Usando enxames de drones para combater incêndios florestais

Pesquisadores do Instituto Indiano de Ciência (IISc) estão usando vários enxames de drones para enfrentar desastres naturais como incêndios florestais. Os incêndios florestais estão a tornar-se cada vez mais catastróficos em todo o mundo, acelerados pelas alterações climáticas.

“Um enxame de drones pode ser a solução”, diz Suresh Sundaram, professor do Departamento de Engenharia Aeroespacial do IISc. Embora ainda não tenham sido utilizados na Índia, o uso de drones não é totalmente novo. Mas em um novo estudo publicado em Transações IEEE sobre Sistemas, Homem e Cibernética: Sistemasa equipe de Sundaram propõe levar a tecnologia um passo adiante: drones coordenados com vários enxames se aproximando para reprimir incêndios florestais.

“Quando alguém identifica e relata um incêndio, ele já começou a se espalhar e não pode ser apagado com um único drone”, diz Sundaram. “Você precisa ter um enxame de drones. Um enxame que possa se comunicar entre si.”

A solução foi projetar um tipo especial de algoritmo que permitiria ao enxame se comunicar entre si e também tomar decisões independentes. Num cenário hipotético, quando é dado um alarme sobre um potencial incêndio, os enxames podem ser enviados, cada drone armado com câmaras, sensores térmicos e infravermelhos e detectores de temperatura, para detectar os incêndios.

Uma vez descoberto o fogo, o drone mais próximo dele se torna o centro do enxame e atrai outros para ele. Curiosamente, cada drone também terá autonomia para calcular o tamanho do fogo e a propagação potencial, e decidir quantos drones são necessários para extinguir o fogo.

“Essas decisões são tomadas pelos drones”, diz Sundaram. “Eles descobrem qual grupo de incêndio vai se espalhar mais rápido e alocam o número necessário de drones para extinguir o incêndio enquanto os outros procuram outros grupos de incêndio.”

O algoritmo de busca baseado em enxame desenvolvido pela equipe é fundamental para controlar o comportamento dos drones. A busca por fogo não pode ser aleatória, pois a área a explorar seria muito grande. Para resolver esta questão, os investigadores inspiraram-se no comportamento de alimentação de um predador marinho, um flagelo chamado Oxyrrhis marina.

“Ao procurar alimentos, primeiro ele dá passos mais longos para explorar a área. Quando sentir que está mais perto da fonte de alimento, ele reduzirá o comprimento do passo e então começará a explorar a área com mais detalhes”, explica Josy John, Ph.D. . estudante do Departamento de Engenharia Aeroespacial e autor principal do estudo.

A equipe decidiu incorporar esse comportamento em seu algoritmo. “Os sensores de temperatura nos drones procuram um mínimo [threshold] valor. Quando isso é alcançado, os drones reduzem o passo de busca, porque o fogo está próximo”, acrescenta John.

A vantagem do uso de drones, destaca Sundaram, é que a tomada de decisões é descentralizada, baseada em dados, e visando a máxima eficiência. Não será atribuído mais do que o número necessário de drones a um agrupamento de incêndio, permitindo que outros se distribuam em busca de outros agrupamentos.

Os pesquisadores testaram componentes específicos da abordagem, como a detecção de incêndio habilitada por IA usando câmeras térmicas e um mecanismo preciso de queda de carga para implantação de extintores de incêndio. A busca e mitigação em grande escala pelo enxame ainda não foi submetida a testes de campo. No futuro, planeiam combinar esses enxames de drones com veículos terrestres não tripulados que possam transportar recursos e servir como estações de reabastecimento.

Esses enxames de drones também podem ser úteis durante outros desastres naturais, como inundações e terremotos, para localizar sobreviventes, fornecer água, alimentos e medicamentos; e impulsionar a comunicação.