Veículos não tripulados – Terrestres e Aéreos

Os veículos não tripulados foram criados com foco em aplicações militares, porém atualmente vem sendo popularizado para diferentes aplicações. Nesse artigo falaremos sobre os veículos terrestres não tripulados e sobre os veículos aéreos não tripulados.
Este post faz parte da série Aplicações das baterias de lítio. Leia também os outros posts da série:

Os veículos não tripulados foram criados com foco em aplicações militares, porém atualmente vem sendo popularizado para diferentes aplicações. Nesse artigo falaremos sobre os veículos terrestres não tripulados e sobre os veículos aéreos não tripulados.

Veículos terrestres não tripulados

Hoje em dia, os veículos terrestres não tripulados são mais comuns do que imaginamos, são utilizados como patrulha de fronteira, monitoramento de trânsito, busca e resgate, localização, mapeamento, entregas, etc.

Veículos não tripulados - terrestre
Figura 1 – Veículo terrestre não tripulado, utilizado para entregas de produtos.

Dependendo da aplicação do veículo, eles podem ser equipados com uma variedade de sensores, tais como sistemas de visão, detectores de alcance laser, sensores de sonar, Unidades de Medição Inercial e Sistemas de Posicionamento Global (GPS), dessa forma, esses veículos se tornaram plataformas customizadas com diferentes perfis de consumo de energia.

No passado, as fontes de energia dos veículos terrestres não tripulados eram quase exclusivamente baterias de chumbo-ácido e níquel cádmio recarregáveis, pois ambas as tecnologias eram maduras e bem compreendidas, além de serem mais baratas em comparação com alternativas mais recentes, como baterias de lítio e células de combustível. Atualmente, os veículos de tamanho pequeno estão usando baterias de lítio íon devido à capacidade de peso limitada e à disponibilidade de espaço.

No entanto, os requisitos de energia são determinados em grande parte pelo fabricante para uma configuração específica do veículo, ignorando o impacto da adição nos sensores. Considerando que um veículo terrestre não tripulados tem pouca disponibilidade de energia, a resistência e o alcance são afetados drasticamente pelo conjunto de sensores a bordo e outros periféricos. Este problema piora quando os veículos terrestres não tripulados são utilizados como uma plataforma de decolagem / aterrisagem para veículos aéreos não tripulados e ainda oferecem instalações de recarga para que esses veículos sejam operados por mais tempo sem retornar à sua base.

Veículos aéreos não tripulados

Os veículos aéreos não tripulados, também conhecidos como drones, ganharam muita popularidade nos últimos anos. Esses veículos têm um potencial quase ilimitado, principalmente devido à sua grande capacidade de manobras e tamanho em miniatura, o que permite seu uso em uma variedade de aplicações militares e de segurança nacional. O interesse em veículos aéreos não tripulados totalmente elétricos com baterias de lítio vem crescendo exponencialmente, o que os torna cada vez mais acessíveis. Hoje os drones não são utilizados somente em aplicações militares, as aplicações civis incluindo a possibilidade de fotos e vídeos aéreos tornaram os drones cada vez mais populares. As aplicações modernas recentes incluem monitoramento de desastres, mapeamento 3-D, vigilância, fotografia aérea, sistema de carga não tripulados, monitoramento de áreas agrícolas, etc.

Veículos não tripulados - aéreos
Figura 2 – Veículo aéreo não tripulado, utilizado para monitoramento de área agrícolas.

A propulsão elétrica é realizada pela bateria devido a operação silenciosa, maior segurança, gerenciamento eficiente de energia e controle. No entanto, uma das principais desvantagens dos veículos aéreos não tripulados é o seu curto tempo de operação. Isso se deve ao fato de que esses veículos devem gerar força de elevação em todos os momentos para se deslocar, o que requer grande quantidade de energia elétrica.

A baixa duração da bateria de veículos aéreos não tripulados convencionais significa que os drones precisam ser recarregados ou ter sua bateria substituída manualmente a cada 20 ou 30 minutos. Isso limita drasticamente a faixa de voo e o tempo de operação dos drones e, por isso, os drones geralmente não podem ser usados ​​para realizar todo o seu potencial.

Na literatura científica, é possível encontrar uma abordagem multidisciplinar orientada para melhorar a autonomia em muitos tipos de veículos aéreos não tripulados. Essas abordagens incluem estudos aerodinâmicos e estruturais, tecnologia de materiais, tecnologias de armazenamento de energia e diferentes estratégias de orientação e controle.

Os veículos não tripulados não se limitam somente a veículos aéreos e terrestres, portanto, no próximo artigo falaremos sobre os veículos aquáticos não tripulados, os quais são muito importantes e amplamente utilizados na área científica.

Referências

CHOI, C. H. et al., Automatic Wireless Drone Charging Station. INTERNATIONAL CONFERENCE ON CONTROL, AUTOMATION AND INFORMATION SCIENCES, Proceedings. Outubro, Ansan, Corea, 2016.

DONATEO, T. et al., A New Approach to Calculating Endurange in Electric Flight and Comparing Fuel Cells and Batteries. Journal of Applied Energy, Dezembro, 2016. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.11.100>

GANDOLFO, D. C. et al., Energy Evaluation of Low-Level Control in UAVs Powered by Lithium Polymer Battery, ISA Transactions, Argentina, Setembro, 2017. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.isatra.2017.08.010>

IOANNOU, S. et al., Modeling, Simulation and Validation of the Electrical Power Consumption of Mobile Ground Vehicles. MEDITERRANEAN CONFERENCE ON CONTROL AND AUTOMATION. Proceedings. Grécia: 2016.

RENAU, J. et al., Analysis of the Performance of a Passive Hybrid Powerplant to Power a Lightweight Unnanned Aerial Vehicle for a High Altitude Mission. Journal of Power Sources, Espanha, Abril, 2017. Disponível em: < http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.04.090>

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Apaixonada por conhecimento, pesquisadora da USP, empreendedora e cursando Doutorado em Engenharia Elétrica com ênfase em Gerenciamento Eletrônico de Baterias. Acredito que armazenar energia de forma eficiente, é uma das chaves para uma sociedade mais sustentável. Sou formada em Eletrônica Automotiva pela FATEC Santo André, Mestre em Engenharia Elétrica e apaixonada por tecnologia automotiva. Desenvolvi diversos projetos na área automotiva e trabalhei no setor de pós vendas da Volkswagen, auxiliando os concessionários na solução de diversos problemas na área elétrica e eletrônica veicular.

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