oudere-tanks_noventas-by-mindef

Bauer: Defensie en TNO hebben elkaar nodig

Om aangehaakt te blijven bij de nieuwste ontwikkelingen is samenwerking tussen Defensie en TNO zeer belangrijk. Beide hebben al 70 jaar een bijzondere band. “Die heeft ons veel gebracht en ook wederzijds afhankelijk gemaakt”, aldus Commandant der Strijdkrachten luitenant-admiraal Rob Bauer. “TNO kan niet zonder Defensie en Defensie kan niet zonder TNO.”
Hij zei het vandaag in het Nationaal Militair Museum in Soesterberg ter gelegenheid van 70 jaar TNO defensieonderzoek. Er zijn volgens Bauer maar weinig landen die deze bijzondere constructie kennen: een kennisinstituut dat los staat van de defensieorganisatie en dat tegelijkertijd tot in de haarvaten aanwezig is.

Synergie
Bauer zei dat graag zo te willen houden. “Sterker nog: wij koesteren de onafhankelijke, wettelijk vastgelegde positie van TNO. Die betekent namelijk dat TNO ook onderzoek doet voor derden. Dat levert synergie op. Het stelt TNO in staat om ons internationaal te vertegenwoordigen. Daardoor heeft het ingangen, die er anders niet zouden zijn. En dat komt uiteindelijk ook Defensie ten goede.”
Gebruikers en onderzoekers moeten volgens Bauer constant met elkaar in gesprek blijven. Anders komen kennis en innovatie niet goed tot stand. Defensie is in toenemende mate afhankelijk van innovaties uit de commerciële sector. Die zijn soms rechtstreeks bruikbaar in vliegtuigen, schepen, gevechtsvoertuigen of andere systemen. Hij is voorstander van ‘van de plank’ kopen waar dat kan en zelf ontwikkelen waar nodig.




Schadelijke effecten bezuinigingen
Luitenant-admiraal Bauer zei dat de bezuinigingen ervoor hebben gezorgd dat het piept en het kraakt bij Defensie. Zij hebben ook de relatie tussen Defensie en TNO beïnvloed. “Ik kan dat niet mooier maken dan het is. Maar met de extra middelen die aan Defensie zijn toegekend, is het tij gekeerd.”
Het kennisinstituut moet voor Defensie onderzoeken wat de technologieën van de toekomst zijn. “Dat is diepgaand risicodragend verkennend onderzoek. Trial and error”, aldus Bauer. “Onze krijgsmacht moet robuust weerstand kunnen bieden aan dreigingen en moet zich ook constant kunnen aanpassen aan nieuwe ontwikkelingen. Korte termijn- en lange termijninspanningen zijn nauw met elkaar verweven.”

Revolutionaire innovaties
Bauer brak een lans voor investeren in internationale samenwerking in zowel NAVO-als Europees verband. Dat soort samenwerkingsverbanden kunnen zorgen voor lagere kosten, snellere innovatie, meer interoperabiliteit, minder dubbel werk en meer gemeenschappelijke standaarden. “Dat is allemaal hard nodig. Want de dreigingen waar we mee te maken hebben, worden steeds diverser en complexer. Samen kunnen wij komen tot de revolutionaire innovaties, waar onze militaire geschiedenis bol van staat. Ik ben benieuwd wat dat ons gaat brengen, want innovatie is nooit wat je verwacht.”

Bron: Defensie

militairen-trainen-met-suit_noventas-by-mindef

Defensie traint gevaarlijke situaties met augmented reality

Het realistisch trainen van een gecoördineerde aanval vanuit de lucht en via land, was Defensie nooit eerder gelukt. Augmented reality, waarbij de gebruiker virtuele gebouwen en personen in een echte wereld ziet, maakt dit voor het eerst mogelijk.

De afdelingen Modelling, Simulation and Gaming en Training Performance Innovations van het kennisinstituut TNO hebben meer dan 20 jaar ervaring op het gebied van virtual reality (de gebruiker ziet een geheel virtuele wereld) en augmented reality (de gebruiker ziet virtuele elementen in de echte wereld). Zij adviseren klanten over het gebruik van deze technologische middelen voor verschillende toepassingen.
Voor een succesvolle AR-toepassing – in feite voor elke toepassing – is namelijk niet alleen de technologie van belang. Information overload, fysiek ongemak en ingewikkelde interfaces zijn problemen die kunnen optreden bij slecht ontworpen toepassingen. Bij de ontwikkeling moet derhalve rekening worden gehouden met de intrinsieke eigenschappen van de gebruiker, zijn uit te voeren taak en de taakomgeving.
Eén van de spannende nieuwe toepassingen van AR is het bijna tastbaar zichtbaar maken van simulaties die gebruikt worden voor trainingen van gevaarlijke situaties bij Defensie die niet anders beoefend kunnen worden. Hoewel het voordeel van deze nieuwe technologie overduidelijk is, is nog verdere ontwikkelingen nodig.

Gecoördineerde aanval
De Nederlandse Defensie staat continue voor de uitdaging om het met hoog tempo doorstromende personeel op te leiden voor het brede scala aan huidige en nieuwe taken. Een van de middelen waar met interesse naar gekeken wordt, is AR. In 2015-2016 is door TNO een onderzoek uitgevoerd waarbij AR is gebruikt om live training van een Fire Support Team (FST) te ondersteunen.

Binnen Defensie bestaan sinds 2013 Fire Support Teams. Tijdens operaties zorgen deze teams voor het gecoördineerd bestoken van een vijand, zowel vanaf de grond als vanuit de lucht. Een FST bestaat uit de Forward Observer-groep (FO-groep) die grondgebonden vuursteun leidt, de Tactical Air Control Party (TACP) om luchtsteun te leiden en de commandant van de FST die verantwoordelijk is voor de aansturing en coördinatie van de FO-groep en TACP, de integratie met het andere eenheden van een missie en de coördinatie met het hogere niveau.
Voor 2013 bestonden de FO-groep en TACP ook al binnen Defensie, maar opereerden deze los van elkaar. Daardoor was het niet mogelijk om gecoördineerd een tegenstander te bestrijden.




Als een vliegtuig het gebied binnenvloog, moest de missie geheel worden afgebroken doordat de vluchtbaan niet gegarandeerd bij alle schietende eenheden bekend kon zijn. Daarna was tijdrovende communicatie nodig om de actie weer te kunnen vervolgen.
Het gecoördineerd leiden en inzetten van de verschillende wapens, vereist een brede en diepe kennis van de tactieken, technieken en procedures. Hiervoor is binnen Defensie een uitgebreid opleidingsprogramma beschikbaar.
Het uitvoeren van live trainingen – echte mensen met echte wapensystemen – is gevaarlijk, duur en geschikte locaties zijn schaars en vaak gericht op één deel van de totale training. Integratie met andere eenheden gebeurt weinig of alleen gesimuleerd door radioprocedures. Kortom, de complete training van een FST in een geïntegreerde, realistische en complete omgeving is niet mogelijk. TNO heeft daarom voor Defensie onderzoek verricht naar de technische haalbaarheid van AR voor FST-training.

Een ‘levend’ gevechtsveld
Een schietterrein is over het algemeen ‘leeg’. Dat wil zeggen: er rijden geen vijandelijke voertuigen en er zijn zeker geen tegenstanders. In bestaande oefengebieden staan doelen al jarenlang op dezelfde plek. Als AR gebruikt kan worden om lege schietterreinen te verrijken met objecten en entiteiten die een realistisch gevechtsveld kenmerken, dan opent dit de weg om een FST-training in een geïntegreerde complete omgeving mogelijk te maken. Met name het gesimuleerd toevoegen van gebouwen met grote waarde (ziekenhuizen, musea) en burgers, zorgt voor een verhoging van de moeilijkheidsgraad voor het FST.

Een andere grote toevoeging is dynamiek: de virtuele doelen kunnen reageren op de acties van het FST. Dit dynamische gedrag verhoogt het realisme van een oefening waarmee de trainee ervaring opbouwt over wat wel en niet mogelijk is tijdens het inzetten van een FST voor een militaire missie. Zelfs gevolgschade aan gebouwen kan gevisualiseerd worden met AR.

Eén van de moeilijkste scenario’s is de inzet van wapens in de nabijheid van eigen troepen. Dit scenario is niet live te trainen. Het combineren van alle mogelijkheden die AR in combinatie met simulatie biedt, kan wel zorgen voor een complete en realistische training van het FST. Hiervoor heeft TNO een prototype ontwikkeld dat met behulp van AR de taak van een FO of TACP tijdens een live training realistischer, en dus moeilijker, kan maken. Bij de ontwikkeling van het prototype moesten bepaalde keuzes gemaakt worden. Omdat de personen hun handen vrij moeten hebben om apparatuur zoals een radio te bedienen of om een landkaart te kunnen gebruiken, was de keuze voor een AR-bril snel gemaakt. De eerste gedachte gaat uit naar een bril waarmee virtuele elementen over de werkelijke wereld wordt geprojecteerd. Het gebruik van die bril in het oefenterrein vereist dat de virtuele beelden goed zichtbaar zijn tijdens daglicht en dus een hoog contrast hebben. De beschikbare AR-brillen zijn daar nog niet goed genoeg in.

Vanwege het ontbreken van een geschikte bril is gebruik gemaakt van een ‘Non see-through’-bril met een camera (ook wel video see-through genoemd). De gebruiker kijkt hierbij via de camera naar de buitenwereld. De virtuele objecten worden in de computer samengevoegd met de camerabeelden en daarna op het display in de bril getoond. Voordeel van deze configuratie is dat er volledige controle is over de zichtbaarheid van de virtuele beelden.

Hyper-reality training tech de_Noventas Copyright MOD_Close Air Solutions

3D-uitdagingen
Om een leeg schietterrein naar een realistische missie omgeving te transformeren is het van belang dat de virtuele objecten zoals voertuigen in 3D geprojecteerd worden om een 3D-beleving bij de trainee te creëren. Deze moet het gevoel hebben dat er zich echt een voertuig in het terrein bevindt. Hiervoor moet het systeem exact weten waar de gebruiker in de echte wereld is en zijn hoofdbewegingen precies kunnen volgen om de kijkrichting te kunnen bepalen. Fouten of variaties in de bepaling van de positie en kijkrichting hebben onmiddellijk tot gevolg dat objecten niet op de juiste positie staan, boven het terrein zweven, of heftig heen en weer bewegen. Met name voor het weergeven van virtuele objecten op grote afstand (bijvoorbeeld op een paar kilometer) is dit van groot belang. Een minieme fout in de bepaling van een hoofdbeweging leidt op grote afstand tot een vergroting van z’n fout. Een van de grootste uitdagingen van het onderzoek was het realiseren van deze vereiste nauwkeurigheid. Standaard wordt hiervoor een Inertial Measurement Unit (IMU), een traagheidssensor, gebruikt, zoals die bijvoorbeeld in smartphones zitten. Deze zijn echter op geen enkele manier in staat om de gewenste nauwkeurigheid te bereiken voor het meten van de kijkrichting. Ook een zelfontwikkeld prototype van een zeer nauwkeurige IMU bleek na een aantal test niet geschikt om de gewenste resultaten te kunnen behalen, vanwege een fenomeen dat drift wordt genoemd. Minimale invloeden van ruis binnen in een IMU zorgen voor een langzaam veranderende meting. De IMU moet dus heel regelmatig ‘terug op zijn plek’ gezet worden. Om drift tegen te gaan is besloten gebruik te maken van camerabeelden in combinatie met een op maat gemaakt beeldherkenningsalgoritme dat referentiepunten in het terrein bepaald en vast weet te houden. Met deze referentiepunten is het mogelijk het drift-probleem op te lossen. Dit bleek zo goed te werken dat het mogelijk werd om positiebepaling volledig met de camera te doen en de IMU alleen te gebruiken voor het bepalen van de kijkrichting. De camera heeft dus twee functies: de gebruiker het buitenbeeld laten zien en markante punten in het terrein vinden. Deze combinatie van technologieën zorgt ervoor dat het prototype in staat is om zeer nauwkeurig positie- en oriëntatiebepaling uit te voeren en hiermee de AR-toepassing mogelijk te maken. Het is belangrijk dat de virtuele objecten naadloos worden geïntegreerd in de echte wereld. Dit betekent niet alleen dat ze qua belichting overeen moeten komen, maar ook verscholen moeten gaan achter objecten in de echte wereld. Zo moet een virtueel voertuig dat achter een echt gebouw langsrijdt ook daadwerkelijk achter dit gebouw verdwijnen. Voor dit prototype is er een algoritme ontwikkeld dat op basis van een gecorreleerde representatie van de echte en de virtuele wereld dit kan uitrekenen

Revolutie in training
Met dit prototype zijn trainingen uitgevoerd in verschillende militaire oefenterreinen in Nederland. De potentie van AR als toekomstig trainingsmiddel was op papier al duidelijk, de reacties van de gebruikers tijdens de experimenten bevestigden dit beeld. De proefpersonen gaven aan dat deze vorm van AR het leermiddel van de toekomst is. De uitgevoerde experimenten benutten slechts een klein deel van de potentie van AR voor training en opleiding: er is nog een breed scala aan scenario’s mogelijk om het geïntegreerd optreden in een live omgeving te verbeteren.

Ondanks het succes zijn er een aantal verbeteringen noodzakelijk. Naast verbetering van het geprojecteerde beeld, AR kan vermoeiend zijn, gaven de proefpersonen aan dat het voor het uitvoeren van hun taak nodig is dat het AR-systeem mobieler wordt. Gebruikers willen het liefst tijdens een oefening op een willekeurige locatie uit hun voertuig kunnen stappen. Nu is verplaatsing tijdens een oefening nog niet mogelijk. Dit komt niet eens zozeer vanwege het systeem zelf (wat uit een laptop en helm bestaat), maar vooral doordat een verplaatsing betekent dat de markante punten in de omgeving van de nieuwe locatie moeten worden ‘geleerd’.

Het experiment is grotendeels uitgevoerd voordat de Microsoft HoloLens beschikbaar was. Hoewel de mobiliteit daarvan geweldig is, zal ook dit AR-middel voor de geschetste toepassing geen oplossing vormen: de kijkhoek is niet groot en het beeld is niet helder genoeg voor buitengebruik. De dieptecamera’s op de HoloLens zijn bedoeld om objecten tussen de 1 en 5 meter in kaart te brengen waardoor het gebruik van de IMU en markante punten alsnog toegevoegd moet worden. De dieptecamera maakt tevens gebruik van infrarood licht wat de registratie van objecten in een omgeving met veel zonlicht onmogelijk maakt. Om de AR-beleving minder vermoeiend te maken, kijken wij naar nieuwe technologische ontwikkelingen zoals van bijvoorbeeld het bedrijf Magic Leap. Zij werken aan een nieuw AR-systeem dat sterk leunt op optiek en slimme algoritmen om problemen als visual discomfort tegen te gaan.

De industrie zal de komende jaren flinke stappen zetten en komen met creatieve oplossen. Het is dus nog even wachten, maar één ding is zeker: AR-technologie zal voor een revolutie zorgen voor opleiding & training.

Bron: AG Connect / UK-Defense (illustratief) / Defensie (illustratief)