Equipe desenvolve um revolucionário veículo aéreo não pilotado inspirado na ficção científica

Imagine um mundo onde a ficção científica encontra a realidade, onde a tecnologia de ponta dá vida às cenas inspiradoras de filmes como Prometheus. Esta é a pesquisa inovadora liderada pelo Dr. Fu Zhang, Professor Assistente do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade de Hong Kong (HKU), que desenvolveu um Robô Aéreo LiDAR-Sensing Ultra-underactuated Powered-flying ( PULSAR) que está prestes a redefinir o mundo dos veículos aéreos não pilotados (UAVs).

Os UAVs já estão desempenhando um papel cada vez mais vital em busca e salvamento, levantamento de cavernas e mapeamento arquitetônico. O PULSAR, apropriadamente nomeado por suas semelhanças com a auto-rotação e o padrão de varredura de um pulsar astronômico, leva a tecnologia UAV a novos patamares. Com um microcomputador e um sensor LiDAR, o PULSAR possui recursos integrados de percepção, mapeamento, planejamento e controle em ambientes internos e externos, tudo sem a necessidade de instrumentos externos.

O segredo da incrível funcionalidade do PULSAR está em seu atuador único, que alimenta o mecanismo sem placa oscilante e fornece impulso e momento. Por meio de uma série de experimentos, a equipe do Dr. Zhang demonstrou a capacidade do PULSAR de detectar obstáculos estáticos e dinâmicos em tempo real, rastrear trajetórias complexas e navegar autonomamente mesmo na escuridão total.

A robustez do PULSAR também se estende a resistir a distúrbios do vento externo, permitindo voos mais seguros e estáveis ​​em condições imprevisíveis. A uma velocidade máxima do vento de 4,5 m/s, o PULSAR pode manter sua posição de flutuação dentro de uma pequena área. Tal característica possibilita um voo mais seguro e estável em ambiente selvagem.

Além dos recursos mencionados acima, o sensor também pode estender o campo de visão (FoV) por meio de movimento de auto-rotação, o que aumenta a percepção do UAV e a eficiência da tarefa. Atualmente, existem duas abordagens principais para estender o FoV do sensor, mas ambas consomem uma quantidade significativa de energia.

A primeira abordagem envolve o uso de sensores com FoVs grandes, como câmeras olho de peixe, câmeras catadióptricas ou LiDAR 360°, que tendem a produzir distorções. No entanto, o LiDAR 360° tem um FoV estreito e de baixa resolução na direção vertical. A segunda abordagem envolve o uso de vários sensores, como um sistema multicâmera ou multi-LiDAR, mas isso incorre em custos adicionais e resulta em tempos de processamento de dados mais longos.

A invenção do PULSAR pode economizar 26,7% do consumo de energia em comparação com um UAV quadrotor com a mesma área de disco da hélice e carga útil, mantendo uma boa agilidade. Graças ao seu sistema de propulsão de atuador único, o PULSAR experimenta menos perda de conversão de energia, resultando em uma alta eficiência de voo de 6,65 g/W.

Apesar do seu pequeno tamanho, com um diâmetro de apenas 37,6 cm e uma capacidade de bateria de apenas 41 Wh, este UAV de 1234 g atingiu um tempo de voo de mais de 12 minutos. Ao remover o sensor LiDAR e instalar uma hélice e bateria maiores, o tempo de pairar do PULSAR pode ser estendido para mais de 40 minutos.

O resultado da pesquisa é apresentado em Ciência Robótica.

Dr. Zhang disse que a plataforma de pesquisa estabelecida por sua equipe pode ser propícia para uma maior exploração de UAVs auto-rotativos. “Acreditamos que facilitará a pesquisa de métodos de controle de UAV sob rotação de alta velocidade e técnicas de localização e mapeamento simultâneos (SLAM) sob movimento agressivo”.