Como drone funciona?

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Um drone funciona a partir de um sistema de controle remoto que garante a navegação do drone que, por sua vez, é composto por materiais leves resistentes que reduzem o seu peso, entregando mais dinâmica ao aparelho.

Um drone comum é feito de materiais leves para reduzir o peso e aumentar a manobrabilidade. Drones são equipados com diferentes tecnologias de última geração, como câmeras infravermelhas e GPS. Os drones são controlados por sistemas remotos de controle de solo (GSC).

Um sistema de veículo aéreo não tripulado tem duas partes, o próprio drone e o sistema de controle.

A parte da frente do drone é onde todos os sensores e sistemas de navegação estão presentes. O resto do corpo está cheio de sistemas de tecnologia.

Os materiais de engenharia usados para construir o drones são compostos altamente complexos projetados para absorver vibrações, que diminuem o som produzido. Estes materiais são muito leves.

O que é um drone e o que é a tecnologia UAV

A seguir iremos analisar a ciência por trás das últimas novidades na tecnologia de drones.

Tipos e tamanhos de drones

Drones possuem uma ampla variedade de tamanhos, sendo os maiores usados principalmente para fins militares, como o drone Predator.

Os de tamanhos um pouco menores são geralmente usados para cobrir grandes extensões de terra, trabalhando em áreas com levantamentos geográficos ou para combater a caça ilegal de animais selvagens.

Drones VTOL

Os próximos em tamanho são os drones VTOL.

Estes são geralmente quadcopters mas não todos.

Os drones VTOL podem decolar, voar, pairar e pousar verticalmente.

O significado exato do VTOL é “Decolagem e pouso vertical”.

Alguns dos mais recentes pequenos drones, como o DJI Mavic Air e o DJI Spark, levam o VTOL para o próximo nível e podem ser lançados a partir da palma da mão.

Posicionamento via radar e retorno

Os últimos drones possuem dois sistemas globais de navegação por satélite (GNSS), como GPS e GLONASS.

Os drones podem voar nos modos GNSS e não pelo GPS.

Por exemplo, os drones DJI podem voar em modo P-Modo (GPS & GLONASS) ou ATTI, que não usa GPS.

A navegação por drones altamente precisa é muito importante quando se trabalha com a criação de mapas em 3D, levantamentos topográficos e missões SAR (busca e resgate).

Quando o quadcopter é ligado pela primeira vez, ele procura e detecta os satélites GNSS. Os sistemas GNSS de ponta usam a tecnologia Satellite Constellation. Basicamente, uma constelação de satélites é um grupo de satélites trabalhando juntos, dando uma cobertura coordenada e sincronizada para que eles se sobreponham bem à cobertura.

Passe ou cobertura é o período em que um satélite é visível acima do horizonte local.

A tecnologia de radar sinalizará o seguinte no display do controle remoto;

  • Sinal de que suficientes satélites GNSS de drones foram detectados e o drone está pronto para voar;
  • Exibir a posição atual e localização do drone em relação ao piloto;
  • Registrar o ponto inicial do recurso de segurança “Retornar para casa”.

A maioria dos drones mais novos possuem 3 tipos de tecnologia de retorno para casa:

  • O piloto iniciou o retorno para casa pressionando o botão no controle remoto ou em um aplicativo;
  • Um nível baixo de bateria, onde o droe voará automaticamente de volta ao ponto inicial;
  • Perda de contato entre o drone e o controle, com o drone voando de volta automaticamente ao seu ponto de origem.

A mais recente tecnologia Mavic Air RTH pode detectar obstáculos durante o retorno automático para casa.

Detecção de obstáculos e tecnologia de evasão de colisões

Os mais novos drones estão agora equipados com sistemas de prevenção de colisão.

Eles usam sensores de detecção de obstáculos para escanear os arredores, enquanto os algoritmos de software e a tecnologia SLAM produzem as imagens em mapas 3D, permitindo que o drone perceba e evite colisões.

Esses sistemas fundem um ou mais dos seguintes sensores para detectar e evitar colisões:

  • Sensor de visão;
  • Ultra-sônico;
  • Infravermelho;
  • Lidar;
  • Tempo de Voo (ToF);
  • Visão Monocular.

Os últimos DJI Mavic 2 Pro e Mavic 2 Zoom têm detecção de obstáculos em todos os 6 lados.

O Mavic 2 usa os sensores Vision e Infrared fundidos em um sistema de visão conhecido como detecção de obstáculo omnidirecional.

O sistema de detecção de obstáculos DJI Mavic 2 é a melhor tecnologia para drones.

O Mavic 2 detectará objetos e, em seguida, voará em torno de obstáculos na frente.

Esta tecnologia é conhecida como APAS (Advanced Pilot Assistance System) nos drones DJI Mavic 2 e Mavic Air.

Estabilização giroscópica, IMU e controladores de voos

A tecnologia de estabilização giroscópica dá ao drone suas capacidades de voo suaves.

O giroscópio funciona quase instantaneamente para as forças que se movem contra o drone, mantendo-o voando ou pairando muito suavemente.

O giroscópio fornece informações essenciais de navegação ao controlador de voo central.

A unidade de medição inercial (IMU) funciona detectando a taxa atual de aceleração usando um ou mais acelerômetros.

A IMU detecta mudanças em atributos rotacionais usando um ou mais giroscópios. Alguns IMU incluem um magnetômetro para auxiliar na calibração contra desvio de orientação.

O giroscópio é um componente da IMU e a IMU é um componente essencial do controlador de voo dos drones. O controlador de voo é o cérebro central do drone.

Direção motora do drone e design apropriado

Os motores e hélices são a tecnologia do drone, o que move o drone para o ar e o move em qualquer direção ou o faz pairar.

Em um quadcopter, os motores e hélices trabalham em pares com 2 motores / hélices girando no sentido horário (hélices CW) e 2 motores girando no sentido anti-horário (hélices CCW).

Eles recebem dados do controlador de voo e dos controladores eletrônicos de velocidade (ESC) na direção do motor do drone para pairar ou voar.

Parâmetros de voo em tempo real

Quase todos os drones possuem um GSC (estão de controle terrestre) ou um aplicativo de smartphone que permite acompanhar a telemetria de voo atual e ver o que seu drone vê em seu dispositivo móvel.

Tecnologia de área não permitida para vo

Para aumentar a segurança de voo e prevenir acidentes em áreas restritas, os últimos drones da DJI e de outros fabricantes incluem o recurso “Área não permitida para voo”.

As zonas de não voo são regulamentadas e categorizadas pela Federal Aviation Authority (FAA).

Os fabricantes podem alterar a tecnologia do drone da zona de voo usando as atualizações de firmware do drone.

Tecnologia do GPS pronto para voar

Quando a bússola está calibrada, ela procura a localização dos satélites GPS. Quando mais de 6 são encontrados, permite que o drone voe no modo “Pronto para voar”.

Bússola interna e função à prova de falhas

Isto permite que o drone e o sistema de controle remoto saibam exatamente sua localização de voo.

Um ponto inicial pode ser definido e este é o local onde o drone retornará, se o drone e o sistema de controle remoto pararem de se conectar. Isso também é conhecido como “função à prova de falhas”.

Tecnologia FPV

FPV significa “Visão em Primeira Pessoa”. Uma câmera de vídeo é levada no drone e esta câmera transmite o vídeo ao vivo para o piloto no solo. O piloto em terra está pilotando a aeronave como se estivesse a bordo do drone

O FPV permite que o drone voe muito mais alto e mais longe. A visão de primeira pessoa permite voar de forma mais, especialmente em torno de obstáculos.

O FPV permite que os drones voem muito facilmente em ambientes fechados, ou através de florestas e em torno de edifícios.

O crescimento excepcionalmente rápido e o desenvolvimento da liga de drones não seriam possíveis sem a tecnologia de transmissão de vídeo ao vivo FPV.

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Esta tecnologia FPV usa sinal de rádio para transmitir e receber o vídeo ao vivo.

O drone tem um transmissor FPV sem fio de múltiplas bandas embutido junto com uma antena. Dependendo do drone, o receptor dos sinais de vídeo ao vivo pode ser a unidade de controle remoto, um computador, tablet ou smartphone.

Esta transmissão de vídeo ao vivo está relacionada à força do sinal entre o controle de solo no drone.

O mais recente DJI Mavic 2 tem uma faixa de vídeo ao vivo FPV de 8 km com uma transmissão de vídeo de qualidade 1080p.

Outros drones, um pouco mais antigos, como o DJI Mavic e o Phantom 4 Pro, podem transmitir vídeo ao vivo até 7 km.

O Phantom 4 Pro e o Inspire 2 utilizam o mais recente sistema de transmissão DJI Lightbridge 2.

Drones como o DJI Mavic usam controladores integrados e algoritmos inteligentes para estabelecer um novo padrão de transmissão de imagem sem fio de alta definição, diminuindo a latência e aumentando o alcance e a confiabilidade máximos.

Indicadores LED de voo

Estes são encontrados na frente e na parte traseira do drone. Geralmente, os LEDs do drone serão verdes, amarelos ou vermelhos.

Os indicadores LED dianteiros acendem para indicar o nariz do UAV.

Os indicadores de voo dos LEDs traseiros acendem para indicar os vários status do drone quando estão ligados, obtendo uma atualização de firmware e voo.

É bom entender o que os LEDs piscando no seu drone indicam.

Todos os drones vêm com um manual do usuário, que lista o que cada tipo de LED piscando significa.

Sistema de controle remoto

No DJI Phantom 3, este é o dispositivo de comunicação sem fio que usa a banda de freqüência de 5,8 GHz. Os sistemas de controles remotos também são conhecidos como controle de solo.

O drone e o controle de solo já devem estar emparelhados quando saírem da fábrica.

Tecnologia de aumento de distância de voo

Este é um dispositivo de comunicação sem fio que geralmente opera dentro da freqüência de 2,4 GHz. Ele é usado para estender o alcance da comunicação entre o smartphone ou tablet e o drone em uma área desobstruída aberta.

A distância de transmissão pode atingir até 700 metros. Cada extensor de intervalo possui um endereço MAC exclusivo e um nome de rede (SSID).

Os últimos drones DJI podem voar com um alcance de até 5 milhas (8 km).

Os drones mais antigos dos outros principais fabricantes não conseguem voar tão longe quanto os drones DJI.

No entanto, produtos como extensores de alcance são muito populares, o que pode levar a distância ainda mais longe.

Aplicativos como sistemas de controle remoto

Hoje, a maioria dos drones pode ser pilotada por um controle remoto ou por um aplicativo de smartphone, que pode ser baixado do Google Play ou na Apple Store. O aplicativo permite o controle total do drone.

Cada fabricante terá seu próprio aplicativo, como o aplicativo Go 4 do DJI.

Câmera de alta performance

Os últimos drones da DJI, Walkera, Yuneec e outros fabricantes agora incluem câmeras, que podem gravar filmes em vídeo 4K e podem tirar fotos de 12 megapixels.

Os drones anteriores usavam câmeras, que não eram totalmente adequadas para filmagem aérea.

No entanto, os mais recentes drones de vídeo 4K, como a série DJI Mavic, DJI Inspire 1, Phantom 3 Professional e Phantom 4, possuem uma câmera especificamente projetada para filmagem aérea e fotografia.

O melhor drone para filmagem aérea profissional é o DJI Inspire 2 montado com a câmera DJI Zenmuse X7. O sistema de processamento de imagem Inspire 2, CineCore 2.1, grava vídeo em até 6k no CinemaDNG / RAW e 5,2k no Apple ProRes quando usado com a câmera Zenmuse X7.

O Inspire 2 é usado pelos produtores de Hollywood. Na verdade, o Inspire 2 filmou todas as cenas aéreas e terrestres em um curta-metragem chamado The Circle, com qualidade cinematográfica.

Gimbal e controle de inclinação

A tecnologia Gimbal é vital para capturar fotos aéreas de qualidade, filmes ou imagens em 3D.

O gimbal permite que a câmera incline durante o vôo, criando ângulos únicos. Mais importante, o gimbal reduz a vibração da câmera.

Praticamente todos os drones mais recentes integraram gimbals e câmeras.

Drones com sensores para criar mapas 3D

Os sensores Lidar, Multiespectral e Fotogrametria estão sendo usados ​​para construir modelos 3D de edifícios e paisagens. Visão noturna de baixa luminosidade e sensores de visão térmica estão sendo usados ​​em drones para escanear edifícios e paisagens para ajudar na agricultura, combate a incêndios, busca e salvamento.

Os drones podem transportar diferentes sensores com o software combinando os dados para obter melhores resultados. Essa tecnologia é conhecida como fusão de sensores e funciona da seguinte maneira:

  • A fusão de sensores é um software que combina de forma inteligente dados de vários sensores diferentes, como uma câmera térmica e um sensor normal de câmera RGB, com o objetivo de melhorar o desempenho do aplicativo ou do sistema.
  • A combinação de dados de vários sensores corrige os erros de sensores individuais para calcular informações precisas de posição e orientação.

Por exemplo, sensores multiespectrais em drones podem criar Mapas de Elevação Digital (DEMS) de áreas terrestres para fornecer dados precisos sobre a saúde de culturas, flores, fauna, arbustos e árvores.

Em 2016, drones usando sensores Time-of-Flight (ToF) chegaram ao mercado. Os sensores ToF, também conhecidos como “Flash Lidar”, podem ser usados ​​sozinhos ou com sensores RGB e de Lidar para fornecer várias soluções em todos os setores.

Sensores de câmera de profundidade ToF podem ser usados ​​para escaneamento de objetos, navegação interna, prevenção de obstáculos, reconhecimento de gestos, rastreamento de objetos, medição de volumes, altímetros reativos, fotografia 3D, jogos de realidade aumentada e muito mais.

As câmeras de Tempo de Voo do Lidar no Flash têm uma enorme vantagem sobre outras tecnologias, já que são capazes de medir distâncias para objetos dentro de uma única foto.

Para o mapeamento de vetores e fotogrametria, o UAV é programado para voar sobre uma área de forma autônoma, usando a navegação de pontos.

A câmera no drone tirará fotografias em intervalos de 0,5 ou 1 segundo. Estas fotos são então ligadas usando um software de fotogrametria especializado para criar as imagens 3D.

DroneDeploy é um dos líderes na criação de software de mapeamento 3D. Seu aplicativo móvel e o Live Map estão sendo usados ​​em vários setores para criar mapas e modelos 3D. Eles têm uma solução especializada para o setor agrícola e seu software funcionará com a maioria dos drones mais recentes.

Capturar imagens de alta resolução em um drone estabilizado é muito importante. Usar o software de fotogrametria para processar as imagens em mapas e modelos reais é igualmente importante.

Alguns dos principais softwares de mapeamento de drones são os seguintes:

  • DroneDeploy 3D Mapping Solutions.
  • Pix4D Mapper Photogrammetry Software.
  • AutoDesk ReCap Photogrammetry Software.
  • Maps Made Easy – Orthophoto and 3D Models.
  • 3DF Zephyr Photogrammetry Software.
  • Agisoft PhotoScan Photogrammetry Software.
  • PrecisionHawk Precision Mapper / Viewer.
  • Open Drone Map.
  • ESRI Drone2Map For ArcGIS.

Sistema operacional de drones

A maioria das aeronaves não tripuladas usa o Linux e alguns usam o Windows. A Linux Foundation tem um projeto lançado em 2014 chamado de projeto Dronecode.

O Projeto Dronecode é um projeto colaborativo de código aberto que reúne projetos de drones existentes e futuros em uma estrutura sem fins lucrativos regida pela Linux Foundation.

O resultado é uma plataforma comum e compartilhada de código aberto para veículos aéreos não tripulados (UAV).

Segurança e hackeamento de drones

Os drones, de certa forma, são como computadores voadores.

Com um sistema operacional, controladores de voo e placas principais com código programável, eles também podem ser invadidos. Drones foram desenvolvidos para voar em busca de outros drones e invadir a rede sem fio de drones, desconectando o proprietário e assumindo o comando.

No entanto, existem algumas maneiras práticas de proteger seu drone de hackers.

Sistemas de voo inteligentes

Todos estes drones mais recentes têm controladores de voo e modos inteligentes, tais como Follow Me, Active Tracking, Waypoints, Return To Home e outros.

O Phantom 4 Pro da DJI possui os modos de voo inteligentes mais autônomos de qualquer drone.

Usabilidade dos drones

Os drones têm usos maravilhosos. Quando você monta uma câmera ou um sensor como o LiDAR, o Thermal, o ToF ou o Multispectral, a faixa de uso dos drones continua em expansão.

Nos próximos anos, os drones transformarão nossas cidades, revolucionando a forma como as pessoas viajam, como as mercadorias são entregues e como os edifícios parecem e são construídos.

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