Drones: Origem, Evolução e Aplicações

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MECÂNICA
 Engenharia 
Mecânica 
DRONES
MONIS A LINHARES
Joinville - SC
2017
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
Os drones, pequenas aeronaves não tripuladas, no Brasil, são conhecidos também pela sigla VANT (veículo aéreo não tripulado) ou ainda UAV (Unmanned Aerial Vehicle) na tradução em inglês, mas o apelido norte-americano fixou-se melhor nas notícias. Trata-se de um "avião" ou "helicóptero" controlados remotamente.
Inicialmente utilizando câmeras para reconhecimento do terreno e, posteriormente, equipados com armas de foto, os drones ganharam espaço e respeito entre os exércitos. É correto afirmar que a utilização de drones no campo de batalha é a forma mais segura de reconhecer o perímetro de guerra; mesmo que abatido, o seu "piloto" está a salvo.
Embora os VANT’s tenham um histórico militar de aplicação, têm-se buscado utilizar este tipo de robô em aplicações civis, como monitoramento de colheitas, combate a incêndios, operações de busca policial, manipulação de artefatos explosivos, planejamento de obras, cobertura jornalística à eventos, filmagens de filmes, imagens de animais selvagens, acompanhamento de trânsito e acidentes, amostragem da atmosfera e entregas de correspondências, sendo o ultimo já implementado pela empresa Amazon de compras on-line.
Desenvolvimento
Origem dos Drones
Embora os veículos não tripulados, aparentemente serem uma tecnologia relativamente nova, o conceito deste tipo especial de equipamento, data de 1898 durante a guerra Hispano-Americana. Época em que Nicolai Tesla apresentou na Eletrical Exposition no Madison Square Garden, um torpedo capaz de ser controlado remotamente por radiofrequência. Este dispositivo foi nomeado pelo seu inventor de Teleautômaton. 
Inicialmente, as pesquisas de Tesla sobre controle remoto haviam sido consideradas, como sem aplicação prática, ou, até mesmo como, simples truques pelo exército americano. As primeiras experiências de aeronaves não tripuladas aconteceram na década de 60, através da Marinha dos EUA. Na epoca, a necessidade imediata era poder usar uma arma letal ou um observador preciso sem ter de arriscar a vida de um ou dois soltados. Como em quase todas as experiências iniciais, a missão falhou. Apesar dos testes, a força aérea norte-americana admitiu o uso dos VANT somente em 1973. Em 1991 um aeronave não tripulada da marinha americana realizou cerca de 300 missões de reconhecimento, durante as operações militares na guerra do Golfo, na operação Desert Storm, e novamente, em 2006 na operação Desert Shield, abrindo o caminho para o desenvolvimento e pesquisa dos UAV’s. Nos últimos tempos, obtiveram destaque em operações militares durante as recentes operações de espionagem e bombardeio dos Estados Unidos no Iraque no ano de 2013.
Dentre os VANT’s, um modelo que tem alcançado grande interesse comercialmente, é o quadcopter, não somente pela sua simplicidade de montagem, mas pelo desafio na implementação de seu sistema de controle. 
O conceito do quadcopter tem existido desde as primeiras décadas do século XX. Um dos primeiros modelos de um veículo, que usa quatro rotores para decolar e manter voo que se tem notícia, foi desenvolvido por George de Bothezat em 1922, conforme figura 1:
Figura 1: Quadcopter
 Fonte: http://drctalk.com/threads/lich-su-phat-trien-quadrotor.52/#.VY6EcPlViko
Evolução Histórica
Dentre os fatores determinantes para o caminho das pesquisas e dos desenvolvimentos das aeronaves remotamente pilotadas ao longo dos tempos, podemos citar, o rumo das tecnologias química, eletrônica, mecânica e dos materiais. Não menos importantes, os ambientes em que se deram estes trabalhos, determinaram os objetivos de aplicação e os rumos da evolução. 
Os VANTs ou drones foram idealizados para fins militares. Inspirados nas bombas voadoras alemãs do tipo V-1, e nos inofensivos aeromodelos rádio-controlados, estas máquinas voadoras de última geração foram concebidas, projetadas e construídas para serem usadas em missões muito perigosas para serem executadas por seres humanos, nas áreas de inteligência militar, apoio e controle de tiro de artilharia, apoio aéreo a tropas de infantaria e cavalaria no campo de batalha, controle de mísseis de cruzeiro, atividades de patrulhamento urbano, costeiro, ambiental e de fronteiras, atividades de busca e resgate, entre outras. 
Atualmente, o desenvolvimento de pesquisas e fabricação de VANT são realizadas e estimuladas, principalmente, por militares estadunidenses, pelas Forças Armadas de Israel. Os drones são há vários anos um dos principais instrumentos da estratégia militar dos Estados Unidos, onde 51 Estados já possuem esta tecnologia. 
Segundo relatórios do Bureau of Investigative Journalism (BIJ), sediado em Londres, entre 2.629 e 3.461 pessoas foram mortas desde 2004 no Paquistão, por ataques de drones da CIA e do Pentágono. Entre as vítimas, calcula-se que 475 a 891 eram civis.1 Nas últimas décadas, os drones foram usados sobretudo no Kosovo, no Tchad, e também nos ataques americanos ao Paquistão e contra a pirataria marítima. 
Em 24 de janeiro de 2012, a ONU lançou um projeto denominado Naming the Dead (Dando Nome aos Mortos), com a finalidade de investigar a morte de civis e militantes por 25 ataques de drones americanos no Paquistão, no Iêmen, na Somália, no Afeganistão e nos Territórios Palestinos. A investigação é uma resposta a denúncias sobre a morte de civis, inclusive crianças, durante ataques de drones no Iêmen. "O aumento exponencial do uso da tecnologia dos drones em diversas situações representa um verdadeiro desafio para o direito internacional atual", declarou Ben Emmerson, relator especial da ONU sobre a proteção dos direitos humanos no combate ao terrorismo. Segundo dados oficiais, os drones Predator e Reaper dispararam 506 mísseis em 2012, no Afeganistão, contra 294 em 2011 - um aumento de 72% - embora o total de ataques aéreos americanos tenha diminuído 25%, no mesmo período. 
 Evolução dos VANTs no Brasil
O primeiro VANT de que se tem registro no Brasil foi o BQM1BR, fabricado pela extinta CBT (Companhia Brasileira de Tratores), de propulsão a jato. Esse protótipo serviria como alvo aéreo e realizou um voo em 1983. 
Outro VANT de que se tem conhecimento é o Gralha Azul, produzido pela Embravant. A aeronave possui mais de 4 metros de envergadura, com autonomia para até 3 horas de voo. Os dois primeiros protótipos do Gralha Azul realizaram vários ensaios em voo, operando com rádio-controle. 
A partir do ano 2000, os VANTs para uso civil começaram a ganhar força no mercado. Foi quando surgiu o Projeto Arara (Aeronave de Reconhecimento Autônoma e Remotamente Assistida), desenvolvido numa parceria do Instituto de Ciências Matemáticas e Computação da Universidade de São Paulo (ICMC-USP) e a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), especialmente para utilização em agricultura de precisão. O projeto deu origem, em abril de 2005, ao primeiro VANT de asa fixa desenvolvido com tecnologia 100% brasileira, cujo desenho industrial foi patenteado pela EMBRAPA. A empresa AGX faz uso deste modelo e continua desenvolvendo novos VANTs para o setor elétrico, de meio ambiente, segurança pública e defesa. 
Em 2009 deu-se início ao projeto VANT-SAR entre as empresas AGX, Aeroalcool e Orbisat, financiado pela FINEP)7 . Em 2010 iniciou-se o projeto da aeronave Tiriba, a cargo da AGX, que, no final de 2011, resultou na primeira aeronave de propulsão elétrica com tecnologia 100% nacional, para aplicações em imageamento aéreo e aerofotogrametria. 
Em 2012, a Flight Technologies venceu a licitação da aeronáutica para desenvolver um VANT de decolagem e pouso automático (DPA-VANT), com investimento previsto de 4,5 milhões de reais em dois anos. O valor será coberto integralmente pela Finep. O projeto está sendo gerenciado pelo Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial e conta como apoio do Ministério da Defesa e a participação do Centro Tecnológico do Exército e do Instituto de Pesquisas da Marinha (IPqM). A Flight é uma empresa brasileira, localizada no Parque Tecnológico de São José dos Campos, e atua no mercado de defesa e segurança aeronáutica. 
Em Santa Maria (Rio Grande do Sul), a FAB passou a montar VANTs produzidos pela AEL, subsidiária da Elbit Systems, a maior empresa privada fabricante de produtos de defesa de Israel.10 Esses VANT são parte de um acordo de 48 milhões de reais firmado com o Brasil em 2010 e serão usados em operações ao longo da fronteira e durante grandes eventos como a Copa das Confederações, em 2013, a Copa do Mundo, em 2014, e as Olimpíadas de 2016. Segundo o Stockholm International Peace Research Institute, durante o mandato do ex-ministro da Defesa, Nelson Jobim, o Brasil se tornou um dos maiores importadores de armas e de tecnologia militar israelenses. Em meados de 2012, a polícia federal brasileira possui 15 drones vigiando a fronteira do país.
 Evolução dos Drones no Mundo
Tratando de multirotores, o primeiro quadrirotor conhecido, desenvolvido pelos irmãos Breguet, foi batizando de Gyroplane Nº1, ilustrado na figura 2. Utilizando apenas um motor de combustão interna com potência de 40 cavalos, e um sistema de transmissão de correia polia, o modelo de Breguet era capaz decolar, embora conseguisse apenas obter uma altitude 1,5 metros por um breve período, sendo o voo instável devido ao fato de não haver controle além de uma válvula que controlava a alimentação de combustível do motor (LEISHMAN, 2009
Figura 2: Gyroplane Nº1
Fonte: http://www.heliport.sk/00538-breguet-richet-gyroplane-no-1
Posteriormente vários modelos de quadcopters foram desenvolvidos no período durante o período de 1920 a 1956, sendo os de principal destaque desenvolvido por Etienne Oemichen 1920 e 1923, George de Bothezat em 1921 e Marc Adam Kaplan em 1956. 
Comissionado pela Aeronáutica dos Estados Unidos, George de Bothezat foi incumbido de desenvolver o projeto de um quadcopter, sendo o resultado desse, ilustrado na figura 1. Os resultado do modelo final foi uma aeronave capaz de suportar uma carga de 3 pessoas além do piloto, porém o veículo conseguiu obter a altitude de 5 metros, muito aquém dos 100 metros calculados. 
O controle dos primeiros quadcopters necessitava de rotores adicionais, localizados na frente ou na traseira do veículo para manter a estabilidade. Em 1956, Marc Adam Kaplan desenvolveu um modelo onde o controle era estabelecido através da variação de rotação entre os entre os rotores, sendo o primeiro a se mover horizontalmente depois da decolagem. O modelo de Kaplan é considerado por Basta (2012) o primeiro helicóptero quadcopter verdadeiro a voar.
Embora se tenha obtido sucesso na implementação do quadcopter, seu modelo era obsoleto em relação as demais tipos convencionais de aeronave de sua época, principalmente nos quesitos de velocidade, carga suportada e alcance. 
As novas tecnologias obtidas no final dos anos 90, como o desenvolvimento de sensores inerciais MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) ou sistemas micro eletromecânicos e o desenvolvimento de sistemas embarcados renovaram o interesse das pessoas para o modelo do quadrirotor. 
Os primeiros quadrirotores a serem fabricados foram para entusiastas de aeromodelos, sendo o Draganflyer III, ilustrado na figura 3, considerado um modelo clássico, que devido a sua performance extraordinária foi definido para servir de plataforma de testes em Stanford e no MIT (Massachusetts Institute of Technology) (JIANG, 2013).
Figura 3: Draganflyer III
Fonte: http://www.rctoys.com/downloads.html
Posteriormente, alguns grupos de pesquisadores optaram por construir seus próprios quadrirotores, destaca Jiang (2013), os modelos X-4 Flyer da Universidade Nacional Australiana, o quadcopter da Universidade do Estado da Pensilvânia, o Mesicopter da Universidade de Stanford e o OS4 do Instituto Federal de Tecnologia da Suíça, modelos ilustrados na figura 4:
Figura 4: Modelos de quadrirotores: Jiang, X-4 Flyer, Quadcopter, Mesicopter e o OS4
Fonte: TOURIER, 2006
Os UAV’s citados anteriormente utilizavam um motor CC (corrente contínua) para movimentar os rotores. Um dos problemas dessa configuração á a necessidade do acoplamento de um redutor no motor, sendo as engrenagens uma fonte de vibrações que causavam erros de medição pelo acelerômetro (HOFFMAN, 2007). Muitos dos projetos de quadrirotores atuais utilizam o motor brushless acionado por um ESC (Electronic Speed Controller), removendo o problema do redutor.
Apesar de considerar-se a dinâmica do quadcopter linear, esta afirmação só é verdadeira para baixas velocidades. Para Hoffman (2007) os efeitos aerodinâmicos que inserem uma dinâmica não linear no sistema quando este se move a velocidades moderadas são três. O primeiro a ser considerado é a influência do arraste do ar no impulso total gerado pelos rotores.
O segundo fenômeno é o bater das lâminas do rotor, que ocorre durante o movimento translacional, quando uma pás está sobre a influência de uma velocidade efetiva do ar maior do que a outra. 
O último fator aerodinâmico que ocorre é o rompimento do fluxo de ar provocado pelo impacto dos vórtices sobre a fuselagem, implicando em uma dificuldade maior em realizar o controle de orientação do veículo.Este problema pode ser significativamente reduzido afastando-se os rotores do centro do quadrirotor (HOFFMAN, 2007). 
Embora, tenha se provado que a construção e implementação do modelo de aeronave de um quadrirotor em miniatura seja viável, seu controle continua sendo um objetivo desafiante (BOUABDALLAH, 2004). 
Os aeromodelos de asa fixa, ou aviões, de certa forma, acompanharam a evolução das aeronaves reais de transporte. Pelo menos no que diz respeito à sua silhueta. 
Existem também os casos mais extremos, dos VANT's strikers, que são os modelos em formato de caça e de míssel. Estes, devido às suas aplicações tiveram total suporte financeiro e tecnológico para seu desenvolvimento.
Modelos
Os veículos aéreos não tribulados, assim como as aeronaves comuns de transporte, têm seus projetos baseados na viabilidade do voo. As relações entre conjunto propulsor e artifícios de sustentação culminam na diversidade de modelos hoje conhecida, conforme demonstra a figura 5.
Figura 5: Tipos de Drones
Fonte:http://www.slate.com/blogs/business_insider/2014/02/02/diagram_different_types_of_drones.html
Os modelos que mais se firmaram nas pesquisas e aplicações ao longos dos anos até os tempos mais recentes têm, em sua maioria, suas estruturas semelhantes aos contornos ilustrados na Figura 5. 
Asas fixas ou aviões, são as aeronaves que possuem estruturas defletoras de ar e as utilizam em prol de alcançar a sustentação na diferença de pressão gerada por esta deflexão.
De forma diferente, estão os multirotores, baseados apenas na energização fornecida por sua baterias, estes têm sua sustentação fornecida por seus conjuntos de propulsão, sendo eles compostos por drivers de potência, motores e hélices (também chamadas asas rotativas).
Há ainda os aeróstatos, mais conhecidos como dirigíveis ou balões. São veículos aéreos que garantem sua sustentação por serem mais leves que o ar. Suas estruturas possuem uma característica grande câmara de ar quente ou gás.
Existem atualmente vários tipos de drones. Alguns deles são confeccionados para desenvolverem trabalhos específicos, outros, no entanto, são usados apenas como diversão. Os drones pode ter asas fixas (semelhantes a um avião) ou asas giratórias (semelhantes a um helicóptero). 
Exemplo de modelos de asas giratórias:
Drone escorpião: Da empresa gaúcha SkyDrone. Ele pesa menos de dois quilos. Seu diferencial são as hastes com duas hélices acopladas, tornando o drone mais seguro para sobrevoar. São oito hélices distribuídas em quatro hastes.
Figura 6: Drone Escorpião
Fonte: http://skydrones.com.br
Drone Quadricóptero Dji PhantomFc40: Este modelo pode ser encontrado com câmera e ainda GPS. O valor dele é de cerca de R$ 2.800. O modelo é usado, no geral, para coletar imagens. Este é também uma das marcas mais utilizadas por usuários comuns.
Figura 7: Quadricóptero Dji Phantom Fc40
Fonte: http://www.dji.com/phantom-fc40
Drone Cinemax V6 Para Câmeras Profissionais: O modelo pode ser usado em sets de filmagens profissionais, produções de vídeos, shows de TV e ainda para o jornalismo. Este drone custa em média R$ 12.000.
Figura 8: Drone Cinemax
 Fonte: https://www.oficinadanet.com.br/post/12645-o-que-sao-drones-onde-eles-costumam-ser-usados
Drone de reconhecimento: Este pequeno drone é usado para reconhecimento no Afeganistão por tropas britânicas. Parece mais um brinquedo, mas tem sua importância militar aplicada.
Figura 9: Black Hornet 
Fonte:http://www.kiaunoticias.com/internacional/conheca-o-black-hornet-o-mini-drone-de-us-195-mil-do-exercito-britanico
Drone Octocoptero - R$ 25.000+: Os octocoperos tem aspecto semelhante aos quadcopteros, no entanto, possuem 8 hélices que trabalham em conjunto para estabilizar a aeronave. Com sua força, o octocoptero pode carregar câmeras profissionais - que são bem mais pesadas que uma GoPro, por exemplo - e fazer imagens específicas e com qualidade profissional. Normalmente, um drone desta magnitude possui também um estabilizador de imagem, justamente para que a câmera registre uma imagem praticamente estática enquanto o drone faz aquele balanço típico de equilibrio.
Figura 10: Octocoptero
Fonte: https://www.service-drone.com/en/octocopter
A.R. Drone Quadcoptero - R$ 2.400: Tecnologia é tecnologia, não é mesmo? Então, a Apple também vende um quadcoptero em sua loja virtual. E ele pode ser manuseado pelo iPhone, é mole? Pois é, você pode brincar com um drone por aí comandando-o pelo seu smartphone, para isto, basta desembolsar uma quantia de R$ 2.399.
Figura 11: AR Drone 2,0
Fonte: http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-707291877-quadricoptero-parrot-ar-drone-20-elite-edition-selva-rtf-_JM
Exemplo de modelos asas fixas
Predator: Criado pela empresa americana, General Atomics, usada a partir de 2001. Esta foi a primeira aeronave não tripulada a realizar ataques ao afeganistão. O Predator era equipado com mísseis de precisão, chega a 222 km/h e é muito utilizado até hoje.
Figura12: General Atomics MQ-1 Predator
Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/General_Atomics_MQ-1_Predator
MQ-9 Reaper: Muito semelhante ao Predator, também foi lançado em 2001; equipado com inúmeras armas de poder fatal. Pode chegar a 445 km/h.
Figura 13: MQ-9 Reaper
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/General_Atomics_MQ-9_Reaper
Predator Avenger: Uma atualização poderosa do Predator, mais veloz - tanto na comunicação com a base quanto na velocidade máxima - ele responde rapidamente aos comandos e atinge incríveis 740 km/h. Testado pela primeira vez em 2009.
Figura 14: General Atomics Avenger
Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/General_Atomics_Avenger
X-47B: De fabricação norte-americana, o X-47B pertence à Marinha americana e é o drone mais rápido que se tem informações; ele é muito parecido com um caça e está classificado como uma aeronave capaz de voar acima da velocidade do som (1.224 km/h).
Figura 15: X-47B
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Northrop_Grumman_X-47B
Heron: Fabricado em Israel, as aeronaves Heron foram criadas, inicialmente, para reconhecer o campo de batalha e vigiar determinados perímetros. Foi lançado em 2006; velocidade de 207 km/h.
Figura 16: Heron
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/IAI_Heron
Arquitetura, estrutura e partes de drones
Os veículos aéreos têm sua arquitetura semi definida em função de um somatório de fatores. Fatores estes, que são provenientes de tipos de aplicações, combustíveis, investimento, clima, etc. 
Para aplicações militares, tecnologia e precisão. Para longas distâncias, grandes asas fixas trazem sustentação e economia. Para grandes velocidades, turbinas, aerodinâmica e controle otimizado. Para estabilidade de posição, hélices, sensoriamento e controle otimizado. Características específicas têm suas relações aos propósitos.
Tomemos como exemplo o projeto de contorno da seção de uma asa. Somente esta questão integra fatores como: materiais, custo, resistência, peso, vibração, resiliência, velocidade, arrasto, sustentação, estabilidade, autonomia, vortexs, etc.
Na Figura 16 vemos uma simulação computacional do comportamento do ar ao ser deslocado por uma aeronave. O fluido deslocado de forma diferenciada, entre as curvaturas superior e inferior das asas, promove um diferencial de pressões favorecendo a pressão inferior. O que fornece a sustentação necessária ao voo em função da velocidade de translação da aeronave.
Figura 17: Simulação de deslocamento de ar sobre aeronave
Fonte: http://www.cd-adapco.com/products/star-ccm%C2%AE/solvers
Tecnologia básica
A evolução tecnológica dos últimos tempos permitiu que uma vasta gama de equipamentos antes inacessíveis comercialmente, se tornassem produtos vendidos em escala.
Frames
A estrutura do VANT deve ser capaz de suportar suas torções, vibrações e possíveis pequenos impactos, inerentes à seu próprio voo ou à manobras de decolagem e pouso.
Além disso, à fim de melhorar a manobrabilidade e aumentar sua autonomia, o frame deve ser o mais leve possível.
Multirotores profissionais, em sua maioria, tem sua estrutura baseada em fibra de carbono e alumínio.
Figura 18: Estrutura de fibra de carbono
Fonte: https://pt.aliexpress.com/promotion/promotion_drone-frame-promotion.html
VANT's Asas fixas normalmente são construidos em materiais como polipropileno, fibra de carbono, fibra de vidro, adesivos vinílicos.
Figura 19: Asas de polipropileno
Fonte: http://skydrones.com.br/
 Propulsores
Motores à combustão, ou Ciclo Otto, são traticionais no aeromodelismo. Trabalham aspirando, comprimindo e comburindo a mistura combustível/comburente (ar atmosférico), que se espande e gera torque.
Figura 20: Motor de drone a combustão
Fonte:httphttp://www.joyhobby.com.br/produtos/p.asp?id=1779671&produto=evoe-15gx-motor-evolution-gasolina-15cc-91
Motores elétricos, corrente contínua (Direct Current) ou de várias fases (Brushless), vem sendo mais usados a cada ano.
Figura 21: Motor eletrico para drone
Fonte: https://hobbynation.net/collections/motores-eletricos/drone
Turbinas podem compor aeronaves de alto desempenho. Como os aviões militares de interseptação ou caças.
Figura 22: Turbina RC Jet
Fonte: http://www.rc-airplanes-simplified.com/rc-jet-engines.html
Conjunto propulsor elétrico
As baterias recarregáveis e consideravelmente mais eficientes, como as Li-íon, Li-Po e NanoTech, foram um dos principais fatores da evolução dos drones. Suas capacidades de manter carga e corrente elétricas viabilizam autonomia e desempenho. São baterias bem mais leves que as antigas Chumbo-Ácido.
Figura 23: Bateria recarregavel
Fonte: http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-725578791-bateria-para-drone-gens-ace-lipo-222v-16000mah-_JM
Associados às modernas baterias Li-Po, os motores brushless se tornaram imbatíveis no uso em drones. Devido ao seu tamanho relativamente reduzido podem ser utilizados ímãs permanentes no rotor. O que evita a necessidade de escovas de contato. Ficando assim, contato, somente dos rolamentos, tornando os motores brushless muito duráveis.
Figura 24: Motor Brushless
Fonte: http://www.dronetrest.com/t/brushless-motors-how-they-work-and-what-the-numbers-mean/564
Associada às demais vantagens destes grupos atuadores elétricos está a tecnologia dos ESC's (Electronic Speed Controllers). O ESC é um circuito controlador e amplificador de potência. Seu firmware possibilita uma utilização otimizada da energia, evitando aquecimento desnecessário, mantendocurvas de aceleração econômicas e sincronizando as curvas de tensão de forma altamente sincronizada.
Figura 25: Electronic Speed Controllers
Fonte: http://www.dx.com/p/flying-30a-bec-electronic-speed-controller-for-brushless-motors-esc-11981#.WPvfFWnyupo
Os motores brushless com estatores de três grupos de enrolamentos recebem para estes grupos três ondas senoidais sobrepostas com o off-set de 120 graus entre elas. Desta forma alterna-se a atuação entre os três grupos, enquanto o primeiro repele os ímãs, o segundo atrai e o terceiro, inativo, é utilizado como sensor, percebendo a passagem do ímã e sincronizando o controle.
Servo motor
São equipamentos eletromecânicos que atuam posicionando um eixo em uma determinada angulação. Eles possuem um circuito digital que recebem comando por codificação PWM (Pulse Width Modulation) e uma malha de controle que sensoria a angulação. Possuem também o circuito de potência que obedece ao digital e energiza o motor. Este motor, por sua vez, tem seu torque aumentado por um conjunto de engrenagens que compoem a caixa de redução.
Servo motores, são normalmente utilizados nos VANT's, para atuar na movimentação angular de ailerons, flaps, gimbals, eixos de motores, etc.
Figura 26: Servo motor
Fonte: http://www.robotshop.com/ca/en/hitec-servo-en.html
 Alarme de bateria
Componente importante para a segurança de voo, o alarme de bateria possui sinais de luz por LED e sinal sonoro por buzzer, para que o piloto possa saber quando a bateria está próxima de atingir um nível de descarga que ponha em risco o voo. 
Além dos alarmes, alguns modelos possuem um pequeno display LCD que apresenta as tensões em cada célula da bateria e a tensão total.
Transmissores
Os transmissores de rádio são circuitos eletrônicos capazes de enviar e receber informações por ondas de rádio. Através da codificação PPM (Pulse Position Modulation), os transmissores enviam pacotes de dados com magnitudes independentes para cada canal através das larguras de cada pulso do pacote.
Figura 27:Receptor Futaba
Fonte: http://dronestore.com.br/produto/receptor-futaba-r6202sbw-sbus-fasst/8212
Os controles de rádio devem ser confiáveis, intermitências e interferências na comunicação podem gerar graves acidentes. Estes controles são capazes de adequar as amplitudes e as curvas de intensidade dos comandos, de forma a deixar a pilotagem mais segura.
Figura 28:Radio Futaba
Fonte: http://www.ricoairmodels.com.br/loja/radios/radio-futaba-8fg-super-2-4ghz-8-14-canais-fasst/
GPS
Sensores de posicionamento, os módulos GPS (Global Positioning System) são capazes de obter sua própria localização geodésica por cálculos geométricos de triangulação, baseados nas posições de satélites. A localização do VANT é de suma importância para a segurança de sua navegação. Pois através destes sensores é possível registrar o itinerário de voo, a localização de imagens digitalizadas e viabilizar o voo autômato.
Figura 29: Módulo de GPS
 
Fonte: http://go.olx.com.br/grande-goiania-e-anapolis/computadores-e-acessorios/modulo-gps-ublox-gy-gps6mv2-gy-neo6mv2-arduino-drone-197729082
IMU
Sensores inerciais, os IMU's (Inertial Measurement Units), são circuitos eletrônicos SMD (Surface Mount Technology) de alto teor tecnológico. 
Um módulo de voo normalmente é composto por diversos tipos de sensores, como: acelerômetros de três eixos (medem aceleração linear); giroscópios de três eixos (medem velocidade angular); magnetômetro (mede o campo magnético terrestre); barômetro (mede a pressão atmosférica); termômetro. As leituras destes sensores são filtradas de seus ruídos, tatadas por funções matemáticas que alteram suas unidades, comparadas entre elas probabilísticamente e enviadas à central de controle de voo.
Figura 30: Inertial Measurement Units
Fonte: http://www.robotshop.com/en/sensors-imu.html
Sensores óticos
Além das câmeras RGB (Red Green Blue), são muito ultilizadas as câmeras multispectrais. Com arquiteturas de lentes rotativas que se alternam, ou várias lentes, são capazes de registrar imagens através de faixas espectrais diferentes do mesmo objeto, estas câmeras fornecem uma coleta de dados diferenciada que permitem um análise mais aprimorada.
Figura 31: Câmera RGB
Fonte: https://www.slideshare.net/DanieldeCastroRibeir/drones-e-vants-conceitos-bsicos-e-seu-uso-na-engenharia-de-avaliaes-e-percias-58930289
Micro controladores
Alguns VANT's possuem centrais de comando onboard, quem analisam, as leituras dos sensores de voo, os comandos de voo (manual ou autômato), e, controlam os conjuntos atuadores.
Figura 32: central de comando onboard
Fonte: https://www.slideshare.net/DanieldeCastroRibeir/drones-e-vants-conceitos-bsicos-e-seu-uso-na-engenharia-de-avaliaes-e-percias-58930289
Abaixo vemos um VANT e um aeromodelo (ou drone). A diferenciação entre eles é definida pela utilização de algum equipamento que não é essencial ao voo. Neste caso, o transporte da câmera e de seu estabilizador (gimbal), tornam o quadcopter um VANT AA (Automaton Aircraft) ou RPA (Remotely-Piloted Aircraft).
Figura 33: Drone e aeromodelo
Fonte: https://www.slideshare.net/DanieldeCastroRibeir/drones-e-vants-conceitos-bsicos-e-seu-uso-na-engenharia-de-avaliaes-e-percias-58930289
Aplicações
As atividades profissionais dos tradicionais avaliadores, inspetores ou peritos, que carregam consigo equipamentos como, gravador de áudio para produzir a análise, trena eletrônica, bússola, GPS, EPI, etc., foram expandidas hoje pelas câmeras multi espectrais. 
Faz-se importante lembrar, que, em um ambiente judicial por exemplo, o perito deve provar que registrou as imagens de forma lícita. Ou seja,que não houve invasão de domicílio, que não houve exposição à riscos, etc. 
Os sistemas Aéreos Remotamente Pilotados (RPAS), devido às suas características diferenciadas de agilidade, movimentação, segurança e alcance, podem ter suas aplicações profissionais bastante diversificadas.
Registro digital 
O registro digital pode ter seu motivo na praticidade, na documentação, na tomada de decisões, ou, ser o material protagonista em uma atividade técnica. Neste último, o VANT é a ferramenta de campo do especialista. Que pode tornar seu trabalho viável, e com certeza, mais ágil. 
Vistorias, perícias, avaliações, arbitramentos, laudos e pareceres técnicos podem ter um ganho de solidez provindo do baixo risco de execução, da alta resolução e das diferenciadas capacidades de detecção das cameras. Dependendo dos casos, permitindo maior qualidade de análise e até um maior fator de acertividade quantitativo.
Sensoriamento 
Diversas câmeras podem ser utilizadas. Fatores como, capacidade de memória vinculada à resolução, capacidade de processamento vinculada à velocidade de registro, precisão da curvatura e escala focal do conjunto ótico, e espectro de freqüência de captação, serão as variáveis a serem analisadas para cada aplicação.
Fotogrametria 
A fotogrametria métrica digital, é a definição de elementos gráficos e reconstrução de um espaço tridimensional (chamado de espaço-objeto), a partir de imagens bidimensionais (chamadas de espaço-imagem). 
Fotogrametria interpretativa, é a análise do modelo digitalizado da superfície ou do terreno. Pode-se alcançar propriedades como, distâncias, ângulos, áreas, volumes, massas, elevações e formas, ou ainda, dinamicamente, evoluções e padrões.
Avaliações 
Em avaliações de mercado, já é bastante usual a tomada de delimitações georefenciadas para fins de avaliações de propriedades rurais. Fatores relevantes como aceitabilidade de culturas, inclinações, cálculos de passivos, localizações municipais e proximidades à APP’s, devem ser incluídos nas análises de quantitativas de valores. 
Em avaliações ambientais a aerofotogrametria traz considerável suporte. Tornando possíveis, de forma ágil, levantamentos de greenfields, acompanhamento de barragens de rejeitos, registro digital da dinâmica deobras, regularização de aterros, regularização de APP’s, identificação de passivos, relatórios de áreas de recuperação, cumprimento de leis ambientais quanto à nascentes, rios, encostas e parques.
Topografia 
Na topografia, a aerofogrametria tem uma fatia grande sobres as áreas de atuação. Para os trabalhos em que o GSD (Ground Size Distance) seja acima de 3 cm, o aerolevantamento pelo uso de VANT’s pode representar uma ferramenta vantajosa. Alcançando um máximo de cerca de 1000 ha de área registrada por dia de serviço, o registro de dados digitais por VANT’s se torna mais ágil e financeiramente viável que as demais ferramentas, como aeronaves convencionais, satélites e lasers. 
Através do uso de VANT's tipo asa fixa, devido sua maior autonomia, grandes áreas podem ser registradas. Existem softwares, como o Mission Planner, que gerenciam a trajetória de voo e o momento de disparo das fotos de acordo com a programação do usuário.
Estes Softwares permitem um alto nível de estabilidade da aeronave, o que possibilita um acréscimo na qualidade das imagens adquirida. 
Figura 34: Imagem de tela do Software Mission Planner
Fonte: https://www.slideshare.net/DanieldeCastroRibeir/drones-e-vants-conceitos-bsicos-e-seu-uso-na-engenharia-de-avaliaes-e-percias-58930289
Agricultura 
Na agricultura, a aerofotogrametria pode ser utilizada para o dimensionamento de áreas, acompanhamento de safras, estimativa de colheita, definição de áreas de aptidão agrícola, zoneamento agro-ecológico, etc. Este acompanhamento de alta resolução é chamado de agricultura de precisão. 
Demais aplicações 
Mídias institucionais de fábricas, indústrias e pátios de produção; 
Levantamento de parque industrial; 
Levantamento de equipamentos específicos, como: antenas, tubulações, subestações, torres de transmissão, etc; 
Apoio terrestre; 
Registro puntual e dinâmico de projetos de engenharia; 
Registro puntual e dinâmico de safras; 
Cálculo de índices na agricultura de precisão; 
Inspeção preditiva e supervisória; 
Avaliação judicial e particular na construção civil e na indústria; 
Perícia judicial e particular na construção civil e na indústria; 
Gerenciamento de inventários (minério, gado, estoques, etc); 
Geoprocessamento; 
Georreferenciamento de imóveis; 
Atualização de bases cartográficas; 
Restituição planialtimetrica cadastral; 
Avaliação de terras; 
Cruzamento de dados para estudos de viabilidade; 
Regularização de aterros sanitários; 
Inventário/censo florestal; 
Regularização de APPs; 
Identificação de passivos.
CONCLUSÃO
Diante dos vários fatores apresentados neste trabalho acadêmico, pode-se afirmar que a evolução tecnológica permitiu que equipamentos de alta complexidade como os drones se tornassem acessíveis ao uso civil. Os drones trouxeram o início de uma nova fase para os mais variados tipos aplicações particulares e profissionais. Os conhecimentos consistentes de todos os temas envolvidos ao uso dos drones podem compor uma profissão. As capacidades do drone de alcançar locais de difícil acesso, perspectivas diferenciadas, com velocidade de execução e alto nível de precisão para a coleta de imagens digitais, formam um mercado que permanecerá em expansão por muitos anos.
REFERÊNCIAS 
 
Disponívelem:<http://revista.unilus.edu.br/index.php/ruep/article/viewFile/606/u2016v13n30e606>. Acesso em: 20 de Abril 2017 
Disponível em:<https://www.oficinadanet.com.br/post/12645-o-que-sao-drones-onde-eles-costumam-ser-usados>. Acesso em: 21 de Abril 2017
Disponível em:<http://blog.brasilacademico.com/2014/08/10-motivos-para-os-drones-serem.html>. Acesso em: 21 de Abril 2017
Disponível em:<http://pre.univesp.br/drones#.WPnKUFXythE>. Acesso em: 21 de Abril 2017
Disponível em:<http://www.administradores.com.br/artigos/negocios/drones-gerando-negocios-na-agricultura/96565/>. Acesso em: 21 de Abril 2017
Disponível em:<https://pt.slideshare.net/DanieldeCastroRibeir/drones-e-vants-conceitos-bsicos-e-seu-uso-na-engenharia-de-avaliaes-e-percias-58930289>. Acesso em: 21 de Abril 2017
Disponível em:<https://en.wikipedia.org/wiki/General_Atomics_MQ-1_Predator>. Acesso em: 21 de Abril 2017