Engenheiros da Universidade da Virgínia Ocidental (WVU) desenvolveram um software de controle para um grupo de robôs aéreos que farão o levantamento da atmosfera de Vênus. Entre eles, está Guilherme Pereira, um pesquisador brasileiro doutor em ciência da computação pela Universidade Federal de Minas Gerais.

Segundo Pereira, Vênus passou por um processo de mudança climática que o transformou de um ambiente semelhante à Terra em um mundo inóspito. Por essa razão, estudar Vênus pode ajudar a modelar a evolução do clima na Terra e servir como uma referência para o que pode acontecer por aqui no futuro.

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Guilherme Pereira, pesquisador brasileiro doutor em ciência da computação pela Universidade Federal de Minas Gerais, é professor associado do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade da Virgínia Ocidental e um dos autores do projeto de software para robôs aéreos exploradores de Vênus. Imagem: West Virginia University

Pesquisa foi financiada por programa de incentivo científico da Nasa

Pereira e o cientista, astrônomo amador e fabricante de telescópios Yu Gu, ambos professores associados do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da WVU, esperam colaborar com essas descobertas. Para isso, desenvolveram um projeto que foi contemplado para receber aporte financeiro do NASA Established Program to Stimulate Competitive Research (ESPCor), um programa estabelecido pela agência espacial norte-americana para estimular a pesquisa competitiva.

“O principal objetivo do projeto é propor uma solução de software que permitirá aos robôs aéreos híbridos explorar a atmosfera de Vênus”, disse Pereira em um comunicado da WVU. “Embora veículos híbridos tenham sido propostos antes deste projeto, não temos conhecimento se algum software foi criado”.

Um exemplo de robô aéreo é a plataforma manobrável Venus Atmosphere, que é um dirigível híbrido que usa flutuabilidade e elevação aerodinâmica para controlar sua altitude.

Segundo o estudo de Pereira e Gu, o benefício de um robô aéreo híbrido é a capacidade de, durante o dia, se comportar como um avião, coletando e usando a energia do Sol para acionar seus motores e, à noite, flutuar como um balão para economizar energia.

Representação artística de uma missão a Vênus usando um veículo robótico baseado em balão para explorar a atmosfera superior do planeta. (Ilustração 3D). Imagem: Raymond Cassel – Shutterstock

“Uma das ideias do nosso projeto é estender a vida útil da bateria do veículo, planejando caminhos com eficiência energética, permitindo que ele voe durante a noite também”, disse Pereira. Atualmente, a vida útil dos robôs aéreos em altitude de cruzeiro é de, no máximo, um ano.

Software projetado para robôs aéreos de Vênus tem três funções principais

De acordo com o estudo, o software desenvolvido por Pereira e Gu terá três objetivos principais. O primeiro é criar um planador de movimento para os veículos, para que eles possam ser comandados para ir de sua posição atual para uma posição de objetivo especificada pela equipe de ciência da Nasa usando o mínimo de energia e aproveitando os ventos locais. 

Pereira explica que o planejador de movimento é um software que será executado no computador do robô aéreo. “O planejador de movimento será criado pela compreensão da dinâmica do robô, as propriedades de seus painéis solares e baterias e as propriedades da atmosfera de Vênus”, disse o cientista. “Com a dinâmica do veículo, o planejador só considerará movimentos que sejam viáveis para a aeronave, como empuxo vindo das hélices ou deflexões das superfícies de controle”.

Pereira disse que entender os painéis solares e as baterias é importante para dar conta de quanta carga o veículo tem para alimentar seus sistemas e qual é sua taxa de recarga de acordo com a intensidade solar. “A compreensão da atmosfera fornece aos robôs quantidades como direção e magnitude do vento, pressão, temperatura e intensidade solar”.

Com esses modelos, o planejador de movimento poderá calcular a melhor rota para o robô aéreo híbrido. “Estamos tentando chegar a uma estratégia de energia ideal”, disse Pereira. “Isso é importante porque o veículo estará orbitando a atmosfera de Vênus em cerca de quatro dias. Ele ficará exposto a longos períodos sem luz no lado escuro do planeta e precisa ter energia suficiente para sobreviver a esses períodos”.

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De acordo com Pereira, o planejador de movimento terá acesso à posição do robô na atmosfera de Vênus e ao local desejado para estudo do veículo. Ele também terá acesso a informações sobre a atmosfera entre essas duas posições.

“A partir da posição inicial, o planejador vai simular diferentes movimentos que o robô poderia fazer e associar os custos de cada um deles dependendo das quantidades mencionadas anteriormente”, disse o cientista. “Por exemplo, se o vento estiver soprando na mesma direção do movimento do veículo, isso seria menos custoso do que mover-se contra a direção do vento”. 

Pereira diz que, depois disso, o planejador de movimento continuará propagando os movimentos do robô com menor custo, “criando uma árvore de possibilidades até chegarmos ao nosso destino”.

O segundo objetivo deste projeto é localizar os robôs aéreos na atmosfera usando informações de outros veículos e mapas do planeta. Atualmente, não há GPS em Vênus, então a localização é difícil.

Essa abordagem de localização permitirá que vários robôs se percam menos como um grupo quando estiverem explorando Vênus. Os cientistas planejam usar diferentes tipos de mapas para localização.

“Estamos avaliando a possibilidade de usar mapas criados antes da missão, provavelmente um mapa topográfico de Vênus para ajudar os robôs a se localizar”, disse Gu.

Por último, o terceiro objetivo do projeto é coordenar os veículos para que tenham uma localização melhorada e uma melhor estimativa das condições atmosféricas. “A distribuição espacial dos robôs aéreos na atmosfera pode permitir que cada veículo tenha um melhor conhecimento do campo de vento 3D se cada um compartilhar o fluxo do vento em sua vizinhança”, declarou Pereira.

Junto com Pereira e Gu no projeto estão Bernardo Martinez Rocamora Jr. e Chizhao Yang, alunos de doutorado em engenharia aeroespacial e mecânica, e Anna Puigvert i Juan, estudante de mestrado em engenharia mecânica.

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