Equipados com minúsculos lasers para os olhos, enxames de drones robô diminutos podem em breve ser capazes de polinizar campos de plantações, procurar edifícios destruídos por sobreviventes ou tomar medidas de qualidade do ar em grandes áreas.
Em 2012, pesquisadores da Universidade de Harvard fizeram manchetes quando lançaram um inseto robótico, pesando apenas miligramas, e observaram como voavam e pousavam com sucesso; um ano depois, foi capaz de seguir um caminho pré-programado. Desde então, o RoboBee aprendeu a nadar, mas ainda há uma grande lacuna em suas habilidades: ele não pode ver efetivamente.
Pesquisadores da Universidade de Buffalo e da Universidade da Flórida estão trabalhando para mudar isso. Nos próximos três anos, com a ajuda de uma doação de US $ 1, 1 milhão da National Science Foundation, Karthik Dantu em Buffalo e Sanjeev Koppal na Flórida estão testando maneiras de reduzir a tecnologia usada em lidar, ou detecção e alcance de luz, para dar ao pequeno drones a capacidade de navegar-se em direção a um objetivo sem ser dirigido por um operador humano. Eles seriam como o carro autônomo do Google, apenas milhares de vezes menor.
“Precisávamos de um sensor de profundidade para um comportamento inteligente”, diz Koppal. “Quando estávamos pensando em que tipo de técnicas poderíamos usar, o lidar estava no topo da lista.”
Desenvolvido na década de 1960 após a invenção do laser, o lidar funciona como radar ou sonar, mas com luz. Pulsando uma série de feixes invisíveis de luz para a área circundante, o lidar cria uma imagem detalhada do ambiente com base na luz que retorna aos seus sensores. O Lidar pode usar a luz nos comprimentos de onda visível, ultravioleta e infravermelho próximo para geração de imagens, e os comprimentos de onda mais curtos tornam possível medir partículas tão pequenas quanto aerossóis aerotransportados.
Mas o menor sistema comercial do mundo pesa 830 gramas, ou quase dois quilos, enquanto uma abelha robótica é de apenas 80 miligramas - mais leve que um pequeno clipe de papel. Em outras palavras, a criação de capacidade microlitro exige o encolhimento do nível Homem-Formiga.
Câmeras convencionais não poderiam ser usadas, explica Dantu, porque os robôs são muito pequenos - a percepção de profundidade com câmeras requer que eles fiquem a uma distância mínima, como olhos, e não há esse tipo de espaço no drone. Capturar e analisar os feixes de luz para perceber a distância e a profundidade era o caminho lógico, pois se baseia em coletar luz de qualquer direção. Além disso, câmeras e processamento de imagem consomem uma grande quantidade de energia, que também é um prêmio para os RoboBees. Cerca de 97% do orçamento total de energia a bordo de uma abelha robô é consumido pelo voo; Computação e sistemas de detecção começam a lutar com outros sistemas para as sobras.
Com a concessão, a Koppal está projetando novos sensores leves e a Dantu está trabalhando em algoritmos matemáticos para ajudar esses sensores a usar melhor os dados que eles coletam. Um colega da Koppal's na Flórida, Huikai Xie, está trabalhando na construção dos emissores de laser necessários.
Primeiro, os pesquisadores usarão um espelho com óptica de grande angular no drone para coletar pulsos de laser de uma estação base remota, e ajustar o algoritmo apropriado para os sensores com esses dados. O segundo passo é montar um diodo laser no próprio drone, alimentado via cabo para uma estação base ou bateria. A partir daí, o objetivo final é fazer com que tudo seja alimentado internamente.
(Laboratório de Microbiologia, Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas Harvard John A. Paulson e Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada) O microlitro pode ser usado em sondas endoscópicas, as ferramentas do tipo varinha usadas durante a cirurgia que atualmente empregam ultrassom para visualizar órgãos internos e estruturas do corpo. Um enxame inteiro de abelhas robóticas poderia monitorar a poluição do ar, clima ou padrões de tráfego em uma grande área. Qualquer disciplina que atualmente emprega a empresa pode se beneficiar, incluindo mapeamento topográfico, detecção de falhas sísmicas, identificação de depósitos minerais não descobertos, planejamento arquitetônico e manutenção de esgoto.
Embora a Dantu e a Koppal estejam se concentrando em criar um sistema viável para o drone, o modo como os dados serão coletados e processados é um obstáculo que eles discutem com frequência. A abelha ou enxame de abelhas poderia fazer alguma parte do processamento de dados por conta própria, bem como coletivamente transmitir dados via pulsos codificados de luz para uma estação base para computação em profundidade.
Michael Olsen, professor associado de geomática na Oregon State University, trabalha com a lid para estudar topografia e mapeamento de terreno, usando principalmente scanners baseados em terra para analisar erosão costeira, segurança de pontes e engenharia sísmica. Ele diz que a falta de capacidade de coletar um conjunto de dados completo é uma grande restrição aos sistemas de telefonia convencionais.
"Nós inevitavelmente temos lacunas em nossos dados devido a restrições de visão", diz Olsen. “Esses RoboBees seriam potencialmente muito úteis para ajudar a preencher algumas dessas lacunas para produzir um modelo mais completo. A redução de tamanho de um sistema a laser ativo, como o lidar, é um grande desafio, e o que os pesquisadores estão enfrentando aqui é uma escala totalmente nova. Parece que eles criaram algumas soluções muito interessantes para as restrições de potência, peso e tamanho. ”
Totalmente realizado, um enxame de drones de abelhas equipados com microlitros poderia voar ao redor de árvores em uma densa floresta para capturar melhor a estrutura de cada árvore, ou sob as escoras de uma ponte, escaneamentos difíceis de serem feitos com técnicas convencionais.
Enquanto o Atualmente está sendo usado para pesquisa e aplicações industriais, o microlitro pode ter muitos usos médicos ou domiciliares. Os caçadores de casas poderiam ter acesso a uma renderização 3D completa de uma casa à venda e conhecer as dimensões exatas das salas para planejar como a mobília poderia caber. As missões de busca e salvamento podiam vasculhar pequenos espaços dentro de estruturas colapsadas. Sistemas baseados em casa podem detectar se algo está fora de lugar ou ausente, ou o grau em que a Terra mudou após um deslizamento de terra ou terremoto. E fisiculturistas ou buscadores de perda de peso poderiam fazer exames regulares e detalhados de seus corpos para saber a extensão de seu progresso.
Dantu e Koppal admitem que esses tipos de aplicações ainda são muitos anos no futuro, mas que a natureza prática da tecnologia é promissora.
"Se você pode fazer algo no RoboBee, você pode fazê-lo em qualquer lugar", diz Koppal. “O microlitro pode funcionar onde quer que o meio ambiente seja usado. Existem todos os tipos de aplicações na agricultura e na indústria, onde as pessoas já usam o lidar para mapear o chão de fábrica ou a fazenda. Em muitos casos, menor e mais barato é simplesmente melhor ”.
E lembre-se, esses lasers não são zappers de alta potência. Os RoboBees não os usarão para dividir e conquistar - apenas para ter uma visão mais precisa do mundo ao seu redor.
