Tecnologia Científica

Novo algoritmo voa drones mais rápido do que pilotos de corrida humanos
Pela primeira vez, um quadrotor voador autônomo superou dois pilotos humanos em uma corrida de drones. O sucesso é baseado em um novo algoritmo desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Zurique.
Por Universidade de Zurique - 21/07/2021


Um drone voando através da fumaça para visualizar os complexos efeitos aerodinâmicos. Crédito: Grupo de Robótica e Percepção, Universidade de Zurique

Pela primeira vez, um quadrotor voador autônomo superou dois pilotos humanos em uma corrida de drones. O sucesso é baseado em um novo algoritmo desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Zurique. Ele calcula trajetórias otimizadas no tempo que consideram totalmente as limitações dos drones.

Para serem úteis, os drones precisam ser rápidos. Por causa de sua duração limitada de bateria, eles devem completar qualquer tarefa que tenham - procurar sobreviventes em um local de desastre, inspecionar um prédio, entregar carga - no menor tempo possível. E eles podem ter que fazer isso passando por uma série de pontos de referência como janelas, salas ou locais específicos para inspecionar, adotando a melhor trajetória e a aceleração ou desaceleração certa em cada segmento.

Algoritmo supera os pilotos profissionais

Os melhores pilotos de drones humanos são muito bons nisso e até agora sempre superaram os sistemas autônomos em corridas de drones. Agora, um grupo de pesquisa da Universidade de Zurique (UZH) criou um algoritmo que pode encontrar a trajetória mais rápida para guiar um quadrotor - um drone com quatro hélices - através de uma série de waypoints em um circuito. "Nosso drone bateu a volta mais rápida de dois pilotos humanos de classe mundial em uma pista de corrida experimental", disse Davide Scaramuzza, que chefia o Grupo de Robótica e Percepção da UZH e o Rescue Robotics Grand Challenge da NCCR Robotics, que financiou a pesquisa.

“A novidade do algoritmo é que ele é o primeiro a gerar trajetórias otimizadas no tempo que consideram plenamente as limitações dos drones”, diz Scaramuzza. Trabalhos anteriores baseavam-se em simplificações do sistema quadrotor ou da descrição da trajetória de voo e, portanto, eram abaixo do ideal. "A ideia principal é, em vez de atribuir seções da trajetória de voo a waypoints específicos, que nosso algoritmo apenas diga ao drone para passar por todos os waypoints, mas não como ou quando fazer isso", acrescenta Philipp Foehn, Ph.D. aluno e primeiro autor do artigo.

Um drone correndo ao longo de uma trajetória otimizada no tempo em uma manobra
de alta velocidade. Crédito: Grupo de Robótica e Percepção, Universidade de Zurique

Câmeras externas fornecem informações de posição em tempo real

Os pesquisadores tinham o algoritmo e dois pilotos humanos voam no mesmo quadrotor em um circuito de corrida. Eles empregaram câmeras externas para capturar com precisão o movimento dos drones e - no caso do drone autônomo - para fornecer informações em tempo real ao algoritmo sobre onde o drone estava a qualquer momento. Para garantir uma comparação justa, os pilotos humanos tiveram a oportunidade de treinar no circuito antes da corrida. Mas o algoritmo venceu: todas as voltas foram mais rápidas que as humanas e o desempenho foi mais consistente. Isso não é surpreendente, porque uma vez que o algoritmo encontrou a melhor trajetória, ele pode reproduzi-la fielmente muitas vezes, ao contrário dos pilotos humanos.
 
Antes das aplicações comerciais , o algoritmo precisará se tornar menos exigente computacionalmente, pois agora leva até uma hora para que o computador calcule a trajetória ideal para o drone. Além disso, no momento, o drone depende de câmeras externas para calcular onde estava a qualquer momento. Em trabalhos futuros, os cientistas querem usar câmeras a bordo. Mas a demonstração de que um drone autônomo pode, em princípio, voar mais rápido do que pilotos humanos é promissora. “Esse algoritmo pode ter grandes aplicações na entrega de pacotes com drones, inspeção, busca e resgate e muito mais”, diz Scaramuzza.

 

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