Parece que não passa uma semana sem mais notícias de como os drones tornarão nossas vidas muito mais fáceis ou o que eles podem fazer agora para nos entreter. Mais recentemente, houve relatos de aparelhos de vôo entregando comida para golfistas em um curso em Dakota do Norte e sendo usados como dançarinos de apoio nos shows de Drake.
Mas longe dos nove palcos e dos palcos de concerto, veículos voadores autônomos estão fazendo negócios sérios, desde ajudar a salvar vidas durante furacões a emprestar mão de fazendeiros idosos. E, se um projeto de pesquisa da Rice University se concretizar, um enxame de drones poderá um dia trabalhar em conjunto para detectar gases tóxicos na atmosfera e mapear um perímetro seguro.
Impulsionados por uma doação recente da National Science Foundation de US $ 1, 5 milhão, os cientistas, em colaboração com a Baylor College of Medicine e Technology For All, uma organização sem fins lucrativos de Houston, se concentrarão em fornecer aos drones informações para detectar onde a poluição se espalhou após explosões ou vazamentos, particularmente após eventos climáticos extremos.
Na verdade, observou Edward Knightly, engenheiro elétrico e de computação que lidera a pesquisa, esse tipo de desastre não aconteceu muito depois do furacão Harvey no ano passado, quando os socorristas ficaram com um vazamento de gás de uma fábrica química perto de Houston.
"Os primeiros socorristas entraram para estabelecer um perímetro de cerca de dois quilômetros e meio, a fim de alertar os moradores do bairro", diz ele. “Mas os primeiros socorristas foram hospitalizados. O perímetro estava muito próximo da fonte, mas eles não sabiam disso. Ninguém sabia.
“E esse é um ótimo exemplo de onde podemos enviar drones a uma distância segura e eles podem descobrir onde está uma fronteira segura, o efeito do vento, se houve reações químicas no ar. Encontrar e estabelecer as fronteiras certas é uma decisão complexa, e achamos que os drones podem ser uma grande ajuda para tomar essa decisão. ”
Pensando pequeno
Mas dar aos drones a capacidade de identificar gases voláteis em tempo real traz alguns grandes desafios. Para começar, sensores eficazes podem ser reduzidos a um tamanho e peso capaz de caber em um drone? A equipe está trabalhando com Frank Tittel, professor emérito da Rice e pioneiro no uso de lasers para detectar as assinaturas de moléculas.
"Temos que encolher os sensores para um quilo e meio ou menos", diz Knightly. “Ele desenvolveu maneiras para os lasers detectarem concentrações de gases para uma ampla variedade de gases. Mas, tipicamente, ele projeta sistemas para serem usados no solo. Ele nunca teve que lidar com a criação de sensores com essa restrição de massa ou tamanho ”.
Grande parte do foco do projeto até este ponto tem sido para aguçar a inteligência da frota de drones, conhecida como ASTRO. Embora o foco daqui para frente esteja nas capacidades de detecção de gás, o aprendizado da ASTRO tem sido mais amplo em escopo. O objetivo foi desenvolver um sistema onde os drones possam trabalhar juntos - sem intervenção humana - para encontrar objetos.
Knightly explica que a equipe treinou sua frota de quatro drones para rastrear um dispositivo sem fio, incluindo um em um carrinho de golfe em movimento. E, é feito "fora da rede", sem um humano no chão direcionando as coisas com um controle remoto.
"Queremos que a rede de drones não apenas voe entre si, mas até mesmo se não houver comunicação ar-terra disponível", diz ele. "Se houver condições meteorológicas extremas e a infraestrutura estiver inoperante, ainda assim queremos ser capazes de enviar drones para coletar informações sobre uma área perigosa."
Antes de começarem a rastrear qualquer coisa, os drones usam sua inteligência artificial para aprender sobre o ambiente. É como Knightly se refere como a “fase de busca e aprendizado”. Os drones iniciam as missões primeiro espalhando-se para literalmente obter uma configuração da terra, comunicando-se um com o outro para que não se agrupem em uma área.
"Antes que eles possam localizar e rastrear um dispositivo sem fio, por exemplo, é importante que eles aprendam o ambiente", diz Knightly. “Há muitas árvores? Prédios altos? Ou é espaços abertos? O objetivo é aprender o ambiente para que eles possam rastrear com precisão. ”
Enxame e trilha
Em seguida, eles passam para a fase dois, que é apropriadamente chamada de “enxame e rastreamento”. Novamente, quando o objeto alvo é um dispositivo sem fio, eles identificaram onde o sinal é mais forte e é onde os drones se juntam como um enxame. . No caso de um evento perigoso, pode ser onde a leitura de gás é mais forte.
"Eles determinam que isso é o que deveríamos medir, então vamos coletar alguns dados de alta resolução", diz Knightly.
"É claro que todos os gases têm suas próprias assinaturas espectrais", acrescenta ele. “Quando os drones saírem, haverá uma mistura de gases diferentes. Não vai ser um sinal claro de apenas um. Por isso, precisamos dos drones para aprender sobre o meio ambiente, compará-lo com os modelos básicos de referência que desenvolvemos e, em seguida, ser capaz de identificar as fontes de emissões perigosas e os limites de onde eles se espalharam. ”
Luca Mottola, professor associado do Departamento de Eletrônica, Informação e Bioengenharia da Universidade Politécnica de Milão, acredita que este é um "exemplo paradigmático" de quando os drones podem ser mais eficazes do que qualquer outra tecnologia.
"A capacidade de se movimentar sem restrições, enquanto carrega cargas úteis de sensores, dá a eles um conjunto único de habilidades", diz Mottola, especialista em redes de sensores sem fio e de drones. "A tecnologia atualmente disponível para lidar com cenários semelhantes depende muito da intervenção humana e, portanto, é mais lenta e propensa a erros.
"Portanto, o impacto da implantação da tecnologia drone é muitas vezes maior. A resposta mais rápida pode fornecer proteção aprimorada de ativos, limitar os danos às estruturas e melhorar o impacto nas vidas humanas".
Os pesquisadores da Rice esperam testar seus drones a gás em uma localização ideal nas proximidades - o Houston Ship Channel, com suas inúmeras refinarias químicas e plantas de processamento industrial. À medida que o projeto avança, a frota pode se expandir para até dez drones.
A equipe também desenvolveu um aplicativo móvel com a ideia de que poderia usar os achados do sensor de drone para enviar alertas de qualidade do ar em tempo real para os telefones dos residentes.
"Nós trazíamos médicos para ajudar a definir limites para uma comunidade", diz Knightly. “Quando é um dia típico? E quando é um dia para se abrigar?
