Trabalhar em equipe também é relevante para drones

Os veículos aéreos não tripulados (UAV), vulgarmente conhecidos como drones, são omnipresentes e têm crescido em popularidade devido ao seu amplo potencial de utilização em muitos setores civis. Equipados com sensores e dispositivos de comunicação sofisticados, os drones podem potencialmente formar um sistema multi-UAV, também chamado de enxame.

Cientistas do Helmholtz Institute Freiberg for Resource Technology e do Center for Advanced Systems Understanding, ambas instituições HZDR, conduziram testes experimentais para estabelecer uma estrutura conceitual para um enxame autônomo com a tarefa específica de escanear eficientemente ambientes estruturados de forma desigual. Os testes mostraram que o conceito de enxameação desenvolvido é mais resiliente em comparação com outros.

O crescente interesse em drones e o desejo por novas aplicações, mas também os diferentes tamanhos de UAV, que têm impacto no tempo de voo e na carga útil dos sensores, levaram ao surgimento de enxames de drones ou sistemas multi-UAV.

Um enxame inteligente de UAV é uma frota de drones autônomos que cooperam de acordo com um conjunto específico de regras, a fim de realizar uma missão complexa de forma eficiente, sem intervenção humana. Ao ter vários drones trabalhando juntos em grupos hierárquicos, as limitações dos UAVs individuais podem ser superadas para que muitas tarefas distribuídas possam ser concluídas de uma só vez.

A estrutura conceitual proposta é baseada no paradigma líder-seguidor, onde o drone líder distribui as tarefas aos seguidores.

“Nossa pesquisa visa melhorar a prosperidade econômica, o desenvolvimento social e a proteção ambiental, por exemplo, mitigando os riscos naturais, mapeando a superfície da Terra para encontrar novos recursos ou monitorando o meio ambiente”, diz o Dr. Wilfried Yves Hamilton Adoni, cientista do HIF e CASUS, sobre o histórico da pesquisa de sistemas multi-UAV.

“Modelamos vários obstáculos que podem ocorrer durante uma missão de enxame em um ambiente desigualmente estruturado, ou seja, um ambiente onde áreas complexas e ricas em informações se alternam com áreas pobres em informações. Em comparação com as atuais configurações de enxame de UAV disponíveis, nosso sistema proposto é mais resiliente, pois pode se recuperar rapidamente de falhas do sistema.

“Realizamos os testes considerando o estado da arte atual em enxames de UAV virtuais e reais. Eles mostram que nosso sistema é confiável, confiável e tem um desempenho consistentemente bom. Por exemplo, nossa abordagem confirma o bom desempenho em termos de consumo de energia para nossos cenário de áreas grandes e desestruturadas”, continua Adoni.

Especificamente, em artigo publicado em outubro na revista DronesAdoni apresentou os pontos-chave que os cientistas devem considerar ao projetar um sistema autônomo multi-UAV para sua missão de pesquisa. Ele discute aspectos como cadeias de comando e construção de consenso entre os UAVs, comunicação entre o líder e os seguidores e a distribuição de cálculos entre os UAVs usando um exemplo específico de configuração.

“Atualmente estamos trabalhando em uma estrutura de software de código aberto para um sistema operacional de robô que seja particularmente adequado para essas missões de enxame”, explica Adoni. “O valor agregado de tal estrutura é que ela contém um conjunto de funções poderosas que são relevantes para a realização de missões autônomas em ambientes desafiadores”.

Desafios para missões de enxame autônomo

A capacidade dos UAVs de alcançar regiões inacessíveis é um benefício importante para missões exploratórias. Como um enxame pode ser facilmente adaptado em tamanho para cobrir uma grande área em pouco tempo, eles são adequados para missões de reconhecimento e vigilância. As gravações de cada UAV podem ser exibidas como visualização 3D em tempo real. Isto permite ao operador obter um mapeamento realista do ambiente.

Mas também existem desafios. As dificuldades mais comuns de lidar são evitar colisões e detectar obstáculos. Além disso, o consumo de energia e a duração da bateria continuam a ser grandes problemas. Além disso, os requisitos legais para a utilização de UAV variam de país para país.

Os enxames de UAV são projetados como sistemas totalmente distribuídos nos quais cada drone analisa seu próprio ambiente e colabora com outros para realizar ações individuais que contribuem coletivamente para o alcance de um objetivo geral do enxame.

O princípio operacional dos enxames é baseado em uma família de algoritmos que permitem que cada unidade do enxame se comunique e delegue tarefas de missão, planeje trajetórias e coordene o voo para atingir com eficiência os objetivos gerais do enxame. Esses algoritmos geralmente operam em uma arquitetura altamente hierárquica, dando ao enxame alguma autonomia em diferentes níveis.

Como resultado, a responsabilidade do operador humano pode limitar-se à supervisão básica e ao envolvimento de nível superior sem acção directa.

Fornecido por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf