Do que são feitos os drones?

Materiais principais usados ​​em drones:

• Compósitos reforçados com fibra de carbono (CRFCs)
• Termoplásticos como poliéster, nylon, poliestireno, etc.
• Alumínio
• Baterias de íon de lítio

Parece que foi ontem que os drones eram novidades, protótipos construídos por empresas e entusiastas empreendedores. Agora parece que os drones dominaram o mundo. Eles estão em toda parte, desempenhando funções na indústria, arte e até mesmo como brinquedos para crianças . As pessoas muitas vezes ignoram o fato de que essas pequenas máquinas voadoras só se tornou comum recentemente. Os drones ainda estão em sua infância e, à medida que as tecnologias de materiais e microcontroladores melhoram, os drones do futuro evoluirão de maneiras que podem parecer quase ficção científica .

Examinando a maneira como os drones são projetados e os materiais de que são feitos , podemos entender como essa importante tecnologia se desenvolveu e ter uma noção de como ela pode avançar no futuro próximo.


Os Veículos Aéreos Não Tripulados (UAVs) estão substituindo rapidamente os métodos tradicionais de vigilância terrestre. Eles estão crescendo em popularidade tão rapidamente que alguns até abandonaram a expressão clássica “visão aérea” com “visão panorâmica”.

Então, o que são drones? Como eles são projetados? E o que está levando sua onda a se tornar uma tecnologia difundida?

Vamos descobrir.

O que são drones?

Para a maioria das pessoas, um “drone” é um tipo específico de veículo aéreo não tripulado (UAV) :o multirotor ou multicopter. Assim como o nome indica, essas máquinas voam direcionando o empuxo para baixo de duas ou mais hélices motorizadas .

Os modelos de consumo mais populares são os quadcopters (4 rotores), mas as variantes comerciais incluem hexacopters (6 rotores) e octocópteros (8 rotores) para fornecer maior sustentação. Embora haja uma grande variedade de drones militares e civis por aí, vamos nos concentrar em drones multirotores comuns e nos materiais de que são feitos.



Para voar, os drones devem ser capazes de gerar impulso ascendente suficiente para superar seu próprio peso, então a seleção de materiais em um drone é dominada pela minimização da massa do drone .

Cada grama de material usado para fazer um drone custa energia para levantar, e cada grama que pode ser economizada melhora o desempenho:

• Aumento da capacidade de carga
• Tempo de voo estendido
• Inércia reduzida e manobrabilidade melhorada

Esse processo de seleção de materiais e design de componentes para minimizar a massa é chamado de “leve ”. Isso nos fornece os critérios de seleção de propriedades de materiais mais importantes:minimizar a massa selecionando materiais de baixa densidade .

Detalhamento por partes

Drones são dispositivos complexos compostos por diferentes componentes trabalhando juntos. Cada componente cumpre uma função diferente , portanto, considerações diferentes entram em jogo ao selecionar materiais para cada parte . No entanto, para cada peça de um drone, a densidade do material deve ser levada em consideração para minimizar o peso e maximizar o desempenho .

O quadro:mantendo tudo junto

O quadro dá forma a um drone e mantém todos os subsistemas no lugar . Por ter uma função mecânica, a propriedade do material mais importante para o quadro é a resistência . Para drones comerciais, termoplásticos, como variantes de nylon, poliéster e poliestireno, são escolhas populares porque são baratos para transformar em peças complexas usando processos de moldagem por injeção .



Os termoplásticos também oferecem boa resistência e baixa densidade , com várias variedades com resistências à tração superiores a 100 MPa e densidades inferiores a 2 g/cm3. Muitos termoplásticos também estão disponíveis em filamentos que podem ser usados ​​para imprimir peças personalizadas em 3D , tornando os termoplásticos um componente popular de drones experimentais.

Enquanto os drones comerciais podem sacrificar algum peso adicional para serem mais acessíveis, os drones industriais priorizar o desempenho . Um material com alta resistência pode ser usado em quantidades menores, tornando um drone ainda mais leve e de alto desempenho.

Se usarmos uma pesquisa Matmatch para encontrar os materiais de menor densidade e maior resistência, encontraremos a melhor opção para quadros de drones de alto desempenho:compósitos reforçados com fibra de carbono . Esses compósitos oferecem alta resistência, baixa densidade e alta rigidez para fazer quadros de drones leves e rígidos.

Motores e hélices:decolando

Sem uma fonte de empuxo, um drone nunca sairia do chão. Os motores que acionam os drones são motores elétricos convencionais com enrolamentos de cobre e ímãs permanentes . A carcaça dos motores pode ser escolhida para minimizar o peso, e tanto os termoplásticos quanto as ligas de alumínio apresentam boas relações resistência-peso.

No entanto, os motores podem gerar calor significativo. Assim, materiais com alta condutividade térmica, como alumínio , pode ser usado para a carcaça para ajudar a resfriar o motor.


O mercado mundial de drones não militares, dominado por fabricantes na China, triplicará de tamanho para US$ 14,3 bilhões em vendas na próxima década. (Reuters)

As pás do rotor dos drones giram em alta velocidade, então eles tendem a absorver o maior desgaste quando um drone voa (ou travamentos). Assim como os materiais da estrutura, escolher um material ideal da pá do rotor é uma questão de maximizar a força enquanto minimiza o peso.

Algumas pás do rotor são feitas de compósitos reforçados com fibra de carbono . No entanto, as pás do rotor são frequentemente danificadas e substituídas, muitas são feitas de termoplásticos para reduzir o custo de substituição eles quando quebram.

Como as pás do rotor geralmente são danificadas em impactos de alta velocidade durante a rotação, um engenheiro que procura projetar uma pá do rotor durável pode filtrar materiais por força de impacto e densidade para selecionar um material adequado.

Baterias:o poder de voar

De todos os componentes de um drone, melhorias na tecnologia de bateria pode ser o avanço mais importante que tornou os drones multirotores modernos possíveis. Da mesma forma que as relações resistência-peso são consideradas ao projetar componentes mecânicos, o desempenho da bateria pode ser medido em termos de peso da bateria .



Medições como energia específica (J/kg) e potência específica (W/kg) descreve a capacidade de uma bateria de armazenar e liberar energia em termos de massa da bateria .

Baterias chumbo-ácido e Ni-Cd mais antigas pesou muito para um drone que eles usavam para voar por muito tempo, se ele pudesse se levantar do chão. No entanto, as baterias modernas de íon de lítio oferecem energia e potência suficientes em um pacote leve para possibilitar os drones multirotores de hoje. Futuros avanços na tecnologia de baterias e capacitores permitirão drones ainda mais leves e de alto desempenho.

Sensores:o sistema nervoso do drone

Os drones multirotor estão envolvidos em um delicado ato de equilíbrio toda vez que voam . Se um motor fornecer muito impulso, o drone irá inclinar ou até virar. Assim como o corpo humano usa uma complexa rede de sentidos e nervos para se equilibrar ao caminhar, os drones multirotores usam um conjunto impressionante de sensores e mecanismos de feedback para permanecer no ar .


A polícia e a aplicação da lei utilizam drones para investigações de cenas de acidentes de trânsito, busca de pessoas desaparecidas, localização de suspeitos, operações de resgate, detecção de atividades ilegais ou operações relacionadas à segurança pública ou inconvenientes para a população, segurança de áreas sensíveis e investigações de cenas de crimes.

As partes mais vitais do “sistema nervoso” de um drone são seus sensores de inclinação . Combinando uma mistura de sensores giroscópicos e acelerômetros, os sensores de inclinação são amarrados em loops de feedback com os motores do drone.

Um drone em voo constantemente faz pequenos ajustes no impulso do motor para permanecer nivelado, permitindo que ele se recupere de correntes de ar e manobras extremas. Alguns drones avançados também pode inclinar independentemente cada rotor , permitindo que o drone controle a direção e a força do impulso que recebe de cada rotor.

Os drones também podem empregar uma variedade de outros sensores para monitorar seus sistemas internos e o mundo ao seu redor. Sensores de corrente e tensão ajude o drone a rastrear a energia extraída de suas reservas de energia , ajudando seu piloto a saber quando é hora de pousar e recarregar.

GPS e sensores magnéticos auxiliar na navegação medindo a localização e orientação do drone. Sensores de fluxo de ar permitem que os drones detectem sua velocidade no ar ou correntes de vento, e essa informação pode ser realimentada em seus circuitos de balanceamento para tornar o voo do drone ainda mais estável.

Microcontroladores e câmeras:drones mais inteligentes

Os mesmos avanços na tecnologia de microchip que criaram o smartphone moderno possibilitam que os drones sejam computadores voadores . Muitos dos mesmos chips que podem ser encontrados em smartphones (Intel, Nvidia, Qualcomm, Arm, etc.) também aparecem em drones.

À medida que os drones ficam mais inteligentes, eles se tornam capazes de realizar tarefas mais sofisticadas com menos controle humano . Atualmente, isso significa que os drones podem seguir caminhos predeterminados sem um piloto humano ou registrar medições de uma variedade ainda maior de sensores. Mas pesquisadores estão aprendendo a programar drones para executar tarefas cada vez mais complexas sem ajuda humana.



Para a maioria das pessoas, o propósito dos drones é levar uma câmera a alturas que um humano não poderia alcançar . Mesmo os drones básicos de consumidor carregam uma câmera que transmite vídeo de volta para um smartphone ou grava imagens na memória.

Os estúdios de cinema usam drones de última geração para filmar seus filmes de grande orçamento. No entanto, os avanços no campo da “visão computacional” estão transformando as câmeras em mais do que apenas uma carga útil ou auxílio para pilotos humanos. Os drones do futuro usarão câmeras para ver o mundo ao seu redor e usar essas informações para pilotar a si mesmos.

Os drones estão se tornando cada vez mais capazes de voar sem a ajuda de um piloto humano ou até GPS para navegar , e isso está dando origem a um novo e poderoso recurso:drones trabalhando juntos. Os enxames de drones eram anteriormente compostos por equipes de drones usando GPS e se comunicando com um controlador central para determinar onde cada indivíduo se encaixa no grupo.

No entanto, pesquisas de ponta produziram drones que usam seus próprios sensores a bordo e até suas câmeras, para reconhecer outros drones e voar em formação . Em breve, pode se tornar comum ver equipes de drones autônomos atuando como salva-vidas , cuidando das plantações , ou voando em formações de busca para ajudar nos esforços de socorro a desastres .

Tecnologia com impacto global

Os drones parecem estar em toda parte agora. Eles estão fazendo filmes, estrelando filmes, ajudando a vender imóveis, transmitindo esportes, criando novos esportes, trabalhando em fazendas e fábricas, caçando outros drones e em breve eles poderão entregar pacotes . À medida que os materiais, a IA e os microcontroladores melhoram, os drones continuarão a revolucionar uma ampla gama de indústrias .

O futuro dos drones

Os drones estão se tornando mais populares a cada dia e revolucionando a maneira como o mundo funciona e se diverte. Os materiais usados ​​em drones são selecionados para melhorar o desempenho com quadros de alta resistência e alta capacidade de bateria, minimizando o peso.

Minimizar o peso dos drones maximiza seu desempenho , seja para tornar um drone de cinema capaz de realizar filmagens mais longas ou tornar um drone de corrida ainda mais manobrável. Os drones também estão ficando cada vez mais inteligentes e pode não demorar muito para que os drones autônomos se tornem parte inerente da vida cotidiana.