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Robos Voadores e Robos Nadadores: drones e AUVs

Atualizado: Mai 20

Um dos novos objetivos da equipe Nautilus é a diversificação das nossas áreas de operação. Para isso, começamos recentemente a desenvolver veículos autônomos aéreos, e no decorrer deste artigo vamos explicar como essa nova classe de veículo difere e como se assemelha aos AUVs que são o foco da equipe.


De modo bem breve, vamos recapitular a definição de um AUV.


Um Autonomous Underwater Vehicle é simplesmente um veículo autônomo, que opera num meio específico, abaixo da superfície da água. Essencialmente não seria errado pensar num AUV como um "drone submarino", mas é contra o uso comum dos termos.


Como termo técnico para drone, temos uma sigla muito similar que pode causar confusão, UAV, que significa Unmanned Aerial Vehicle, ou em português VANT (Veículo Aéreo Não Tripulado).


Muitas outras siglas como ROV, UAS, VAS e RPA são relacionadas a esse assunto, mas utilizaremos apenas os termos drone e AUV para evitar confusões.


História


O drone teve um crescimento enorme na última década, é difícil nunca ter visto um voando em algum evento esportivo, ou apenas voando como hobby. Estes drones mais comuns são um tipo específico chamado de multicóptero, chamados assim por possuirem multiplos motores, qua são sua única forma de propulsão e controle de voo.


O barateamento das tecnologias de controle eletrônico, dos acelerômetros e sensores de pressão permitiu que os quadcópteros decolassem como foi visto de 2010 para cá. Hoje é possível encontrar diversos modelos relativamente baratos pela internet e até em shoppings. Mas como exatamente eles funcionam?





Características


Assim como o AUV, o drone é geralmente um veículo elétrico e por isso depende de uma bateria como fonte de energia. Essa bateria é geralmente do tipo Lipo (Polímero de lítio) e pela necessidade de ser de alta capacidade, consiste em boa parte do peso do drone. Isto é o principal fator que limitar o alcance de voo de um drone.


Multicópteros não podem planar como aviões e nem flutuar como AUVs, então todo tempo de voo e toda manobra depende de constante ação dos motores. O resultado disso é um enorme gasto de energia que limita fortemente o tempo de voo e o peso máximo da carga.


Pior ainda, não é possível apenas colocar baterias maiores, pois todo peso adicional é mais energia gasta para levantar e manter voo. Por isso para um drone é muito importante usar materiais leves em sua construção. É muito comum vermos o uso de plásticos, fibra de carbono, e quando é necessário o uso de metal, alumínio.


Isso impossibilitou por muitos anos o desenvolvimento de veículos elétricos voadores, porém, quando baterias de alta densidade chegaram ao mercado o drone se estabeleceu como uma ferramenta extremamente valiosa para profissionais das mais diversas áreas, como será visto mais a frente.


Os AUVs e drones possuem sistemas de controle muito similares, mas que operam de maneira bem diferente.


Ambos possuem algum tipo de controlador que vai receber informações dos sensores, tomar decisões e mandar comandos para acionar os motores. Além disso, esse controlador pode ou não transmitir dados para uma estação externa. No caso dos AUVs e drones da Nautilus essa comunicação externa sempre ocorre.


Pela diferença de meio, o acionamento dos motores é bem diferente entre esses dois. O AUV possui motores associados a eixos de movimentação, e ao acionar um desses, o AUV se move nesse eixo. Enquanto isso o drone aumenta ou diminui a velocidade de grupos de motores para se movimentar. Fica mais fácil de entender olhando o esquema abaixo:





Aqui vemos um drone visto de cima para baixo. Se esse drone quiser se mover para uma altitude maior, ele vai aumentar a velocidade de todos os motores, e o inverso se quiser descer. Para ir para a direita, vai aumentar a rotação dos motores A e C por estarem no lado esquerdo do drone, isso leva o lado esquerdo a subir em relação ao direito, assim forçando o drone a se mover.

É possível ver também que existe um par de motores girando em sentido horário e um par anti-horário. Se todos girassem no mesmo sentido, o drone inteiro giraria no sentido contrário por causa da inércia. Quando o drone precisa girar sem sair do lugar, ele varia a velocidade de um desses pares, por exemplo, aumenta a velocidade do par BC para girar no sentido horário.


A explicação acima é uma simplificação enorme da realidade. Para manter um voo estável até em condições de vento, é necessário que o sistema de bordo faça milhares de cálculos por segundo, e pequenos ajustes nos motores constantemente.





Aplicações


Todo esse avanço e sofisticação permitem que os drones sejam versáteis plataformas aéreas para todo tipo de trabalho. Muito mais baratos e práticos que helicópteros e bem mais versáteis que guindastes. Hoje os drones são a melhor opção quando se trata de fotografia aérea. Mas rapidamente novas áreas estão adotando essas tecnologias, em diversos casos em conjunto com AUVs.


Hoje já vemos grandes nomes como a Embraer falando sobre desenvolver drones capazes de transportar pessoas entre pontos de uma cidade. Vemos a Amazon e Pizza hut já utilizarem drones em suas entregas expressas.


Esses usos só são possíveis por causa da integração dos drones com os sistemas de GPS. Possuindo uma localização precisa em tempo real, o computador de bordo consegue seguir um plano de voo exato e assim ser muito mais útil. Abre-se também a possibilidade de realizar tarefas bem mais complexas, hoje o mapeamento de áreas rurais ou de floresta já é feito automaticamente e drones já fazem até trabalho de logísitica em armazéns.


Mas sem dúvida uma das aplicações que mais será implementada no futuro é o drone de inspeção. Hoje os AUVs já realizam o trabalho de mergulhadores ao desempenharem algumas inspeções submarinas. O drone se destaca como futuro substituto para o trabalhador que se arrisca para procurar falhas em tanques de armazenamento, plataformas de petróleo e navios.

Utilizando câmeras de alta resolução, e sensores infra-vermelho, o drone pode poupar pessoas do risco que é estar em estruturas altas apenas para uma inspeção rápida. Da mesma forma os AUVs substituem mergulhadores que frequentemente morrem em operações que poderiam ser automatizadas, como manutenções simples em plataformas e cabos submarinos.


Essa aplicação aumenta a qualidade do trabalho feito, pois fica mais fácil realizar mais inspeções, e fornece segurança a profissionais que constantemente se arriscam. Para as empresas, podem ser enormes cortes de custos com falhas estruturais sendo identificadas mais cedo, poupando equipamento caro.


Mais efetivos ainda, drones e AUVs podem operar de modo totalmente autônomo, permitindo que diversas unidades alternem trabalho constantemente sem a necessidade de operadores, que necessitam de descanso e cometem mais erros. O emprego de algoritmos sofisticados e aprendizado de máquina, podem ainda identificar falhas que operadores humanos nunca conseguiriam encontrar por serem muito sutis.


Em resumo, drones e AUVs podem ser a maior ferramenta de corte de custos e aumento de segurança para as indústrias do petróleo, portuária, transporte de carga, e muito mais. Com certeza veremos muitas novas aplicações nos próximos anos que vão dar resultados melhores e facilitar a vida de todos.


Drone de 6 braços e 12 motores

Escrito por Augusto Lauande

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