Ferramenta de teste de ruído desenvolvida pela NASA expande o uso além das aeronaves

O WirelessArray desenvolvido pela Interdisciplinary Consulting Corporation (IC2), apresentado aqui para um voo de teste no Langley Research Center, torna os testes de voo para drones rápidos e econômicos. (Imagem:NASA)
Os fabricantes de aviões que realizam testes de ruído em novas aeronaves agora têm uma opção muito mais barata do que os tradicionais conjuntos de microfones com fio. E é suficientemente sensível para ajudar os agricultores com problemas de pragas. O conjunto de microfones sem fio que uma empresa criou recentemente com a ajuda da NASA pode localizar insetos que ameaçam as colheitas, ouvindo o som que eles emitem nos campos. E agora, está possibilitando testes rápidos e acessíveis em praticamente qualquer lugar.

Desde o lançamento de seu primeiro produto comercial em 2017, um sensor para testes em túnel de vento desenvolvido com ampla ajuda da NASA, a Interdisciplinary Consulting Corporation (IC2) dobrou o tamanho de sua equipe e mudou-se para laboratórios e escritórios maiores para produzir seu novo produto WirelessArray. Interessado em tornar os seus próprios testes de voo mais acessíveis, o Centro de Pesquisa Langley da NASA em Hampton, Virgínia, também apoiou este novo projeto, com vários contratos de Pesquisa de Inovação para Pequenas Empresas (SBIR) e consultoria especializada.
O WirelessArray desenvolvido pela IC2 usa nós autoalimentados e à prova de intempéries, como este, para detectar ruído. O microfone pode ser substituído por outros sensores para coletar dados durante um dia, uma semana ou até mesmo durante todo o ano. Os painéis solares na parte superior alimentam a bateria interna e os dados são armazenados internamente em um cartão de memória. (Imagem:Corporação de Consultoria Interdisciplinar)
O resultado é uma série de pequenas bases em forma de pires equipadas com vários sensores que medem as mudanças na pressão do ar criadas pelos sons aéreos. Os aviões passam por testes de ruído e exigem certificação, para que não excedam o nível de ruído da FAA definido para o tipo de carroceria. Quando um avião sobrevoa diretamente, o conjunto coleta dados de ruído para construir um mapa bidimensional da pressão sonora e sua fonte. Um pacote de software personalizado traduz essas informações para o usuário final.

Graças ao apoio da NASA, a ferramenta de teste mais acessível tem aplicações que vão além das aeronaves, desde o monitoramento de animais até a geração de energia limpa.

A NASA Aeronautics sempre usou sistemas com fio para coletar os mesmos dados, mas viu o potencial para uma abordagem menos complicada, disse Tony Humphreys, engenheiro-chefe da Langley’s Measurement Sciences. Humphreys supervisionou os contratos do WirelessArray SBIR e também forneceu consultoria e até mesmo um protótipo de dispositivo que a empresa usou como ponto de partida.

"Anteriormente, quando fomos à Base Aérea de Edwards para uma série de testes de voo, usamos uma grande variedade com centenas de sensores. Tínhamos cerca de 24 quilômetros de cabeamento para conectar todos eles, e uma equipe de seis pessoas levou três dias para montar e desmontar", disse ele. Os cabos tiveram que ser posicionados em um padrão específico para evitar sobreposição e, se chovesse, cada sensor deveria ser coberto para protegê-lo da precipitação. Vários caminhões transportaram todos esses equipamentos, junto com geradores de energia, racks de servidores e outros equipamentos.

Por outro lado, dois funcionários do IC2 chegaram ao campo de testes de voo de Langley dirigindo uma minivan com todo o hardware necessário para testar o sistema WirelessArray. Mesmo assim, Humphreys disse que os dados gerados pelo sistema sem fio menor eram comparáveis ​​aos de um sistema convencional.

Os testes de voo que a NASA e as 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, com sede em Gainesville, Flórida. Esta tecnologia, projetada para atender às especificações da NASA, está mudando isso. Seja usando um ou 100 nós sensores, qualquer pessoa pode realizar testes de voo.
Os voos de teste ajudam os fabricantes de aviões e drones a identificar quais partes da aeronave estão criando mais ruído. O uso de centenas de microfones com fio torna um processo caro e demorado melhorar o design para atender aos requisitos de ruído. (Imagem:NASA)
“Cada nó contém um pequeno sistema de computador”, disse Patterson. "Ele é capaz de adquirir e armazenar dados na memória de um cartão SD. Ele também possui um pequeno servidor web que permite ao usuário final acessá-lo, solicitando que ele inicie a aquisição, pare a gravação, baixe arquivos, verifique a integridade da bateria e muito mais."

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

O WirelessArray oferece suporte a uma variedade de sensores, portanto, um microfone pode ser facilmente trocado por um sensor óptico ou vários outros tipos. Cada unidade possui sua própria bateria com carregamento automático e painel solar, apoiando a implantação a longo prazo. O GPS integrado mantém a amostragem sincronizada em vários nós, e a comunicação sem fio permite que os usuários baixem dados remotamente e monitorem a integridade de cada dispositivo. Os invólucros ambientalmente reforçados dos nós tornam possível realizar medições em qualquer clima, sem proteção adicional contra poeira, neve ou temperaturas extremas.

Uma startup que desenvolve um novo veículo pilotado remotamente pode agora obter dados sofisticados de testes de voo para identificar rapidamente problemas de ruído durante a decolagem, voo ou pouso. Vários voos de teste para cada modificação podem acelerar o tempo de lançamento no mercado porque o custo de configuração, operação e desmontagem do sistema é muito baixo.

Para operar um nó individual ou um array extenso, basta um ponto de acesso sem fio pronto para uso e um laptop padrão carregado com o aplicativo de software do IC2. Os nós também são facilmente integrados aos sistemas existentes.

Essa tecnologia pequena e portátil está sendo utilizada em uma variedade de projetos e aplicações além dos testes de aeronaves. O IC2 está trabalhando com um entomologista para usar dados acústicos para ouvir sons de insetos de alta frequência em ambientes agrícolas. Descobrir onde os insectos se alimentam nas culturas permitirá aos agricultores intervir antes que causem demasiados danos, ao mesmo tempo que limitará o uso de pesticidas nessas áreas.

Os 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 permitirá monitorar guinchos e outros sons que indicam a saúde e o bem-estar do animal. Um sensor ultrassônico semelhante poderia monitorar a trajetória de vôo de aeronaves supersônicas, identificando quando uma explosão sônica 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 testes de motores de foguetes e observações ambientais, como o nível de ruído nos aeroportos, são apenas algumas possibilidades. A NASA também poderia usar este sistema para coletar dados para projetos de aviões inteiramente novos.

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

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