Novo drone de inspeção usa vento para prolongar o tempo de voo

A Elythor, spin-off da EPFL, desenvolveu um novo drone cuja forma de asa pode se adaptar às condições do vento e à posição de voo em tempo real, reduzindo o consumo de energia do drone. Além disso, a posição das asas pode mudar, permitindo que o drone voe na vertical ou na horizontal. Esses recursos o tornam um candidato perfeito para inspecionar usinas de energia.

Durante séculos, os humanos ficaram fascinados com a facilidade com que os pássaros deslizam no ar. Sua capacidade instintiva de usar o vento a seu favor é o que inspirou o Morpho, o novo drone de inspeção desenvolvido pela Elythor. Parte drone alado, parte quadcopter, Morpho é um veículo aéreo não tripulado (UAV) híbrido que pode mudar de forma de acordo com a tarefa em questão.

As asas adaptativas do Morpho estendem o tempo de voo do drone e proporcionam maior capacidade de manobra. Combinados com sensores e câmeras incorporados, esses recursos permitem que ele voe tão bem em espaços fechados quanto ao ar livre, tornando-o ideal para inspecionar usinas de energia e outras infraestruturas, como linhas de alta tensão, turbinas eólicas, gasodutos e plataformas de petróleo offshore .

Reduzindo custos em um terço e reduzindo o tempo de inspeção

Quando está sentado sobre suas quatro patas, Morpho tem uma forma aerodinâmica que se assemelha a um pequeno foguete. Mas isso muda rapidamente quando seus rotores começam a zumbir. A capacidade de decolagem vertical do drone significa que ele pode ser implantado em espaços confinados, voar a apenas alguns centímetros de um equipamento e inspecionar o equipamento sem esbarrar nele.

Depois que a inspeção é concluída, o Morpho pode mudar seus motores e girar para uma posição horizontal mais aerodinâmica e voar rapidamente para o próximo local de inspeção. Se o drone encontrar ventos fortes ou que mudam rapidamente ao longo do caminho, ele expandirá ou contrairá suas asas conforme necessário para manter sua trajetória. Ele também pode planar sob as condições de vento certas. Tudo isso economiza tempo durante as inspeções, mas também significa que o drone pode voar por mais tempo.

“Calculamos que o uso do Morpho pode reduzir o tempo e o custo de uma inspeção por drone em uma média de 35%”, diz Harry Vourtsis, cofundador e CEO da Elythor. Quando o Morpho chega ao próximo local de inspeção, ele pode dobrar suas asas e retornar à posição vertical para voar até o equipamento. Vourtsis e colegas publicaram um artigo na Sistemas Inteligentes Avançados em seu drone.

O ajuste assimétrico das asas proporciona estabilidade em ventos fortes

“Os drones alados têm a vantagem de tempos de voo mais longos, enquanto os quadricópteros têm melhor capacidade de manobra”, diz Vourtsis. “Combinamos os dois e adicionamos um sistema de asa adaptável que reduz ainda mais a necessidade de energia do drone”. A maioria dos drones de decolagem e aterrissagem vertical de asa fixa (VTOL) representa um meio-termo, com asas pequenas o suficiente para reduzir o atrito durante o voo vertical, mas grandes o suficiente para fornecer sustentação suficiente durante o voo horizontal. Os drones VTOL também têm problemas para decolar e pousar em ventos fortes devido à sua grande área de superfície perpendicular ao vento.

O sistema de controle de asa da Morpho é o resultado de vários anos de pesquisa no Laboratório de Sistemas Inteligentes da EPFL e foi descrito em vários artigos científicos. O sistema inclui sensores ligados a um programa de software para monitorar a direção e velocidade do vento.

Nathan Müller, também cofundador da Elythor, explica: “O controlador seleciona automaticamente se deseja manter as asas no lugar ou deixá-las se mover livremente com o vento, com base na trajetória e velocidade efetiva do drone, juntamente com quaisquer mudanças na direção do vento. A área da superfície das asas também pode ser ajustada de forma simétrica ou assimétrica, dependendo da direção do vento.”

Os algoritmos que alimentam o sistema de controle buscam não apenas otimizar o equilíbrio entre atrito do ar e elevação, mas também minimizar o uso de energia. Isso implica aproveitar as correntes de vento para deixar o drone planar ou ajustar as asas de forma assimétrica para regular sua guinada – ou a rotação em torno de seu eixo vertical. Isso proporciona maior estabilidade em ventos fortes.

Estudos quantitativos realizados no laboratório da EPFL mostram que o Morpho oferece manobrabilidade e eficiência de energia consideravelmente melhores. “Nosso projeto pode reduzir o consumo de energia em até 85% quando o drone está voando na posição vertical”, diz Müller. “Também melhora significativamente a atitude e a estabilidade do drone.” Esses benefícios significam que o Morpho pode realizar inspeções sob uma gama mais ampla de condições climáticas.

‘Queremos revolucionar as plataformas de inspecção’

Como a Elythor visa fornecer aos clientes uma solução pronta para uso, ela também está desenvolvendo software para compilar e analisar os dados coletados pela Morpho. “Queremos revolucionar as plataformas de inspeção”, diz Vourtsis. Hoje, os operadores de usinas usam diferentes tipos de drones, dependendo da localização do equipamento a ser inspecionado. E as instalações às vezes se estendem por vários quilômetros e incluem estruturas complicadas que devem ser acessadas, como turbinas eólicas e torres de transmissão.

A Elythor tem planos de preparar seu drone para produção industrial nos próximos meses, com lançamento no mercado previsto para o final deste ano.