Drones no resgate de vítimas de terremotos

Scaramuzza (foto) acredita que os pequenos e ágeis drones, que podem voar de forma autônoma através dos edifícios para mapear os danos e identificar os sobreviventes, podem ser de grande ajuda para as equipes de busca e resgate. Meinrad Schade

Davide Scaramuzza desenvolve drones de resgate, ou seja, aeronaves não tripuladas autônomas que utilizam câmeras e sensores em situações imprevisíveis de busca e salvamento. Ele conta à swissinfo.ch algumas das mais promissoras aplicações e riscos ligados aos drones autônomos.

Uma missão pessoal

Existem duas razões porque eu trabalho com drones autônomos. A primeira é pessoal: eu venho da região de Umbria, na Itália, que tem sido devastada por terremotos. Várias cidades medievais como o vilarejo de Amatrice foram destruídas nas últimas décadas. Felizmente, minha cidade natal não foi atingida, mas eu sempre quis desenvolver tecnologias robóticas que pudessem ajudar a salvar vidas.

A segunda razão é porque busca e salvamento é um dos problemas mais difíceis no campo da robótica: se você tem um drone que pode voar em ambientes tão complicados, entre escombros e outras coisas, você tem condições de resolver muitos outros problemas da robótica. Eu quero construir drones que são muito pequenos, que podem se comunicar entre si e podem, portanto, ser enviados dentro de um prédio para procurar por sobreviventes.

Davide Scaramuzza é professor de robótica e percepção no Departamento de Informática da Universidade de Zurique (UZH), e no Instituto de Neuroinformática da Escola Politécnica Federal de Zurique (ETH). Originário da Itália, ele obteve seu PhD em robótica e visão computacional na ETH de Zurqiue. Scaramuzza é co-fundador do Zurich Eye, um projeto dedicado ao desenvolvimento de soluções de navegação para robôs móveis, que em 2016 foi adquirido pelo Facebook-Oculus Suíça. swissinfo.ch

Em meu laboratório, nós estamos usando câmeras a bordo que permitem ao drone identificar espaços abertos, evitar obstáculos no caminho e elaborar um mapa do ambiente em que se encontra. Preparar um mapa é muito importante para as operações de salvamento porque depois de um terremoto os [mapas originais] podem, por exemplo, não ser mais utilizáveis. Você quer que o drone reconstrua um mapa tridimensional e com qualidade de foto real do ambiente e da localização das vítimas para que o pessoal de busca e salvamento possa planejar sua ação mais eficientemente.

Drones com olhos de águia

E se você quiser um drone que possa fazer coisas que são fáceis para animais, mas difíceis para robôs? Você precisa de olhos sobre-humanos, melhores do que os dos animais, e que superem três desafios. Você precisa de sensores que são super-rápidos, que não causem distorções óticas devido ao movimento e que tenham uma alta amplitude dinâmica, ou seja, que possam enxergar com baixa e alta luminosidade.

Eu tenho trabalhado nos últimos quatro anos em uma nova classe de câmeras chamadas “câmeras de evento”. Elas foram inventadas na minha universidadeLink externo em Zurique, e prometem resolver esses três problemas.  Câmeras de evento têm pixels inteligentes e cada vez que um pixel detecta uma mudança de intensidade, ele aciona um evento. O resultado não é uma imagem, mas sim informação correspondente a tudo que se move em uma cena. Pode-se dizer então que uma câmera de evento é um sensor de movimento.

Câmeras de evento são úteis para se evitar obstáculos. Elas podem detectar movimentos a uma taxa de um milhão de vezes por segundo, enquanto uma câmera comum consegue apenas até 100 detecções por segundo. Com baixa luminosidade, uma câmera comum nada pode enxergar, enquanto uma câmara de evento ainda pode ver texturas, o que permite ao drone navegar sem colisões. Em setembro do ano passado nós fizemos o primeiro voo de drone autônomoLink externo com uma câmera de evento [ver vídeo abaixo].

Isto é fantástico, e não apenas para aplicações com drones. Talvez você se lembre de que a primeira morte ocorrida há dois anos com um Tesla foi causada porque um caminhão branco ultrapassou o Tesla contra um fundo branco, e a câmera do carro não consegui distinguir um do outro. Usando esses novos tipos de câmeras, isso não seria mais um problema.

O tapete estampado e as caixas colocadas nesta sala na Universidade de Zurique ajudam Scaramuzza e seus colaboradores a testar a habilidade dos drones de mapear ambientes e evitar obstáculos. swissinfo.ch

Construindo um robô autônomo

Os drones comerciais de hoje dependem do GPS para navegar, o que funciona apenas ao ar livre. Quando se quer que o drone navegue dentro de um prédio, por exemplo na busca de sobreviventes, as autoridades encarregadas do salvamento têm que contar com navegação visual baseada no campo de visão (visual line-of-sight, VLOS). Isto significa que você tem que seguir o drone com seus olhos ou usar óculos de visão em primeira-pessoa (first-person view, FPV) que reproduzem o sinal de vídeo enviado pelo drone. O problema é que navegação VLOS não funciona em um prédio com muitas salas, sendo que além de um raio de 50 ou 100 metros você perderia a conexão FPV. Por todas essas razões, existe uma demanda por drones que possam operar autonomamente, além do raio de ação do VLOS e da comunicação sem fio.

Nós estamos trabalhando em meu laboratório com inteligência artificial (AI, artificial intelligence), que é uma nova forma de se programar robôs. Normalmente, para se programar um robô você tem basicamente que dizer a ele como se comportar em qualquer circunstância através de milhares de linhas de programas escritas.

Ao invés de se escrever um grupo de instruções que o robô deve seguir, as redes neurais artificiais desenvolvidas nos últimos anos mostram ao robô como resolver uma tarefa com base em exemplos. Por exemplo, você treina o robô para reconhecer uma abertura ao mostrar-lhe milhares e milhares de imagens, talvez até milhões de imagens de aberturas. Isto significa que o algoritmo seria capaz de operar com qualquer tipo de abertura, e não apenas aberturas retangulares.

País dos drones

A Suíça é o país dos drones. Nós temos cerca de 80 companhias de drones, 40 start-ups e um ecossistema muito favorável graças ao apoio da Fundação Nacional Suíça de Ciência e da Innosuisse, a agência suíça de inovação. Seu apoio à transferência de tecnologia no curso dos últimos dez anos trouxe a Suíça à ponta da pesquisa e da indústria de drones.

Existem barreiras regulatórias, é claro, mas eu diria que a Suíça também está na ponta [da regulamentação de drones] porque é um país pequeno e temos uma comunicação muito boa com a Agência Federal Suíça de Aviação, e eles são muito receptivos à novas aplicações. Já existem duas companhias na Suíça com licença para executar voos autônomos acima de pessoas e além do VLOS. Uma é a MeteomaticsLink externo, que usa drones de reconhecimento meteorológico no lugar de balões. A outra e a MatternetLink externo, que faz o último trecho de entregas.

A maior preocupação sobre os drones do ponto de vista do público é a privacidade. Mas se você armazena dados, quer a bordo ou em um servidor, então você deve se assegurar que dados privados como faces, números de placas de automóvel e números de casas sejam deletados.

Para ser franco, a mim me parece que as pessoas não se preocupam realmente com a segurança, e no entanto deveriam. Às vezes eu vejo pessoas fazendo jogging enquanto pilotos fazem voos rasantes com seus drones, mas os corredores parecem não se importar. Quando você chega muito perto de um drone que não tem os anéis de proteção em torno dos rotores, o que por sinal não é permitido, você poderia se machucar, em particular nos olhos. Talvez fosse uma boa ideia ter-se paraquedas ou até airbags.

Eu estive no encontro da Rede de Inovadores em DronesLink externo do World Economic Forum em junho e a Airbus disse em uma apresentação que por volta do ano 2035 haverão 2.000 drones voando sobre nossas cabeças em Zurique. Isto significa que nós precisaremos de um sistema de controle de tráfego aéreo muito preciso para evitar colisões. Nessa linha, a infraestrutura necessária precisa ser criada. 

O futuro do entretenimento?

Também estamos trabalhando em corridas de drones autônomos que, segundo nossa previsão, poderá ser uma forma de entretenimento no futuro. Existe uma comunidade desenvolvendo carros de corrida autônomos em um projeto patrocinado pela Intel e visa superar o melhor piloto humano em uma corrida com drones.

Isso realmente aborda desafios ainda abertos da robótica. Se você tiver sucesso com a tarefa dificílima de fazer um drone voar super rápido em um percurso e ainda vencer sobre um piloto humano, então você teria automaticamente condições de executar missões de busca e salvamento, especificamente em ambientes complexos. Isto é uma fonte de motivação para nós.

Aerial Futures: a fronteira dos drones

“Aerial Futures: the Drone FrontierLink externo” é uma série de eventos criados e geridos em Boston pela agência de cooperação científica suíça swissnex com o objetivo de explorar as mudanças na política e na sociedade que acompanham a crescente adoção e implementação de tecnologia profissional de drones. O dossiê de inovação (em inglês) da swissinfo.ch é publicado em colaboração com a swissnex de Boston e contém artigos sobre eventos e temas ligados à série Aerial Futures. Você pode seguir esta série na mídia social usando a hashtag #DroneFrontierLink externo.

Adaptação: Danilo v.Sperling