DRONE (UAV/VANT)

Modelos

o QUE É UM DRONE?

Drones foram frequentemente associados ao militar. Inicialmente, foram utilizados para práticas de tiro contra alvos anti-aéreos, coleta de inteligência e, de maneira mais controversa, como plataformas de armamentos. Agora, drones também são usados em uma variedade de funções civis, incluindo as seguintes:

  • busca e resgate
  • vigilância
  • monitoramento de tráfego
  • monitoramento climático
  • combate a incêndios
  • uso pessoal
  • fotografia com drones
  • videografia
  • agricultura
  • serviços de entrega

Como os drones funcionam?


Drones têm duas funções básicas: modo de vôo e navegação.

Para voar, drones precisam de uma fonte de energia, como bateria ou combustível. Eles também têm rotores, hélices e uma estrutura. A estrutura de um drone é tipicamente feita de um material composto leve para reduzir o peso e aumentar a manobrabilidade.

Drones requerem um controlador, que permite ao operador usar controles remotos para lançar, navegar e pousar a aeronave. Controladores se comunicam com o drone usando ondas de rádio, como Wi-Fi.

Quais são as características e componentes comuns de drones?


Drones possuem um grande número de componentes, incluindo:

  • controladores de velocidade eletrônica, que controlam a velocidade e direção de um motor;
  • controlador de voo;
  • módulo GPS;
  • bateria;
  • antena;
  • receptor;
  • câmeras;
  • sensores, incluindo sensores ultrassônicos e sensores de prevenção de colisões;
  • Acelerômetro, que mede velocidade; e
  • altímetro, que mede altitude.

As características dos drones variam com base no uso ao qual são destinados. Exemplos de características incluem:

  • vários tipos de câmeras com capacidades de alta performance, zoom e estabilização por gimbal e inclinação;
  • inteligência artificial (IA) que permite ao drone seguir objetos;
  • recursos de realidade aumentada que superpõem objetos virtuais na transmissão da câmera do drone;
  • formato de armazenamento de mídia;
  • tempo máximo de voo, que determina por quanto tempo o drone pode permanecer no ar;
  • velocidades máximas, incluindo ascensão e descida;
  • precisão de pairar;
  • faixa sensorial de obstáculos;
  • manutenção de altitude, que mantém o drone em uma altitude fixa;
  • transmissão de vídeo ao vivo; e
  • registros de voo.

Sistemas de navegação, como o GPS, são tipicamente acomodados no nariz do drone. O GPS de um drone comunica sua localização precisa ao controlador. Um altímetro a bordo pode comunicar informações de altitude. O altímetro também ajuda a manter o drone em uma altitude específica se o controlador designar uma.

Drones podem ser equipados com sensores, incluindo sensores de distância ultrassônicos, a laser ou lidar, sensores de tempo de voo, sensores químicos, e sensores de estabilização e orientação. Sensores visuais oferecem dados de imagens estáticas e vídeo. Sensores vermelhos, verdes e azuis coletam comprimentos de onda visuais padrão vermelho, verde e azul, e sensores multiespectrais coletam comprimentos de onda visíveis e não visíveis, como infravermelho e ultravioleta. Acelerômetros, giroscópios, magnetômetros, barômetros e GPS também são características comuns de drones.

Por exemplo, sensores térmicos possibilitam o uso em aplicações de vigilância e segurança, como o monitoramento de rebanhos e a detecção de assinaturas térmicas. Sensores hiperespectrais auxiliam na identificação de minerais e vegetação, sendo perfeitos para monitoramento da saúde de cultivos, qualidade da água e análise da composição do solo.

Alguns drones são equipados com sensores para identificar obstáculos e evitar colisões. Inicialmente, esses sensores foram projetados para perceber objetos à frente do drone. Atualmente, alguns drones possuem a capacidade de detectar obstáculos em cinco direções: frente, trás, abaixo, acima e lateralmente.

Para pousar, drones utilizam sistemas de posicionamento visual com câmeras voltadas para baixo e sensores ultrassônicos. Os sensores ultrassônicos calculam a proximidade do drone com o solo.

Quais tipos de drones estão disponíveis?


Existem dois tipos principais de plataformas de drones:

  • rotor, incluindo drones de rotor único e multi-rotores, como tricópteros, quadricópteros, hexacópteros e octacópteros; e
  • asa fixa, que inclui drones híbridos de decolagem e pouso vertical (VTOL) que não necessitam de pistas de decolagem.

Drones não militares geralmente se enquadram em categorias pessoais e de hobby ou aeronaves comerciais.

drones pessoais


Muitos drones pessoais estão disponíveis para o uso dos consumidores. Eles se tornaram ofertas padrão na Black Friday e na Cyber Monday, oferecendo capacidades de vídeo HD e câmera fotográfica. Os operadores são frequentemente iniciantes que procuram simplesmente voá-los por diversão ou para corridas. Esses drones geralmente pesam 10 libras ou menos; podem ser tão leves quanto menos de uma libra.

Alguns drones pessoais populares incluem:

  • Autel EVO II oferece vídeo de alta qualidade.
  • DJI FPV Combo é construído para corridas.
  • DJI Air 2S é um bom aparelho para novatos, com um design dobrável e tecnologia de sensores.
  • DJI Mavic 3 é um drone câmera poderoso com detecção de obstáculos omnidirecional.
  • DJI Mini 2, com cerca de 242 gramas, é um dos drones mais leves.
  • Parrot Anafi é compacto com recursos avançados de estabilização que o tornam resistente ao vento.
  • PowerVision PowerEgg X voa em todo tipo de clima, pousa na água, possui capacidades de IA e converte-se em uma câmera portátil.
  • Ryze Tello é muito recomendado para iniciantes.

Drones Comerciais

Drones mais fortes e capazes também estão disponíveis para uso em ambientes comerciais. A Insitu, uma empresa da Boeing, oferece o ScanEagle, um VANT com uma envergadura de 10 pés e peso de 35 libras. A Insitu também constrói o Integrator, uma aeronave de 80 libras com uma envergadura de 16 pés. Os drones da Insitu não decolam de pistas de aterrissagem. Em vez disso, utilizam capacidades VTOL nos lançadores e no sistema de recuperação da empresa. Os sensores disponíveis incluem imagiadores eletro-ópticos, imagiadores infravermelhos de onda média, marcadores infravermelhos e telêmetros a laser.

Em 2018, a Boeing revelou ter desenvolvido um protótipo de veículo aéreo de carga VTOL elétrico sem tripulação, capaz de transportar uma carga de até 500 libras.

Drones atados são outra alternativa. Eles são fisicamente conectados a uma estação base. Sistemas atados podem resolver o desafio de fornecimento de energia que muitos drones enfrentam se o atado fornecer uma fonte de alimentação direta. Por exemplo, a estação de ancoragem de drones Safe-T da Elistair oferece 2,5 kW de potência e pode voar a alturas de mais de 200 pés, com taxas de transferência de dados de até 200 Mbps.

Além da Insitu e da Elistair, outros fabricantes de drones comerciais incluem:

  • Robótica 3D
  • DJI
  • Hubsan
  • Tecnologias Identificadas
  • Medida
  • Parrot
  • PrecisionHawk
  • Yuneec

Aplicações de drones comerciais e empresariais

O uso de drones não militares aumentou na última década. Além de aplicações de vigilância e entrega, VANTs são usados para jornalismo com drones, busca e resgate, resposta a desastres, proteção de ativos, monitoramento da vida selvagem, combate a incêndios, retransmissão de comunicações, saúde e agricultura.

A integração de drones com a tecnologia da Internet das Coisas (IoT) criou muitas aplicações empresariais. Drones trabalhando com redes de sensores IoT terrestres podem ajudar empresas agrícolas a monitorar terras e culturas; empresas de energia a inspecionar linhas de energia e equipamentos operacionais; e empresas de seguros a monitorar propriedades para reivindicações e políticas.

Um experimento em 2015 em Austin, Texas, mostrou uma maneira de combinar drones e IoT. Uma empresa de tecnologia de segurança se uniu a uma startup de drones para buscar balizas Zigbee, fornecendo uma visão geral das redes IoT presentes em áreas residenciais e empresariais da cidade. As empresas relataram que os resultados foram rápidos e instrutivos.

De logística a agricultura e segurança, veículos aéreos não tripulados e IoT frequentemente fazem parte da mesma discussão, oferecendo um componente em conectividade e interatividade onipresentes.

Outros exemplos de como a melhor tecnologia de drones é utilizada incluem:

Agricultura. Drones medem e registram a altura das culturas. Eles usam tecnologia de sensoriamento remoto lidar que ilumina a cultura com um laser e calcula a distância medindo o que é refletido de volta. Isso pode ajudar os agricultores a otimizar a produção agrícola e promover práticas de agricultura sustentável.
Monitoramento biológico. Drones com sensores biológicos voam para áreas perigosas para coletar leituras de qualidade do ar ou da água. Eles também podem verificar a presença de micro-organismos específicos e elementos atmosféricos.
Monitoramento de incêndios florestais. Bombeiros usam drones para inspecionar uma área afetada para determinar a extensão do dano e a rapidez com que um incêndio está se espalhando. Imagens capturadas fornecem detalhes do dano.
Cobertura esportiva. Redes de televisão usam drones para capturar filmagens de eventos esportivos, como imagens aéreas gravadas e ao vivo, que de outra forma seriam difíceis de capturar. O uso de drones deve cumprir as regulamentações da Administração Federal de Aviação (FAA) dos EUA, bem como regras de ligas esportivas, locais e agências locais de aplicação da lei.

A história dos drones

Drones remontam a 1849 na Itália, quando Veneza lutava por sua independência da Áustria. Soldados austríacos atacaram Veneza com balões cheios de ar quente, hidrogênio ou hélio equipados com bombas.

O primeiro avião sem piloto controlado por rádio foi utilizado na Primeira Guerra Mundial. Em 1918, o Exército dos EUA criou o Kettering Bug experimental, uma aeronave “bomba voadora” não tripulada, que nunca foi utilizada em combate.

O primeiro drone amplamente utilizado surgiu em 1935, como uma remodelação em tamanho real do biplano de Havilland DH82B “Queen Bee”. Ele era equipado com um rádio e controles operados por servomecanismo no assento traseiro. O avião poderia ser pilotado convencionalmente do assento da frente, mas, geralmente, voava sem tripulação para treinamento de artilheiros.

O termo drone tem origem nesse uso inicial, um jogo de palavras com a nomenclatura “Queen Bee”.

A tecnologia de VANTs continuou sendo de interesse militar, mas era frequentemente pouco confiável e custosa. Após preocupações com o abate de aviões espiões, o militar voltou a considerar o tema dos veículos aéreos não tripulados. Drones militares logo assumiram funções de lançamento de panfletos e atuação como iscas de espionagem.

Em 1982, a Força Aérea Israelense utilizou VANTs para destruir a frota síria com mínima perda de forças israelenses. Os VANTs israelenses atuaram como iscas, bloquearam comunicações e ofereceram reconhecimento de vídeo em tempo real.

Drones continuaram a ser um pilar nas forças militares como parte do IoT militar, desempenhando os seguintes papéis:

  • inteligência
  • vigilância aérea
  • proteção de força
  • busca e resgate
  • localização de artilharia
  • acompanhamento e aquisição de alvos
  • avaliação de dano de batalha
  • reconhecimento
  • armamento

Alguns marcos recentes de drones incluem:

  • 2006 . A Agência de Proteção de Fronteiras e Alfândega dos EUA utilizou VANTs pela primeira vez para monitorar a fronteira dos EUA com o México.
  • No final de 2012, Chris Anderson, diretor da revista Wired, se aposentou para se dedicar à sua empresa de drones, 3D Robotics Inc. A empresa inicialmente focou em drones pessoais para entusiastas. Atualmente, ela oferece VANTs para fotografia e filmagem aérea, além de fornecer produtos para o setor de construção, telecomunicações de serviços públicos e empresas de segurança pública.
  • No final de 2013, Jeff Bezos, CEO da Amazon, revelou um plano para utilizar drones comerciais na entrega de produtos.
  • Em julho de 2016, a startup Flirtey, sediada em Reno, Nevada, superou a Amazon ao realizar com sucesso a entrega de um pacote a um morador de Nevada usando um drone comercial.
  • Em setembro de 2016, o Instituto Politécnico e Universidade Estadual da Virgínia, em colaboração com o Project Wing, uma divisão da Alphabet Inc., proprietária do Google, realizou testes de entregas com drones. Inicialmente, entregaram burritos de um restaurante local da Chipotle.
  • Em outubro de 2016, a Zipline, com sede em São Francisco, lançou um serviço de entrega de sangue e medicamentos a hospitais em Ruanda.
  • Em março de 2021, a Zipline começou a distribuir vacinas contra a COVID-19 para profissionais da saúde em Gana, como parte da iniciativa COVAX das Nações Unidas.
  • Em agosto de 2021, o Project Wing da Alphabet anunciou que alcançaria a marca de 100.000 entregas por drone, marcando mais um passo em direção à viabilidade da entrega por drones em larga escala.

Recepção e regulamentações de VANTs

A rápida adoção de drones na última década gerou queixas e preocupações com privacidade, segurança e segurança. Voyeurs e paparazzi utilizam drones para obter imagens de pessoas em suas casas e outros locais anteriormente considerados privados. Drones também são usados em locais perigosos, como áreas urbanas e proximidades de aeroportos.

O aumento no uso de drones comerciais e pessoais também criou o potencial para colisões em pleno ar e perda de controle dos drones. Preocupações específicas sobre drones voando muito próximos a aeronaves comerciais levaram a pedidos por regulamentação.

Diversos países implementaram regulamentações para VANTs. Com o aumento da popularidade do uso de drones, as legislações estão em constante evolução. Pilotos de drones pessoais e comerciais devem verificar as leis do país e da localidade onde operam esses dispositivos.

Na China, voar acima de 400 pés exige uma licença de drone da Administração de Aviação Civil da China. Drones com mais de 15 libras também necessitam de licença, e zonas de exclusão aérea devem ser respeitadas.

No Reino Unido, a Autoridade de Aviação Civil (CAA) limita o voo de drones a uma altitude máxima de 500 pés. Qualquer drone com mais de meio quilo deve ser registrado junto à CAA. A agência também divulgou seu “Código para Drones”:

  • Evite voar perto de aeroportos ou aeródromos.
  • Mantenha-se abaixo de 400 pés e a pelo menos 150 pés de distância de edifícios e pessoas.
  • Monitore seu drone o tempo todo.
  • Não voe próximo a aeronaves.
  • Utilize de forma responsável.

Até 2006, era ilegal voar com drones comerciais sob as regulamentações da FAA. Voos não comerciais eram permitidos abaixo de 400 pés apenas se os operadores seguissem o Circular Consultiva 91-57, Normas Operacionais para Aeronaves Modelo, publicada em 1981. As mudanças nas regras dos EUA seguiram a cronologia abaixo:

2005 A FAA emitiu suas primeiras diretrizes sobre VANTs.

2006 A FAA emitiu sua primeira permissão para drone comercial.

2007 A FAA publicou uma política de operação de drones.

2012 O Ato de Modernização e Reforma da FAA de 2012 foi lançado. Incluía a Seção 333, que dava ao Secretário de Transportes dos EUA autoridade para aprovar o uso comercial de drones caso a caso.

2014 Apenas duas empresas nos EUA tinham permissão para operar drones comerciais.

2015 Uma política provisória da FAA regulando o uso de pequenos drones para certos usos comerciais abaixo de 200 pés foi lançada. A FAA anunciou ter aprovado mais de 1.000 pedidos para drones comerciais, continuando a aprovar aproximadamente 50 pedidos por semana.

2016 A FAA relaxou ainda mais suas restrições. Sob sua Regulação de Sistemas Aéreos Não Tripulados Pequenos, Parte 107, a FAA emitiu 3.100 permissões para drones apenas em 2016.

A Parte 107 impõe limites à operação autônoma ou semiautônoma de drones. Entre outras coisas, a FAA de 2016 determinou:

  • Aeronaves não tripuladas devem permanecer dentro da linha de visão visual do piloto remoto no comando e da pessoa manipulando os controles de voo de um sistema de aeronave não tripulada pequena, ou, alternativamente, dentro da linha de visão visual do observador visual.
  • Drones devem sempre permanecer suficientemente próximos ao piloto remoto no comando e à pessoa manipulando os controles de voo para que essas pessoas sejam capazes de ver a aeronave sem auxílio de nenhum dispositivo além de lentes corretivas.
  • VANTs não podem operar sobre pessoas não diretamente envolvidas em sua operação, sob uma estrutura coberta ou dentro de um veículo estacionário coberto.
  • A operação é permitida apenas durante o dia ou crepúsculo civil — 30 minutos antes do nascer oficial do sol até 30 minutos após o pôr do sol oficial, horário local — com iluminação anticolisão apropriada;
  • VANTs devem ceder direito de passagem a outras aeronaves.

2018 A Lei de Reautorização da FAA de 2018 foi assinada em 5 de outubro de 2018. Ela estabeleceu novos critérios para o uso de drones recreativos. As normas da FAA variam para o uso de drones comerciais e pessoais. Por exemplo, para pilotar drones de forma comercial é necessário um Certificado de Piloto Remoto emitido pela FAA, e os VANTs comerciais devem ser registrados e operados a 100 mph ou menos. Tanto pilotos recreativos quanto comerciais estão restritos a uma altura máxima de 400 pés.

2021 a FAA começou a modificar gradualmente a Parte 107 da Regulação de Sistemas Aéreos Não Tripulados Pequenos. A operação de Sistemas Aéreos Não Tripulados Pequenos sobre pessoas foi alterada em abril de 2021 para permitir operações rotineiras sobre pessoas e, em alguns casos, à noite. Esta alteração modificou a regra original de 2016, que exigia operações apenas durante o dia e não permitia que VANTs operassem sobre indivíduos não envolvidos na operação.

As leis de uso de drones variam de estado para estado nos Estados Unidos. Por exemplo, municípios no Arizona que possuem dois ou mais parques públicos devem permitir drones em pelo menos um deles. Uma lei de Minnesota exige que operadores de drones comerciais paguem por uma licença de operações comerciais e possuam seguro para drones. Dependendo do estado, usuários de drones pessoais podem precisar passar por um teste de segurança ou obter uma licença. Por exemplo, em Massachusetts, todos os usuários de drones são obrigados a passar pelo Teste de Segurança UAS Recreativo. A FAA desenvolveu esse teste e recomendou que todos os usuários recreativos o façam.

Qual é a perspectiva futura para a tecnologia de drones?


As previsões para o mercado de drones são ambiciosas e positivas.

A Grandview Research previu que a receita do mercado de drones comerciais atingirá US$ 501,4 bilhões em 2028, um aumento significativo dos US$ 20,8 bilhões em 2021.


A MarketsAndMarkets afirmou que o mercado de serviços de drones crescerá para US$ 40,7 bilhões até 2026, partindo de US$ 13,9 bilhões em 2021.
A Associação Internacional de Sistemas de Veículos Não Tripulados previu que a indústria de drones criará mais de 100.000 empregos nos EUA até 2025.
Drones e aeronaves não tripuladas se tornarão componentes essenciais de muitas empresas e organizações governamentais. A evolução de tecnologias complementares, como 5G, realidade aumentada e visão computacional, é esperada para impulsionar o crescimento do mercado de drones e aprimorar a comunicação e inteligência dos drones.

Com o aumento do uso de drones pessoais e comerciais, as agências governamentais estarão aperfeiçoando suas regras e regulamentações. Drones também introduzirão novas vulnerabilidades de segurança e vetores de ataque.

Conforme os drones continuam a ganhar popularidade no setor empresarial, a integração com redes de IoT empresariais bem estruturadas se tornará cada vez mais importante. Descubra os 7 componentes para desenvolver a infraestrutura de IoT na empresa.

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