Drones oferecem visão panorâmica para coletar dados ambientais e de segurança

O grupo de Sistemas Autônomos do Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia está em alta demanda, pois incorpora sensoriamento remoto em projetos que precisam de uma perspectiva panorâmica.

Na hora de coletar dados para pesquisas ambientais e de segurança nacional, a equipe envia seus drones especializados a locais de difícil acesso, melhorando a quantidade e a qualidade das informações disponíveis aos pesquisadores.

Matt Larson, do ORNL, um associado de pesquisa de sistemas não tripulados, trouxe a tecnologia moderna de voo autônomo para um desafio de pesquisa de décadas: mercúrio no meio ambiente.

Pesquisadores ambientais em Oak Ridge, Tennessee, monitoram os níveis de mercúrio em riachos locais há várias décadas. O mercúrio é um poluente global que afeta vários córregos dentro e perto da Reserva Oak Ridge. Ele é transformado no metilmercúrio mais tóxico e bioacumulativo por micróbios aquáticos que vivem no perifíton, uma comunidade complexa de algas, bactérias e detritos que se forma no fundo dos riachos. Drones estão sendo usados ​​para mapear a distribuição e abundância do perifíton para melhorar a compreensão da metilação do mercúrio nos riachos.

Os drones podem usar câmeras e outros sensores para coletar informações sobre a Terra, encontrando coisas que um pesquisador a pé pode não conseguir ver.

“Os drones são uma ótima maneira de coletar dados de sensoriamento remoto e dados geoespaciais”, disse Larson. “Podemos usar sensores hiperespectrais, LiDAR (detecção e alcance de luz) e outros sensores no drone para mapear quase todo o fluxo, modelar o que vemos e ajudar os pesquisadores a estimar onde estão os pontos de acesso”. Sensores hiperespectrais são usados ​​para detectar um amplo espectro de luz em muitas bandas espectrais diferentes para auxiliar na identificação e caracterização de materiais, enquanto o LiDAR usa luz laser refletida em superfícies para medir com precisão uma área.

Para este projeto, Larson carregou um drone com quatro sensores disponíveis comercialmente. A variedade de sensores torna sua plataforma aérea única, permitindo que diferentes tipos de dados sejam coletados em um único voo sem a necessidade de troca de equipamentos.

Mas cada sensor adiciona peso à aeronave, o que reduz a quantidade de tempo que ela pode permanecer no ar.

Andrew Duncan, líder do grupo de Sistemas Autônomos do ORNL, disse que cada drone tem um ponto ideal para equilibrar a quantidade de peso que pode carregar versus o tempo que pode voar. Câmeras, computadores de bordo, receptores de GPS, estrutura do drone, baterias e outros sensores adicionam massa à plataforma.

“Ao adicionar mais peso, você reduz a relação empuxo-peso da aeronave e acaba perdendo tempo de voo”, disse Duncan. “Queremos maximizar o tempo de voo.” Os esforços de pesquisa em andamento no ORNL, como baterias de estado sólido e outros avanços na vida útil da bateria, melhorarão o desempenho das aeronaves no futuro.

A equipe de Duncan geralmente constrói sensores personalizados – como um conjunto de sensores para detectar material radiológico – para drones personalizados. Quando a plataforma certa para uma determinada missão não está disponível comercialmente, a equipe projeta e constrói exatamente o que precisa para cumprir sua missão. Usando os recursos de impressão 3D do ORNL, a equipe encontra o material leve e durável certo para adaptar o chassi.

Quando a equipe de Sistemas Autônomos está pronta para o próximo desafio, eles carregam um trailer de comando móvel – um investimento recente do ORNL – e se mudam. Com um grande estoque de veículos aéreos não tripulados, cerca de 80 aeronaves diferentes, a equipe precisa de uma maneira eficiente de colocar seus equipamentos e comunicações no local.

“Nosso trailer de sistemas não tripulados nos permite ir a um exercício de campo, ser totalmente autossuficiente e fazer toda a nossa coleta de dados”, disse Duncan. O trailer tem estações de trabalho com acesso a um conjunto completo de comunicações conectando-se a satélites e comunicações celulares FirstNet, a rede celular prioritária do governo. Com a capacidade de gerar energia, “podemos fazer toda a nossa rede e ser independentes”, disse Duncan.

A equipe levou o trailer para Chicago para um evento de coleta de dados de três semanas. Janeiro em Chicago forneceu o ambiente de que a equipe precisava para coletar vídeos e imagens durante o inverno – e o novo trailer manteve a equipe aquecida. “Houve um vento frio de 10 graus um dia”, disse Duncan. “Antes, tínhamos uma van e montávamos barracas. Temos uma equipe dedicada e agora eles podem ficar um pouco mais confortáveis ​​quando estão voando.”

À medida que a busca por um voo melhor continua, o grupo também está se voltando para uma nova fronteira: a água.

Uma nova iniciativa está em andamento para melhorar a postura de segurança da nação abaixo das ondas. O material radioativo é mais vulnerável a adulteração ou roubo quando está se movendo de um lugar para outro. Atualmente, há capacidade limitada para detectar se este material está sendo movido ilegalmente debaixo d’água. Larson está liderando um projeto que usa conceitos de segurança do transporte terrestre para aprimorar a consciência situacional com veículos subaquáticos autônomos.

“As instalações nucleares estão sempre localizadas perto da água”, disse Larson. “Sensores subaquáticos podem ser usados ​​para aumentar a segurança dos cursos de água perto de instalações nucleares para detectar um vazamento ou monitorar alguém tentando acessar a instalação”.

No ar, no solo ou debaixo d’água, Duncan e sua equipe estão prontos para enfrentar os problemas difíceis. “Gostamos de desenvolver uma nova tecnologia que inclua a implantação de fluxos de trabalho e arquiteturas de dados”, disse ele.

Eles carregam o trailer e saem para a chuva, neve, frio ou sol.