Pequenos drones podem realizar medições de velocidade do vento em regiões onde as estações meteorológicas são difíceis de configurar e manter, como a região do Ártico. No entanto, os anemômetros ultrassônicos padrão usados para perfis de vento são muito pesados para pequenos drones. Para resolver isso, pesquisadores japoneses já testaram e validaram o uso de anemômetros térmicos leves em pequenos drones para medir com precisão a velocidade do vento no mar de Okhotsk, abrindo portas para uma ciência atmosférica polar mais sustentável.
Drones e pequenos veículos aéreos não tripulados semelhantes (sUAVs) tiveram um enorme aumento de popularidade nos últimos anos devido às suas aplicações inovadoras, como monitoramento de culturas, operações de busca e salvamento e perfilamento da costa. O potencial dos sUAVs na ciência atmosférica e na meteorologia também não passou despercebido, pois os drones oferecem uma maneira eficiente de colocar vários tipos de sensores acima na atmosfera mais baixa.
Conforme evidenciado por estudos pioneiros liderados pelo Instituto Nacional de Pesquisa Polar do Japão, pequenos drones com sensores meteorológicos podem ser úteis para a previsão do tempo em locais onde as estações meteorológicas são escassas ou caras de instalar e manter, como as regiões polares. Com o uso de drones, dados inestimáveis podem ser coletados para fazer previsões meteorológicas numéricas e melhorar os modelos climáticos.
No entanto, vários desafios práticos ainda precisam ser enfrentados nessa frente. Um exemplo claro é a medição da velocidade do vento para o perfil do vento. Enquanto algumas empresas estão comercializando drones para realizar medições de velocidade do vento, esses drones tendem a ser grandes e caros. Isso ocorre porque os anemômetros ultrassônicos que eles carregam são pesados e volumosos. Por outro lado, embora a velocidade do vento possa, em teoria, ser calculada a partir dos dados internos do registro de voo do drone, não há como acessar esses dados na maioria dos drones comerciais. Assim, sem métodos alternativos para medir a velocidade do vento, a aplicação de 7UAVs permanece limitada.
Para resolver esse problema, o professor associado Jun Inoue do Instituto Nacional de Pesquisa Polar e o professor assistente Kazutoshi Sato do Kitami Institute of Technology, ambos no Japão, realizaram recentemente um estudo no qual testaram e validaram um novo dispositivo de medição de velocidade do vento compatível com sUAVs: anemômetros térmicos. Conforme explicado em seu artigo publicado no Drones do MDPI publicado em 3 de outubro de 2022, os anemômetros térmicos, também chamados de “anemômetros de fio quente”, são pequenos dispositivos eletrônicos que podem medir indiretamente a velocidade do vento com base na rapidez com que um fio aquecido esfria ao longo do tempo devido ao fluxo de ar. Esses sensores são ideais para UAVs, pois são extremamente leves (~1g) e baratos (<200 USD).
Os pesquisadores testaram sua abordagem em laboratório e em campo. Nos experimentos de laboratório, eles pilotaram um pequeno drone quadcopter equipado com um anemômetro térmico na frente de grandes ventiladores. Usando máquinas de fumaça, câmeras de alta velocidade, lasers e software de análise de imagem, eles analisaram como o fluxo de ar foi perturbado pelo drone enquanto subia. Usando esses dados, eles criaram um algoritmo de correção de viés, que permitiu ao drone fazer medições mais precisas da velocidade do vento.
Para os experimentos de campo, a equipe voou com seu drone sobre o mar de Okhotsk, coberto de gelo, a bordo do navio de patrulha japonês Soya para fazer medições da velocidade do vento. Ao comparar os dados coletados por seu drone com os de um anemômetro ultrassônico no navio, a equipe descobriu que eles estavam de acordo, sugerindo que as medições do drone eram altamente confiáveis. “O erro quadrático médio foi de ± 1,13 m/s, sugerindo que o método de correção proposto era preciso e bem dentro do requisito para previsões meteorológicas numéricas”, observa o Dr. Inoue.
No geral, essa abordagem alternativa ao perfil do vento é definitivamente promissora em várias frentes. Para completar, os pesquisadores também propuseram duas técnicas adicionais que poderiam ser adotadas em trabalhos futuros: calcular a direção e a velocidade do vento usando dois anemômetros térmicos e transferir os dados coletados em tempo real.
As medições da velocidade do vento não são relevantes apenas para a ciência do clima e a previsão do tempo. Os próprios drones podem se beneficiar ao conhecer as condições de vento em que estão voando, pois permite que eles estabilizem melhor seu voo. “O estilo de voo dos drones mudou de voar dentro da linha de visão visual do operador para voar além da linha de visão visual. Isso porque agora eles são usados rotineiramente para entregas de longo alcance e levantamentos de desastres e incêndios florestais”, destaca o Dr. Sato. “Uma vez que possamos monitorar as condições do vento em todos os tipos de drones em tempo real, os operadores poderão se concentrar mais em sua tarefa sem precisar se preocupar com a estabilidade e segurança do drone”, conclui.
Esperemos que este estudo traga ventos positivos de mudança para a meteorologia e para os drones voadores!
TRADUÇÃO E ADAPTAÇÃO: DAN