Robôs aéreos eficientes de asa única com consumo de energia reduzido

Os sistemas robóticos voadores já provaram ser altamente promissores para resolver numerosos problemas do mundo real, incluindo explorações de ambientes remotos, entrega de pacotes em locais inacessíveis e buscas por sobreviventes de desastres naturais. Nos últimos anos, roboticistas e cientistas da computação introduziram uma infinidade de projetos de veículos aéreos, cada um com vantagens e características distintas.

Pesquisadores da Universidade de Tecnologia Sharif, no Irã, realizaram recentemente um estudo explorando o potencial de sistemas robóticos voadores com uma única asa, conhecidos como veículos aéreos de asa única. Seu artigo, publicado no Jornal de Sistemas Inteligentes e Robóticosdescreve uma nova abordagem que pode ajudar a controlar melhor o voo destes veículos à medida que navegam no ambiente circundante.

“Veículos não convencionais inspirados em fenômenos naturais cativam consistentemente a atenção dos engenheiros”, disse Afshin Banazadeh, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao Tech Xplore. “Um desses veículos, o mono-asa, um veículo aéreo de pá única, não é exceção.

“Quando começamos a nos aprofundar no domínio desses veículos, descobrimos alguns estudos sobre sua dinâmica. Embora esses estudos apresentassem alguns aspectos iniciais da dinâmica do veículo, eles deixaram muitos parâmetros desconhecidos e ambiguidades que requerem interpretação. a curiosidade foi despertada, reconhecendo a nossa responsabilidade como membros da comunidade de engenharia em desvendar os segredos da dinâmica da mono-asa através da implementação da técnica de identificação do sistema.”

Depois de analisar os esforços de investigação anteriores destinados ao desenvolvimento de veículos aéreos mono-asa, Banazadeh e os seus colegas decidiram compreender melhor a intrincada dinâmica que sustenta o seu funcionamento. A sua esperança era conceber novas estratégias que pudessem melhorar o seu desempenho, permitindo aos investigadores controlar melhor os seus movimentos no ar.

Em seu artigo, eles apresentam um novo projeto de veículo aéreo mono-asa que integra o veículo do robô em um local específico perpendicular à sua asa e fora de sua superfície. Esta configuração diferenciada poderia melhorar o equilíbrio do veículo, ao mesmo tempo que facilitava a montagem.

“Em nossa busca para determinar o modelo dinâmico da mono-asa, desenvolvemos uma abordagem abrangente que englobava técnicas no domínio da frequência e no domínio do tempo”, explicou Banazadeh.

“Nossa metodologia incluiu uma comparação com um modelo de simulação, programado com base nos princípios físicos subjacentes que regem o voo do veículo. Ao adotar esta abordagem multifacetada, pretendemos desenvolver um modelo dinâmico robusto e preciso que considere vários fatores e complexidades associadas ao mono-asa.”

Banazadeh e seus colegas realizaram diversas análises e simulações computacionais. Seus resultados oferecem informações valiosas sobre a dinâmica de voo de veículos mono-asa, que podem servir de base para trabalhos futuros na área.

“Durante a fase de projeto do controlador, encontramos um desafio significativo ao lidar com o movimento giratório da mono-asa, o que dificultou a emissão de comandos ao veículo conforme desejado”, disse Banazadeh. “Tivemos que desenvolver uma técnica semelhante ao controle cíclico usado em helicópteros para controlar efetivamente o aspecto giratório do veículo”.

A técnica desenvolvida por esta equipe de pesquisadores foi testada em uma série de simulações e descobriu-se que melhora muito a estabilidade dos veículos aéreos mono-asa durante o vôo, ao mesmo tempo que facilita o controle de seus movimentos. Testes do mundo real em robôs físicos ajudarão a validar ainda mais a sua eficácia e generalização.

“Nosso artigo recente abrange vários aspectos cruciais que podem servir como orientação valiosa para futuros pesquisadores”, disse Banazadeh. “Primeiro, apresenta um modelo de simulação abrangente que estabelece as bases para a compreensão da dinâmica do sistema. Em segundo lugar, introduzimos uma abordagem única e inovadora para identificação, destacando as regras e os fatores considerados ao longo do processo.”

Descobriu-se que a abordagem proposta por Banazadeh e seus colegas aumenta a precisão do modelo dinâmico de um veículo, ao mesmo tempo que representa melhor suas complexidades. Em seu artigo, a equipe também apresentou uma estratégia que poderia ser usada para controlar melhor veículos periódicos não convencionais. No futuro, esta estratégia poderá ser implementada e testada por grupos de investigadores em todo o mundo.

“A aplicação de veículos escaláveis ​​tem um grande potencial, particularmente na sua capacidade de melhorar a vida de indivíduos que procuram conforto e diversão”, disse Banazadeh. “A nossa estratégia centra-se numa característica fundamental destes veículos: o consumo otimizado de energia elétrica. Em termos mais simples, estes veículos não servem apenas como brinquedos envolventes que apresentam aos jovens as maravilhas da engenharia, mas também têm potencial em contextos agrícolas, ajudando na cultivo e colheita, reduzindo assim os esforços manuais.”

O trabalho recente desta equipa de investigação poderá em breve contribuir para o desenvolvimento de novos robôs voadores com uma única asa, facilitando potencialmente a sua utilização e comercialização no mundo real. Esses robôs podem ter muitas aplicações valiosas, por exemplo, permitindo que os usuários coletem dados em locais remotos, o que pode, por sua vez, ajudar a realizar levantamentos terrestres detalhados, mapear ambientes e conduzir explorações geológicas.

“Com seu design simples e compacto e capacidade de pairar, esses veículos podem acessar terrenos remotos e acidentados que as aeronaves tradicionais consideram desafiadoras”, acrescentou Banazadeh. “Ao coletar dados precisos e abrangentes, eles podem contribuir para as indústrias envolvidas na gestão de recursos, planejamento de infraestrutura e avaliação ambiental. Embora ainda em fase experimental, os veículos monoasa têm o potencial de revolucionar as práticas de sensoriamento remoto, oferecendo maior precisão de mapeamento e informações valiosas sobre locais remotos ou de difícil acesso. Acreditamos que todas essas direções de pesquisa merecem uma exploração mais aprofundada.”

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