Projetando um sistema de tráfego digital para drones comerciais

commercial drones

Cientistas da NASA e líderes do setor de tecnologia estão criando um sistema de tráfego de drones automatizado com o objetivo de equilibrar a eficiência e a segurança dos voos.

Até 2020, os céus de menor altitude podem tornar-se terrivelmente perigosos. Isso ocorrerá quando cerca de 2,6 milhões de drones comerciais estarão em atividade, sem falar dos vários milhões de robôs voadores de propriedade de consumidores privados e operados por eles próprios. 

"Quando digo que toda casa terá um drone, muitas pessoas não acreditam, mas eu não tenho dúvida", disse Parimal Kopardekar, investigador principal da NASA para gestão do tráfego de sistemas aéreos não tripulados.

PK, como Kopardekar é chamado por seus amigos e colegas de trabalho, está certo disso. Tão certo a ponto de criar um sistema de gestão de tráfego (UTM) de sistemas de aeronaves não tripuladas (UAS) para ajudar a evitar colisões catastróficas causadas pelo tráfego excessivo de drones, especialmente se os regulamentos permitirem que estes voem além da linha de visão (assista suas Palestras no Google sobre como tornar os céus mais seguros).

"Chamo o que temos atualmente de 'gestão de tráfego no olho'", disse. "Quando os regulamentos permitirem que os drones voem além da linha de visão, eles precisarão ser rastreados eletronicamente."

lançamento de drone
Um participante lança um drone de asas fixas em um teste de capacidade tecnológica nível 2 (TCL2) no Aeroporto Reno-Stead. Créditos: NASA Ames/Dominic Hart.

O potencial dos drones comerciais está aumentando à medida que empresas encontram formas de utilizá-los para entregas, inspeção de infraestrutura, ciência e missões de busca e salvamento. Kopardekar quer adiantar-se aos acontecimentos criando um sistema de tráfego aéreo que ajudará a jovem economia dos drones a prosperar.

"A tecnologia dos drones está amadurecendo rapidamente", disse Kopardekar. "Não podemos esparar até que 2,6 milhões de drones comerciais estejam voando para só então criar uma gestão de tráfego aéreo."

Ele se lembra que só depois que duas aeronaves colidiram sobre o Grand Canyon em 1958, o governo e o setor criaram um sistema de tráfego aéreo.

"Precisamos implementar essas regras antecipadamente para podermos equilibrar eficiência e segurança e permitir que se concretize a importância econômica das operações com drones no espaço aéreo de baixa altitude", disse.

Kopardekar e seus colegas de equipe na NASA começaram a criar um sistema de tráfego de drones em 2015. Acionado por cloud computing, inteligência artificial e automação de software, o sistema utiliza interfaces de programação de aplicativos (APIs) para que outros serviços possam conectar-se ao sistema de tráfego.

"Precisamos de um sistema econômico e confiável que garanta a segurança sem sobrecarregar os operadores, como acontece com o sistema de aviação principal atualmente, no qual todo mundo tem que ficar falando com o controlador de tráfego aéreo", afirmou Kopardekar.

Por exemplo: a Delta Airlines envia os planos de voo para a torre de controle, onde um mediador humano identifica e afasta quaisquer conflitos e então dita a rota de voo final.

"Queremos reduzir aquele gargalo oferecendo aos operadores acesso às restrições de voo, à localização dos outros pilotos que estejam operando nas redondezas e deixar que eles decidam onde e quando voar", explicou.

Um sistema de tráfego flexível e dimensionável poderá ser usado por milhões de operadores de drones simultaneamente de forma segura e confiável.

Repetindo o passado

Kopardekar estabelece um paralelo com a vida na década de 1930, quando diversos tipos de meios de transporte determinaram a neessidade de equilibrar eficiêcia e segurança pública.

"Nos cruzamentos havia cavalos e carroças, bondes, automóveis e pedestres, o que produzia um verdadeiro caos", explicou. "Foi quando surgiram as faixas e os sinais de trânsito e tudo aquilo surgiu para manter a eficiência e garantir a segurança de todos os meios de transporte."

Centro de Pesquisa Ames
Parimal Kopardekar da NASA (extrema direita) fala sobre sistemas de controle de tráfego no Ames Research Center da NASA no Vale do Silício, Califórnia. Créditos: NASA/Dominic Hart.

Kopardekar chefia a pesquisa relacionada à gestão de tráfego aéreo desde 1993. Segundo a Associação de Proprietários e Pilotos de Aeronaves, nenhum outro cientista desempenha papel mais importante que o dele na configuração do espaço aéreo integrado do futuro.

Se seu sistema de gestão de tráfego prosperar, os operadores de drones comerciais simplesmente se conectarão a um sistema de comunicação em rede que determinará quando e como um drone poderá voar com segurança e eficiência até seu destino. Ele seria totalmente automatizado, semelhante ao modo como o Departamento de Transportes dos EUA está fazendo com os carros autônomos.

"Se quiser operar no espaço aéreo, basta calcular sua trajetório ou qualquer outra operação de voo e enviá-la ao sistema para certificar-se de que ninguém a está usando", explicou.

Tráfego e outros serviços

Em associação com a Administração Federal de Aviação (FAA) e diversos líderes do setor, a equipe de Kopardekar na NASA continuará sua pesquisa e desenvolvimento até 2019. Depois, a FAA trabalhará com inovadores na tecnologia de drones para completar e implementar um sistema de tráfego até 2025.

O sistema de troca de dados compartilhará, sem fio, somente as informações necessárias entre os operadores e a FAA. As tecnologias e serviços que oferecem planejamento, programação, rastreamento e detecção podem ser fornecidos por um grande número de líderes do setor.

"Podem surgir fornecedores para ajudar os operadores de drones comerciais a planejar voos e garantir o acesso ao espaço aéreo de forma segura,", disse Kopardekar. "O rastreamento pode ficar a cargo de uma ampla variedade de provedores de tecnologia ou de serviços, como Verizon ou Intel. Diversos operadores e fornecedores podem interagir entre si em um só sistema."

O trabalho da NASA está inspirando a colaboração entre setores da indútria e universidades.

O Drone Intel Aero Pronto para Voar simula operação de busca e salvamento automatizada na Virginia Tech como parte dos testes de UTM da NASA. Cortesia da foto da Virginia Tech Mid-Atlantic Aviation Partnership (MAAP).

No início de junho, o Project Wing da Alphabet, a Intel e a Virginia Tech realizaram diversos exercícios para testar um sistema de tráfego de entrega por drones que está sendo criado pela equipe do Project Wing.

"Dentro de alguns anos, a Wing e outras empresas provavelmente disporão de frotas com milhares de sistemas de aeronaves não tripuladas (UAS) no ar ao mesmo tempo, portanto, precisaremos de sistemas que possam determinar dinamicamente o itinerário dos UASs, não apenas próximos uns dos outros, mas também próximos de aeronaves tripuladas, edifícios, terrenos, padrões meteorológicos e eventos especiais', explicou James Ryan Burgess, co-líder do Project Wing em uma postagem de blog

A equipe de Ryan testou sua plataforma de UTM em um sítio da FAA operado pela Virginia Tech Mid-Atlantic Aviation Partnership (MAAP). Três aeronaves Wing, pilotadas por um único operador da Wing, realizaram missões de coleta e entrega de volumes na mesma área em que a Intel estava pilotando dois drones Intel Aero prontos para voar e a MAPP colocava no ar um DJI Inspire em uma missão de busca e salvamento automatizada.

"Os operadores sempre tiveram que desviar suas aeronaves de obstáculos manualmente; em vez disso, demonstramos que nossa plataforma de UTM é capaz de administrar automaticamente as rotas de voo de todos esses tipos diferentes de UAS, planejando rotas novas e claras para cada aeronave se e quando surgirem conflitos", explicou Ryan.

Legenda: Yun Wei, Dale J. March e Karim Tadros da Intel trabalham com drones Intel Aero prontos para voar na Virginia Tech durante testes com UTMs na NASA. Cortesia da foto da Virginia Tech Mid-Atlantic Aviation Partnership (MAAP).

A equipe de Nanduri utilizou drones Intel Aero prontos para voar, um sistema de desenvolvimento de drones comerciais com comunicações LTE integradas, tecnologias de detecção de profundidade e visão. Eles executaram cenários que um operador de UAS poderá encontrar quando se tornar comum os drones comerciais voarem além da linha de visão. Eles testaram tecnologias que permitem monitoramento da conformidade da rota de voo, ajustes dinâmicos aos planos de operação de drones e gestão de contingências, que exige a coordenação da comunicação entre o UAS e o sistema de gestão de tráfego, tanto para o planejamento do voo, quanto para o monitoramento do voo em tempo real.

"O resultado desses testes de UTM abrirá o caminho para a padronização do modo como os drones se comuicarão entre si e com outros sistemas aéreos não tripulados", escreveu Nanduri em um editorial após os testes de junho.

Os usos comerciais dos drones estão proliferando. A equipe de Nanduri demonstrou recentemente de que modo drones autônomos podem realizar inspeções de pontes usando um aplicativo novo batizado de Controle de Missão Intel, que roda em um drone comercial, o Sistema Intel Falcon 8+. O software permite que o drone crie uma rota de voo otimizada para captar imagens da ponte. Ele pode simplificar e automatizar uma inspeção de ponte que, de outra forma, exigirá um piloto experiente que conduza o drone de modo a captar os muitos ângulos da estrutura e repita essa rota mais tarde para comparar e identificar quaisquer rachaduras novas ou pontos fracos da ponte.

"Métodos convencionais de inspeção ou pesquisa de sítios podem resultar em horas de inatividade, perda de receita, atraso no trabalho e, algumas vezes, até mesmo aumento do risco de ferimentos quando os inspetores ou pesquisadores precisam ter acesso a locais fora do comum ou difíceis de chegar", disse Anil Nanduri, vice-presidente e gerente-geral de sistemas de aviação não tripulada da Intel.

"A implantação de um drone para captar dados aéreos com a mesma finalidade pode ser mais segura, mais rápida e mais eficaz. Graças à automação, a tecnologia de drones é fácil de usar, confiável e capaz de oferecer excelente retorno do investimento (ROI) para empresas que uilizam drones."

Sistemas de rastreamento confiável

Um sistema de tráfego que faça intercâmbio com segurança entre tráfego aéreo, condições climáticas e outras informações exige um volume suficiente de largura de banda de comunicação sem fio.

"Os drones estão operando máquinas de captura, processamento e transmissão de dados que, cada vez mais, dependerão de conexões em redes sem fio robustas e de baixa latência", explicou Nanduri.

Ele disse que os líderes do setor estão estudando de que modo o advento das tecnologias de rede sem fio 5G beneficiarão os operadores de drones comerciais.

tráfego de drones
O tráfego de drones pode crescer significativamente até 2020, criando a necessidade de sistemas de controle de tráfego aéreo em altitudes menores.

Por enquanto, Kopardekar está aproveitando as tecnologias existentes que permitem que pilotos de drones comerciais marquem e planejem áreas de operação e depois divulguem as coordenadas para que outros possam evitá-las ou ajustar suas rotas de voo.

"O rastreamento pode ser feito por telefone celular, protocolo RADIUS, sistemas baseados em satélites ou em sinais de rádio", explicou ele. "Nosso objetivo não é escolher as tecnologias, mas sim, dizer que este é o desempenho de que você necessita."

Os telefones celulares podem alcançar aproximadamente 95% da populaçao do mundo, mas o serviço atende a 55% da massa terrestre. "Nos lugares onde a conectividade celular não está disponível, as comunicações baseadas em satélite são a melhor opção", disse Kopardekar.

Os drones ganham sentidos melhores

Atualmente os drones não têm permissão para voar além do campo de visão de seus operadores, a menos que o piloto receba consentimento especial da FAA. Muitos acreditam que em breve as regulamentações permitirão que os drones comerciais ultrapassem a linha de visão dos pilotos. Alguns pilotos podem usar óculos especiais e a câmera do drone, mas o mais provável é que o uso de drones comerciais dependerá da automação.

Quando o tráfego de drones lotar os céus, eles voarão mais próximos uns dos outros. Tecnologias de visão de computador como as câmeras de profundidade Intel RealSense e a inteligência artificial permitem que os drones vejam e detectem objetos e rapidamente evitem colisões com fios elétricos, árvores  ou outros drones durante o voo. Kopardekar disse que alguns drones de entrega precisarão ser inteligentes o suficiente para detectar se há crianças ou adultos nas proximidades e ajustar o local da entrega.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Kopardekar considerou um grande avanço quando, em maio, a Organização de Aviação Civil Internacional (ICAO) anunciou que a agência das Nações Unidas ajudaria o setor de aviação a disponibilizar essa estrutura global para administrar o tráfego de drones no espaço aéreo de baixa altitude. Disse ainda que será necessária a colaboração entre governos e setores da indústria, mesmo que alguns deles sejam concorrentes.

"Todos têm um interesse comum, que é o acesso seguro ao espaço aéreo", completou.

 

Nota do editor: acompanhe as novidades da Intel sobre revolução aérea e inovação em drones.

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