Experimentando novos rumos: conheçam o projeto Drone

A UFRJ Nautilus, desde sua formação, destacou-se pelos seus projetos no campo de submarinos autônomos - os famosos AUVs, muito abordados em nossas postagens -, iniciados a pouco mais de 5 anos. De lá para cá, foram muitas experiências providas para os membros e conquistas reconhecidas internacionalmente. Não somente por esse crescimento da equipe, mas também por uma ânsia em querer aprender mais, produzir mais tecnologia útil à sociedade e, especialmente, diversificar áreas de atuação, a Nautilus, agora, encontra-se na aurora de seu mais novo projeto: o drone.

É essencial ressaltar, de antemão, que o drone não é o projeto principal da equipe nesse momento, haja vista que há um trabalho em andamento em nosso AUV “Lua”.

No que consiste o drone?

Os drones não são uma novidade no blog: eles já foram abordados na publicação “Robôs Voadores e Robôs Nadadores: drones e AUVs”. Nessa postagem, você foi introduzido ao conceito de UAV (Unmanned Aerial Vehicle) e de VANT (Veículo Aéreo Não Tripulado) e, além disso, aprendeu um pouco sobre a história dos drones e sobre o funcionamento de algumas partes, como a bateria, a estrutura e o sistema de controle.

Recordando brevemente, drones são veículos autônomos aéreos que visam realizar uma função estipulada, por exemplo: procurar falhas em tanques de armazenamento, em plataformas de petróleo e em navios, como já dito na postagem supracitada. A utilização desses veículos, para variadas aplicações, vem aumentando exponencialmente com o passar dos anos. Um famoso exemplo de uso pode ser observado na imagem abaixo, retirada da Cerimônia de Abertura dos Jogos Olímpicos de Tóquio, ocorrida a poucos meses atrás.

Globo Terrestre iluminado por drones

Agora, nessa postagem, o objetivo é aprofundá-los um pouco mais no tema, corroborando o intuito da equipe de informar, ao máximo, nossos leitores acerca do que está acontecendo internamente na Nautilus, e apresentá-los ao nosso projeto em específico, revelando o propósito dele e o primeiro modelo idealizado. É importante salientar, por fim, que a última tônica deste artigo é um pouco mais focada na área de mecânica, a qual sou integrante.

Nossa área de desenvolvimento: drones mapeadores de características geológicas

Como já mencionado, há diversas aplicações possíveis para um robô voador e, por isso, a equipe ficou, inicialmente, dividida quanto à decisão acerca do tópico de desenvolvimento do projeto. As temáticas sugeridas foram:

• Áreas inundadas - localização de cheias e/ou inundações;

• Áreas impactadas pela desertificação - localização;

• Mapeamento - caracterização dos aspectos geográficos de uma área visando o planejamento de ocupação urbana;

• Calibração com sensores satelitários - ponte entre o micro e o macro/validação de informações obtidas por satélites.

Em relação aos dois primeiros tópicos, referentes à análise espacial de situações de risco, é certo dizer que essa tecnologia já vem sendo aplicada, brandamente, no Brasil. A utilização desses tipos de drone é extremamente importante para adquirir dados que antes eram tidos como imperceptíveis e para identificar situações possivelmente preocupantes. Dessa forma, profissionais, como biólogos e engenheiros ambientais, podem elaborar, de maneira mais eficaz, um planejamento de manejo ambiental atrelado tanto a um ideal de preservação e de sustentabilidade, quanto a uma concepção de rentabilidade econômica.

Conforme já aludido, essa tecnologia já está sendo aplicada aqui em nosso território nacional e uma das empresas que utiliza dessa inovação é a CPRM. Também conhecida como Serviço Geológico do Brasil, a CPRM é uma empresa pública vinculada ao Ministério de Minas e Energia (MME) e disponibiliza, por meio do SACE - Sistema de Alerta de Eventos Críticos -, informações sobre diversos rios do país, como a Bacia do Rio Amazonas e a Bacia do Rio Xingu. Logo abaixo, pode ser observado, primeiramente, o drone utilizado pela empresa e, posteriormente, o SACE emitido em 24/08/2021 às 18:39.

Outra aplicação para o drone pensada para a Nautilus foi a de calibração com sensores satelitários. É certo que os satélites são amplamente utilizados na atualidade: não somente para o GPS, mas também para o sensoriamento remoto, técnica que vem crescendo bastante a partir de um maior desenvolvimento tecnológico na área. Para o sensoriamento remoto, em específico, é de extrema vantagem a utilização de um VANT para validar as informações coletadas pelo satélite.

Sendo assim, o drone, com essa aplicação, seria sobposto ao satélite e captaria imagens, na forma de mosaicos, de modo mais nítido. O drone seria fundamental nesse processo por sua maior capacidade - quando comparado ao satélite - de reconhecimento de padrões. A seguinte figura ilustra o procedimento explicado.

Enfim, chegamos ao último, e mais importante, item a ser abordado: mapeamento de aspectos geográficos de uma área visando a ocupação urbana. Esse propósito, como já dito no subtítulo, foi o escolhido para ser desenvolvido pela nossa equipe.

Os drones para mapeamento não se diferem muito dos outros já discutidos quanto aos quesitos estrutural e tecnológico. No entanto, sua função é diferente: o drone a ser produzido pela Nautilus terá a importância de prover, para os responsáveis pelo projeto da infraestrutura da área urbana, o sítio urbano do local. Sítio urbano é um conceito geográfico relativo à localização topográfica do local, isto é, como é distribuída a elevação do espaço em relação ao nível do mar. Essa informação é essencial para a disposição das construções na cidade, visando o máximo aproveitamento do território.

Além disso, o drone também pode auxiliar na gestão urbana de uma cidade, ajudando na visualização de possíveis pontos de melhoria. A foto abaixo ilustra a explicação cedida:

Visando tanto à estética, quanto à aerodinâmica

Com a função já definida, coube aos integrantes de Mecânica da equipe idealizar e apresentar possíveis modelagens do corpo do drone. Os designs foram feitos considerando tanto aspectos técnicos, como aerodinamicidade e escolha dos materiais, quanto estéticos.

Referente às questões técnicas, a modelagem aerodinâmica refere-se à maior capacidade de um corpo de minorar os efeitos da resistência do ar e, por isso, é essencial para a eficácia do robô. Não adianta ter a bateria mais potente ou os algoritmos mais perfeitos se o corpo não é projetado para render tudo aquilo que pode render. Portanto, elaborou-se um drone no qual seu centro de gravidade (CG) - isto é, ponto da resultante da força peso - estivesse coincidente ao seu centro de pressão (CP) - isto é, ponto da resultante das forças de resistência do ar. Para isso ser obtido, o objeto teve que apresentar modelagem simétrica, conforme à imagem abaixo:

Solidworks 2020

A partir dessa imagem, é de grande valia pontuar que os 6 braços ilustrados são modulares, isto é, podem se soltar e encaixar novamente com facilidade. Esse parâmetro deve ser considerado no momento de concepção do projeto pois é importante que o drone seja portátil.

Quanto à escolha dos materiais, o polímero PPS (Sulfeto de Polifenileno) é o mais cotado para ser o principal integrante do corpo. Além da quase nula absorção de umidade e da grande resistência química, o polímero possui elevado desempenho em altas temperaturas e ótimos parâmetros de resistência mecânica, propriedade mais importante para os materiais estruturais.

Por fim, além desses quesitos, o fator aparência foi tratado com certa relevância, haja vista que a estética atrai patrocinadores e proporciona uma valorização para a equipe, no geral. A Nautilus tem a “cara” do que produz e, se o que produzimos nos satisfaz, ou seja, se todos conseguem enxergar seu trabalho no produto final de forma orgulhosa, significa que sucedemos em nossa missão. Por essa razão, a face do drone deve ser equivalente à do grupo, como um todo: o drone deve ter a “cara” da Nautilus.

Escrito por Bruno Ignez