O pesquisador da Universidade de Stanford, Mac Schwager, entrou no mundo da contagem de pinguins por meio de um encontro casual no casamento de sua cunhada em junho de 2016. Lá, ele soube que Annie Schmidt, uma bióloga da Point Blue Conservation Science, estava procurando uma maneira melhor de criar imagens uma grande colônia de pinguins na Antártica. Schwager, que é professor assistente de aeronáutica e astronáutica, viu uma oportunidade de colaborar, dado seu trabalho no controle de enxames de robôs voadores autônomos.
Foi assim que, três anos e meio depois, o aluno de graduação de Schwager, Kunal Shah, se encontrou na famosa Estação McMurdo, pronto para o primeiro voo de teste na Antártida de seu novo sistema de imagem multi-drone, que coordena o voo de múltiplos drones autônomos de última geração – mas também podem funcionar com drones de passatempo.
O projeto não teve um início auspicioso. “Minhas mãos estavam congelando. As baterias do drone estavam muito frias para funcionar. O controle remoto do drone estava muito frio. Meu telefone estava muito frio e exibia avisos intermitentes”, lembrou Shah. “Eu apenas pensei: ‘Vou ficar aqui dois meses e meio e este é o primeiro dia.’
Sem se deixar abater, Shah e seus colegas se adaptaram rapidamente e seu sistema, que é o assunto de um artigo publicado em 28 de outubro na Science Robotics, produziu repetidamente pesquisas visuais detalhadas de aproximadamente 300.000 pares de pinguins Adélie em uma área de 2 quilômetros quadrados no Cabo Crozier – aproximadamente equivalente ao tamanho do país de Mônaco – e outra colônia menor de cerca de 3.000 pares de nidificação em Cabo Royds. Enquanto as pesquisas anteriores com drones pilotados por humanos na colônia do Cabo Crozier levaram dois dias, cada rodada da nova pesquisa, concluída em colaboração com a National Science Foundation (NSF) e o US Antarctic Program (USAP), foi concluída em cerca de dois e um -meias horas, graças a um algoritmo de planejamento de rota que coordenou de dois a quatro drones autônomos e priorizou a cobertura eficiente da colônia.
“Apenas mover todo esse equipamento para um local remoto e ser capaz de prepará-lo, colocá-lo em campo e implantá-lo com nada além de tendas e uma pequena cabana de aquecimento à sua disposição, isso é realmente fenomenal”, disse Schwager, que é o autor sênior do jornal, mas, para sua decepção, não conseguiu entrar na equipe de campo. “Isso realmente mostra como os sistemas robóticos autônomos práticos podem ser em ambientes remotos.”
Velocidade é essencial
Levantamentos aéreos de colônias de pinguins já foram realizados antes, geralmente com helicópteros ou um único drone. O método do helicóptero produz ótima qualidade de imagem, mas é caro, não é eficiente em termos de combustível e pode incomodar as aves. O levantamento de drones simples é demorado e – porque os drones devem ser lançados de uma distância segura, cerca de cinco quilômetros (três milhas) da colônia – difícil de navegar. Outra deficiência dos drones é que eles devem voar de volta para a colônia com apenas 12 a 15 minutos de duração da bateria. A ameaça contínua de mudanças repentinas nas condições de vôo aumenta ainda mais a importância de um levantamento rápido.
O uso de vários drones contorna esses desafios, e isso foi possível por um algoritmo de planejamento de rota exclusivo desenvolvido pelos pesquisadores de Stanford. Dado um espaço de pesquisa, o algoritmo particionou o espaço, atribuiu pontos de destino a cada drone e descobriu como mover os drones por esses pontos da maneira mais eficiente, limitando retrocesso e viagens redundantes. Um requisito adicional crucial era que cada drone saísse do espaço no mesmo lugar por onde entrou, o que economiza um precioso tempo de voo. O algoritmo também manteve uma distância segura e constante do solo, apesar das mudanças na elevação, e tinha uma porcentagem de sobreposição de imagem ajustável para garantir um levantamento completo. Ao contrário da ação de vaivém de um vácuo robótico, Schwager descreveu os caminhos do algoritmo como “orgânicos e complexos”.
“O processo foi rápido. O que eram apenas rabiscos do algoritmo em uma tela no dia anterior se transformou em uma imagem massiva de todos os pinguins nas colônias”, disse Shah, que é o principal autor do artigo. “Pudemos ver as pessoas andando pelas colônias e todos os pássaros individuais que estavam fazendo ninhos e vindo para o oceano. Foi incrível.”
Olhos no céu
Os pesquisadores vislumbram outros usos para seu sistema multi-drone, como monitoramento de tráfego e rastreamento de incêndios florestais. Eles já realizaram testes em alguns ambientes variados. Eles sobrevoaram uma grande fazenda em Marin, Califórnia, para avaliar a vegetação disponível para o pastoreio do gado. Eles também levaram seus drones para Mono Lake perto da fronteira Califórnia-Nevada para pesquisar a população de gaivotas da Califórnia que vive perto da Ilha Paoha no centro do lago. Como a Antártica, o teste do Lago Mono teve seus próprios desafios – os pássaros eram menores, os pesquisadores tinham que navegar até o local antes de soltar os drones e havia o risco de perder drones na água (o que, felizmente, não aconteceu) .
Por sua vez, os biólogos de pinguins continuam focados em medir o tamanho da população, as taxas de natalidade e a densidade de nidificação e farão uma segunda rodada de observação de pinguins este ano. Devido à pandemia, no entanto, a equipe da Point Blue Conservation Science estará por conta própria desta vez.
Pensando no quadro geral – no sentido figurado -, os pesquisadores esperam que seu sistema seja uma evidência do potencial positivo de robôs e sistemas autônomos.
“Os humanos nunca poderiam saltar para o céu e contar 300.000 pinguins ou rastrear um incêndio florestal”, disse Schwager. “Eu acho que equipes de robôs autônomos podem realmente ser poderosos para nos ajudar a gerenciar nosso mundo em mudança, nosso ambiente em mudança, em uma escala que nunca poderíamos antes.”
Publicado em 31/10/2020 11h05
Artigo original:
Estudo original:
Achou importante? Compartilhe!
Assine nossa newsletter e fique informado sobre Astrofísica, Biofísica, Geofísica e outras áreas. Preencha seu e-mail no espaço abaixo e clique em “OK”: