Enxames de drones: como eles realmente funcionam e o que as indústrias devem se importar

Nos casos certos, os enxames de drones podem reduzir os custos operacionais em até 30% ao longo do tempo. A maior parte disso vem de custos de mão -de -obra mais baixos, que podem compensar 70% do total de despesas de uso de drones.

Esses números são mais do que apenas pontos de dados para mim – eles são o que primeiro me atraiu para o campo. A tecnologia de enxame de drones chamou minha atenção em 2015, marcando o início de sua transição do conceito para a aplicação.

Desde então, segui de perto sua evolução e agora vejo um forte argumento para integrar enxames de drones ao meu projeto atual. Minha perspectiva sobre enxames de drones vem de uma forte base técnica (Bacharelado e Mestrado em Física Aplicada e Matemática). Também tenho mais de uma década de experiência prática com drones e um sólido histórico de negócios como ex-diretor de operações da Aeroxo, além de mais de 10 anos em empreendimento como especialista em tecnologia.

Vejamos o que realmente são os enxames de drones e como eles funcionam, pois o termo é frequentemente mal utilizado por tecnologia mais simples. Muitos observadores chamam qualquer grupo de drones de enxame. Por exemplo, eles podem descrever os shows do céu e rotular certos casos de uso de segurança como enxames. Mas eles diferem muito dos enxames reais porque dependem do controle centralizado, seguem tarefas predefinidas sem autocoordenação ou comunicação ponto a ponto e operam sob supervisão humana.

Também examinarei os principais casos de uso que podem surgir nos próximos cinco anos.

O que é realmente um enxame de drones?

Um enxame de drones é um grupo de veículos aéreos Uncrewed (UAVs) equipados com um sistema que lhes permite agir como enxames naturais de formigas, abelhas ou pássaros. A comparação é importante porque são as características naturais do enxame que tornam essa tecnologia tão poderosa:

• Tomada de decisão descentralizada: Cada drone toma decisões por conta própria com base em regras programadas, condições locais e comportamento de outros drones. Não há hierarquia.
• Os drones sincronizam seu comportamento um com o outro e se ajustam em tempo real com base na posição, movimento ou status de drones próximos.
• Cada drone tem os mesmos recursos.
• Cada drone aborda uma tarefa da mesma maneira que o resto do grupo. Não há comportamento conflitante e eles não precisam se comunicar para coordenar. Eles simplesmente sabem que os outros fizeram a mesma escolha.

Graças às características, a tecnologia é altamente escalável. A eficácia permanecerá a mesma que você adicionará mais UAVs. Os enxames de drones podem digitalizar grandes áreas rapidamente com o mínimo envolvimento humano, operar em ambientes complexos ou perigosos e se adaptar instantaneamente às mudanças.

Como os enxames de drones funcionam na prática

Aqui está como os enxames de drones autônomos operam em ambientes agrícolas do mundo real. O sistema conta com coordenação inteligente, dados em tempo real e tomada de decisão baseada em tarefas em várias unidades.

1. Os drones vêm com um computador a bordo para coordenação de enxames e carregam ferramentas específicas para tarefas agrícolas, como uma câmera multiespectral, um tanque de fertilizantes e dispensador e GPS + RTK (cinemática em tempo real).
2. Um humano define a tarefa. Por exemplo, pode ser aplicar fertilizantes apenas às áreas que precisam, com base no tipo de solo, umidade e níveis de nutrientes. Isso economiza custos e impede os danos causados por excesso ou sub-fertilização.
3. Um drone detecta um ponto com baixos níveis de fósforo usando o índice de vegetação de diferença normalizada (Ndvi).
4. Se esse drone tiver fósforo suficiente e estiver mais próximo do local, ele aplica o fertilizante. Se outro drone com o mesmo fertilizante estiver mais próximo, ele assume o controle.
5. Esse processo continua em toda a área atribuída.

Quais são os melhores e realistas casos de uso para enxames de drones?

Estes são casos de uso em que a tecnologia de enxame de drones pode ser implementada nos próximos cinco anos e proporcionar alto impacto e economia de custos significativa.

Agricultura

Na agricultura, os enxames de drones podem cobrir o solo mais rápido e com mais eficiência do que drones únicos. Comparados com sistemas ou satélites tripulados, os enxames de drones oferecem insights em tempo real, resolução em nível de campo, maior flexibilidade e automação.

Expliquei na seção acima de como eles podem funcionar: permitindo monitoramento simultâneo, análise de terras e plantas e pulverização de culturas.

Outras tarefas que os enxames de drones podem otimizar incluem:

• Semeadura coordenada
• Imagem de vários ângulos para reconstrução de campo 3D
• Detecção precoce de doenças ou estresse de seca

O principal desafio na aplicação dessa tecnologia à agricultura é o custo. Em alguns estados dos EUA, por exemplo, você pode alugar um avião agrícola com um piloto por US $ 150 por hora. Isso é tão barato que os drones simplesmente não podem competir, pelo menos ainda não.

Precisamos de tempo para a tecnologia recuperar o atraso. Os drones estão melhorando e mais baratos. As baterias estão se tornando mais acessíveis. Mas o progresso é incremental, não baseado em inovação. Dez anos atrás, uma câmera multiespectral para análise NDVI custou US $ 6.000 ou mais. Hoje, câmeras semelhantes podem custar apenas US $ 500. É apenas uma questão de tempo.

O Instituto Wyss em Harvard está desenvolvendo robôs voadores autônomos chamados Robobeesinspirado pelo comportamento do enxame de insetos. Cada unidade foi projetada para coletar dados ambientais e coordenar com os outros para monitorar as culturas e identificar zonas de problemas em tempo real.

A plataforma ainda está em estágios de laboratório e limitada pela capacidade de carga útil e tempo de voo, mas mostra a viabilidade da coordenação descentralizada em ambientes complexos de campo.

https://www.youtube.com/watch?v=ju4dhhms_mw

Deminação humanitária

A principal razão para os altos custos do processo de demissão humanitária são os múltiplos alarmes falsos tratados como ameaças reais. Uma equipe normalmente limpa mais de 50 minas suspeitas antes de encontrar uma mina terrestre.

Os enxames de drones poderiam levar a desmembramento humanitário em direção a um padrão de tolerância zero, com precisão de detecção de até 98% e reduziu significativamente o tempo de pesquisa.

Aqui está como os enxames de drones podem funcionar em desmembramento humanitário:

• Cada drone possui um radar que funciona em diferentes bandas de ondas, por exemplo, banda L e banda X.
• A banda L tem um comprimento de onda mais longo e pode penetrar ligeiramente abaixo do solo. É usado para detecção mais ampla de subsuperfície.
• A banda X tem um comprimento de onda mais curto, que não penetra bem no solo ou na folhagem, mas fornece resolução muito maior.
• Os drones digitalizam autonomamente uma suspeita de área perigosa (SHA) para identificar pontos que provavelmente conterão minas. Durante o voo, a IA a bordo detecta anomalias em tempo real. Os drones escolhem a faixa de onda com base no solo, o tipo de remanescentes explosivos de guerra (ERW) usado durante o conflito nessas áreas, a estação, a vegetação e a precipitação.
• Quando um drone vê uma anomalia, os drones próximos se movem automaticamente para o mesmo local para resgatá -lo de diferentes ângulos e com diferentes faixas de radar.
• Os dados coletados são enviados para um grande modelo de IA para análise mais profunda e mapeamento preciso de zonas contaminadas.

Para realizar enxames de drones em desmembramento humanitário, precisamos de tempo para que três tecnologias se desenvolvam:

1. Poder de processamento Para processar dados de radar on -line para detectar anomalias em tempo real. Atualmente, os drones só podem coletar os dados durante o voo, que analisamos mais tarde no chão. Também precisamos de poder de processamento mais avançado para suportar a sincronização do enxame de drones. Cada drone deve saber sua posição exata, enviar e receber sinais de radar ao mesmo tempo e coordenar as varreduras sem interferência, enquanto produz um conjunto de dados consistente. Os chips atuais ainda não são poderosos o suficiente para essa complexidade, mas espero fortemente que o hardware adequado esteja disponível até 2027.
2. GPS e odometria visual Precisa de um desenvolvimento adicional para melhorar a precisão do posicionamento em relação ao solo e aos objetos próximos. Esses sistemas existem, mas sua precisão ainda fica aquém da coordenação do enxame de drones nas operações de demissão.
3. Design da antena Para suportar a varredura de radar multibanda, os drones precisam de antenas leves e compactas. Ao contrário dos dois primeiros desafios, que exigem pesquisa e desenvolvimento contínuos, este é principalmente um problema de engenharia que pode ser abordado com a tecnologia existente.

A pesquisa já está em andamento nesta área. O Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade Sapienza é testando enxames de drones Equipado com radar de penetração no solo para escanear o terreno de maneira estruturada. Por enquanto, é usos Apenas um tipo de banda de onda, pode ter testado diferentes comprimentos de onda.

A Dropla, com sede na Dinamarca, está entre os desenvolvedores de drones para desmembrar. Fonte: Dropla

Logística

A logística é um ajuste natural para enxames de drones porque é um problema distribuído – várias partes móveis, locais e decisões. Os enxames de drones transformam isso em um sistema autônomo que é mais rápido, mais barato e mais resiliente que os modelos centralizados ou de traço único.

Uma rede de drones autônomos pode decidir qual sistema entrega qual embalagem baseada na localização, bateria restante, peso da embalagem e distância de destino.

Além do custo da tecnologia – já que a entrega tradicional ainda é muito mais barata – a principal barreira para a realização de enxames de drones na logística é a regulamentação. Se algo cair e ferir um espectador, as autoridades são as primeiras a serem questionadas. É por isso que eles precisam de dezenas de milhares de testes do mundo real para confirmar a segurança e por que muitos procedimentos e regras devem ser criados e refinados. Por exemplo, como os drones se comunicam com aeronaves pilotadas e quais certificações os pilotos de drones precisam.

Os princípios do enxame já estão sendo testados em ambientes comerciais. Zenadronepor exemplo, está desenvolvendo frotas de drones autônomos para interno inventário gerenciamento. Os drones da empresa operam em padrões sincronizados para digitalizar unidades de prateleiras, rastrear peças e otimizar o armazenamento em tempo real.

Atualmente, esses sistemas estão limitados a ambientes controlados e dependem de marcadores visuais ou mapeamento baseado em Lidar para navegação. No entanto, eles oferecem uma demonstração de trabalho de como os enxames de drones podem trazer inteligência distribuída para operações da cadeia de suprimentos.

https://www.youtube.com/watch?v=vj35jaowx_4

Os enxames de drones provam seu valor

Em toda a agricultura, desmembramento e logística, a tecnologia enxame mostra mais valiosa quando a escala, a autonomia e a adaptabilidade são importantes. Em cada caso, vários agentes que trabalham juntos superam os sistemas de sonho único em velocidade, precisão e eficiência de custo.

A principal barreira técnica hoje é a energia de processamento a bordo – os drones precisam analisar dados e coordenar em tempo real sem controle externo. Agora é o momento certo para se concentrar nesse espaço, já que a tecnologia de enxame está passando de possível para prática.

Sobre o autor

Vladimir Spinko é o fundador de Aery Bizkaiauma startup de tecnologia profunda baseada na Espanha desenvolvendo sistemas de radar de CSAR (busca de combate e resgate) movidos a IA para detecção autônoma de minas terrestres. Um graduado de Mipt e ex-COO da Aeroxo, ele combina física avançada, inovação aeroespacial e impacto humanitário para redefinir a segurança pós-conflito.