UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA CLÁUDIO STECKER DE CASTRO
DISPLAYS ELETRÔNICOS EM AERONAVES DE PEQUENO PORTE
Palhoça 2019
CLÁUDIO STECKER DE CASTRO
DISPLAYS ELETRÔNICOS EM AERONAVES DE PEQUENO PORTE
Monografia apresentada ao Curso de graduação em Ciências Aeronáuticas, da Universidade do Sul de Santa Catarina, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel.
Orientador: Prof. Joel Irineu Lohn, MSc.
Palhoça 2019
CLÁUDIO STECKER DE CASTRO
DISPLAYS ELETRÔNICOS EM AERONAVES DE PEQUENO PORTE
Esta monografia foi julgada adequada à obtenção do título de Bacharel em Ciências Aeronáuticas e aprovada em sua forma final pelo Curso de Ciências Aeronáuticas, da Universidade do Sul de Santa Catarina.
Palhoça, 10 de outubro de 2019
__________________________________________ Orientador: Prof. Joel Irineu Lohn, MSc.
__________________________________________ Avaliador: Profª. Patrícia da Silva Meneghrl, Drª.
Há um ditado que ensina o gênio é uma grande paciência; sem pretender ser gênio, teimei em ser um grande paciente. As invenções são, sobretudo, o resultado de um trabalho teimoso, em que não deve haver lugar para o esmorecimento. (SANTOS DUMONT,
RESUMO
Esta pesquisa tem como objetivo geral analisar a utilização de sistemas glass cockpit em aeronaves de pequeno porte no que diz respeito a questão de segurança operacional. Para desenvolvimento da pesquisa proposta foi realizada uma pesquisa bibliográfica e documental, buscando a partir de livros, artigos, documentos oficiais, legislação e normas o embasamento necessário para desenvolvimento do estudo realizado. A presente pesquisa assume natureza qualitativa e se classifica como descritivo quanto aos fins e bibliográfica e documental quanto aos meios. Para desenvolvimento do estudo foram considerados livros da área de Ciências Aeronáuticas, buscando embasamento necessário para entendimento sobre o uso de tecnologias para segurança operacional em aviões de pequeno porte. Foram utilizado como base de pesquisa documentos oficiais, os quais: Documentos do Centro de Investigação e Prevenção de Acidentes Aeronáuticos (CENIPA); Documentos da Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC); Reportagens sobre os painéis digitais (Glass Cockpit), on-line, revistas, documentários, etc.; Documentos do National Trasnportation Safety Board (NTSB); e Documento da Federal Aviation Administration (FAA). Para análise dos dados coletados durante a pesquisa foi utilizada a análise de conteúdo. Ao finalizar a pesquisa, conclui-se que embora a introdução de glass cockpits tenha resultado em aviação mais segura em geral, há algumas coisas que os pilotos precisam estar cientes. Isso geralmente pode ser superado com a consciência dos problemas e também com a tentativa ativa de manter a consciência situacional. Pode-se concluir que certamente se tornarão um padrão em pequenas aeronaves e, apesar de seu potencial para aumentar a segurança, ó treinamento específico do piloto para sua operação é fator fundamental para que se possa usufruir dessa segurança.
ABSTRACT
This research aims to analyze the use of glass cockpit systems in small aircraft with regard to operational safety issues. For the development of the proposed research, a bibliographic and documentary research was carried out, searching from books, articles, official documents, legislation and norms the necessary basis for the development of the study. This research is qualitative in nature and is classified as descriptive as to its ends and as bibliographic and documentary as to its means. For the development of the study were considered books of the Aeronautical Sciences area, seeking the necessary background for understanding about the use of technologies for operational safety in small aircraft. Official research documents were used, such as: Documents from the Center for Investigation and Prevention of Aeronautical Accidents (CENIPA); Documents of the National Civil Aviation Agency (ANAC); Reports about digital panels (Glass Cockpit), online, magazines, documentaries, etc .; National Trasnportation Safety Board (NTSB) documents; and Federal Aviation Administration (FAA) document. For analysis of the data collected during the research the content analysis was used. In concluding the research, it is concluded that although the introduction of glass cockpits has resulted in safer aviation overall, there are some things pilots need to be aware of. This can usually be overcome with awareness of problems and also with the active attempt to maintain situational awareness. It can be concluded that they will certainly become a standard in small aircraft and, despite their potential for increased safety, pilot-specific training for their operation is a key factor in ensuring this safety.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1. Instrumento analógico velocímetro ... 33
Figura 2. Instrumento analógico altímetro ... 33
Figura 3. Instrumento analógico variômetro ... 34
Figura 4. Instrumento analógico HSI ... 34
Figura 5. Instrumento analógico RMI ... 35
Figura 6. Instrumento analógico Bússola ... 35
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
FAA Federal Aviation Administration
ADC Air Data Computer
AHRS Attitude and Heading Reference Systems
CENIPA Centro de Investigação e Prevenção de Acidentes Aeronáuticos
CFIT Controlled Flight Into Terrain
UX Design da Experiência do Usuário
ANAC Agência Nacional de Aviação Civil
NTSB National Trasnportation Safety Board
HSI Horizontal Situation Indicator
IA Inteligência Artificial
IHC Interação Humano-Computador
MFD Multifunction Display
PFD Primary Flight Display
PSOE-ANAC Programa de Segurança Operacional Específico da Agência
RMI Radio Magnetic Indicator
RT Cathode Ray Tube
GPS Sistemas de Posicionamento Global
ASI Speed Indicator
TAA Technologically Advanced Aircraft
LVDT Transformador Diferencial de Variável Linear
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 9 1.1 PROBLEMA DA PESQUISA ... 12 1.2 OBJETIVOS ... 12 1.2.1 Objetivo Geral ... 12 1.2.2 Objetivos Específicos ... 12 1.3 JUSTIFICATIVA ... 13 1.4 METODOLOGIA ... 14
1.4.1 Natureza da pesquisa e tipo de pesquisa ... 14
1.4.2 Materiais e métodos ... 15
1.4.3 Procedimentos de coleta de dados ... 15
1.4.4 Procedimentos de análise dos dados ... 16
1.5 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO ... 16 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 17 2.1 SISTEMAS INTELIGENTES ... 17 2.2 TRANSDUTORES E SENSORES ... 19 2.2.1 Transdutores ... 19 2.2.2 Sensores ... 23 2.3 INTERAÇÃO HUMANO-COMPUTADOR ... 26
2.4 SEGURANÇA OPERACIONAL DOS VOOS ... 29
3 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ... 32
3.1 OS INSTRUMENTOS ANALÓGICOS NOS PAINEIS ... 32
3.2 OS PAINÉIS DIGITAIS ... 36
3.3 GLASS COCKPIT NA SEGURANÇA OPERACIONAL EM VOOS DE AERONAVES DE PEQUENO PORTE ... 37
4 CONCLUSÃO ... 41
1 INTRODUÇÃO
Os avanços tecnológicos são consequências da natureza do ser humano de sempre querer evoluir, estamos sempre em busca de processos e ferramentas mais seguras, confortáveis e eficientes no nosso dia-a-dia. E com aviões, essa ‘’vontade de evoluir’’ é ainda mais expressiva, sendo responsável por avanços significativos nas tecnologias de voo que englobam desde a parte mecânica e elétrica (como motores, freios, sensores, painéis, etc.), até aspectos de design, que influenciam a aerodinâmica e eficiência energética da aeronave. Para se ter uma ideia da importância da tecnologia na aviação, dados coletados desde a década de 60 (que serão mostrados durante a apresentação deste trabalho) mostram que, em mais de 80% dos casos de acidentes com aeronaves, as causas estavam relacionadas à negligência do piloto e/ou erros mecânicos, como erros de navegação, informações incompletas (ou erradas) e procedimentos inadequados de voo.
Desde o início da aviação nossas aeronaves recebem constantemente tecnologias e mudanças que sempre tendem a melhorar a eficiência e segurança das operações ao redor do mundo, com o objetivo de reduzir cada vez mais ou até eliminar ocorrências, incidentes, e acidentes aeronáuticos que infelizmente ainda acontecem. Se compararmos com a aviação moderna, além dos pilotos, também tínhamos à bordo o navegador, responsável pelo rumo, rota a ser voada, onde as aeronaves eram guiadas pela navegação astronômica, ou navegação celestial, a arte de manter um curso ou rota pretendidos, usando como pontos de referencia o sol, as estrelas e os planetas. (VIAÇÃO AÉREA RIO-GRANDENSE, 1972). Ainda havia os engenheiros aeronáuticos que cuidavam dos sistemas dos aviões, além de que os instrumentos à bordo eram praticamente todos analógicos, onde a medição é realizada a partir do posicionamento de um ponteiro que se move sobre uma escala fixa, o que aumenta bastante a carga de trabalho da tripulação, podendo até reduzir a consciência situacional caso a interpretação através dos instrumentos seja equivocada.
No começo dos anos 1970 e com o desenvolvimento incansável da tecnologia, as aeronaves passaram a receber sistemas mais modernos tais como automações e sistemas eletrônicos. No campo da aviação militar os aviões já apareciam equipados com telas que mostravam tanto parâmetros de voo como dos sistemas das aeronaves, que pouco tempo depois foram adaptados para a aviação regular com a chegada dos chamados glass cockpit. Os projetos desenvolvidos no final da década de 70 contavam com alguns novos conceitos, como o AHRS (Attitude and Heading Reference Systems) e o ADC (Air Data Computer), assim como os antigos mostradores analógicos trocavam de lugar com as telas CRT (Cathode Ray
Tube). Inicialmente essa tecnologia permitiu simplificar processos operacionais, uma vez que parte do serviço passou a ser realizado através de computadores, além de colaborar bastante com a consciência situacional da tripulação ao exibir dados de forma clara, em especial os de navegação (UBIRATAN; EDMUNDO, 2014).
Diante desse cenário, com tecnologia voltada para elevar a segurança e eficiência, o voo passou a ser considerado mais um ato de gerenciamento de sistemas do que um processo manual (AOPA, 2007). Percebe-se, então, que houve notória diminuição na utilização das habilidades motoras e considerável aumento das habilidades cognitivas na realização de operações aéreas (HOLLNAGEL; WOODS, 2005).
Em termos gerais, aeronaves com grande quantidade de instrumentos digitais e computacionais utilizados para gerenciar os diversos sistemas, bem como interagir com as diversas variáveis do tráfego aéreo, são denominadas Technologically Advanced Aircraft (TAA) (FAA, 2003). Toda essa avançada instrumentação na cabine é apresentada na forma de telas digitais que facilitam a interação do piloto com os diversos sistemas da aeronave, modelos como os Airbus A300 e A310, os Boeing 757 e 767 e o McDonnel Douglas MD-80 receberam as ‘’cabines de vidro’’. Porém, os instrumentos ‘’relógios’’ (sistemas analógicos) continuavam presentes, e ainda continuam até hoje em algumas aeronaves de pequeno porte (principalmente em escolas de aviação), sobretudo diante da falta de confiabilidade nos novos recursos, e, ainda mais importante, da inexistência de uma integração entre os diversos computadores e sistemas (UBIRATAN; EDMUNDO, 2014).
Na segunda metade da década de 90, com o avanço da eletrônica, que passaria a ser responsável por boa parte das inovações, a aviação comercial buscava se tornar mais eficiente, reduzindo consideravelmente os custos, enquanto projetos militares passavam a sofrer com cortes no orçamento, em função da Guerra Fria. Se antes as inovações eram oriundas especialmente de programas militares e espaciais, a partir daquele momento, os fabricantes privados de processadores, televisores, telefonia e softwares se tornavam o berço de novidades cada vez mais poderosas. Não demorou muito para que projetos comerciais se tornassem mais modernos do que programas militares complexos. Os computadores pessoais passaram a ter mais poder de processamento do que sistemas militares inteiros. Isso levou a indústria aeronáutica a um novo cenário, a integração de sistemas. As mudanças permitiriam não apenas reduzir custos, como também aumentar a segurança ao tornar as cabines mais simples. Entre 2000 e 2010, as cabines de aeronaves executivas deixaram de contar com pequenos mostradores digitais para serem completamente integradas em complexas suítes de aviônica (UBIRATAN; EDMUNDO, 2014).
Os displays eletrônicos (glass cockpit) começaram a ser empregados na aviação para, inicialmente, reduzir os constantes erros humanos nas operações aéreas, e para facilitar as tarefas dos tripulantes, haja vista que 65% a 80% das ocorrências no meio aeronáutico são atribuídos, em parte, ou totalmente, ao erro humano (BILLINGS, 1997). Desta forma, devido a consideráveis mudanças nas técnicas de pilotagem, o crescente uso de sistemas Glass cockpit impacta diretamente na interação Homem/Meio/Máquina, uma vez que a maioria dos instrumentos analógicos são trocados por painéis digitais (eletrônicos), fator responsável pela modificação de operação sistêmica e por novas demandas de competência por parte dos pilotos (BHANA, 2010).
Os painéis digitais eram exclusividade de aeronaves comerciais ou executivas até pouco tempo atrás, essa realidade começou a mudar com o advento do acesso às novas tecnologias com elevado grau de aprimoramento. Atualmente, os painéis digitais já estão presente em algumas aeronaves de pequeno porte, embora ainda gere desconfianças em experientes pilotos e não seja completamente compreendido por alguns aviadores. Os sistemas glass cockpit representam um salto em termos tecnológicos.
A performance e a pilotagem da aeronave não apresentam nenhuma diferença se equipado com painel analógico ou com painel digital (que além de deixar o painel visualmente mais limpo, torna a aeronave mais leve), a única mudança está na melhora da consciência situacional do piloto, que a partir desse sistema tecnológico passa a receber de forma clara e imediata todos os dados do voo, assim como uma série de novos dados, como meteorologia, tráfego, terreno sobrevoado, entre outros.
Qualquer piloto experiente ou iniciante nos estudos aeronáuticos, em um primeiro momento se intimidam pela quantidade de botões e informações exibidas por estes painéis digitais, contudo, os controles do sistema foram criados para simplificar a operação e reduzir a carga de trabalho, a disposição das informações e a interação com a aviônica tornam o processo de adaptação muito simples. Segundo instrutores de voo da EJ Escola de Aviação em entrevista a revista Aeromagazine (2012): ‘’Com dedicação, um aluno consegue aprender o funcionamento do glass cockpit com 5 horas de simulador, o aluno só tem que se dedicar e estudar os manuais’’.
Assim apresenta-se nos tópicos seguintes problema e objetivos dessa pesquisa, bem como, relevância do estudo e método da pesquisa.
1.1 PROBLEMA DA PESQUISA
A utilização de sistemas Glass cockpit em aeronaves de pequeno porte no que diz respeito à questão de Segurança Operacional, apresenta vantagens operacionais e de segurança?
1.2 OBJETIVOS
Nesta seção são apresentados os objetivos desta pesquisa, apresentando o objetivo geral e aqueles considerados como específicos, ou seja, que se fazem de fundamental importância para alcance deste primeiro.
1.2.1 Objetivo Geral
Analisar a utilização de sistemas glass cockpit em aeronaves de pequeno porte no que diz respeito a questão de segurança operacional.
1.2.2 Objetivos Específicos
- Apresentar aspectos históricos relacionados ao a utilização do sistema glass cockpit; - Identificar os principais componentes dos sistemas glass cockpit;
- Analisar os motivos para o emprego de sistemas de painéis digitais em aeronaves de pequeno porte;
- Analisar as possíveis vantagens e desvantagens relacionados a utilização do sistema glass cockpit.
1.3 JUSTIFICATIVA
A partir de estudos da FAA (Federal Aviation Administration), a incidência de acidentes envolvendo as chamadas TAA é significativamente maior do que com os aviões convencionais. A principal causa é a falta de treinamento adequado para a nova tecnologia. Pilotos da aviação geral passam a voar aviões com painéis digitais sem passar por um curso homologado, muitos aprendem usando o sistema ou recebendo instruções formais de algum outro piloto. Embora a dinâmica do voo permaneça inalterada, o glass cockpit exige que o piloto saiba um pouco mais do que tenha o ‘’feeling’’ do voo, mais conhecido como ‘’pé e mão’’, especialmente por oferecer uma série de recursos adicionais. Ter conhecimento e uma ótima familiarização com a nova tecnologia terá como consequência uma consciência situacional consideravelmente aumentada dentro da cabine (UBIRATAN; EDMUNDO, 2012).
Tendo por base manuais, relatórios finais de acidentes, artigos e textos publicados por entendedores do meio aeronáutico, torna-se possível analisar o resultado geral da introdução dos displays eletrônicos (glass cockpit) em aeronaves e seus sistemas no que diz respeito a segurança operacional.
Dessa forma, trata-se de um estudo de relevância profissional, considerando que traz contribuições para entendimento dos benefícios que esse sistema agrega à segurança operacional da aviação geral, destacando-se a integridade do piloto e dos passageiros e da aeronave. Além disso, deve-se mencionar a segurança social, tendo em vista que as aeronaves de pequeno porte são as que mais se envolvem em acidentes no Brasil, de acordo com dados do Centro de Investigação e Prevenção de Acidentes Aeronáuticos (CENIPA) entre 2008 e 2017 foram registrado 636 acidentes envolvendo essas aeronaves, verificando-se que 17% foram por perda do controle em voo e 12% por perda do controle em solo, dessa forma, verifica-se que o erro humano é uma das principais problemáticas relacionadas ao assunto, com o uso de glass cockpit podendo auxiliar na redução desses índices. Portanto, o presente estudo resta justificado.
1.4 METODOLOGIA
Para desenvolvimento da pesquisa proposta foi realizada uma pesquisa bibliográfica e documental, buscando a partir de livros, artigos, documentos oficiais, legislação e normas o embasamento necessário para desenvolvimento do estudo realizado. Nos tópicos a seguir detalha-se sobre a natureza e tipo da pesquisa, os materiais e métodos, bem como descreve-se sobre os procedimentos de coleta de análise dos dados.
1.4.1 Natureza da pesquisa e tipo de pesquisa
A presente pesquisa assume natureza qualitativa, na qual a análise de dados é indutiva e caracteriza os pesquisadores como criadores de seus próprios padrões, categorias e temas de baixo para cima, organizando os dados em unidades de informação cada vez mais abstratas.
As pesquisas qualitativas consideradas não apenas como um conjunto de técnicas ou métodos qualitativos, mas como um modo de se fazer ciência e de se considerar a produção do conhecimento. A produção de conhecimento na metodologia qualitativa mostra a possibilidade de resgatar a unidade e a complexidade do objeto humano, como também revela a impossibilidade de congelar esse cenário. Os resultados das interpretações ou descrições devem retratar a experiência das pessoas de forma fiel, de tal modo que os participantes se reconheçam neles (MARCONI; LAKATOS, 2006).
Considerando a taxonomia de Vergara (2005) a pesquisa aqui realizada se classifica como descritivo quanto aos fins e bibliográfica e documental quanto aos meios. O estudo descritivo permitiu que o estudo fosse descrito aos leitores de acordo com o que foi encontrado a partir da pesquisa.
Segundo Gil (2007, p. 44) a pesquisa bibliográfica é desenvolvida a partir de material já elaborado, constituído principalmente de livros e artigos científicos; já a pesquisa documental assemelha-se muito a pesquisa bibliográfica, a diferença essencial entre elas esta na natureza das fontes, a pesquisa documental vale-se de materiais que não recebem ainda um tratamento analítico.
Quanto aos objetivos do trabalho, trata-se de uma pesquisa exploratória e Descritiva. De acordo com Gil (2007) a pesquisa exploratória proporciona maior familiaridade com o problema, tendo em vista torná-lo mais explícito. A descritiva tem como principal objetivo a descrição das características de determinadas populações ou fenômenos. Assim, através da metodologia citada, pretende-se chegar à resposta do problema levantado, bem como atingir os objetivos traçados.
Assim, foi feita uma pesquisa bibliográfica, considerando-se que a partir das pesquisas e documentos já existentes será possível evoluir com mais qualidade e eficiência no estudo aqui proposto. Foi tomado como base o que outros autores escreveram, podendo-se compreender diferentes pontos de vistas sobre o assunto, direcionando o estudo no melhor caminho para tornar a pesquisa confiável.
1.4.2 Materiais e métodos
Para desenvolvimento do estudo foram considerados livros da área de Ciências Aeronáuticas, buscando embasamento necessário para entendimento sobre o uso de tecnologias para segurança operacional em aviões de pequeno porte. Foram utilizado como base de pesquisa documentos oficiais, os quais: Documentos do Centro de Investigação e Prevenção de Acidentes Aeronáuticos (CENIPA); Documentos da Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC); Reportagens sobre os painéis digitais (Glass Cockpit), on-line, revistas, documentários, etc.; Documentos do National Trasnportation Safety Board (NTSB); e Documento da Federal Aviation Administration (FAA).
1.4.3 Procedimentos de coleta de dados
Os dados foram coletados em visita aos sites das organizações relacionadas à aviação, destacando-se a CENIPA, ANAC, NTSB e FAA, buscando-se publicações dos últimos 5 anos, com vistas a trabalhar com materiais atualizados. Entende-se que ao tratar sobre tecnologia faz-se necessário trabalhar com pesquisas atuais dada a alta velocidade de atualização e mudanças nos equipamentos, assim, para tratar sobre o assunto foram considerados documentos de 2014 a 2019.
Os livros e artigos foram buscados em bases de dados de Ciências Aeronáuticas e de Tecnologias, destacando-se o uso do Google Acadêmico como base de pesquisa, bem
como a necessidade de checar referências bibliográficas de trabalhos semelhantes para identificar os principais autores utilizados, selecionando-os para fazer parte desta pesquisa.
1.4.4 Procedimentos de análise dos dados
Para análise dos dados coletados durante a pesquisa foi utilizada a análise de conteúdo proposta por Bardin (2009) que afirma que “a análise de conteúdo é uma técnica de investigação que tem por finalidade a descrição objetiva, sistemática e quantitativa do conteúdo manifesto da comunicação” (p. 18). A análise de conteúdo tem sido muito utilizada nas ciências humanas e sociais e é considerada como um método mais comum em pesquisas qualitativas porque busca estabelecer interpretações mais definitivas entre as hipóteses formuladas pelo pesquisador e as intuições que surgem ao longo do processo.
1.5 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
Para melhor entendimento sobre a pesquisa realizada, o presente trabalho foi estruturado em cinco capítulos, sendo que o primeiro consiste nesta introdução, que traz as diretrizes seguidas durante o estudo realizado. O segundo capítulo traz uma abordagem introdutória, buscando uma compreensão sobre o avanço das tecnologias no contexto da aviação, considerando para tanto os sistemas inteligentes, a presença de sensores e transdutores. E, finalizando o capítulo, faz-se um estudo sobre a interação homem/máquina.
O terceiro capítulo adentrando mais no tema traz uma abordagem sobre a segurança operacional em voos, buscando situar o assunto tratado. Enquanto o quarto capítulo traz o tema central desta pesquisa, o uso de Glass cockpit e os impactos na segurança operacional em voos de pequenas aeronaves. Por fim, o quinto capítulo traz a conclusão a que se chegou ao final do estudo realizado.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Nesta seção o estudo proposto é introduzido ao fazermos uma análise sobre a evolução tecnologia e sua aplicação no setor de aviação, considerando seus conceitos e diferentes campos de aplicação até a abordagem sobre a interação humano-máquina, acreditando-se que, a partir disso, é possível ter o conhecimento sobre o assunto introduzido.
2.1 SISTEMAS INTELIGENTES
A evolução tecnológica tem sido muito importante nos últimos anos e nela os sistemas inteligentes têm se apresentado como uma das disciplinas de maior impacto, visto que seus sistemas virtuais permitem prever a dinâmica do estado saudável e patológico de um indivíduo e encontrar soluções para os problemas virtuais que podem ser aplicadas aos problemas reais de saúde e, assim, fechar o ciclo do conhecimento do real para o virtual para prever a realidade futura.
O conceito de sistemas inteligentes foi apresentado por Anokhin (1989) como um conjunto de meios técnicos combinados por processo informacional e interagindo com uma pessoa (ou grupo de pessoas) ou trabalhando independentemente, que é capaz de tomar uma decisão baseando-se em informação, conhecimento e incentivo para produzir um objetivo e encontrar uma maneira racional de atingir um objetivo. Estes sistemas são capazes de resolver problemas que têm padrões imprecisos ou dados que contém informações incompletas e ruidosas com um grande número de variáveis.
De acordo com Davenport (2012) o grande diferencial competitivo em análise de dados está nos dados não-estruturados, ou seja, aqueles que não estão organizados em tabelas e em colunas de um banco de dados, o autor exemplifica afirmando que o Google processa diariamente cerca de 24 mil terabytes de dados, sendo armazenados por bancos de dados comuns, apenas uma quantidade ínfima desses dados.
Trata-se de sistemas de controle automático que se comportam de forma inteligente, que inclui Inteligência Artificial (IA) com sistemas que buscam aproximar-se da inteligência humana. De acordo com Rezende (2003), os sistemas inteligentes se comportam
de forma bem diferentes dos sistemas tradicionais, visto que podem manipular símbolos que representam entidades do mundo real, trabalhando de forma eficaz com o conhecimento, alguns deles parecem aprender as preferências de seus usuários, facilitando o seu dia a dia a cada uso, auto-organizando-se para seu melhor funcionamento. Essa auto-organização de sistemas inteligentes é uma das características que tem sido mais aproveitadas no campo da Biofísica.
Destaca-se na modelagem desses sistemas a modelagem física baseada na teoria da similaridade e na análise dimensional. As condições requeridas são semelhança geométrica (semelhança de forma) e semelhança física entre o modelo e o original: em momentos semelhantes e pontos similares no espaço, os valores das variáveis que descrevem os fenômenos de escala completa devem ser proporcionais aos valores do modelo. Mesmas quantidades para o modelo (SOUZA, 2009).
Um tipo especial de modelagem física é baseado no uso de aparelhos especiais que combinam um modelo físico com instrumentos em escala real. Inclui bancadas para testes de máquinas e instrumentos de ajuste, treinadores para treinamento de pessoal, ensinando-os a controlar sistemas ou objetos complicados, e simuladores que são usados para estudar vários processos sob condições que diferem daquelas normalmente encontradas na Terra, vácuo, a pressões muito altas ou durante sobrecargas (RAMALHO, 2009)
A modelagem física tem inúmeras aplicações, tanto em pesquisa quanto na solução de um grande número de problemas práticos em vários campos da tecnologia. É usado extensivamente em engenharia estrutural para determinar tensões de fadiga, falhas de serviço, e as frequências e formas de vibrações livres, e para proteção contra vibração e estabilidade sísmica de vários projetos; em hidráulica e engenharia hidráulica para determinar as características estruturais e de serviço de várias obras de engenharia hidráulica e as condições de escoamento em solos e para modelar correntes de rios, ondas e o fluxo e refluxo de marés; na aviação, foguetes e tecnologia espacial para determinar as características de aeronaves e espaçonaves e seus motores e os efeitos de força e térmicos do meio.
Ressalta-se que para operação desses tipos de sistemas faz-se necessária a integração de transdutores, sensores e conversores, o quais estão detalhados no tópico a seguir com vistas ao melhor entendimento sobre o assunto tratado.
2.2 TRANSDUTORES E SENSORES
Nesta etapa são descritos transdutores, sensores e conversores. De acordo com Gabbi et al (2017), com a constante evolução tecnológica que marca os tempos atuais, a indústria eletromecânica tem apresentado dispositivos e equipamentos cada vez mais precisos e eficientes. Essa precisão e eficiência podem ser remetidas ao uso de sensores, destacando-se os piezoresistivos, que se configuram como aqueles que são capazes de alterar a resistência elétrica de um material quando sobre ele é aplicada uma determinada tensão mecânica.
O uso de sensores piezoresistivos tem se apresentado como uma das primeiras escolhas da indústria eletromecânica, áreas biomédicas, agricultura dada a sua durabilidade, facilidade de construção e menor custo (GABBI et al, 2017; SILVA et al, 2017). Nesse sentido, nos tópicos a seguir busca-se melhor embasamento teórico sobre o assunto.
2.2.1 Transdutores
Um transdutor é um dispositivo que converte energia de uma forma para outra. Os transdutores são frequentemente empregados nos limites dos sistemas de automação, medição e controle, onde os sinais elétricos são convertidos para e de outras grandezas físicas (energia, força, torque, luz, movimento, posição, etc.). O processo de converter uma forma de energia em outra é conhecido como transdução (THEBAS, 2009).
Transdutores de som são destacados na literatura, sendo o som o nome generalizado dado a "ondas acústicas". Estas ondas acústicas têm frequências que variam de apenas 1Hz a muitas dezenas de milhares de Hertz, com o limite superior da audiência humana em torno da faixa de 20kHz (20,000Hz).
O som que ouvimos é composto de vibrações mecânicas produzidas por um transdutor de som áudio usado para gerar as ondas acústicas e para que o som seja "ouvido" requer um meio para transmissão através do ar, um líquido ou um sólido (BALBINOT; BRUSAMARELLO, 2007).
Além disso, o som real não precisa ser uma onda sonora de frequência contínua, como um tom único ou uma nota musical, mas pode ser uma onda acústica feita a partir de uma vibração mecânica, ruído ou mesmo um único pulso de som, como um "bang" (THEBAS, 2009).
Os transdutores de som de áudio incluem os sensores de entrada, que convertem som em sinal elétrico, como um microfone, e atuadores de saída que convertem os sinais elétricos de volta para o som, como um alto-falante (CARDOSO, 2015).
Tende-se a pensar em som, como apenas existente na faixa de frequências detectadas pela orelha humana, de 20Hz a 20kHz (uma resposta típica de frequência de alto-falante), mas o som também pode ultrapassar esses intervalos.
Os transdutores de som também podem detectar e transmitir ondas de som e vibrações de frequências muito baixas, chamadas infrassom até frequências muito altas, chamadas de ultra-som. Mas, para que um transdutor de som detecte ou produza "som", primeiro precisamos entender o som (CARDOSO, 2015).
O som é pode ser descrito como uma forma de onda de energia que é produzida por alguma forma de vibração mecânica, que possui uma "frequência" determinada pela origem do som, como por exemplo, um bumbo tem um som de baixa frequência, enquanto o prato tem um som de frequência mais alta (NADER, 2014).
Uma forma de onda sonora tem as mesmas características que a de uma forma de onda elétrica que são Wavelength ( λ ), Frequency ( ƒ ) e Velocity ( m / s ). Tanto a frequência de som quanto a forma de onda são determinados pela origem ou vibração que originou o som, mas a velocidade depende do meio de transmissão (ar, água etc.) que carrega a onda sonora (THEBAS, 2009).
O Microfone é um transdutor de som que pode ser classificado como um "sensor de som". Isso ocorre porque produz um sinal de saída analógico elétrico que é proporcional à onda sonora "acústica" agindo sobre o seu diafragma flexível. Este sinal é uma "imagem elétrica" que representa as características da forma de onda acústica. Geralmente, o sinal de saída de um microfone é um sinal analógico na forma de uma tensão ou corrente que é proporcional à onda sonora real (THOMAZINI; ALBUQUERQUE, 2015). Pode-se dizer que:
Os tipos mais comuns de microfones disponíveis como transdutores de som são Dynamic ,Electret Condenser , Ribbon e os novos tipos de cristal
Piezo-elétrico . Aplicações típicas para microfones como transdutor de som incluem
gravação de áudio, reprodução, transmissão, bem como telefones, televisão, gravação de computador digital e scanners corporais, onde o uso de ultra-som é usado em aplicações médicas (CARDOSO, 2015 p. 34).
A construção de um microfone dinâmico se assemelha à de um alto-falante, mas ao contrário. É um microfone tipo bobina móvel que usa indução eletromagnética para converter as ondas sonoras em um sinal elétrico. Possui uma bobina muito pequena de fio fino
suspenso no campo magnético de um imã permanente. À medida que a onda sonora atinge o diafragma flexível, o diafragma movimenta-se para frente e para trás em resposta à pressão sonora que atua sobre ele, fazendo com que a bobina de fio anexada se mova dentro do campo magnético do imã (THOMAZINI; ALBUQUERQUE, 2015)
O movimento da bobina dentro do campo magnético faz com que uma tensão seja induzida na bobina conforme definido pela lei de Faraday de indução eletromagnética. O sinal de tensão de saída resultante da bobina é proporcional à pressão da onda sonora que atua sobre o diafragma, de modo que, quanto mais alto ou mais forte o som acelere, maior será o sinal de saída, tornando sensível esse tipo de sensível ao microfone (BALBINOT; BRUSAMARELLO, 2007).
Como a bobina de fio geralmente é muito pequena, a amplitude de movimento da bobina e do diafragma em anexo também é muito pequena produzindo um sinal de saída muito linear que é 90 o fora de fase para o sinal de som. Além disso, como a bobina é um indutor de baixa impedância, o sinal de tensão de saída também é muito baixo, então é necessária alguma forma de "pré-amplificação" do sinal (CARDOSO, 2015).
Como a construção deste tipo de microfone se assemelha à de um alto-falante, também é possível usar um falante real como microfone. A qualidade média de um alto-falante não será tão boa quanto a um microfone de gravação de tipo estúdio, mas a resposta de frequência de um alto-falante razoável é melhor do que a de um microfone barato de "freebie". Além disso, a impedância das bobinas de um alto-falante típico é diferente entre 8 a 16Ω. Aplicações comuns em que os falantes são usados como microfones em intercomunicadores e walki-talkie (CARDOSO, 2015).
Os alto-falantes estão disponíveis em todas as formas, tamanhos e faixas de frequência, sendo os tipos mais comuns a bobina móvel, eletrostática, isodinâmica e piezoelétrica. Os alto-falantes do tipo bobina móvel são de longe o alto-falante mais usado em circuitos eletrônicos, kits e brinquedos (CLAYTON, 2016).
O princípio da operação do alto-falante da bobina móvel é o exato oposto ao do "microfone dinâmico" que observamos acima. Uma bobina de fio fino, chamada de "voz ou bobina de voz", é suspensa dentro de um campo magnético muito forte, e está presa a um papel ou cone Mylar, chamado "diafragma" que está em suspensão nas bordas de uma armação metálica ou chassi. Então, ao contrário do microfone que é um dispositivo de entrada sensível à pressão, esse tipo de transdutor de som pode ser classificado como um dispositivo de saída gerador de pressão (THOMAZINI; ALBUQUERQUE, 2015)
Quando um sinal analógico passa pela bobina de voz do alto-falante, é produzido um campo eletromagnético e cuja força é determinada pela corrente que flui através da bobina de "voz", que por sua vez é determinada pelo ajuste do controle de volume do amplificador de direção ou driver de bobina móvel. A força eletromagnética produzida por este campo se opõe ao campo magnético permanente principal à sua volta e tenta empurrar a bobina em uma direção ou outra dependendo da interação entre os pólos norte e sul (BALBINOT; BRUSAMARELLO, 2007).
Como a bobina de voz está de forma permanente anexada ao cone / diafragma, isso também se move em conjunto e seu movimento causa uma perturbação no ar ao redor, produzindo assim um som ou uma nota. Se o sinal de entrada for uma onda senoidal contínua, o cone se moverá para dentro e para fora agindo como um pistão empurrando e puxando o ar enquanto ele se move e um som único contínuo será ouvido representando a frequência do sinal. A força e, portanto, sua velocidade, pelo qual o cone se move e empurra o ar circundante produz a intensidade do som (THOMAZINI; ALBUQUERQUE, 2015)
Como a voz ou bobina de voz é uma bobina de fio, possui como um indutor um valor de impedância. Esse valor para a maioria dos altifalantes é entre 4 e 16Ω e é chamado de "impedância nominal" do alto-falante medido em 0Hz ou DC (THEBAS, 2009).
É importante sempre combinar a impedância de saída do amplificador com a impedância nominal do alto-falante para obter a máxima transferência de energia entre o amplificador e o alto-falante. A maioria das combinações amplificador-falante tem uma classificação de eficiência tão baixa quanto 1 ou 2% (BALBINOT; BRUSAMARELLO, 2007).
Embora disputado por alguns, a seleção do bom cabo de alto-falante também é um fator importante na eficiência do alto-falante, pois a capacitância interna e as características do fluxo magnético do cabo mudam com a frequência do sinal, causando a distorção de frequência e de fase. Isso tem o efeito de atenuar o sinal. Além disso, com amplificadores de alta potência, grandes correntes estão fluindo através desses cabos, de modo que pequenos cabos de fio de sino finos podem sobreaquecer durante longos períodos de uso, reduzindo novamente a eficiência (CLAYTON, 2016, p. 90).
A orelha humana geralmente pode ouvir sons de entre 20Hz a 20kHz e a resposta de frequência dos altifalantes modernos, altifalantes de uso geral, são adaptados para operar dentro dessa faixa de frequência, além de fones de ouvido, fones de ouvido e outros tipos de fones de ouvido disponíveis no mercado como transdutores de som (THOMAZINI; ALBUQUERQUE, 2015)
Os microfones e alto-falantes são o transdutor de som mais disponível, mas muitos outros tipos utilizam dispositivos piezoelétricos para detectar frequências muito altas, hidrófones projetados para serem usados sob a água para detectar sons subaquáticos e transdutores de sonar que transmitem e recebem som ondas para detectar submarinos e navios, por exemplo (BALBINOT; BRUSAMARELLO, 2007).
2.2.2 Sensores
Um sensor é um transdutor que recebe e responde a um sinal ou estímulo de um sistema físico. Geralmente, os sensores requerem uma fonte de alimentação externa para operar, chamada de sinal de excitação que é usado pelo sensor para produzir o sinal de saída. Os sensores ativos são dispositivos autogeradores porque suas próprias propriedades mudam em resposta a um efeito externo que produz, por exemplo, uma tensão de saída de 1 a 10v CC ou uma corrente de saída, como 4 a 20 mA DC. Sensores ativos também podem produzir amplificação de sinal (THOMAZINI; ALBUQUERQUE, 2015).
Um bom exemplo de um sensor ativo é um sensor LVDT ou um strain gauge. Os medidores de tensão são redes de pontes resistivas sensíveis à pressão que são polarizadas no campo externo (sinal de excitação) de modo a produzir uma tensão de saída na proporção da quantidade de força e / ou tensão aplicada ao sensor (BALBINOT; BRUSAMARELLO, 2007).
Ao contrário de um sensor ativo, um sensor passivo não precisa de nenhuma fonte de energia adicional ou tensão de excitação. Em vez disso, um sensor passivo gera um sinal de saída em resposta a algum estímulo externo. Por exemplo, um termopar que gera sua própria saída de tensão quando exposto ao calor. Então, os sensores passivos são sensores diretos que alteram suas propriedades físicas, como resistência, capacitância ou indutância etc.
Mas, além de sensores analógicos, os Sensores Digitais produzem uma saída discreta que representa um número ou dígito binário, como um nível lógico "0" ou um nível lógico "1" (THEBAS, 2009).
Os sensores analógicos produzem um sinal ou tensão de saída contínua que é geralmente proporcional à quantidade que está sendo medida. Quantidades físicas como temperatura, velocidade, pressão, deslocamento, etc., são quantidades analógicas, pois tendem a ser contínuas na natureza (ALBRIGHT, 2014).
Por exemplo, a temperatura de um líquido pode ser medida usando um termômetro ou termopar que responde às mudanças de temperatura à medida que o líquido é aquecido ou arrefecido (BALBINOT; BRUSAMARELLO, 2007).
Os sensores analógicos tendem a produzir sinais de saída que estão mudando ao longo do tempo. Esses sinais tendem a ser muito pequenos em valor de alguns mico-volts (uV) para vários milli-volts (mV), então é necessária alguma forma de amplificação (ALBRIGHT, 2014).
Então, os circuitos que medem sinais analógicos geralmente têm uma resposta lenta e / ou baixa precisão. Também os sinais analógicos podem ser convertidos de modo fácil em sinais de tipo digital para uso em sistemas de microcontroladores através do uso de conversores analógicos para digitais ou ADC's (ALBRIGHT, 2014).
Os Sensores Digitais produzem sinais ou tensões digitais discretas que são uma representação digital da quantidade que está sendo medida. Os sensores digitais produzem um sinal de saída binário na forma de uma lógica "1" ou lógica "0", ("ON" ou "OFF"). Isso significa que um sinal digital só produz valores discretos (não contínuos) que podem ser emitidos como um "bit" único (transmissão serial) ou combinando os bits para produzir uma única saída de "byte" (transmissão paralela) (THOMAZINI; ALBUQUERQUE, 2015).
Em comparação com os sinais analógicos, os sinais ou quantidades digitais têm precisões muito altas e podem ser medidos e "amostrados" com uma velocidade de clock muito alta (THOMAZINI. ALBUQUERQUE, 2015).
A precisão do sinal digital é proporcional ao número de bits utilizados para representar a quantidade medida. Por exemplo, usando um processador de 8 bits, produzirá uma precisão de 0,390% (1 parte em 256). Ao usar um processador de 16 bits, fornece uma precisão de 0,0015%, (1 parte em 65.536) ou 260 vezes mais precisa. Esta precisão pode ser mantida à medida que as quantidades digitais são manipuladas e processadas, milhões de vezes mais rápido que os sinais analógicos (THOMAZINI. ALBUQUERQUE, 2015)
Na maioria dos casos, os sensores e, mais especificamente, os sensores analógicos requerem, muitas vezes, uma fonte de alimentação externa e alguma forma de amplificação ou filtragem adicional do sinal para produzir um sinal elétrico adequado que seja capaz de ser medido ou usado. Uma maneira muito boa de alcançar amplificação e filtragem dentro de um único circuito é usar Amplificadores Operacionais (ALBRIGHT, 2014).
E os Sensores de Posição detectam a posição de algo que significa que eles são referenciados para ou de algum ponto ou posição fixa. Esses tipos de sensores fornecem um feedback "de posição". Um método para determinar uma posição é usar qualquer "distância",
que pode ser a distância entre dois pontos, como a distância percorrida ou afastada de algum ponto fixo ou "rotação" (movimento angular) (ALBRIGHT, 2014).
Por exemplo, a rotação de uma roda de robôs para determinar sua distância percorreu o solo. De qualquer forma, os Sensores de Posição podem detectar o movimento de um objeto em linha reta usando Sensores Lineares ou por seu movimento angular usando Sensores Rotativos.
Um tipo de sensor de posição que não sofre de problemas de desgaste mecânico é o "Transformador Diferencial de Variável Linear" ou LVDT para baixo. Este é um sensor de posição de tipo indutivo que funciona com o mesmo princípio que o transformador de CA que é usado para medir o movimento. É um dispositivo muito preciso para medir o deslocamento linear e cuja saída é proporcional à posição de seu núcleo móvel (ALBRIGHT, 2014).
É composto de três bobinas enroladas em um tubo tubular, uma que forma a bobina primária e as outras duas bobinas que formam secundárias idênticas conectadas por meio elétrico juntas em série, mas 180 o fora de fase em ambos os lados da bobina primária (BALBINOT; BRUSAMARELLO, 2007).
Um núcleo ferromagnético de ferro macio móvel (às vezes chamado de "armadura") que está conectado ao objeto que está sendo medido, desliza ou move-se para cima e para baixo dentro do corpo tubular do LVDT (THEBAS, 2009).
Uma pequena tensão de referência AC denominada "sinal de excitação" (2 - 20V rms, 2 - 20kHz) é aplicada ao enrolamento primário, que por sua vez induz um sinal EMF nos dois enrolamentos secundários adjacentes (princípios do transformador) (ALBRIGHT, 2014).
Se a armadura do núcleo magnético de ferro macio estiver exatamente no centro do tubo e os enrolamentos, "posição nula", os dois emfs induzidos nos dois enrolamentos secundários se cancelam uma vez que são 180 o fora de fase, de modo que a saída resultante a tensão é zero. Como o núcleo é deslocado para um lado ou o outro dessa posição nula ou zero, a tensão induzida em um dos segundos será maior que a do outro secundário e será produzida uma saída (THEBAS, 2009).
A polaridade do sinal de saída depende da direção e deslocamento do núcleo móvel. Quanto maior o movimento do núcleo de ferro macio da sua posição nula central, maior será o sinal de saída resultante. O resultado é uma saída de tensão diferencial que varia de forma linear com a posição dos núcleos. Portanto, o sinal de saída desse tipo de sensor de posição possui uma amplitude que é uma função linear do deslocamento dos núcleos e uma polaridade que indica a direção do movimento (THOMAZINI. ALBUQUERQUE, 2015).
2.3 INTERAÇÃO HUMANO-COMPUTADOR
Interação Humano-Computador (IHC) é um campo multidisciplinar de estudo com foco no design de tecnologia de computador e, em particular, a interação entre seres humanos (os usuários) e computadores. Embora a preocupação inicial fosse com computadores, a IHC expandiu-se desde então para cobrir quase todas as formas de design de tecnologia da informação (ALVES FILHO, 2015).
A interação humano-computador (IHC) é uma área de pesquisa e prática que surgiu no início dos anos 80, como uma área de especialidade em ciência da computação abrangendo ciência cognitiva e engenharia de fatores humanos. A IHC expandiu-se rápida e constante durante três décadas, atraindo profissionais de muitas outras disciplinas e incorporando diversos conceitos e abordagens. Em grande parte, a IHC agora agrega uma coleção de campos semi-autônomos de pesquisa e prática em informática centrada no ser humano (AUFFRAY, 2015).
No entanto, a síntese contínua de concepções e abordagens díspares sobre ciência e prática em IHC produziu um exemplo dramático de como diferentes epistemologias e paradigmas podem ser reconciliados e integrados em um projeto intelectual vibrante e produtivo (AUFFRAY, 2009).
Como os computadores não eram mais ferramentas caras e de tamanho exclusivo construídos para especialistas, a necessidade de criar interação humano-computador que também fosse fácil e eficiente para usuários menos experientes tornou-se cada vez mais vital. Desde suas origens, a IHC expande-se para incorporar múltiplas disciplinas, como ciência da computação, ciência cognitiva e engenharia de fatores humanos (ALVES FILHO, 2015).
Até o final dos anos 1970, os únicos humanos que interagiam com computadores eram profissionais de tecnologia da informação e entusiastas dedicados. Com o surgimento da computação pessoal no final da década de 1970 verifica-se, então, mudanças disruptivas. A computação pessoal, incluindo softwares pessoais (aplicativos de produtividade, como editores de texto e planilhas eletrônicas e jogos de computador interativos) e plataformas de computadores pessoais (sistemas operacionais, linguagens de programação e hardware), tornaram todos no mundo um potencial usuário de computador e destacou as deficiências dos computadores no que diz respeito à usabilidade para aqueles que queriam usar computadores como ferramentas (BARD, 2008).
Impulsionada pela investigação acadêmica, a IHC se tornou um instrumento crucial na popularização da ideia de que a interação entre um computador e o usuário deve se assemelhar a um diálogo aberto entre humanos e humanos. Inicialmente, os pesquisadores da IHC se concentraram em melhorar a usabilidade dos computadores de mesa (ou seja, os profissionais se concentraram em como os computadores são fáceis de aprender e usar).
No entanto, graças ao surgimento de tecnologias como a Internet e o smartphone, o uso do computador tem se afastado cada vez mais do desktop para abraçar o mundo dos dispositivos móveis, e a IHC tem abarcado cada vez mais campos:
Não faz mais sentido considerar a IHC como uma especialidade da ciência da computação; O IHC cresceu para ser mais amplo, maior e muito mais diversificado do que a própria ciência da computação. A IHC expandiu seu foco inicial no comportamento de usuários individuais e genéricos para incluir computação social e organizacional, acessibilidade para os idosos, cognitivamente e fisicamente debilitados e para todas as pessoas, e para o espectro mais amplo possível de experiências e atividades humanas. Ele se expandiu de aplicativos de escritório de desktop para incluir jogos, aprendizado e educação, comércio, aplicações médicas e de saúde, planejamento e resposta de emergência e sistemas para apoiar a colaboração e a comunidade. Ele expandiu desde as primeiras interfaces gráficas de usuário para incluir uma infinidade de técnicas e dispositivos de interação, interações multimodais, suporte a ferramentas para especificação de interface de usuário baseada em modelo e uma série de interações onipresentes emergentes, portáteis e sensíveis ao contexto (CARROLL, 2009 p. 102)
A IHC, segundo Bard (2008), é um campo amplo que se sobrepõe a áreas como design centrado no usuário, design de interface do usuário e design de experiência do usuário. De muitas maneiras, o IHC foi o precursor do Design da Experiência do Usuário (UX).
Apesar disso, algumas diferenças persistem entre o design de IHC e UX. Praticantes de IHC tendem a ser mais focados e envolvidos em pesquisas científicas e no desenvolvimento de entendimentos empíricos de usuários. Por outro lado, os designers de UX são focados no setor e envolvidos na criação de produtos ou serviços - por exemplo, aplicativos de smartphones e websites. Independente dessa divisão, as considerações práticas para produtos com os quais os projetistas de UX nos interessam têm ligações diretas com as descobertas de especialistas em IHC sobre a mentalidade dos usuários (BIRD, 2007).
Com o leque mais amplo de tópicos que o IHC cobre, os designers de UX têm uma riqueza de recursos, embora muitas pesquisas continuem em sintonia com o público acadêmico. Também sem o luxo do tempo que os especialistas em IHC apreciam, os projetistas precisam estender-se além de nossas restrições ditadas pela indústria para acessar as descobertas que podem aproveitar os principais insights para alcançar os melhores projetos
para seus usuários. Por “colaborar”, os designers podem gerar mudanças impactantes no mercado e na sociedade (CARDOSO, 2015).
O desafio da computação pessoal tornou-se manifesto em um momento oportuno. O amplo projeto da ciência cognitiva, que incorporava a psicologia cognitiva, a inteligência artificial, a linguística, a antropologia cognitiva e a filosofia da mente, havia se formado no final da década de 1970. Parte do programa de ciência cognitiva era articular aplicações sistemáticas e cientificas informadas para serem conhecidas como "engenharia cognitiva". Assim, quando a computação pessoal apresentou a necessidade prática de IHC, a ciência cognitiva apresentou pessoas, conceitos, habilidades e uma visão para abordar essas necessidades por meio de uma síntese ambiciosa de ciência e engenharia. O IHC foi um dos primeiros exemplos de engenharia cognitiva (ALVES FILHO, 2015).
Isso foi facilitado por desenvolvimentos análogos em áreas de Engenharia e Design adjacentes ao IHC e, de fato, sobrepostos a IHC, especialmente, Engenharia de Fatores Humanos e Desenvolvimento de Documentação. Os fatores humanos desenvolveram técnicas empíricas e analíticas de tarefas para avaliar as interações do sistema humano em domínios como aviação e manufatura e caminhavam para abordar contextos de sistemas interativos nos quais os operadores humanos exerciam maior discrição na solução de problemas (CHEN, 2006).
O desenvolvimento da documentação estava indo além de seu papel tradicional de produzir descrições técnicas sistemáticas em direção a uma abordagem cognitiva incorporando teorias de escrita, leitura e mídia, com testes empíricos com usuários. Documentos e outras informações também precisam ser usados.
Outros desenvolvimentos históricos contribuíram para o estabelecimento do IHC. A engenharia de software, atolada em complexidade de software incontrolável na década de 1970 (a “crise de software”), estava começando a se concentrar em requisitos não funcionais, incluindo usabilidade e capacidade de manutenção, e em processos empíricos de desenvolvimento de software que dependiam fortemente de protótipos iterativos e testes empíricos. A computação gráfica e a recuperação de informações surgiram na década de 1970 e passaram a reconhecer que os sistemas interativos eram a chave para progredir além das primeiras conquistas (CHUNG, 2009).
Todos esses tópicos de desenvolvimento em ciência da computação apontavam para a mesma conclusão: o caminho a seguir para a computação exigia compreensão e fortalecimento dos usuários. Essas forças diversas de necessidade e oportunidade convergiram
por volta de 1980, concentrando uma enorme explosão de energia humana e criando um projeto interdisciplinar altamente visível (CHUNG, 2009).
O foco técnico original e permanente da IHC foi e é o conceito de usabilidade. Este conceito foi articulado um tanto no slogan "fácil de aprender, fácil de usar", o que é considerado, inclusive, como um pensamento ingênuo. A simplicidade contundente dessa conceituação deu à IHC uma identidade forte e proeminente na computação. Serviu para manter o campo unido e para ajudar a influenciar o desenvolvimento da ciência e tecnologia da computação de maneira mais ampla e efetiva (ALVES FILHO, 2015).
No entanto, dentro da IHC, o conceito de usabilidade foi rearticulado e reconstruído, tornando-se cada vez mais rico e, de modo, intrigante, problemático. A usabilidade inclui qualidades como diversão, bem-estar, eficácia coletiva, tensão estética, criatividade aprimorada, fluxo, apoio ao desenvolvimento humano e outros. Uma visão mais dinâmica da usabilidade é um dos objetivos programáticos que devem e continuarão a se desenvolver à medida que nossa capacidade de alcançar mais avanços melhorar.
2.4 SEGURANÇA OPERACIONAL DOS VOOS
A complexidade da aviação é baseada num processo sistêmico, que abrange a compreensão das capacidades e limitações humanas e sua relação com a segurança de voo. E o transporte aéreo, especificamente, assume importância estratégica no limiar de um novo ciclo de desenvolvimento para o Brasil, em virtude da imensa extensão de seu território, que precisam ser integradas entre si e conectadas com a economia mundial.
O Brasil detém a segunda maior frota de aeronaves executivas do mundo, atrás apenas dos Estados Unidos, com aproximadamente 1.400 aeronaves (300 jatos, 550 turboélices, 550 helicópteros). O potencial de crescimento da aviação executiva é bastante grande. Atualmente, existem cerca de 5.550 municípios e 2.700 pistas no Brasil, ou seja, aproximadamente uma pista a cada dois municípios. Porém, há apenas 110 localidades atendidas pela a aviação comercial. Novos projetos de aeronaves executivas de menor porte (Citation Mustang da Cessna e a linha LJ, VLJ da Embraer) também caracterizam o enorme potencial deste mercado. Historicamente, a taxa média de crescimento do mercado de aviação executiva é de 5% ao ano.
O mercado relativo às empresas regionais de transporte aéreo passa por um momento de reestruturação e de surgimento de novas empresas. Devido às grandes barreiras
de entradas criadas pelas grandes empresas de transporte aéreo (podendo-se cita GOL e TAM) para o surgimento de novas empresas de âmbito nacional, a maior parte dos projetos do setor aéreo ocorre em âmbito regional. Como exemplos de novos entrantes, pode-se citar: Air Minas, NHT e América Air. O aumento da concorrência levou as empresas regionais ao aperfeiçoamento de seus quadros funcionais, profissionalização da gestão e ao aumento do investimento em tecnologia.
O mercado da aviação comercial passou por grandes modificações nos últimos anos, podendo-se destacar o início das operações da GOL, a absorção dos passageiros da VASP pela TAM e GOL e a enorme crise financeira da VARIG. Atualmente, verifica-se uma grande concentração deste mercado, segundo dados da ANAC - Agência Nacional de Aviação Civil indicam que 77,14% dos passageiros foram transportados pelas três maiores companhias (TAM, GOL e Varig).
A Política de Segurança Operacional, de acordo com a Agência Nacional de Aviação Civil (ANEAC) (2016), representa o compromisso com a busca da melhoria contínua nos níveis de segurança operacional da aviação civil brasileira. Seu principal objetivo é “promover boas práticas e uma cultura positiva de segurança operacional, além de reforçar a importância da continuidade da implementação do Programa de Segurança Operacional Específico da Agência (PSOE-ANAC)” (p. 1).
Todavia, os métodos tradicionais para controlar os riscos de segurança operacional em um nível aceitável se tornam cada vez menos eficazes e eficientes, diante da demanda de tráfego aéreo. A confiabilidade de sistemas é alta e eventos são raramente causados por uma única falha isolada de hardware ou de componentes eletrônicos. As melhorias na tecnologia e métodos de segurança, treinamento e outros fatores resultaram em um declínio precipitado na taxa de acidentes ao longo das últimas décadas. De acordo com Vilela e Sampaio (2011) afirmam que a segurança não é o principal objetivo das empresas de aeronaves, contudo se trata de um elemento fundamental para que as metas de produtividade sejam alcançadas, sendo necessária a realização da Gestão da Segurança Operacional para que se mantenha a atividade em um nível de segurança aceitável.
A Internacional Civil Aviation Organization (ICAO) (2008) elucida que se pode entender segurança como um estado, a possibilidade de lesões às pessoas ou de danos aos bens se reduz e se mantém em um nível aceitável ou abaixo deste, por meio de um processo contínuo de identificação de perigos e gestão de riscos. Sobre o assunto e tendo como base a ICAO, Pereira e Lima (2012, p. 2) afirmam que “para abordar a questão fatores humanos, a
gestão da segurança da aviação passou de sistemas reativos para sistemas pró-ativos de segurança usando gerenciamento”. Ressalta-se que o gerenciamento da segurança operacional da aviação esta em constante evolução e é baseado no desempenho, garantindo que funcionem como previsto e promovendo uma melhoria contínua.
O gerenciamento da segurança operacional considera perigos e riscos que impactam a organização, bem como inclui ferramentas e métodos para controle desses riscos. Os principais avanços científicos na área foram o entendimento da importância vital é manter todas as funções cognitivas, e dos impactos do ciclo do relógio biológico circadiano na capacidade de desenvolver atividades físicas e mentais e na propensão ao sono (GIUSTINA et al., 2013).
3 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Neste capítulo apresenta-se o tema central desta pesquisa, considerando o uso de glass cockpit para segurança operacional de voos em aeronaves de pequeno porte, inicia-se com uma abordagem sobre os instrumentos analógicos presentes nos painéis, em seguida aborda-se sobre os painéis digitais e, por fim, destaca-se a questão da segurança operacional com o uso desses painéis digitais, alertando sobre a importância de treinamento para uso.
3.1 OS INSTRUMENTOS ANALÓGICOS NOS PAINEIS
Os instrumentos instalados a bordo da maioria das aeronaves de pequeno porte ainda são os instrumentos analógicos, que servem para garantir uma indicação precisa, asseguram maior segurança do avião e economia de seus numerosos equipamentos, podendo proporcionar ainda a realização de voos em condições atmosféricas adversas. Torna-se óbvio que existe a necessidade de se dedicar um cuidado especial aos instrumentos, pois, em virtude de sua natureza delicada, eles só poderão desempenhar com eficiência o papel que lhes compete, quando respeitados todos os requisitos técnicos de mantê-los em ótimas condições de funcionamento, acompanhados de uma interpretação correta de suas informações.
Abaixo segue uma breve explanação dos principais instrumentos analógicos que podemos encontrar em aeronaves de pequeno porte:
• Velocímetro (Air Speed Indicator – ASI): aparelho que indica a velocidade relativa do ar em nós, também denominada velocidade indicada. Alguns painéis também mostram sua velocidade em mach (velocidade do som). Só podem ser interpretados diretamente quando se voa no nível do mar e na atmosfera padrão. Com o acréscimo de altitude e com as variações da densidade do ar, certas variações devem ser consideradas para se obter a velocidade verdadeira e a velocidade em relação ao solo (CAMPOS et al., 2002).
Figura 1. Instrumento analógico velocímetro
Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8e/FAA-8083-3A_Fig_12-1.PNG
• Altímetro; instrumento de bordo das aeronaves que, por meio da medida da pressão do ar atmosférico, indica a altitude da aeronave. O altímetro é calibrado em conformidade com o modelo internacional padronizado de pressão atmosférica e temperatura.
Figura 2. Instrumento analógico altímetro
Fonte: http://www2.anac.gov.br/anacpedia/por_ing/tr1299.htm
• Indicador de razão de subida e de descida (Vertical Speed Indicator – VSI); informa ao piloto a razão em que aeronave sobe ou desce, geralmente a escala é graduada em FT/min. (Pés por minuto).
Figura 3. Instrumento analógico variômetro
Fonte: http://www2.anac.gov.br/anacpedia/por_esp/tr3670.htm
• Indicador de curso (Horizontal Situation Indicator – HSI); instrumento que mostra de uma só vez informações de proa e desvio em relação ao curso/radial selecionado, quando em aproximações ILS informa ao piloto o desvio em relação ao eixo da pista e a posição da aeronave em relação a rampa de planeio.
Figura 4. Instrumento analógico HSI
Fonte: https://allaboutairplanes.wordpress.com/2011/06/21/horizontal-situation-indicator/
• Indicador Radiomagnético (Radio Magnetic Indicator – RMI); é um instrumento acoplado a bússola da aeronave, a fim de minimizar o efeito do campo magnético do avião. Essa bússola envia informação precisa do Norte Magnético ao cartão de um
giro direcional contendo os 360 graus, e cuja precessão é corrigida permanentemente, mantendo-se o norte do giro sincronizado por amplificador com o norte da flux gate (instrumento que mede a intensidade e direção do fluxo magnético).
Figura 5. Instrumento analógico RMI
Fonte: http://www2.anac.gov.br/anacpedia/por_esp/tr572.htm
• Bússola Magnética (Magnetic Compass); instrumento que utiliza uma agulha magnética para indicar direções. A agulha pode estar presa no lado de baixo de um cartão circular e leve (com pivô horizontal), cuja circunferência é dividida em graus (ANTAS, 1979).
Figura 6. Instrumento analógico Bússola
Todos estes instrumentos mostrados acima ficam localizados no painel da aeronave, um ao lado do outro, que devem ser monitorados durante todas as fases de voo pelos pilotos, e isso deve ser feito com muita atenção para se evitar qualquer interpretação errônea das informações que os mesmos fornecem, esse crosscheck ou scanflow dos instrumentos aumenta consideravelmente a carga de trabalho da tripulação, porém não deve ser ignorado, caso contrario, como consequência, a consciência situacional da tripulação pode ser afetada e a segurança da operação pode estar sendo colocada em risco.
3.2 OS PAINÉIS DIGITAIS
São mostradores que integram os controles da aeronave, piloto automático, comunicação, navegação e funções de monitoramento de sistemas, aplicando tecnologia anteriormente disponível apenas em aeronaves da categoria transporte. A função aprimorada e as capacidades de informação dos glass cockpits representam uma mudança significativa e uma melhoria potencial na forma como os pilotos da aviação geral monitoram informações necessárias para controlar suas aeronaves.
Além dos instrumentos de voo, os componentes anteriormente separados para piloto automático, comunicação, navegação e sistemas da aeronave foram integrados em displays glass cockpit para proporcionar melhor gerenciamento de voo, evitar CFIT (Controlled Flight Into Terrain) e conflito de tráfego, obter uma visão sintética e proporcionar capacidade de recuperação em uma desorientação espacial. Pilotos automáticos e sistemas de posicionamento global (GPS), em particular, tornaram-se componentes padrões nos sistemas aviônicos de aeronaves de pequeno porte. Vários fabricantes de displays glass cockpit agora produzem displays com certificação de tipo suplementar para instalação atualizada em aeronaves existentes, sugerindo que o número de aeronaves equipadas com glass cockpit plenos continuará a crescer.
A mudança de instrumentos convencionais para displays glass cockpit criou novos desafios para interface e desenho de display, com implicações na maneira de como pilotos monitoram informação no cockpit. No entanto, as diferenças entre displays convencionais e glass cockpit se estendem além das aparências. Cada um dos instrumentos em forma de mostrador redondo se baseia em componentes eletromecânicos, pneumáticos ou sensíveis a
