Cientistas da USP e da Universidade da Pensilvânia construíram um drone autônomo que desvia de obstáculos e calcula quantidade de árvores em grandes vegetações

Obter informações detalhadas sobre uma floresta é fundamental para orientar o poder público a definir políticas de conservação e a monitorar possíveis crimes ambientais, como queimadas e desmatamentos ilegais. Atualmente, para fazer um levantamento sobre determinada área, especialistas produzem o chamado inventário florestal, estudo que apura o número estimado de árvores de uma floresta, o volume de madeira disponível, a área coberta por vegetação, as características da biodiversidade local, a topografia da região, entre outros dados. 

No entanto, realizar esse trabalho manualmente é praticamente inviável tendo em vista a dificuldade de acesso a algumas matas e o longo tempo para execução das tarefas, que podem levar semanas para serem finalizadas, além de exporem os profissionais a diversos riscos, como quedas em buracos e ameaças de animais. Por esses motivos, pesquisadores brasileiros e norte-americanos desenvolveram um sistema computacional capaz de controlar um drone de forma autônoma (sem controle humano) no interior de florestas, permitindo que ele desvie de árvores e mapeie grandes territórios em poucos minutos.

“Além de termos a possibilidade de fazer um inventário florestal em uma área de cobertura muito maior, com a atuação do drone esse processo se torna muito mais rápido, seguro e preciso”, explica Guilherme Nardari, pesquisador do INCT de Sistemas Autônomos Cooperativos (InSAC), sediado na Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP, e um dos autores do trabalho, que foi realizado em parceria com cientistas da Universidade da Pensilvânia, nos EUA. 

Para efeito de comparação, com o drone desenvolvido seria possível mapear uma floresta inteira de 400 mil metros quadrados em apenas 30 minutos. Já se o mesmo trabalho fosse realizado por uma equipe de engenheiros florestais, por exemplo, o tempo saltaria para 12 dias e meio, considerando que eles trabalhassem 24 horas por dia, missão impossível para um único grupo. Pela dificuldade da tarefa, os profissionais optam por avaliar pequenos trechos da floresta e fazer uma estimativa dos dados totais, gerando informações muito menos precisas e detalhadas.  

Com peso aproximado de 3kg e autonomia de voo de 20 minutos, o drone, que está sendo testado nos EUA, é composto por quatro hélices, uma câmera, um computador de bordo, um controlador de voo e um sensor a laser, responsável por calcular em tempo real a distância entre o drone e as árvores ao seu redor. Pioneira, a utilização de um veículo aéreo não tripulado (Vant) autônomo para monitorar e mapear florestas possibilitará uma série de aplicações, como a elaboração de planos de manejo, atendimento a demandas de empresas florestais, definição de estratégias para preservar os recursos naturais da área e o combate ao desmatamento.

“Nós conseguiríamos avaliar o estado de conservação das florestas e detectar locais que precisam de reflorestamento, servindo de alerta para as autoridades ambientais caso alguma região apresente transformações suspeitas ao longo do tempo. Esse tema é muito relevante, principalmente pelo atual cenário que vivemos, de total descaso com a Amazônia”, afirma Roseli A. Francelin Romero, pesquisadora do InSAC e professora do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos. Segundo a docente, atualmente o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) realiza alguns levantamentos florestais por imagens de satélite, mas são estimativas que impossibilitam uma análise mais minuciosa da vegetação em áreas específicas. 

Segundo relatório divulgado no primeiro semestre deste ano pelo MapBiomas, 99% do desmatamento feito no Brasil em 2019 foi ilegal. Ao todo, mais de 1,2 milhão de hectares (ha) de mata nativa foram devastados, ou 12.187 km², o equivalente a oito municípios de São Paulo. Mais de 60% da área desmatada está na Amazônia, com 770 mil hectares derrubados. O segundo bioma em que mais houve perda foi o Cerrado, com 408,6 mil ha, seguido de Pantanal (16,5 mil ha), Caatinga (12,1 mil ha), Mata Atlântica (10,6 mil ha) e Pampa (642 ha). Já de acordo com pesquisa divulgada na última semana pelo Inpe, entre agosto de 2019 e julho de 2020 foram registrados mais de 45 mil alertas de desmatamento na Floresta Amazônica, um aumento de 34,5% em comparação com o período anterior. 

Voando pelas florestas – Para evitar que o drone colida com algum objeto durante o voo, o sensor a laser do veículo aéreo dispara milhares de feixes de luz por segundo que, conforme acertam as árvores, calculam a distância delas para o Vant e estimam a espessura de cada tronco ou galho. Todos esses dados são interpretados por um código de computador (algoritmo) que foi desenvolvido e que utiliza inteligência artificial para detectar árvores, mapear a região e “guiar” o drone na direção correta, fazendo com ele se esquive dos obstáculos. Ao mesmo tempo, o algoritmo gera um mapa em 3D da floresta, revelando o número de árvores do local, o volume de madeira, a área coberta por vegetação, entre outros dados. Segundo os pesquisadores, o drone também é capaz de identificar folhagens no chão, permitindo avisar as autoridades sobre um risco maior de queimadas, que são muito comuns tanto no Brasil como nos EUA. 

Para avaliar a eficácia do Vant autônomo, ele foi testado pelos cientistas em uma floresta de pinheiros norte-americana no Estado de Nova Jersey. Os resultados foram positivos: o drone conseguiu desviar das árvores e levantar com precisão os dados da área. Durante os trajetos, ele se comunicava em tempo real com operadores em solo, que formavam uma base móvel que recebia imagens da câmera do veículo aéreo, informações do voo, bem como do gasto de bateria. “Foi um desafio enorme do ponto de vista robótico, pois além de fazer um drone voar sozinho no meio das árvores, sem perdermos a comunicação com ele, precisávamos obter um mapa de qualidade, extremamente preciso”, conta Guilherme, que faz doutorado no ICMC e é orientado pela professora Roseli Romero.

O pesquisador, que desenvolveu o trabalho durante intercâmbio nos EUA e recebe financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), afirma que o algoritmo desenvolvido para controlar o drone permite um mapeamento mais preciso e com informações mais detalhadas sobre a floresta, além de voos menos suscetíveis a interferências em comparação com outros modelos encontrados na literatura da área. Os resultados do trabalho geraram um artigo que foi publicado na IEEE Robotics and Automation Letters, revista científica internacional. A pesquisa também foi apresentada na International Conference on Robotics and Automation (ICRA) 2020, um dos mais renomados eventos científicos da área de robótica do mundo, que teve início no dia 31 de maio e segue até o próximo dia 31 de agosto, com realização 100% online devido à pandemia de Covid-19.