Microfone detecta turbulência a centenas de quilômetros de distância

Spinoff é a publicação anual da NASA que apresenta a tecnologia da NASA comercializada com sucesso. Essa comercialização tem contribuído para o desenvolvimento de produtos e serviços nas áreas de saúde e medicina, bens de consumo, transporte, segurança pública, informática e recursos ambientais.

Tudo na atmosfera pode fazer um som – vulcões roncam e cachoeiras caem – mas há mais nesse som do que nossos ouvidos percebem. Assim como a luz infravermelha consiste em frequências que não são visíveis a olho nu, há um análogo de áudio chamado infrassom que consiste em tons muito baixos (0,001 a 20 hertz) para serem ouvidos pelo ouvido humano.

A turbulência repentina às vezes experimentada ao voar é chamada de turbulência de ar claro, assim chamada porque não há nuvens visíveis ou características atmosféricas para alertar sobre a interrupção. O ar invisível turbulento pode aparentemente surgir do nada e causar estragos nas aeronaves.

Embora não seja facilmente detectada visualmente, a turbulência de ar claro tem uma assinatura de infra-som definida. Os pesquisadores Qamar Shams e Allan Zuckerwar, do Centro de Pesquisa Langley da NASA em Hampton, VA, perceberam que, se os controladores de tráfego aéreo ou pilotos pudessem ouvir esses vórtices antes que os aviões os encontrassem, uma rota alternativa poderia ser traçada.

Seus experimentos começaram em 2007, mas os testes iniciais mostraram que eles não podiam pegar qualquer microfone de prateleira e esperar que funcionasse com infrassom. As frequências de ondas longas são dominadas por sons de frequência mais alta, o que resulta em interferência.

A dupla começou a desenvolver algo que pudesse ouvir essas baixas frequências em alta fidelidade. Os microfones usam um diafragma móvel para captar o áudio onde as ondas sonoras fazem a superfície vibrar. Os pesquisadores usaram um diafragma de baixa tensão com um raio amplo emparelhado com uma câmara de ar grande e selada atrás dele para permitir que o microfone ouvisse essas ondas sonoras ultrabaixas que percorrem grandes distâncias. Os microfones infrassônicos são fabricados pela PCB Piezotronics de Depew, NY sob contrato com a Langley.

Com o sensor concluído, os testes começaram. Quando os microfones foram colocados em um padrão triangular equidistante ao redor da pista de Langley, eles foram capazes de captar e localizar a turbulência atmosférica a mais de 300 milhas de distância.

Em 2017, a tecnologia ganhou o prêmio de Invenção Comercial do Ano da NASA, foi testada em campo pelo Departamento de Defesa e pesquisada nos Laboratórios Nacionais Sandia para validar seu desempenho, mas não voou a bordo de nenhuma aeronave. O interesse na detecção de turbulência da Stratodynamics Lewes, DE, logo mudaria isso.

A Stratodynamics percebeu que o sistema de microfone tinha um potencial significativo como sensor de detecção de turbulência em voo e procurou oportunidades para testar a tecnologia. Depois de licenciar as patentes da NASA, a empresa começou a implementar o sensor em um planador estratosférico não tripulado conhecido como HiDRON.

A Stratodynamics elevou seu planador HiDRON lançado por balão a alturas de mais de 100.000 pés, de onde ele lentamente volta para a Terra. Com a ajuda do microfone de infra-som e da sonda de vento, o UAV mede a intensidade da turbulência em seu caminho à distância e pode detectar colunas térmicas para manter o avião navegando por mais tempo. Atualmente, mais trabalho está em andamento para projetar os algoritmos necessários para entender a intensidade e o alcance da assinatura turbulenta.

Os pesquisadores esperam que os dados fornecidos pelo microfone infrassônico se tornem onipresentes na detecção e previsão de turbulência, tomada de decisões de controle de tráfego aéreo e planejamento de rotas de aviação.

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