Ferramenta de Teste de Ruído Desenvolvida pela NASA Expande Uso Além de Aeronaves

O WirelessArray desenvolvido pela Interdisciplinary Consulting Corporation (IC2), disposto aqui para um voo de teste no Langley Research Center, torna testes de voo para drones rápidos e custo-efetivos. (Imagem: NASA)

Fabricantes de aviões realizando testes de ruído em novas aeronaves agora têm uma opção muito mais barata que arrays de microfones com fio tradicionais. E é sensível o suficiente para ajudar agricultores com problemas de pragas. O array de microfones sem fio que uma empresa criou recentemente com ajuda da NASA pode localizar insetos que ameaçam culturas ouvindo os sons que eles fazem nos campos. E agora, está tornando testes rápidos e acessíveis possíveis quase em qualquer lugar.

Desde o lançamento de seu primeiro produto comercial em 2017, um sensor para testes em túnel de vento desenvolvido com ajuda extensiva da NASA, a Interdisciplinary Consulting Corporation (IC2) dobrou seu quadro de funcionários e mudou para espaço de laboratório e escritório maior para produzir seu novo produto WirelessArray. Interessada em tornar seus próprios testes de voo mais acessíveis, o Langley Research Center da NASA em Hampton, Virginia, apoiou este novo projeto também, com múltiplos contratos de Pesquisa de Inovação em Pequenas Empresas (SBIR) e consultoria especializada.

O WirelessArray desenvolvido pela IC2 usa nós auto-alimentados e à prova de intempéries, como este, para detectar ruído. O microfone pode ser substituído por outros sensores para coletar dados por um dia, uma semana, ou até o ano todo. Painéis solares no topo alimentam a bateria interna, e dados são armazenados internamente em um cartão de memória. (Imagem: Interdisciplinary Consulting Corporation)

O resultado é uma série de bases pequenas, em formato de pires, equipadas com múltiplos sensores que medem mudanças de pressão do ar criadas por sons sobrevoando. Aviões passam por testes de ruído e requerem certificação, para que não excedam o nível de ruído da FAA definido para o tipo de corpo. Quando um avião voa diretamente sobre a cabeça, o array coleta dados de ruído para construir um mapa bidimensional da pressão do som e sua fonte. Um pacote de software personalizado traduz essa informação para o usuário final.

Graças ao apoio da NASA, a ferramenta de teste mais acessível está vendo aplicações além de aeronaves, de monitoramento animal a geração de energia limpa.

A Aeronáutica da NASA sempre usou sistemas com fio para coletar os mesmos dados, mas viu o potencial para uma abordagem menos incômoda, disse Tony Humphreys, Engenheiro Chefe das Ciências de Medição de Langley. Humphreys supervisionou os contratos SBIR do WirelessArray e também forneceu consultoria e até um dispositivo protótipo que a empresa usou como ponto de partida.

"Anteriormente, quando íamos para a Base Aérea de Edwards para uma série de testes de voo, usávamos um grande array com centenas de sensores. Tínhamos cerca de 15 milhas de cabeamento para conectar todos eles, e levava uma equipe de seis pessoas três dias para configurar e desmontar," ele disse. Os cabos tinham que ser posicionados em um padrão específico para evitar sobreposição, e se chovesse, cada sensor tinha que ser coberto para protegê-lo da precipitação. Múltiplos caminhões semi-reboque transportavam todo aquele equipamento, junto com geradores de energia, racks de servidores e outros equipamentos.

Em contraste, dois funcionários da IC2 chegaram à faixa de teste de voo de Langley dirigindo uma minivan com todo o hardware necessário para testar o sistema WirelessArray. No entanto, Humphreys disse que os dados gerados pelo sistema sem fio menor eram comparáveis a um sistema convencional.

Os testes de voo que a NASA e companhias aéreas comerciais realizam com um sistema com fio são tão caros que geralmente estão fora do alcance de empresas menores, disse Chip Patterson, Vice-Presidente da IC2, que é baseada em Gainesville, FL. Esta tecnologia, projetada para atender especificações da NASA, está mudando isso. Seja usando um ou 100 nós de sensor, qualquer um pode pagar para fazer testes de voo.

Voos de teste ajudam fabricantes de aviões e drones a identificar quais partes da aeronave estão criando mais ruído. Usar centenas de microfones com fio torna um processo caro e demorado para melhorar o design para atender requisitos de ruído. (Imagem: NASA)

"Cada nó contém um pequeno sistema computacional," disse Patterson. "Ele é capaz de adquirir e armazenar dados na memória em um cartão SD. Também tem um pequeno servidor web que permite ao usuário final cutucá-lo, pedindo para iniciar aquisição, parar gravação, baixar arquivos, verificar saúde da bateria, e mais."

Um sistema com fio tradicional requer download simultâneo e instantâneo de todos os dados, significando que o array é limitado à capacidade dos discos rígidos nos quais alimenta. O sistema menor da IC2 adquire conjuntos de dados significativamente maiores, permitindo que esses dados fiquem em cada nó até serem coletados. Se, por exemplo, um único nó for colocado no campo para coletar medições de ruído comunitário por vários meses, não será necessário ir ao local diariamente para baixar medições.

O WirelessArray suporta uma variedade de sensores, então um microfone pode facilmente ser trocado por um sensor óptico ou uma variedade de outros tipos. Cada unidade tem sua própria bateria auto-carregável e painel solar, suportando implantação a longo prazo. GPS integrado mantém amostragem sincronizada através de múltiplos nós, e comunicação sem fio permite usuários baixarem dados remotamente e monitorarem a saúde de cada dispositivo. Os invólucros ambientalmente endurecidos dos nós tornam possível fazer medições em qualquer clima sem proteção adicional contra poeira, neve ou temperaturas extremas.

Uma startup desenvolvendo um novo veículo pilotado remotamente pode agora obter dados sofisticados de teste de voo para identificar rapidamente problemas de ruído durante decolagem, voo ou pouso. Múltiplos voos de teste para cada modificação podem acelerar o tempo de mercado porque o custo para configurar, operar e desmontar o sistema é tão baixo.

Tudo o que é necessário para operar um nó individual ou um array extenso é um ponto de acesso sem fio padrão e um laptop padrão carregado com o aplicativo de software da IC2. Os nós também são facilmente integrados em sistemas existentes.

Esta tecnologia pequena e portátil está encontrando seu caminho em uma variedade de projetos e aplicações além de testes de aeronaves. A IC2 está trabalhando com um entomologista para usar dados acústicos para ouvir sons de insetos de alta frequência em ambientes agrícolas. Descobrir onde insetos se alimentam em culturas tornará possível para agricultores intervir antes que causem muitos danos, limitando o uso de pesticidas apenas àquelas áreas.

Pesquisadores estão explorando maneiras de monitorar camundongos e ratos em um ambiente biológico trocando o sensor acústico padrão que corresponde à audição humana por um sensor ultrassônico. Isso tornará possível monitorar chiados e outros sons que indicam saúde e bem-estar animal. Um sensor ultrassônico similar poderia monitorar o caminho de voo de aeronaves supersônicas, identificando quando um boom sônico está se aproximando de uma área.

A tecnologia pode ser aplicada a qualquer coisa que gere som, coletando dados de acordo com um cronograma pré-definido ou sob demanda. Turbinas eólicas, bancadas de teste de motores de foguetes, e observações ambientais como nível de ruído em aeroportos são apenas algumas possibilidades. A NASA também poderia usar este sistema para coletar dados para designs totalmente novos de aviões.

"Temos empurrado o lado acústico à medida que a aeronáutica avança para conceitos mais avançados como asa com treliça, talvez propulsão elétrica distribuída, ou outros. Isso levanta a necessidade de testes de ruído e certificação de ruído para novas configurações," disse Humphreys. Então, engenheiros da NASA poderão em breve trocar os caminhões semi-reboque e servidores por algumas minivans e laptops.

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