Pesquisa mostra como a Matemática pode viabilizar as frotas de Drones

Nova pesquisa visa expandir a tecnologia de drones, implantando frotas de drones.

Mas fazer isso acontecer não é tão simples quanto lançar várias aeronaves ao mesmo tempo.

Borzoo Bonakdarpour, professor assistente de ciência da computação, diz que ao contrário de pilotar um único drone por controle remoto, operar uma frota requer um sistema automatizado para coordenar a tarefa, mas permite que os drones respondam independentemente a condições climáticas, colisões ou eventos inesperados.

“O sistema operacional deve ser confiável e seguro. Os drones precisam falar uns com os outros sem um comando central dizendo a cada unidade para onde ir e o que fazer quando as condições mudam ”, disse Bonakdarpour.

“Também queremos otimizar o tempo e a energia para concluir a tarefa, porque as baterias de drone duram apenas 15 ou 20 minutos.”

Da teoria para a realidade

Para resolver esse problema, Bonakdarpour e seus colegas desenvolveram um modelo matemático para calcular o custo – tempo e energia – para concluir uma tarefa com base no número de drones e estações de recarga disponíveis. O modelo considera a energia que cada drone precisa para completar sua parte da tarefa e voar para uma estação de carregamento conforme necessário.

No papel, a solução é relativamente simples para uma equipe de cientistas da computação, mas Bonakdarpour diz que passar da teoria para a implementação não é tão fácil.

“À medida que trabalhamos em um problema, na verdade encontramos novos problemas que precisamos resolver. É desafiador, mas também é o que torna emocionante ”, diz ele.

Por exemplo, se uma bateria durar 15 minutos no laboratório, ela pode cair para 10 minutos em um dia quente ou frio do lado de fora. Localizando estações de carregamento é outro problema. A colocação ideal pode estar no meio de um lago e inacessível na realidade.

Com base em seu modelo, Bonakdarpour e seus colegas desenvolveram quatro métodos operacionais – três técnicas de otimização off-line e um algoritmo on-line. Embora uma técnica off-line seja limitada porque os caminhos de voo pré-programados não permitem que os drones respondam a eventos inesperados ou mudem as condições, Bonakdarpour diz que fornece a base para o algoritmo on-line operar.

Os pesquisadores realizaram uma série de simulações usando quatro drones para testar a eficiência e a segurança. Eles descobriram que o algoritmo on-line conseguiu administrar com sucesso a troca de energia e segurança dentro dos limites de energia dos drones. A frota completou todas as tarefas atribuídas e mais da metade das verificações de autenticação.

Problemas Extras

Operar uma frota automatizada de drones apresenta riscos de segurança que são menos preocupantes ao pilotar um único drone por controle remoto. Bonakdarpour diz que os drones de automação precisam receber sinal de GPS e posicionar-se com frequência. Se o sinal cair ou os zangões voarem para uma área negada por GPS, isso pode rapidamente se tornar um problema.

“Se você estiver dirigindo seu carro e perder GPS, suas habilidades de direção não dependem desse sinal. Você pode perder uma saída, mas a perda de sinal por um minuto geralmente não é grande coisa. No entanto, com drones apenas alguns segundos não é tolerável ”, diz Bonakdarpour.

Erros ou erros de software podem fazer com que um drone saia do curso e não siga a direção para completar a missão. Bonakdarpour diz que os Hackers também podem enviar o sinal errado ou operar um drone para representar a frota.

Enquanto encontrar soluções levará tempo, Bonakdarpour diz que a tecnologia existe para que isso aconteça. No entanto, também será necessário o apoio da indústria para a construção de estações de infraestrutura e recarga, bem como mudanças regulatórias para permitir a operação de uma frota de drones.

Os pesquisadores apresentaram recentemente as descobertas na Conferência Internacional sobre Sistemas Ciber-Físicos no Canadá. Pesquisadores adicionais da Universidade McMaster, no Canadá; e o Google em Waterloo, no Canadá, contribuiu para o trabalho.