Drones de Alta Velocidade Navegam em Florestas Sem GPS

Pesquisadores do Laboratório de Mecatrônica e Sistemas Robóticos da HKU (MaRS LAB) introduziram um sistema de navegação que permite que drones de alta velocidade detectem objetos com espessura de centímetros durante o voo rápido. O sistema combina sensores avançados, componentes leves de drones e uma nova estrutura de trajetória de voo para evitar obstáculos em tempo real enquanto acelera por áreas congestionadas. Veja o que você precisa saber.

Como Drones de Alta Velocidade São Projetados para Imitar o Voo de Pássaros

Não há como negar que a tecnologia de drones passou por melhorias significativas nos últimos anos. Os drones atuais podem viajar mais longe, transportar mais peso e suportar mais sensores do que seus predecessores. Além disso, são muito mais baratos de produzir e mais facilmente disponíveis.
Apesar desses avanços, ainda não existe um drone que possa igualar a capacidade de um pássaro de determinar trajetórias de voo em tempo real, levando em conta variáveis inesperadas como galhos ou outros pássaros. Drones podem percorrer longas distâncias e pousar em locais precisos. No entanto, esses dispositivos ainda dependem de trajetórias de voo pré-determinadas ou de entrada sensorial externa, como GPS, para navegar até seus alvos.

Por que a Navegação Autônoma de Alta Velocidade Tem sido um Desafio

Até o momento, os pesquisadores não conseguiram descobrir como alcançar navegação autônoma, segura e de alta velocidade para drones sem depender de orientação externa ou rotas pré-mapeadas. Os problemas derivam de várias questões, incluindo a necessidade de adicionar mais sensores para que essas embarcações detectem mais obstáculos.

À medida que você adiciona mais sensores, é necessário mais poder de computação para processar os dados de entrada sensorial adicionais. Quanto mais potente o computador e os sensores, mais peso é acrescentado ao drone, reduzindo sua capacidade de voar rápido e permanecer estável em alta velocidade.

Felizmente, essas restrições podem ter sido superadas por uma equipe de mentes engenhosas do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade de Hong Kong (HKU).

Visão Geral do Estudo: Navegação Garantida para Drones de Alta Velocidade

O cientista Yunfan Ren e uma equipe de engenheiros publicaram¹ o Safety-assured high-speed navigation for MAVs na Science Robotics recentemente. O estudo lança luz sobre uma tecnologia de voo autônomo de próxima geração projetada para permitir que drones e micro veículos aéreos (MAVs) naveguem em ambientes complexos em altas velocidades sem entrada sensorial externa.

O que é o Drone SUPER? Especificações e Recursos

O drone SUPER é um MAV compacto projetado especificamente para demonstrar o novo sistema de trajetória de voo dos engenheiros. O dispositivo foi concebido desde o primeiro dia para ser leve e ágil. Ele apresenta um formato compacto com uma distância entre eixos de 280 milímetros e elementos de microcomputador que lhe conferem uma impressionante relação empuxo-peso de +5,0 e um peso de decolagem de 1,5 kg. Esses fatores permitem que o SUPER voe a +20 metros por segundo enquanto desvia de obstáculos.

Fonte – Universidade de Hong Kong

Computação Leve para Desempenho de Alta Velocidade

No núcleo do SUPER está um computador miniatura que pode monitorar e processar a entrada sensorial. A placa leve fornece à embarcação mais tempo de voo enquanto melhora suas capacidades em comparação com seus predecessores. Além disso, o computador de voo pode suportar waypoints, GPS e outras formas de navegação externa quando necessário.

Como o LiDAR e os Sensores Guiam o Voo Autônomo

O conjunto de sensores embarcados é o que permite que a embarcação opere com alto desempenho e sob diferentes condições. A unidade incorpora um sensor LiDAR (detecção e alcance de luz 3D) leve que lhe permite identificar objetos tão finos quanto um galho a mais de +70 metros de distância. Notavelmente, a entrada do LiDAR é inserida diretamente como nuvens de pontos ao longo da rota. Essa abordagem fornece tempos de entrada e resposta muito mais rápidos para o computador de trajetória de voo.

Planejamento e Ajustes de Trajetória de Voo em Tempo Real

Os engenheiros adotaram uma abordagem única para o planejamento de voo. Por exemplo, o sistema escaneia e atualiza continuamente as trajetórias de voo da embarcação. O novo coordenador de trajetórias cria duas rotas diferentes como opções para o drone. A primeira rota é a mais clara, enquanto a segunda possui vetores desconhecidos. A partir daí, o computador utiliza dados de entrada em tempo real para ajustar os padrões com base na situação.

Testando a Navegação de Drones de Alta Velocidade em Ambientes Reais

Os engenheiros realizaram vários testes para garantir que seus drones de alta velocidade operassem conforme previsto. Eles conduziram múltiplos voos nos quais a embarcação teve que navegar em terreno complexo. Além disso, os engenheiros utilizaram diferentes condições de iluminação, incluindo completa escuridão, para observar como o desempenho do sensor era afetado.
Curiosamente, a equipe selecionou vários locais para a fase de testes. Os locais variaram de dentro de escritórios a áreas externas em florestas densas. Em um teste, o dispositivo foi enviado para percorrer rapidamente uma floresta à noite. Para cumprir essa tarefa, o dispositivo precisou escanear, registrar e navegar pelos obstáculos em tempo real enquanto viajava em alta velocidade.

Resultados Principais dos Testes de Drones de Alta Velocidade

O drone de alta velocidade realizou voos autônomos em vários cenários. Ele conseguiu atingir velocidades de +20 metros por segundo enquanto navegava simultaneamente por ambientes complexos. Embora não seja perfeito, o sistema registrou uma redução de 35 vezes nas taxas de falha de voo usando o novo método. Além disso, a configuração da trajetória de voo levou metade do tempo, e o dispositivo voou mais rápido que drones tradicionais nos mesmos cenários de teste.

Benefícios da Tecnologia Avançada de Drones de Alta Velocidade

Existem muitos benefícios dos drones de alta velocidade que podem navegar autonomamente por espaços aéreos densos. Primeiro, eles podem ser usados em aplicações onde agilidade e navegação segura são críticas para o sucesso da missão. Esses dispositivos podem tomar decisões em frações de segundo que lhes permitem determinar a melhor forma de desviar de um objeto em aproximação e permanecer no curso.

Simplificando a Programação de Drones com Inteligência Embarcada

Determinar uma trajetória de voo segura para drones sempre foi um problema. À medida que o tráfego aéreo aumenta e as rotas de drones se tornam mais complicadas, criar trajetórias exigirá ainda mais esforço. Os sistemas autônomos introduzidos no estudo podem ajudar a reduzir esses tempos, pois a embarcação seria capaz de fazer alterações na trajetória de voo quando necessário, em tempo real.

Aplicações Reais e Cronograma para Drones de Alta Velocidade

Existe uma longa lista de aplicações para MAVs (Veículos Aéreos Miniatura) autônomos e ágeis. Esses dispositivos abrirão caminho para um novo nível de conveniência e resposta. Desde equipes de emergência que utilizam esses dispositivos para encontrar sobreviventes até sites de comércio eletrônico que entregam seus pacotes, há muitas utilidades para esses dispositivos de alta tecnologia.
Essa tecnologia de drones de alta velocidade pode ser colocada em uso dentro de um ano ou menos. Vários países estão empenhados em se tornar atores globais no mercado de drones. Essa tecnologia certamente será recebida de braços abertos, à medida que engenheiros buscam tornar os drones mais inteligentes e conscientes. Deve-se esperar integração militar nos próximos 2 anos, com alocações comerciais chegando ao mercado nos próximos 5 anos.

Drones Autônomos em Missões de Busca e Resgate

Um dos principais usos dessas embarcações autônomas será auxiliar em missões de busca e resgate. Esses dispositivos poderão explorar autonomamente destroços após um desastre e localizar sobreviventes humanos. Eles podem solicitar suprimentos e outras ajudas essenciais, que também podem ser entregues por drone até o local do sobrevivente até a chegada de ajuda humana. Eventualmente, o conceito pode ser ampliado para drones capazes de transportar sobreviventes diretamente para a segurança.

Como Drones de Alta Velocidade Poderiam Revolucionar a Entrega por Drone

Empresas como a Amazon têm insinuado a entrega por drone há anos. No entanto, o conceito tem se mostrado muito mais difícil do que se pensava. Esse desenvolvimento mais recente deve ajudar a avançar essa tecnologia, pois os dispositivos poderão ajustar sua trajetória de voo para otimizar o desempenho. Consequentemente, a entrega no dia seguinte pode se tornar a norma.

Uso de Drones Autônomos para Monitoramento de Infraestrutura

Manter pontes, estradas e outras infraestruturas vitais em boas condições de funcionamento é uma tarefa monumental que requer supervisão constante. O uso de drones autônomos pode ajudar a reduzir a mão de obra necessária, ao mesmo tempo em que melhora as capacidades daqueles responsáveis por monitorar esses itens essenciais. No futuro, drones escanearão infraestruturas críticas e notificarão os inspetores sobre perigos potenciais antes que se tornem um problema.

Monitoramento do Meio Ambiente com Drones Autônomos

Outra área onde drones autônomos podem fazer uma grande diferença é no monitoramento ambiental. Esses sistemas podem ser configurados para percorrer rotas automaticamente e registrar quaisquer mudanças no ambiente. Essa abordagem oferece um novo nível de conscientização aos ambientalistas e também pode ajudar os cientistas a acompanhar a saúde do planeta.

Enxames de Drones para Exploração e Coleta de Dados

Muitos veem os enxames de drones autônomos como uma das melhores maneiras de descobrir e mapear novas áreas. Essa abordagem elimina os riscos para os exploradores e fornece dados em tempo real para que os pesquisadores revisem e determinem o próximo melhor curso de ação. Já, drones autônomos provaram ser cruciais na indústria de mapeamento, onde são usados para rastrear locais de difícil acesso, como o fundo do oceano.

Pesquisadores de Drones de Alta Velocidade

Yunfan Ren foi o autor principal do artigo de pesquisa sobre drones de alta velocidade. Ele contou com o apoio do professor Fu Zhang e de uma equipe de pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade de Hong Kong (HKU).

Objetivos de Desenvolvimento Futuro para Drones de Alta Velocidade

A corrida está em andamento para melhorar o alcance, a velocidade e o poder de processamento do SUPER. A equipe agora buscará expandir os limites do SUPER para torná-lo mais leve, mais ágil, com tempos de voo mais longos e capaz de transportar cargas mais pesadas. Além disso, os engenheiros buscam miniaturizar ainda mais o MAV, permitindo seu uso em mais cenários.

Investindo no Setor de Drones

O mercado de drones é um setor de rápido crescimento que tem concorrência de todo o mundo. Notavelmente, a DJI da China detém a maior parte do mercado de drones. No entanto, muitas empresas têm o potencial de revolucionar a indústria com seus novos produtos e modelos de negócios. Aqui está uma empresa posicionada para o sucesso.

EHang 

Ehang (EH ) entrou na indústria de drones em 2014 para tornar realidade os drones de transporte de passageiros. A empresa continua sendo fundamental ao transformar drones de ferramentas em uma forma de transporte confiável. Nesse sentido, alcançou várias conquistas, incluindo o lançamento do primeiro Veículo Aéreo Autônomo (AAV) do mundo capaz de transportar pessoas.

Em 2018, a Ehang assinou várias parcerias e acordos de desenvolvimento de alto nível. Notavelmente, um desses acordos incluiu a colaboração com a cidade de Lyon, França,  em um protocolo de táxi aéreo. Outra parceria, com o grupo aeroespacial austríaco FACC,  buscou melhorar as capacidades e a segurança dos drones de passageiros.