiểm giữa các vị trí chiến đấu), nơi binh lính ẩn nấp giữa các điểm phòng thủ kiên cố và drone xuất hiện ở khắp nơi. Việc đưa lực lượng xâm nhập vào khu vực đối phương hoặc nguy cơ bị đối phương áp đảo luôn là những vấn đề thường trực.

Vì lực lượng ở tiền tuyến phân tán, việc bố trí các khu vực hỏa lực liên kết với nhau gần như không thể thực hiện. Trên thực tế, có rất ít binh lính trực tiếp ở tuyến đầu. Họ thường chia thành các nhóm nhỏ và cách xa nhau.

Trong tình huống như vậy, một xe tự hành trên mặt đất nhỏ có thể được sử dụng để hỗ trợ binh lính thoát khỏi một vị trí nguy hiểm. Thậm chí, chiếc TerMIT có thể được chấp nhận hy sinh để tạo cơ hội cho binh lính rút lui. UGV cũng có thể được sử dụng để vòng qua sườn đối phương hoặc hỗ trợ hỏa lực.

Nó cũng có thể thực hiện nhiệm vụ hỗ trợ mặt đất ở chặng cuối, đưa hàng tiếp tế đến gần tiền tuyến và hỗ trợ sơ tán. Các UGV cỡ nhỏ đã được sử dụng làm nền tảng mang RPG (Rocket-Propelled Grenade - súng phóng lựu chống tăng) và súng máy trong hơn một năm.

Hiện Ukraine đang vận hành hơn 25.000 UGV và gần đây đã đưa vào sử dụng một biến thể mang súng phóng lựu có tên Zmii Mini Strike. Quốc gia này có hơn 200 công ty phát triển UGV và cho biết họ thực hiện hơn 7.000 nhiệm vụ chiến đấu mỗi tháng, cùng với hàng loạt nhiệm vụ vận chuyển và tiếp tế khác. Nhưng nếu muốn vận chuyển người hoặc hàng hóa đi xa hơn nhiều, cần một phương tiện có tốc độ cao hơn.

Vì vậy, đối với nhóm phương tiện tiếp theo, có thể nghĩ đến các phương tiện vận tải. Một trong số đó là loại xe có khả năng di chuyển rất tốt trên địa hình gồ ghề, có thiết kế thấp và có thể chở 2 tấn trong phạm vi 400 km.

Những mẫu phương tiện vận tải này có thể sử dụng động cơ điện để di chuyển với tốc độ thấp hoặc sử dụng hệ thống nhiên liệu đa năng để đạt tốc độ cao hơn. Chúng có thể được vận chuyển bằng trực thăng, máy bay và drone hạng nặng. Trong khi loại UGV nhỏ chủ yếu đóng vai trò như một trạm vũ khí cơ động, loại phương tiện này được thiết kế để vận chuyển trên quãng đường dài. Nó có thể mang theo nguồn điện, nước, thực hiện CASEVAC (sơ tán thương binh), vận chuyển vật tư và hỗ trợ hỏa lực.

Phương tiện gần với ý tưởng này nhất hiện nay là Hunter Wolf UGV. Trước đây, Quân đội Mỹ từng có Mule, một phương tiện có chức năng rất gần với loại phương tiện vận tải hạng nhẹ này. Năm 2022, nền tảng robot MULE (Multifunctional Utility/Logistics and Equipment Vehicle - phương tiện đa chức năng phục vụ hậu cần, vận tải và thiết bị) được xem là một giải pháp phù hợp với nhu cầu của Mỹ, nhưng chương trình đã bị hủy.

Phương tiện này cần có khả năng thích ứng, dễ sử dụng và giá rẻ.Thiết kế cũng cần cho phép dễ dàng lắp thêm các loại vũ khí hoặc thiết bị khác. Chẳng hạn, có thể lắp một recoilless rifle (súng không giật) để tạo ra một phương thức mới nhằm đối phó với đối phương trong các thung lũng miền núi. Khi kết hợp một loại vũ khí có hỏa lực lớn với một phương tiện có thiết kế thấp, có thể tạo ra một phương án tác chiến mới mà vẫn giữ được khả năng cơ động.

Sẽ thật tệ nếu bị tiêu diệt bởi những phương tiện đáng yêu như thế này.

Đối với nhóm cuối cùng, đó là một gun truck - một dạng phương tiện chiến thuật tự động, giống như phiên bản tự hành của General Dynamics Flyer hoặc Infantry Squad Vehicle.

Phương tiện hạng nhẹ, có khả năng vận hành trên địa hình gồ ghề này có thể nhanh chóng vận chuyển vật tư và cũng có thể được sử dụng cho các nhiệm vụ đột kích, sơ tán hoặc đơn giản là hoạt động như một phương tiện không người lái.

Tất nhiên, có thể trang bị cho phương tiện các khẩu M2 (súng máy hạng nặng M2) hoặc bổ sung nhiều cảm biến và hệ thống khác. Nhưng điều thực sự cần thiết là một phương án cải tiến có chi phí cực thấp.

Phương tiện cần bền bỉ, có thể cải tiến nhanh, phản ứng nhanh, tốc độ cao và dễ bảo trì. In 3D đặc biệt phù hợp với sản xuất số lượng nhỏ. Công nghệ này cho phép thực hiện các vòng lặp thiết kế nhanh, liên tục cải tiến sản phẩm và tạo ra những linh kiện nhẹ. Đó chính là những điểm mạnh của in 3D.

Vì vậy, cũng giống như in 3D đang đóng một vai trò ngày càng lớn trong chiến tranh drone, công nghệ này có thể đóng một vai trò tương tự trong việc cải tiến và duy trì hoạt động của các xe tự hành.

>>> ⚡ Phát triển UGV nhanh hơn với công nghệ in 3D!