Etapa I: Explorari si studii privind stabilirea metodelor, tehnologiilor, produselor si mijloacelor pentru simulare, in functie de tipul amenintarilor si riscurilor asimetrice posibile (nr. şi denumirea etapei)

Termen: 31.12.2021

1.1. Obiectivul etapei/activitatii.

Explorari si studii privind stabilirea metodelor, tehnologiilor, produselor si mijloacelor pentru simulare, in functie de tipul amenintarilor si riscurilor asimetrice posibile

1.2. Rezultate preconizate pentru atingerea obiectivului etapei/activitatii.

Lista principale amenintari asimetrice si evaluarea riscurilor asociate, analiza SWOT privind particularitatile si elementele principalelor tipuri de amenintari asimetrice, prim set de simulari balistice pentru incinta balistica, evidentierea necesarului de dotare si antrenament, raport etapa

1.3. Rezultate obtinute in cadrul etapei:

in cadrul acestei etape au fost definite conceptele de razboi, agresiune si amenintare hibrida, de simetrie/asimetrie a conflictului, specificul amenintarilor si riscurilor cu potential de manifestare in mediul urban si s-a configurat o lista a principalelor amenintari asimetrice in mediul urban si o evaluare a riscurilor asiociate, s-a realizat o analiza SWOT privind particularitatile si elementele principalelor tipuri de amenintari asimetrice, a fost evidential necesarul de dotare si antrenament al trupelor speciale de interventie si necesitatea unui simulator complex de pregatire a acestora, au fost abordate toate cele 3 componente ale simulatorului complex pentru dezvoltarea, testarea și validarea metodelor și mijloacelor de reacție, specifice forțelor de intervenție, în cazul amenințărilor și riscurilor asimetrice care se produc în zone urbane, a fost furnizata solutia modulului de simulare interventii la amenintari active/dinamice, gandita sub forma unui minioras reconfigurabil si s-au oferit solutii constructive care sa asigure flexibilitate si adaptabilitate la cerintele de antrenament specificate de beneficiar, a fost expusa o solutie conceptuala pentru modulul de simulare interventie manuala asupra dispozitivelor explozive (DE) si s-a calibrat procedura de simulare numerica destinata proiectarii dispozitivelor de neutralizare DEI (procedura de simulare a fost validata printr-o configuratie experismentala asociata). A fost realizat un prim set de simulari balistice pentru incinta balistica. S-a efectuat o activitate suplimentara de cercetare exploratorie privind dezvoltarea de noi materiale de protectie balistica.

Etapa II: : Solutii tehnice, proiectare si elaborare documentatie tehnica si realizare a prototipului simulator complex, pe module componente

Termen: 31.12.2022

2.1. Obiectivul etapei/activitatii.

Solutii tehnice, proiectare si elaborare documentatie tehnica si realizare a prototipului simulator complex, pe module componente si anume: (i) modulul de simulare interventii la amenintari active asimetrice in mediu urban tip pacheta de mini-oras ci doate dotarile specifice de antrenament, (ii) modulul de simulare interventie manuala asupra DE, cu cercetarari asupra unor noi sisteme senzoristice si materiale balistice purtabile si (iii) modul realizare interventii in zona urbana pentru neutralizarea DEI

2.2. Rezultate preconizate pentru atingerea obiectivului etapei/activitatii.

(i) Proiect de realizare a modulului de simulare zona urbana pentru antrenamente de interventii la amenintari active, respectand cerintele de modularitate, reconfigurabilitate,  mobilitate, independenta functionala si securizare a locatiei prototipului, (ii) Prototip modul simulator interventii la amenintari active asimetrice in zona urbana, cu facilitatile aferente, (iii) Proiect de realizare simulator pentru antrenamente specifice interventiei manuale pentru dezamosarea DE, (iv) Prototip kit simulator tip valiza, cu facilitatile aferente, (iv) Proiecte de realizare a sistemului modular de neutralizare mecanisme initiere DEI pozitionate terestru si/sau de neutralizare mecanisme initiere DEI imersate in apa si/sau de tip breach-in, cu jet de lichid, (v) Prototip sistem modular de neutralizare mecanisme initiere DEI cu jet de lichid, (vi) Prototip sistem modular de tip breach-in cu jet lichid, (vii) 1 lucrare stiintifica, (viii) 1 patent, (ix)  1 raport etapa

2.3. Rezultate obtinute in cadrul etapei

Aceasta etapa desfasurata pe parcursul a 12 luni a avut prevazute 8 activitati, acestea fiind grupate pe cele 3 module de antrenament preconizate a fi realizate. Activitatile efectuate, partenerii implicati si rezultatele obtinute sunt detaliate mai jos.

Activitatile implicate in realizarea modulului de simulare pentru interventii la amenintari active asimetrice (Institutul National de Cercetare – Dezvoltare pentru Fizica Materialelor; Academia Tehnică Militară „FERDINAND I”; Deltamed SRL)

Activitatea 2.1 Solutii tehnice, proiectare si elaborare documentatie tehnica a prototipului de modul de simulare interventii la amenintari active asimetrice

Activitatea 2.2 Realizare modul de simulare interventii la amenintari active.

Activitatea 2.3 Dezvoltare si optimizare modul de simulare interventii la amenintari active.

Au fost elaborate solutiile tehnice pentru pentru realizarea mini-orasului de antrenament, au fost configurate sistemele de containere cu elaborarea documentatiei aferente (documentatie avizata MAI) au fost realizate studii balistice in vederea proiectarii corespunzatoare a incintei balistice (atat in privinta otelului balistic cat si a caramizilor balistice), s-a realizat proiectarea incintei balistice cu elaborarea documentatiei aferente (documentatie avizata MAI), au fost proiectate tintele interioare si exterioare si s-a elaborat documentatia aferenta (documentatie avizata MAI).

A fost realizata infrastructura mini-orasului de antrenament (terasament, canale cabluri, imprejmuire, sine pentru tramvai si tren), au fost aduse machetele de tramvai si tren (Figura de mai sus), s-au facut licitatiile pentru containere, otel balistic si regupol si s-au achizitionat toate celalate materiale si componente care intra in dotarea mini-oraselului.

Au fost montate containerele si s-au configurat interioarele conform cerintelor beneficiarului.   A fost asigurata alimentarea cu energie electrica prin instalarea unui generator de putere mare (170 kW) care sa asigure functionatra tuturor facilitatilor si a unui generator aditional de putere de 7kW care sa functioneze in tandem cu sistemul de alimentare pe baza de panouri solare cu putere instalata de 3.5 kW (depinzand de conditiile climatice), ultimele 2 sisteme fiind folosite in special la supravegherea si securizarea perimetrului. A fost instalat sistemul de supraveghere, camera de comanda si anexele. A fost realizat prototipul de tinta mobila destinata antrenamentelor trupelor speciale MAI pentru simularea conditiilor reale de interventie ce tin de aparitia intempestiva a tintelor in interiorul/ exteriorul cladirilor.

Activitatile implicate in realizarea modulului de simulare interventie manuala asupra DE (Institutul National de Cercetare – Dezvoltare pentru Fizica Materialelor; Academia Tehnică Militară „FERDINAND I”; EXATEL SRL)

Activitatea 2.4 Solutii tehnice, proiectare si elaborare documentatie tehnica si realizare a prototipului de modul de simulare interventie manuala asupra DE.

Activitatea 2.5 Solutie de comunicare si solutie software pentru analiza si stocarea datelor primite de la senzori in timp real

Activitatea 2.6 Dezvoltarea de noi sisteme senzoriale, inclusiv de determinare a parametrilor fiziologici ai personalului de interventie

In cadrul acestei etape au fost definitivate solutiile tehnice pentru prototipul unui Sistem de Simulare Interventie Manuala Asupra Dispozitivelor Explozive. Acesta a cuprins proiectarea, dezvoltarea, asamblarea si testarea unor serii de componente mecanice, electronice si de programare. Modulul electronic este echipat cu un subansamblu microcontroler , tip ESP32-S2, un modul de alimentare cu baterii reincarcabile si un numar mare de senzori ce monitorizeaza interventia externa asupra modului, ce simuleaza partea electronica a unui DE. Suplimentar, a fost adaugat un Buzzer pentru alertare sonora si o camera miniaturala cu processor separat, pentru a transmite un flux video prin TCP/IP. S-a urmarit inter-operabilitatea sistemelor si vizualizarea datelor/imaginilor intr-o interfata unica cu utilizatorul, dezvoltata pe un calculator de tip tableta.

Dupa etapa de testare individuala si de realizare a librariilor aferente, a urmat etapa de agragare a solutiilor intr-o singura placa electronica numita placa de baza a sistemului (figura de mai sus) care a fost proiectata si exacutata prin mijloace proprii. Aceasta a fost montata intr-o cutie special conceputa la imprimanta 3D prevazuta cu garnituri si presetupe pentru o izolare cat mai buna a componetelor electronice. Un capac suplimentar a fost adaugat pentru a izola si mai bine pasajele de cabluri. Intr- un final ansamblul a fost introdus intr-o cutie exterioara (de interventie) special prevazuta cu un cadru din profile din aluminiu tip V-Slot demontabile, in care pot fi introduse prin glisare diverse tipuri de materiale pana la 6 mm grosime. In vederea unei aplicatii cat mai portabile, au fost selectionate solutii software si de comunicatie cat mai usoare, rapide si flexible. Astfel toate datele de telemetrie care sunt datele primare de la senzori (sus-mentionati), datele de configurare valori prag, datele interne (temperatura interna, incarcarea procesorului, tarie semnal radio etc) precum si valorile de latenta sunt communicate prin protocolul MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)  via TCP-IP. Serverul de comunicare MQTT a fost implementat atat local, cat si configurat in cloud, astfel incat sistemul sa functioneze nu numai intr-o reteala locala, ci si la mare distanta (sacrificand putin latenta). Interfata cu utilizatorul Node RED a fost implementata in cazul nostru pe o Tableta PC militara tip Getac F110 insa este de precizat ca aplicatia este practic disponibila de pe orice terminal echipat cu un browser de internet. Pentru fiecare senzor sunt afisate numeric si grafic valorile de la toti cei 11 senzori plus fluxul video. Sunt permise seletarea sau deselectarea individuala a alertelor sonore pentru depasirea valorilor de prag inferioare si/sau superioare.

Monitorizarea continua a unor parametrii legați de starea de sănătate reprezintă o provocare in special prin prisma menținerii sub control a costurilor si a creșterii calității serviciilor in domeniu. Cu toate acestea o problema majora este reprezentata de sistemele de achiziție. Daca pentru achiziția unor parametrii fizici rezultatele se vad in piața nu același lucru se poate spune despre achiziția de informație chimica/compoziționala/biologica cum ar fi informații despre chimia transpirației, a salivei sau a sângelui sau despre prezenta unor agenți patogeni in vecinătatea purtătorului. Dezvoltarea unor sisteme de tip biosenzori purtabili folosind sisteme de electrozi bazați pe nanofibre, transferați pe substraturi flexibile reprezintă in acest context o abordare extrem de promițătoare de progres in domeniu.

In cadrul acestei etape au fost dezvoltate sisteme de senzori pe substraturi flexibile de polietilen tereftalat (PET) Sistemele de fibre au fost produse prin electrofilare fiind fabricate din PMMA (polimetilmetacrilat). S-a folosit o instalație de electrofilare clasica bazata pe o sursa de înalta tensiune Spellman si o pompa de seringa. Colectori au fost cadre de otel inoxidabil așezați la o distanta de 20 cm de spinareta cu diametru de 0,5 mm. Fibrele obținute au fost omogene, cu diametre de ordinul micrometrilor. Au fost acoperite cu un strat subțire metalic (Au, 50 nm) pentru a fi făcute conductive. Transferul fibrelor pe substraturile flexibile s-a făcut prin ușoare încălzire a acestora si presare.

Pentru a evalua posibilitatea de a folosi aceste sisteme ca electrozi de lucru in detectori electrochimici pentru sisteme purtabile au fost realizate diferite tipuri de masuratori electrochimice caracteristice. Avand in vedere rezultatele pozitive, a fost testat sistemul pentru sensing-ul de acid uric in transpiratie. Acesta este un indicator foarte important in determinarea starii fiziologice de oboseala. Sistemul a fost functionalizat cu ureaz oxidaza, prin drop casting cu o cantitate de 5 μL de UrOx 5% in buffer fosfat la un pH 7.0. Sistemul astfel obtinut a fost testat la -0.05 V dupa aditii succesive de 10 uM UA in transpiratie artificiala. Pentru citirea semnalului senzorului purtabil  a fost proiectat un circuit dispozitiv electronic bazat pe un microcontroler de tip Arduino MKR WIFI 1010 si un circuit de condiționare de semnal adecvat măsurătorilor electrochimice, realizat după principiile de baza ale funcționării unui potențiostat.

Astfel, in cadrul acestei etape a fost demonstrat atât principiul de monitorizare a unor parametrii fiziologici respectiv conținutul de acid uric din transpirație cat si dezvoltarea sistemului de achiziție de date aferent permițând astfel dezvoltarea unui sistem purtabil de monitorizare.

Activitatile implicate in realizarea modulului de interventii in zona urbana pentru neutralizarea DEI (Institutul National de Cercetare – Dezvoltare pentru Fizica Materialelor; Academia Tehnică Militară „FERDINAND I”; Institutul Naţional de Cercetare - Dezvoltare pentru Securitate Minieră si Protecţie Antiexplozivă - Insemex Petroşani)

Activitatea 2.7 Solutii tehnice, proiectare si elaborare documentatie tehnica si realizare a prototipului de modul de realizare interventii in zona urbana pentru neutralizarea DEI

Activitatea 2.8 Dezvoltarea unui nou sistem de creare de brese in usi metalice cu utilizarea de cantitati reduse de exploziv

Principala caracteristică după care se apreciază performanţa unui sistem de neutralizare, este aceea de a induce în dispozitivul exploziv artizanal un şoc suficient de mare pentru a produce separarea mecanică a componentelor din care este constituit, dar limitat pentru a nu iniţia transformarea explozivă a încărcăturii active. Având în vedere aceste considerații, pentru această etapă a proiectului s-au avut în vedere următoarele: (i) Determinarea configurațiilor optime pentru sistemele de neutralizare cu jet de lichid fara localizare, tinand cont de configurația geometrică a recipientului, caracteristicile dimensionale ale recipientului (înălțime, volum),  caracteristici de încărcare a sistemului de neutralizare (raportul dintre masa de  exploziv și masa de lichid), (ii) Determinarea configurațiilor optime pentru sistemele de neutralizare cu jet dirijat de lichid (de tip lamă) in configuratie paralelipipedica, tinand cont de configurația sistemului exploziv care este  de tip sandwich închis asimetric, care va asigura propulsarea și dirijarea jetului într-o anumită direcție folosind masa de lichid de buraj, prezența unei cavități pe fața îndreptată spre țintă va avea ca efect concentrarea mai puternică a jetului sub forma unei lame de lichid și creșterea vitezei inițiale de propulsie; Dimensiunile geometrice care sunt alese astfel încât să se asigure abordarea unei game variate de ținte din punct de vedere al dimensiunilor acestora; Sistemul de poziționare și de orientare care  trebuie să asigure abordarea țintei la diferite înălțimi, în funcție de locația elementelor asupra cărora trebuie să se acționeze. Astfel, s-au efectuat: (i) simulări privitoare la formarea jetului de lichid și determinarea vitezelor inițiale de propulsie pentru configurații fără focalizare si (ii) Simulări privitoare la formarea jetului de lichid și determinarea vitezelor inițiale de propulsie pentru configurații cu focalizare. A fost elaborat conceptul sistemului exploziv de propulsie jeturi de lichid pentru propulsie dirijată si a fost realizat in acest context un prototip de dispozitiv multifunctional de propulsie a jecturilor de lichid (DMP). Prezentul concept înlătură dezavantajele sistemelor existente prin aceea că dispozitivul multifuncțional de propulsie a jeturilor de lichid (DMP) pe baza energiei exploziei este conceput astfel încât să poată fi folosit atât pentru neutralizarea DEI, cât și pentru crearea de breșe în uși.

Pentru proiectarea dispozitivelor cu propulsie de lichide, a fost abordata in simulari, geometria cu simetrie cilindrica intalnita si la dispozitivele cu propulsie de jeturi de metal topit. S-a elaborat proiectul pentru realizarea 3D a unui astfel de dispozitiv optimizat prin simulari numerice initiale.

In paralel, in urma rezultatelor obținute in faza precedenta, prin experimentarea modelului de dispozitiv de neutralizare a dispozitivelor explozive improvizate DNDEI, cu utilizarea de încărcături reduse de explozivi, compus din mortier metalic nereglabil  și recipient pentru apă de 0,7 l, în care se imerseaza o capsă electrică detonantă pentru amorsarea unor cantități mici de explozibil, în cursul anului 2022, a fost perfecționate si experimentate mai multe modele funcționale pentru stabilirea caracteristicilor prototipului dispozitiv de neutralizare a dispozitivelor explozive improvizate cu capacitate de lucru valorificabilă în intervenții în zona urbană.