Um drone com microfones para ouvir e ajudar vítimas em zonas de desastre

Quando ocorre um desastre natural, como um terremoto, cada minuto conta. Veículos aéreos não tripulados (VANT) são frequentemente utilizados para auxiliar na busca de sobreviventes, pois podem fornecer uma visão geral inicial de áreas de difícil acesso e ajudar a detectar vítimas – desde que estejam visíveis.

Pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Comunicação, Processamento de Informação e Ergonomia (FKIE) estão agora procurando preencher uma lacuna na prestação de serviços de gerenciamento de desastres com uma nova tecnologia: no futuro, drones equipados com conjuntos de microfones serão capazes de localizar com precisão pedidos de ajuda e outros sinais acústicos das vítimas provenientes do ar e fornecer informações sobre sua localização às equipes de resgate. Isto aumenta significativamente as chances de um resgate rápido para vítimas que não podem ser detectadas pela câmera.

Inundações na Líbia, na Grécia e na Eslovénia, incêndios no Havai e em Tenerife, terramotos na Turquia e em Marrocos – quando uma região é atingida por uma catástrofe natural, cada minuto conta nos esforços para salvar as vítimas. Mas a procura de sobreviventes é um trabalho complexo, uma vez que edifícios e estradas podem ser danificados e grandes áreas isoladas. A utilização de drones equipados com câmaras diurnas e câmaras de imagem térmica está, portanto, a tornar-se cada vez mais difundida – podem sobrevoar rapidamente grandes áreas de infraestruturas em ruínas, localizar vítimas e acelerar a resposta das equipas de resgate.

O problema é que as vítimas presas sob os escombros não podem ser vistas por estes sensores de imagem, e factores como fumo espesso, nevoeiro ou escuridão também limitam a eficácia das câmaras. Para cenários como esses, pesquisadores do Fraunhofer FKIE estão trabalhando em uma solução que permite adicionar sensores acústicos às câmeras: LUCY – abreviação de Listening system Using a Crow’s nest arraY – é uma tecnologia desenvolvida pela cientista do FKIE Macarena Varela em colaboração com colegas e líder do grupo de pesquisa Dr. Marc Oispuu para salvar as vidas de pessoas soterradas em escombros ou presas em incêndios.

O conjunto de microfones recebe sinais de todas as direções

LUCY é um conjunto de microfones MEMS – conhecido como conjunto de ninho de corvo – que é montado em drones para determinar a direção de onde vêm ruídos como gritos de socorro, palmas ou sinais de batidas. Os minúsculos e robustos microfones MEMS são baratos e usados ​​em aplicações como smartphones.

A particularidade deste sistema é que os microfones são fixados na parte inferior do drone em uma configuração geométrica especial e podem perceber o som de todas as direções. “O ponto de observação mais alto dos navios que permite ver em todas as direções é conhecido como ninho de corvo. O mesmo vale para LUCY – nosso sistema pode ouvir em todas as direções praticamente sem restrições”, explica Macarena Varela.

LUCY funciona de forma semelhante ao ouvido humano, que capta as informações sonoras e as transmite ao cérebro, onde são analisadas. No caso do sistema array, os ouvidos são substituídos por microfones e o cérebro é substituído por uma unidade de processamento de sinais que mede a direção de onde vêm os ruídos. LUCY possui atualmente 48 microfones, permitindo determinar a direção da fonte sonora com excelente precisão.

“A audição espacial obviamente funciona melhor com 48 ou mais microfones do que com dois sensores acústicos, e tanto a audição direcionada em uma direção específica quanto a capacidade de ignorar certos sons também são melhoradas”, diz o Dr. Além disso, o sistema é capaz de perceber frequências que o ouvido humano não consegue registrar. No futuro, o número de microfones será aumentado para 256 sensores capazes de processar sinais em tempo real.

Ruídos ambientais perturbadores são filtrados

O sistema bloqueia ruídos ambientais perturbadores, como equipamentos de resgate, vento ou pássaros, bem como o zumbido dos rotores do próprio drone. Métodos de inteligência artificial (IA) e filtros adaptativos são usados ​​para filtrar sinais e, ao mesmo tempo, o sistema é ensinado a detectar padrões sonoros, como gritos, batidas ou palmas, que podem ser usados ​​por pessoas que precisam atrair a atenção.

Para permitir que o sistema faça isso, ele usa um banco de dados de diferentes sons ou assinaturas nos quais a IA foi treinada antecipadamente. Em combinação com técnicas de processamento de sinal, como formação de feixe coerente, isto torna possível detectar e classificar ruídos e determinar com precisão o seu ângulo de incidência. Além disso, uma unidade de processamento compacta garante que os sinais possam ser processados ​​muito rapidamente. Quando ocorre um desastre, os dados de localização recebidos serão transmitidos às equipes de resgate, que poderão então utilizar tablets, por exemplo, para identificar a posição exata das vítimas.

LÚCIA leve

Graças à sua escalabilidade, os módulos de sensores e conjuntos de microfones podem ser usados ​​em vários drones disponíveis comercialmente. Como tanto a tecnologia MEMS como os drones são relativamente baratos, vários veículos aéreos não tripulados podem ser usados ​​para investigar eficazmente a zona do desastre.

Devido ao seu baixo peso, os socorristas podem transportar consigo o sistema LUCY para utilizá-lo também no solo, podendo ser montado em veículos ou utilizado como equipamento estacionário. Os pesquisadores do FKIE estão atualmente trabalhando em melhorias adicionais no sistema experimental.