Decola e pousa como um foguete, voa como um avião e é acionado por aplicativo como um Uber. Essas são as características da Aeronave de Defesa Social (AEDES), drone criado pelo Projeto Smart Metropolis, do Instituto Metrópole Digital (IMD), que tem previsão para entrar em atividade a partir do próximo ano, com o objetivo de aumentar a segurança do campus central da UFRN por meio de escoltamento aéreo e vigilância em tempo real.

Projeto que começou em 2017, o AEDES foi objeto de pedido de patente no final do ano passado, trazendo consigo uma missão simples, porém inovadora: sobrevoar, como em uma patrulha policial aérea, trajetos de pedestres no campus universitário, de maneira a inibir crimes e trazer mais segurança.

A ideia inicial surgiu durante a disciplina de “Projeto de Produto V”, do bacharelado de Design da UFRN. Na ocasião, os alunos, especialmente as mulheres, comentaram que se sentiam desprotegidos enquanto percorriam o campus universitário em determinados locais e horários, dado o risco de assaltos e outras abordagens criminosas. Essa inquietação serviu para a criação da primeira concepção da aeronave, o que marcou o início de anos de pesquisa e desenvolvimento tecnológico.

“Com o tempo, o projeto foi ganhando outras proporções. Verificou-se que a UFRN demandava muito esforço para reforçar a segurança, chegando a dobrar o seu número de câmeras de vigilância. Mas todas essas iniciativas não trazem a ostensividade do AEDES”, conta o professor Dino Lincoln Santos, docente do Departamento de Design da UFRN e coordenador do projeto de pesquisa.

Com uma versão prevista para começar a sobrevoar o campus oficialmente a partir do próximo ano, o AEDES traz uma operacionalização bastante similar àquela dos aplicativos de transporte urbano. Caso se sinta em perigo, o usuário – que deve ter acesso à plataforma Smart Campus, embutida no Sistema Integrado de Gestão de Atividades Acadêmicas (SIGAA) – pode solicitar, por smartphone, a cobertura do AEDES e acompanhar, em tempo real, o seu deslocamento até o local (tempo médio de 30 segundos).

Tudo isso é feito por meio de um aplicativo próprio disponível dentro da plataforma. Quando a aeronave chega até o local programado, uma câmera de target tracking (rastreamento do alvo) fixa sua lente em direção ao aparelho celular e segue o usuário – que pode estar sozinho ou em grupo.

Tanto suas funcionalidades como seu design original, assim como a união de características específicas de outros aeromodelos, fizeram do AEDES uma invenção totalmente inovadora. Enxergando isso, o Smart Metropolis 2.0, junto à Agência de Inovação da UFRN (AGIR), abriu um pedido de patente no Instituto Nacional de Propriedade Intelectual (INPI) em agosto de 2020, marcando o início de uma nova fase de criação tecnológica do projeto.

“O AEDES é muito importante para o Projeto Smart Metropolis, tendo sido nosso primeiro pedido de depósito de patente e se constituindo em uma solução completamente inovadora. Não existe, até onde sabemos, nada com as mesmas características no mercado. Trata-se de uma tecnologia com um grande potencial para ajudar a melhorar a segurança nas cidades”, afirma o professor do IMD Fred Lopes, coordenador do Smart Metropolis.

Tudo no AEDES foi projetado para oferecer uma ampliação da segurança na área do campus da UFRN – o maior da região Norte e Nordeste –, reforçando recursos já existentes, como as câmeras de vigilância e as rondas terrestres. “A presença da aeronave, com seus sons característicos e luzes, inibe a ação de possíveis criminosos. O efeito é como o de uma viatura policial, mas cobrindo uma área muito maior”, comenta Santos.

Em respeito às delimitações da Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC), o drone voa à altura média de 70 metros, acima dos postes e prédios, o que é o suficiente para que a aeronave seja percebida pelos pedestres e, ao mesmo tempo, não sofra riscos de ser atingida por criminosos. Além disso, é capaz de percorrer um raio de até 10 quilômetros.

Ainda sobre o quesito segurança, apesar de ter sido criado para ter a maior autonomia possível, o AEDES, conforme define a ANAC, ainda não pode ser plenamente autônomo. Ou seja, é preciso que o drone seja sempre monitorado por alguém vinculado ao serviço de segurança do campus universitário. Esse controlador humano ficará responsável por fazer a pilotagem manual da aeronave, observar as imagens captadas e fazer manutenções básicas, como trocas de bateria e outras operações.

Para a produção do AEDES, uma equipe interdisciplinar formada por 16 membros – dentre voluntários, bolsistas, graduandos, pós-graduandos e docentes da UFRN – conduziu uma série de pesquisas e atividades práticas de desenvolvimento tecnológico. Inicialmente, o grupo estudou e listou os principais modelos de drones já conhecidos, cujas especificidades servissem para a nova aeronave, idealizada nos moldes do projeto.

Segundo Dino Lincoln Santos, essa fase é essencial na metodologia do design e serviu para que a equipe encontrasse naves que atendessem aos seguintes critérios: média velocidade de cruzeiro (o AEDES voa a cerca de 20 metros por segundo), desnecessidade de alta sustentação, segurança e estabilidade de voo, além de resistência estrutural e eficiência energética.

Esse procedimento permitiu, por meio do método de interpolação em pares, a união dos principais pontos positivos de dois aeromodelos diferentes, culminando na criação de um protótipo de voo e de uma simulação digital com características aerodinâmicas bem definidas. As simulações foram feitas por meio do software XFLR5, com condições de contorno Reynolds 300.000 – coeficiente matemático utilizado em projetos de aeronaves.

O resultado de todo esse trabalho foi a criação de um modelo “Tailsitter-Asa Voadora”. Tailsitter (que, em livre tradução, pode ser entendida como “cauda sentadora”) é uma configuração ainda recente no mercado de aviação, que permite decolar e pousar verticalmente, como um foguete, e, ao atingir a altitude desejada, desempenha um voo convencional, como o de um avião. Para isso, o projeto prevê a criação de uma pista de pouso circular, com raio de 30 metros.

Já o modelo de “asa voadora” foi escolhido especialmente por sua aerodinâmica e, graças aos painéis duplos do drone, é possível que haja uma maior estabilidade e sustentação durante o voo. Assim, no alto, o módulo de controle da aeronave passa de “Tailsitter” (para pouso e decolagem vertical) para “Asa Voadora”, ideal para voos horizontais.

Conforme o artigo científico Projeto aerodinâmico de VANT de vigilância AEDES, publicado no  IX Fórum de Pesquisa e Inovação do Centro de Lançamento da Barreira do Inferno (FOPI 2019), essa categoria de aeronave foi escolhida principalmente por causa de seu bom desempenho aerodinâmico, maior velocidade e simplicidade de construção, além de menor consumo de bateria, já que apenas dois motores são usados para a sua operacionalização.

Doutorando Alysson Lucena realiza demonstração de voo do Aedes – Foto: Cedida/Projeto Aedes
“Construímos uma aeronave movida tanto por eletricidade – para o sistema de pouso e decolagem – como por gasolina, para o deslocamento como o de avião, o que garante mais autonomia à máquina”, explica Alysson Lucena, doutorando de Engenharia Elétrica e de Computação envolvido com o desenvolvimento de hardware do AEDES.

Precificação

Mas a inovação da tecnologia reside não apenas em sua usabilidade: a própria precificação da aeronave consiste em um diferencial importante. Segundo Dino Licoln Santos, os drones que existem hoje no mercado seguem dois parâmetros, um para uso comercial – com custo entre R$ 2,5 mil a R$ 20 mil – e outro para uso militar, com valores que chegam a ultrapassar a marca de milhões de dólares.

“Nossa ideia era oferecer uma alternativa intermediária, então começamos a projetar uma nova categoria, com custo próximo ao de um drone doméstico mas que oferecesse um serviço similar ao de um drone miliar”, explica o professor. Ainda segundo ele, “o fato da nossa iniciativa contar com uma estação base de controle da aeronave, câmera de rastreamento de alvo e uma boa autonomia nos permite entregar um serviço de drone militar com um custo bem menor, girando em torno de R$ 20 mil a R$ 60 mil, dependendo da necessidade do usuário”.

Outro diferencial é que, para a operacionalização da aeronave, não é necessária a contratação de um piloto credenciado – como no caso dos drones militares. Qualquer pessoa é capaz de operar o AEDES, “desde que tenha recebido um treinamento básico de pilotagem específica do drone. Criamos um sistema de controle simples justamente pensando nisso”, enfatiza o docente.

Em contrapartida, os principais fatores que fazem o AEDES ter um custo mais elevado do que os drones domésticos – comumente utilizados para a cobertura fotográfica de eventos públicos ou paisagens – são o tempo de voo da aeronave (um drone doméstico consegue sobrevoar por apenas alguns minutos, enquanto o AEDES permanece no ar por cerca de uma hora e meia, até que precise ser recarregado) e as tecnologias acopladas na sua fabricação.

Uma dessas tecnologias é a câmera FLIR (Foward Looking Infra-Red), mecanismo que detecta radiação infravermelha emitida por objetos ou seres vivos. Segundo Dino Licoln Santos, o preço dessa câmera no mercado gira em torno de R$ 80 mil, o que fez a equipe desistir de comprá-la e partir para a produção de uma própria, que custou cerca de R$ 4 mil, ou seja, apenas 5% do seu valor comercial.

“Essa câmera faz um rastreamento do alvo, tanto ótico como digital. Ou seja, mesmo com o AEDES sobrevoando de maneira circular, a câmera estabiliza a imagem e também vai mexendo de acordo com o posicionamento do usuário lá embaixo”, destaca Santos.

Segundo o docente, após ser plenamente implementado na UFRN, o drone tem potencial para auxiliar diferentes instituições e setores sociais. “No Brasil, demanda-se muito por soluções na área de segurança, pois temos um número de mortes que equivale a uma bomba atômica de Nagasaki por ano. Além disso, a tecnologia aeroespacial é o futuro e a gente começou agora uma nova corrida espacial”, destaca.

Desafios e premiações

Um dos principais desafios de se criar o AEDES consistiu em todo o esforço de desenvolvimento tecnológico envolvido no processo. Além da legislação da ANAC que deve ser seguida, a aeronave, para desempenhar a sua missão principal, teve de ser dotada de autonomia, especialmente no que diz respeito à eficiência energética, e apresentar um design que atendesse a todas as demandas do projeto.

“Se ele fosse um quadricóptero, como esses drones normais que a gente compra no mercado, a autonomia dele seria muito restrita, pois consumiria muita bateria, dados os quatro motores desse modelo. Então a gente precisaria de um drone que fosse asa fixa, voando como uma asa normal, semelhante a um avião. Porém, a pista de pouso e de decolagem, necessária para os aviões, também deveria ser descartada, e então o desenvolvemos para pousar e decolar verticalmente”, conta Lincoln Santos. 

Ao longo de sua produção, o novo drone já passou por cerca de 30 testes de voo e um de seus grandes diferenciais está em seu software de controle. Segundo o professor, ainda não há no mercado um sistema capaz de controlar uma aeronave do tipo “Tailsitter-Asa Voadora”, o que levou a equipe a criar uma solução própria para atender a demanda.

“Desenvolvemos quatro tipos de softwares no projeto. O primeiro consiste em uma estação base própria – que orienta o voo do drone. Também criamos um software de controle, que garante estabilidade da aeronave, um aplicativo voltado ao usuário final e ainda uma solução de back-end que garante toda a interface entre os sistemas”, explica Diego Pereira, doutorando em Engenharia Elétrica e de Computação envolvido no desenvolvimento de softwares do projeto.

Com um segundo protótipo em fase de finalização, o AEDES também conta com um maquinário diferenciado. “No processo de criação da aeronave, conseguimos doações de fibra de vidro e, por parte da Reitoria da UFRN, de fibra de carbono. Ou seja, o AEDES vai ficar leve e altamente resistente com esse material, que normalmente é bastante caro no mercado”, destaca Lincoln Santos.

O projeto já rendeu, inclusive, algumas premiações, como as concedidas pelo Fórum de Pesquisa e Inovação do Centro de Lançamento da Barreira do Inferno (FOPI) – no qual ganhou, por dois anos consecutivos, os títulos de melhor trabalho e trabalho mais inovador, em 2018 e 2019. Além disso, a iniciativa também recebeu destaque em 2018 no 15º Congresso Acadêmico de Defesa Nacional, do Ministério da Defesa.

Autor(a): Felipe Araújo/Ascom IMD/UFRN