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Aplicações de visão computacional para operações de drones e UAVs com IA

Explora connosco como a visão por computador é aplicada aos drones, revelando o potencial para operações autónomas e casos de utilização com impacto em várias indústrias.

Os drones ou veículos aéreos não tripulados (UAV) percorreram um longo caminho desde os seus primórdios como simples aviões controlados por rádio. Na verdade, o nome "drone" tem origem nos anos 30, inspirado num avião-alvo britânico chamado "Queen Bee". Desde então, estas máquinas voadoras não tripuladas evoluíram para algumas das ferramentas mais avançadas que utilizamos atualmente. Desde então, estas máquinas voadoras não tripuladas evoluíram para se tornarem algumas das ferramentas mais avançadas que utilizamos hoje em dia. Atualmente, assumem tarefas que antes pareciam impossíveis, como a entrega de encomendas em locais remotos, a monitorização de vastas extensões de terrenos agrícolas, a assistência em missões de busca e salvamento e até a condução de operações militares precisas.

Muitas destas aplicações são possíveis graças à integração dos drones com tecnologias de inteligência artificial (IA), como a visão por computador. A visão por computador permite que os drones vejam e interpretem o que os rodeia em tempo real. Isto permite-lhes navegar autonomamente, detetar objectos e tomar decisões sem intervenção humana. 

Neste artigo, vamos explorar a forma como a visão por computador desempenha um papel fundamental nos drones com IA. Vamos mergulhar na tecnologia subjacente, nas suas diversas aplicações, nos benefícios e nos desafios que lhe estão associados. Toca a começar!

Compreender a IA de visão e os drones

A visão por computador, ou IA de visão, permite que os drones analisem dados visuais como imagens e vídeos, dando-lhes a capacidade de compreender o que os rodeia de uma forma significativa. Os drones equipados com IA de visão não se limitam a captar o que os rodeia - podem interagir ativamente com o ambiente. Quer se trate de identificar objectos, mapear uma área ou seguir movimentos, estes drones podem adaptar-se em tempo real às condições em mudança.

A base da Vision AI envolve conceitos como redes neuronais e aprendizagem automática. As redes neuronais ajudam os drones a reconhecer e a classificar o que vêem, como avistar um veículo ou detetar um obstáculo no seu caminho. A aprendizagem automática vai mais longe, permitindo que os drones aprendam e melhorem o seu desempenho ao longo do tempo, tornando-se mais inteligentes e mais precisos a cada voo.

Graças à visão por computador, os drones já não são apenas câmaras voadoras; estão a tornar-se ferramentas inteligentes que podem executar tarefas complexas e orientadas por dados. Desde a análise de grandes campos agrícolas até à inspeção de equipamento industrial, esta tecnologia está a abrir novas possibilidades e a tornar os drones mais capazes do que nunca.

Fig. 1. Um drone que utiliza IA de visão para analisar o terreno.

Como é que a visão computacional é integrada nos sistemas de drones?

Então, quando dizemos que um drone está integrado com visão computacional, o que é que isso significa realmente? Significa que o drone está equipado com o hardware e o software necessários para ver, processar e reagir à informação visual em tempo real. Esta integração ajuda os drones a executar tarefas complexas e a tomar decisões inteligentes.

Do lado do hardware, começa com as câmaras e os sensores. Diferentes tipos de câmaras são utilizados para fins específicos: as câmaras térmicas detectam calor, o que as torna perfeitas para equipamento de busca e salvamento ou de monitorização. As câmaras ópticas captam imagens e vídeos detalhados para tarefas como levantamento e mapeamento. Os sensores LiDAR, por outro lado, criam mapas 3D dos arredores utilizando impulsos de laser, o que é fundamental para uma navegação precisa.

Estas ferramentas são combinadas com processadores integrados que analisam os dados visuais imediatamente, permitindo que os drones respondam às mudanças no seu ambiente à medida que estas ocorrem.

Figura 2. Compreende as partes de um drone.

A componente de software é o que dá vida ao hardware, transformando-o num sistema verdadeiramente inteligente. Por exemplo, modelos de visão por computador como o Ultralytics YOLO11 permitem aos drones detetar e seguir objectos como veículos ou pessoas com precisão. Além disso, o software de planeamento de trajectos orienta os drones ao longo de rotas eficientes, enquanto os sistemas de prevenção de colisões os ajudam a viajar em segurança através de ambientes com muita gente ou cheios de obstáculos. Em conjunto, estas ferramentas tornam os drones mais inteligentes e mais capazes em cenários do mundo real.

Aplicações da IA de visão e dos drones autónomos

Agora que já vimos como a visão por computador está integrada nos drones, vamos ver como esta tecnologia está a ser utilizada. A IA de visão tornou os drones incrivelmente versáteis, com aplicações que vão desde a melhoria das indústrias até à ajuda em esforços ambientais e militares.

Drones com IA podem ser usados para fazer entregas

Os drones estão a mudar a forma como as entregas são feitas, especialmente para a logística de última milha. Conseguem contornar desafios comuns como o trânsito e locais de difícil acesso, entregando pacotes leves de forma rápida e eficiente. Isto torna-os perfeitos para serviços que necessitam de rapidez, como a entrega de artigos domésticos ou material médico. Com tecnologia avançada, os drones estão a tornar possíveis as entregas no mesmo dia e até na mesma hora, redefinindo o que esperamos dos serviços de entrega.

Uma caraterística importante dos drones de entrega são os seus sistemas de deteção e evitamento, que permitem aos drones detetar e evitar obstáculos como árvores, edifícios ou mesmo aviões. Utilizando câmaras e modelos de visão por computador, como o YOLO11 , que suportam tarefas como a deteção de objectos, os drones podem monitorizar continuamente o seu ambiente e ajustar as suas trajectórias de voo para se manterem seguros. Com a ajuda da IA, os drones também podem voar para além da linha de visão visual (BVLOS), o que significa que não precisam de um operador humano para os manter à vista e podem cobrir mais terreno.

O Prime Air da Amazon é um excelente exemplo disso. Os seus drones MK30 utilizam sistemas avançados de IA para detetar obstáculos, navegar em rotas e entregar encomendas com um peso até cinco quilos. Com a aprovação da FAA para voar BVLOS, estes drones já efectuaram milhares de entregas em menos de uma hora. 

Figura 3. O mais recente drone de entrega da Amazon, MK30.

Drones autónomos nas forças armadas

Os drones autónomos estão a reimaginar as estratégias de defesa, fornecendo ferramentas avançadas de vigilância e reconhecimento. Estes drones, alimentados por IA e visão por computador, podem operar de forma independente, voar através de ambientes complexos e tomar decisões quase instantâneas. A sua capacidade de realizar estas tarefas com o mínimo de intervenção humana está a reformar a forma como as operações militares podem ser levadas a cabo.

Um caso interessante de estudo desta tecnologia são os drones Bolt e Bolt-M da Anduril Industries. O Bolt foi concebido para a recolha de informações, vigilância e missões de busca e salvamento, enquanto o Bolt-M está equipado para a entrega de munições. Ambos os modelos utilizam IA para comunicar com outros sistemas e realizar tarefas de forma rápida e eficiente. Isto reduz a necessidade de controlo manual, permitindo que o pessoal militar se concentre em estratégias de nível superior.

Fig. 4. Um exemplo de um drone militar com IA: Bolt-M.

Estes drones possuem caraterísticas como a navegação autónoma por pontos de passagem para que os operadores possam pré-programar trajectórias de voo específicas. Outra capacidade vital é o seguimento de objectos, uma técnica de visão por computador que permite aos drones fixarem-se e seguirem um alvo designado. Embora a Anduril não tenha revelado os modelos de IA que funcionam nos bastidores destes drones, se estás a pensar como é que eles lidam com tarefas como o seguimento de objectos, o YOLOv11 é um bom exemplo de um modelo de visão por computador que pode ser integrado num drone para deteção e seguimento de objectos em tempo real.

Ao combinarem a autonomia impulsionada pela IA com capacidades modulares e específicas para cada missão, estes drones estão a tornar as operações militares mais eficientes e precisas. Reduzem os riscos para os soldados humanos e fornecem ferramentas poderosas para o combate moderno.

Casos de utilização industrial de drones com IA

Quando os drones estão equipados com capacidades avançadas de visão por computador, como a segmentação de instâncias, tornam-se ferramentas inestimáveis para várias indústrias. A segmentação de instâncias é uma técnica de visão de IA suportada por YOLO11 que permite aos drones identificar e distinguir objectos individuais numa cena, tais como linhas eléctricas específicas, veículos ou componentes estruturais. Isto torna-os incrivelmente úteis para tarefas como inspecções de infra-estruturas, em que a precisão e a eficiência são fundamentais.

Por exemplo, os drones com câmaras de alta resolução e imagens térmicas podem utilizar a segmentação de instâncias para detetar fissuras, corrosão ou sobreaquecimento em linhas eléctricas, pontes ou plataformas petrolíferas. Podem inspecionar com segurança áreas de difícil acesso, como o topo de torres de linhas eléctricas ou debaixo de pontes, reduzindo a necessidade de os trabalhadores operarem em ambientes perigosos. Ao analisar os dados em tempo real, estes drones podem detetar problemas rapidamente, permitindo uma manutenção mais rápida e reduzindo o tempo de inatividade.

Do mesmo modo, na construção, os drones integrados com a Vision AI podem ajudar a simplificar a gestão do local, fornecendo vistas aéreas detalhadas dos projectos activos. Podem identificar e seguir veículos, equipamento e materiais, dando aos gestores informações valiosas sobre a forma como os recursos estão a ser utilizados. Estes dados em tempo real ajudam a otimizar os fluxos de trabalho, a melhorar a segurança e a garantir que os projectos cumprem o calendário. Os drones também podem criar mapas 3D precisos dos locais de construção, oferecendo uma visão clara do progresso e dos potenciais estrangulamentos.

Fig. 5. Um exemplo de utilização da visão por computador para detetar veículos de construção em imagens aéreas.

IA e Drones: Monitorização ambiental

Os drones alimentados por IA estão a melhorar os esforços de monitorização ambiental, oferecendo soluções eficientes e não invasivas para desafios críticos. 

Na conservação da vida selvagem, os drones equipados com modelos de visão por computador, como o YOLO11 , podem seguir as populações de animais e monitorizar os padrões de migração. Podem também detetar a caça furtiva ilegal, minimizando a interferência humana nos habitats naturais.

Além disso, em cenários de catástrofe, estes drones são inestimáveis para avaliar os danos, identificar as áreas afectadas e localizar rapidamente os sobreviventes. A sua capacidade de analisar dados visuais em tempo real ajuda a tomar decisões mais rápidas e a afetar melhor os recursos.

Prós e contras dos drones com IA

Os drones com IA oferecem muitas vantagens, transformando as indústrias com maior eficiência, precisão e versatilidade. Aqui estão alguns dos principais benefícios da utilização de drones com IA:

  • Design adaptável: Os designs modulares permitem que os drones sejam equipados com diferentes ferramentas ou cargas úteis, tornando-os flexíveis para uma vasta gama de missões.
  • Poupança de custos e de tempo: Os drones com IA simplificam processos como inspecções de infra-estruturas, serviços de entrega e monitorização ambiental, poupando tempo e dinheiro.
  • Acessibilidade alargada: Os drones podem aceder a áreas que, de outra forma, seriam difíceis ou perigosas para os humanos, como zonas de catástrofe, florestas densas ou estruturas de grande altitude.

Embora os benefícios sejam significativos, os drones com IA também têm limitações que devem ser abordadas:

  • Limitações da bateria: A curta duração da bateria e o alcance de voo limitado podem restringir o âmbito e a duração das operações dos drones.
  • Fiabilidade do sistema: A dependência da IA introduz preocupações sobre potenciais falhas do sistema, que podem ser críticas durante missões de alto risco.
  • Questões éticas: As aplicações militares e a utilização civil suscitam preocupações éticas, tais como as implicações da definição autónoma de alvos ou a violação da privacidade.

A resolução de questões técnicas, éticas e regulamentares pode ajudar a garantir que os benefícios dos drones com IA podem ser maximizados, minimizando os potenciais inconvenientes.

Vê o panorama geral: O impacto da IA na visão dos drones

As indústrias estão a adotar cada vez mais drones integrados com modelos de visão por computador, como o YOLO11. De facto, os drones com IA estão a desbloquear novos níveis de autonomia, precisão e eficiência numa vasta gama de campos - desde a agricultura e monitorização ambiental a operações militares e inspecções de infra-estruturas. 

À medida que a visão computacional melhora, os drones estão a tornar-se ainda mais inteligentes, capazes de tomar decisões em tempo real e de se adaptarem a ambientes dinâmicos. Embora ainda existam desafios, o impacto destes drones na automação e na inovação é inegável e só vai continuar a crescer.

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