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Como o drone voa? Entenda equilíbrio de forças que o mantém parado no ar

Rodrigo Lara

Colaboração para Tilt

05/11/2020 04h00

Para quem cresceu achando carrinhos de controle remoto algo supermaneiro, ver um drone em ação é quase uma experiência mágica. Seja pela suavidade com a qual ele se move ou a infinidade de aplicações —que vão desde a diversão até usos logísticos—, esses aparelhos despertam a curiosidade de muita gente.

E aí fica dúvida: como eles funcionam? E como eles podem ser controlados por longas distâncias sem perder a estabilidade no ar? Aqui, consideramos os drones de uso civil, que se dividem em quatro categorias básicas de acordo com o número de rotores: tricópteros, quadricópteros, hexacópteros e octacópteros.

Para a explicação abaixo, usaremos os quadricópteros como referência, que são os tipos mais comuns à venda. Eles contam com quatro rotores (chamados popularmente de hélices).

O princípio básico de funcionamento de um drone envolve equilíbrio. Enquanto dois desses rotores giram no sentido horário, outros dois giram no sentido anti-horário. Desta forma, há uma compensação de forças que evita que o drone gire descontroladamente ao redor do seu eixo vertical.

É preciso uma condição para levantar voo: a força de empuxo gerada pelos rotores ao empurrarem o ar para baixo e, por consequência, serem empurrados para cima. Essa força precisa ser maior do que a da gravidade.

Uma vez no ar, o aparelho se mantém em parado enquanto o empuxo gerado se mantiver em equilíbrio com a gravidade. Os movimentos também são controlados pela velocidade dos rotores. Para ir para frente, por exemplo, os rotores da traseira aumentam sua velocidade, enquanto os da frente diminuem, inclinando levemente o aparelho para que ele se movimente.

Situação similar ocorre quando comandamos o drone para trás, para os lados ou para que ele gire ao redor de seu eixo vertical.

Além dos rotores —movimentados por motores elétricos— os drones contam com outros sistemas básicos. É preciso ter uma bateria, geralmente de íons de lítio (do mesmo material das dos smartphones) e sensores como altímetros e acelerômetros. Eles medem variáveis como altitude e velocidade e também colhem informações enviadas aos circuitos de controle no corpo do drone.

Há também tem um receptor de rádio que permite a integração entre o controle remoto do usuário e as ações do veículo.

Como os drones se mantém equilibrados mesmo quando há vento?

Aqui, o mérito é dos circuitos de controle. Ao receberem dados dos sensores presentes no corpo do drone, esses circuitos conseguem ter uma "visão" da situação e mudar a rotação dos rotores para compensar a ação de forças externas.

Qual é a velocidade máxima de um drone?

Isso, claro, varia de acordo com o tipo de drone. Modelos "de brinquedo" podem voar a cerca de 20 km/h, enquanto variações para uso profissional podem passar dos 60 km/h. Há ainda drones de competição, com recorde de velocidade, segundo o Livro Guinness dos Recordes, de 263,12 km/h, alcançado em 2017.

Drones podem sofrer interferência?

Como os drones usam ondas de rádio para se comunicar com o controle em terra, eles estão sujeitos sim a interferências de origem eletromagnética. Elas podem partir de outros equipamentos que operam em frequência parecida ou de estruturas como linhas de alta tensão. As interferências podem dificultar o controle do drone e até interromper a comunicação por completo.

Fontes:

Fábio Raia, professor de engenharia elétrica e engenharia mecânica da Universidade Presbiteriana Mackenzie;
Murilo Zanini de Carvalho, professor de engenharia da computação do Instituto Mauá de Tecnologia

Toda quinta, Tilt mostra que há tecnologia por trás de (quase) tudo que nos rodeia. Tem dúvida de algum objeto? Mande para a gente que vamos investigar.