O Lightrunner F10 assimétrico da Skydio elimina pontos cegos

Os drones de Skydio sempre foram mágicos. Da pesquisa do MIT e dos primeiros protótipos ao que eu diria que ainda é o drone de consumo mais avançado já feito, esta é uma empresa que fabrica coisas muito legais. Infelizmente, a Skydio não faz mais coisas legais para os consumidores, concentrando-se em plataformas de drones para segurança pública, inspeção e outras coisas que, em um dia bom, não me afetam pessoalmente.

Mesmo assim, vale a pena prestar atenção a um novo drone da Skydio, especialmente quando é tão estranho quanto este – o F10 Lightrunner é um drone com câmera de asa fixa projetado para implantação autônoma e vôo em alta velocidade, ao mesmo tempo que parece tão torto que é surpreendente que ele possa realmente voar.

Os benefícios das aeronaves assimétricas

Há uma pequena toca de coelho que você pode descer se começar a procurar outros exemplos de aeronaves assimétricas. Na década de 1990, o lendário projetista de aeronaves Burt Rutan e sua empresa Scaled Composites construíram alguns aviões decididamente estranhos, incluindo o Modelo 202 Boomerang. Mas talvez a aeronave assimétrica mais famosa tenha sido o Blohm & Voss BV 141, um avião de reconhecimento da época da Segunda Guerra Mundial que apresentava um motor no meio ao lado de um compartimento da tripulação alarmantemente deslocado para a asa direita. O design exclusivo pretendia dar à tripulação a melhor visão possível para missões de reconhecimento, porque em uma aeronave monomotor típica, a tripulação fica logo atrás do motor, limitando a visibilidade frontal.

Quase 90 anos depois, o Skydio F10 está aplicando uma filosofia semelhante aos drones de reconhecimento de asa fixa, que normalmente rastreiam alvos voando em círculos ao seu redor. “Ao fazer curvas em baixas altitudes, torna-se muito difícil evitar obstruir uma câmera com uma asa ou cauda”, explica Andrew Goessling, diretor de engenharia da Skydio. “Estávamos analisando muitos desses casos de uso e um de nossos engenheiros simplesmente deixou escapar: 'E se colocarmos a câmera na ponta da asa?' E foi aí que tudo começou, porque desde que você vire à esquerda, muitos desses problemas simplesmente desaparecem.”

É claro que colocar a câmera na ponta da asa do F10 cria uma série de novos problemas, o principal deles é que a aeronave não está mais equilibrada. Não só a carga útil da câmera é bastante pesada em relação à massa total do drone, mas seu volume também cria maior arrasto. É por isso que a solução aparentemente simples de colocar outra coisa (como uma bateria) na outra ponta da asa para reequilibrar o drone não é prática, diz Goessling. “O problema é que a câmera representa uma parte substancial do arrasto total da aeronave, então colocar outra coisa na outra asa reduziria o tempo de voo quase pela metade.”

A carga útil da câmera montada na asa do F10 exigia asas assimétricas e posicionamento irregular do motor.Skydio

Goessling ressalta que não há nada inerentemente ruim sobre um design assimétrico como o F10; isso apenas torna a vida dos engenheiros um pouco mais difícil ou um pouco mais emocionante, dependendo da sua perspectiva. “Havia realmente dois desafios aqui: qual é o design ideal para uma aeronave com uma câmera na ponta da asa e, depois de ter o design, como você irá controlá-lo?”

Qualquer projeto de aeronave de asa fixa deve considerar três fatores: distribuição de massa, como o empuxo é distribuído entre os motores e como o formato e a localização das asas afetam a aerodinâmica da aeronave. Depois que a Skydio decidiu seus requisitos para o F10 – incluindo a câmera na ponta da asa, dois motores para permitir pairar controlável para decolagem e pouso, além de alta velocidade máxima e longo tempo de vôo – os engenheiros usaram uma abordagem de modelagem e otimização para explorar opções de design. A aeronave resultante compensa a carga útil da câmera montada na asa, estendendo apenas essa asa para fornecer mais sustentação naquele lado e reposicionando os motores assimetricamente para equilibrar o empuxo contra o arrasto adicional da câmera.

Manobrando com MegaDock

O MegaDock pode lançar, recuperar e recarregar de forma autônoma até cinco drones F10 usando um braço robótico para pegá-los no ar.Skydio

Um desafio adicional foi fazer com que o F10 fosse lançado e recuperado com um braço robótico, usando um sistema de armazenamento, carregamento e implantação chamado MegaDock. Isso exige que o drone faça a transição do voo pairado para o vôo para frente e depois vice-versa – um truque particularmente difícil para uma asa voadora sem superfícies de controle de cauda (partes móveis da asa usadas para dirigir a aeronave). O F10 usa controle preditivo de modelo (uma técnica de controle baseada em um modelo físico detalhado do robô) para realizar isso de forma autônoma, e uma única política de controle pode controlar o robô durante todo o seu envelope de voo, desde um voo estacionário até sua velocidade máxima de voo de 160 quilômetros por hora. Em outras palavras, não existe “modo pairar” ou “modo voo”, então o planejador da missão apenas diz ao drone onde ele precisa estar, e o drone saberá como chegar lá.

Em operação, o MegaDock da Skydio pode suportar até cinco F10s, permitindo operações de voo contínuas com três drones enquanto dois recarregam. Todo o sistema é totalmente autônomo, sendo necessários apenas humanos para controle de supervisão remota, comunicando-se com o F10 por meio de modems celulares 5G duplos. O tempo máximo de vôo é de 2 horas, e a aeronave está equipada com o mesmo tipo de configuração mágica de câmera para evitar obstáculos que os drones quadrotor da Skydio. Se algo der muito errado, um pára-quedas integrado na parte traseira do F10 será acionado, baixando o drone até o solo com suavidade suficiente para sobrevoar as pessoas com segurança.

Goessling é o primeiro a reconhecer que o F10 Lightrunner tem um design não convencional, mas está orgulhoso do que ele e sua equipe criaram como uma solução comercialmente viável para o problema de oclusão com outros drones de asa fixa. “Parece estranho e recebemos algumas resistências de algumas das partes menos técnicas da empresa”, diz Goessling. “Se houvesse maneiras menos malucas de fazer isso, nós as teríamos seguido. Mas temos os dados. Temos razões sólidas para cada decisão que tomamos. E o resultado no final valeu a pena.”