Actualmente vivemos numa era onde a evolu¸c˜ao tecnol´ogica cresce exponencialmente e onde surgem conceitos novos diariamente. Uma das tecnologias mais emergentes e com maior impacto nos ´ultimos anos ´e a comercializa¸c˜ao de Unmanned Aerial Vehicles (UAV), mais conhecidos como drones [2] [3] [4] . Estes drones surgiram inicialmente para fins militares, nos anos noventa nos Estados Unidos da Am´erica (EUA) [5]; contudo ganharam notoriedade e j´a come¸cam a fazer parte do uso civil de forma bastante relevante. Este facto veio contribuir para in´umeras aplica¸c˜oes civis, devido a serem vistos como objectos ´uteis em in´umeras manobras que poderiam colocar em risco a vida de um ser humano, proporcionando assim benef´ıcios na realiza¸c˜ao de certas tarefas tanto a n´ıvel de dificuldade operacional como a n´ıvel monet´ario.
Existem v´arios cen´arios de aplica¸c˜oes civis [6] onde os drones poder˜ao desempenhar um papel importante:
Investiga¸c˜ao
• Pesquisa meteorol´ogica
• Acidentes nucleares - monitoriza¸c˜ao, medi¸c˜ao da contamina¸c˜ao • Erup¸c˜oes vulcˆanicas - an´alise de nuvens de cinzas
• Silvicultura - acompanhamento do crescimento das ´arvores • Monitoriza¸c˜ao de oceanos e mares
Aplica¸c˜oes de protec¸c˜ao civil
• Aplica¸c˜oes policiais para a seguran¸ca civil • Combate a incˆendios florestais
• Vigilˆancia das fronteiras e da costa
• Vigilˆancia de grandes eventos desportivos ou sociais com elevado risco de confrontos f´ısicos
• Monitoriza¸c˜ao de cat´astrofes naturais Inspec¸c˜oes industriais
• Inspec¸c˜oes de oleodutos ou gasodutos • Inspec¸c˜oes de turbinas e´olicas ou pontes
• Inspec¸c˜oes de linhas de energia ou postes de alta tens˜ao
Capta¸c˜ao de v´ıdeo e fotografia, permitindo o registo de imagem para v´arios tipos de finalidades
• Eventos sociais p´ublicos ou particulares • Controlo de fronteira
• Apoio a´ereo no combate a incˆendios florestais • Monitoriza¸c˜ao de esp´ecies mar´ıtimas
Em suma, existe um grande leque de tarefas de dif´ıcil execu¸c˜ao onde os drones se revelam ser uma ferramenta preciosa.
2.2.1 Drones Aqu´aticos
Nos ´ultimos anos tem surgido uma nova gera¸c˜ao de drones aqu´aticos.
O Ziphius1´e o primeiro prot´otipo portuguˆes capaz de navegar sobre lagos, mar ou piscinas, controlado directamente por um telem´ovel ou tablet (iOS ou Android). Este drone tem um alcance de comunica¸c˜ao com os utilizadores de aproximadamente 90 metros. Possuiu uma cˆamara HD inclin´avel que permite ver tanto acima como abaixo da superf´ıcie, e transporta a bordo um Raspberry Pi 2.
O iBubble 3 ´e um prot´otipo francˆes projectado para facilitar a vida dos mergulhadores, uma vez que consegue submergir capturando fotos e v´ıdeos de diversos ˆangulos de forma aut´o- noma, o que permite que o mergulhador fique com as m˜aos livres para poder explorar o fundo do mar. Tudo o que for gravado pode ser reproduzido num telem´ovel ou tablet via Wi-Fi ou Bluetooth. O mergulhador possui ainda uma pulseira de controlo com algumas funciona- lidades: possibilidade de controlar manualmente os movimentos da cˆamara; iniciar/parar a grava¸c˜ao de v´ıdeos e a possibilidade de chamar o drone para perto do mergulhador.
1http://myziphius.com/ 2
https://www.raspberrypi.org/
Figura 2.1: Ziphius 1
Figura 2.2: iBubble 3
Existem muitos outros drones aqu´aticos, tais como, Aquabotix 4 e Trident 5, que tˆem diversas caracter´ısticas em comum com os primeiros. Para al´em de terem um custo bastante elevado, s˜ao mais direccionados para entretenimento e o seu software n˜ao ´e open source, apre- sentando tamb´em algumas limita¸c˜oes de comunica¸c˜ao, uma vez que n˜ao comunicam entre si e apenas comunicam com telem´oveis ou tablets, n˜ao conseguindo agir de forma aut´onoma.
Os drones aqu´aticos tˆem sido estudados para um grande leque de aplica¸c˜oes: monito- riza¸c˜ao ambiental [7], geologia [8], arqueologia [9], hidrografia [10], defesa [11] e seguran¸ca mar´ıtima [12]. Nos ´ultimos anos foram realizados investimentos p´ublicos e privados impor- tantes na ´area dos drones aqu´aticos [13] [14]. O foco principal tem sido em sistemas de um ´
unico robˆo com um grau elevado de complexidade de hardware e software. Embora estes sistemas tenham sido aplicados a uma variedade de cen´arios e tenham provado ser comer- cialmente vi´aveis, tˆem custos elevados, limitados em termos das tarefas que podem realizar (por exemplo, monitoriza¸c˜ao de grandes ´areas) e requerem uma comunica¸c˜ao constante entre a esta¸c˜ao base e os drones.
4
http://www.aquabotix.com/
De forma a combater estas limita¸c˜oes, os autores de [15] [16] [17] prop˜oem um sistema de drones aqu´aticos de larga escala, compostos por drones simples, de baixo custo e com um controlo descentralizado, sendo capazes de tomar decis˜oes de forma aut´onoma nas mais diversas tarefas mar´ıtimas. A Figura 2.3 apresentada seis drones. Para a comunica¸c˜ao entre os drones ´e proposta a utiliza¸c˜ao de uma rede sem fios ad-hoc baseada em IEEE 802.11g (Wi-Fi) onde toda a informa¸c˜ao ´e enviada em broadcast, ou seja, n˜ao tem qualquer tipo de inteligˆencia. Foram tamb´em testadas em [18] outras tecnologias de comunica¸c˜ao de baixo alcance, XBee 6 e de longo alcance, LongRange(LoRa)T M 7, para futuramente ser implementada uma rede heterog´enea entre os drones. Um ponto importante que ser´a abordado neste trabalho ´e a comunica¸c˜ao entre a camada de rede e o controlo do drone, de forma a este poder tomar decis˜oes com base nas informa¸c˜oes da rede, o que ainda n˜ao acontece.
Figura 2.3: Seis drones aqu´aticos [17]