Para fazer os drones voarem sozinhos ao redor de obstáculos complicados no escuro, Os pesquisadores da Universidade de Cincinnati estão se voltando para os profissionais.

Os morcegos evoluíram para usar o som e a ecolocalização para navegar e encontrar comida. Seu sonar é tão agudo, na verdade, que os morcegos amantes do néctar podem "localizar" suas flores favoritas na escuridão total usando apenas o som.

Agora, os pesquisadores da Faculdade de Engenharia e Ciências Aplicadas da UC estão aproveitando esse superpoder para melhorar a navegação e autonomia dos drones.

Os drones podem ser pilotados manualmente usando a linha de visão, câmeras de vídeo, satélites de posicionamento global e radar baseado em laser chamados LIDAR. A UC há anos vem desenvolvendo drones autônomos que contam com lógica difusa e outras formas de inteligência artificial.

Mas o mais recente projeto de drones UC adiciona outra camada de navegação:som. O professor da UC e especialista em morcegos Dieter Vanderelst deseja dar a drones de todos os tipos a capacidade adicional de observar e evitar obstáculos com a ecolocalização.

Os pesquisadores disseram que isso é especialmente útil em situações onde o LIDAR e os sistemas de satélite são menos confiáveis, como em condições de fumaça ou poeira em edifícios ou túneis.

"O problema é desafiador porque dentro de um prédio, você tem obstáculos em um ambiente muito confuso, "disse Manish Kumar, Professor associado de engenharia aeroespacial da UC. "O veículo aéreo não tripulado pode navegar em condições de fumaça ou poeira usando o sonar."

Vanderelst é o único qualificado para resolver esse problema. Ele se formou em biologia e estudou morcegos e como eles navegam no deserto rochoso de Negev, em Israel. Ele divide seu tempo entre a faculdade de engenharia e os departamentos de psicologia e biologia do McMicken College of Arts and Sciences da UC.

"Existem centenas de espécies de morcegos e todos eles têm chamados muito diferentes em frequências diferentes, "Vanderelst disse.

Os morcegos com nariz de folha usam seus apêndices de formato estranho para amplificar e focar o som em uma frequência constante. Outros morcegos criam uma sinfonia de vibrações, o que lhes permite encontrar frutas ou flores pelo som.

"Intuitivamente, você pensaria que uma flor é fácil de encontrar porque é colorida e se destaca do verde da floresta. Mas a cor não significa nada à noite, "Vanderelst disse." A capacidade deles de escanear as folhas para encontrar flores é incrível ou estamos apenas perdendo algo que torna isso mais fácil. Podemos estar olhando para isso do ponto de vista errado. "

Enquanto nossa visão binocular nos dá uma visão panorâmica de 210 graus, Vanderelst disse que os morcegos têm um campo de detecção muito mais estreito, usando um feixe de som que se estende por menos de 60 graus.

"É como se eles estivessem acenando com uma lanterna na frente deles para encontrar uma presa no escuro, "Vanderelst disse.

Os morcegos são especialistas nisso. Além de pegar comida na hora, os morcegos podem encontrar insetos e sapos que se escondem imóveis nas folhas.

Para entender como ele pode traduzir as habilidades do morcego para um drone de computador, Vanderelst começou em seu laboratório UC. Ele construiu um robô.

"Estou interessado em ver como os morcegos usam ativamente o sonar para dar a volta ao mundo, "Vanderelst disse." Espero convencer as pessoas de que podemos usar a ecolocalização em drones muito pequenos. "

Vanderelst projetou seu sistema de sensores seguindo dicas da natureza. Primeiro, ele usou uma impressora 3-D para renderizar as cabeças de pequenos morcegos com nariz de folha como um guia de referência. Os microfones de seu robô imitam a forma e o contorno das orelhas de morcego, colocada ligeiramente deslocada na estrutura do robô, da mesma forma que as orelhas de uma coruja-das-torres são assimétricas em seu crânio. Isso ajuda os caçadores noturnos a localizar a presa na escuridão completa, usando apenas o som.

Do tamanho de um Yorkshire terrier, o robô de três rodas vermelho tem uma série de alto-falantes ultrassônicos e microfones que podem emitir tons ou pulsos de som e sensores para detectar o reflexo ou eco. Assim como duas espécies de pássaros nunca soam iguais, os morcegos também emitem sons de frequências e durações únicas.

Os gorjeios parecidos com os dos morcegos do robô variam de 25 a 75 quilohertz, mas Vanderelst disse que 50 é o ponto ideal. Para capturar a capacidade de ecolocalização dos morcegos, um drone terá que ser quase acrobático.

"Um morcego vira a cabeça primeiro para olhar para onde quer voar e seu corpo o segue, "Vanderelst disse." Os morcegos mudam constantemente o foco do que estão olhando, portanto, meu robô precisa ser capaz de se orientar para onde está olhando para fazer o mesmo. "

Vanderelst disse que as lições que ele aprende ao fazer um robô navegar independentemente em duas dimensões no solo se traduzirão em um drone operando no espaço tridimensional. Ele imagina um drone levantando suas "orelhas" independentemente um do outro para navegar com precisão em confins apertados, como fazem os morcegos.

"Pilotar um drone é uma habilidade altamente técnica. O operador precisa se concentrar muito para não bater em nada, "Vanderelst disse." E se as câmeras do drone falharem porque está escuro ou empoeirado, seria ótimo ter um piloto automático que o afastasse de obstáculos usando a ecolocalização. "

O projeto chamou a atenção do Departamento de Segurança Interna dos EUA, que está interessada em explorar aplicativos, Kumar da UC disse.

Kumar imagina um drone que pode voar autonomamente em uma área desconhecida enquanto examina e mapeia os confins do espaço 3-D para uso por observadores humanos distantes. Isso seria valioso para equipes da SWAT ou equipes de resgate em situações em que enviar uma pessoa para explorar um local pode colocar vidas em risco.

"É aí que o drone inspirado em morcego de Dieter nos ajudará, "Kumar disse.