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Quarta-Feira 15.jul.2020

Ano VIII - Nº 401

Veí­culos

A chegada dos carros voadores

Projetos impulsionam desenvolvimento de protótipos de eVTOLs no Brasil e no mundo

Postado em 10 de Dezembro de 2019 - Rodrigo de Oliveira Andrade – Fapesp

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Carros voadores, como os que cruzam os céus do desenho animado Os Jetsons, lançado nos anos 1960, ou da distopia futurista Blade Runner, de 1984, foram durante muito tempo apenas peça de ficção científica. Hoje, há várias iniciativas tentado tornar essas aeronaves realidade. Projetos de veículos voadores elétricos capazes de levar passageiros de um lado para outro, como se fossem táxis aéreos, são executados por diversas empresas ao redor do mundo. Conhecidos pela sigla eVTOL, acrônimo em inglês para veículo elétrico que decola e pousa na vertical, esses aparelhos estão sendo projetados para reduzir os congestionamentos e melhorar a qualidade do ar nas grandes cidades. Para que isso ocorra, vários desafios precisam ser superados, a começar pela viabilidade técnica dos próprios veículos.

Os japoneses da Toyota fizeram em julho o primeiro voo experimental do protótipo de seu carro voador, o SkyDrive, uma das estrelas da abertura dos Jogos Olímpicos de Tóquio de 2020. A aeronave terá como missão acender a pira olímpica da competição. Também em meados deste ano, a cidade de Washington, nos Estados Unidos, sediou o maior evento global focado em projetos de eVTOL. Um dos conceitos apresentados no Uber Elevate Summit foi concebido pelos engenheiros da EmbraerX, subsidiária para negócios inovadores da brasileira Embraer. Projetada para transportar quatro passageiros, mais o piloto, a aeronave foi desenhada com um sistema propulsor composto por dez rotores (ou hélices) de baixo ruído e duas asas fixas.

Para Antonio Campello, CEO da EmbraerX, a mobilidade aérea urbana evoluirá para se tornar um importante meio de transporte na próxima década. O protótipo da empresa é somente um dos que integram uma iniciativa global lançada pela Uber há três anos. Após os resultados frustrantes com o UberCopter, modalidade em que as pessoas podiam chamar helicópteros por aplicativo, a empresa resolveu investir em um novo tipo de transporte aéreo compartilhado e lançou o programa Uber Elevate. O plano da Uber é iniciar operações comerciais a partir de 2023.

Os eVTOLs conjugam características de helicópteros e aviões. Como os primeiros, pairam, decolam e pousam verticalmente – por isso, não precisam de pistas longas para operar. Também podem se deslocar para frente, para trás e para os lados. Uma diferença entre eles está na concepção de asas fixas, estrutura que não existe nos helicópteros, e na quantidade de rotores. Enquanto a maioria dos helicópteros modernos tem dois rotores – o maior, geralmente situado acima da cabine, responsável pelo movimento de subida e descida do aparelho e algumas manobras, e um menor, na cauda, também usado para fazer manobras –, os eVTOLs estão sendo projetados para ter vários rotores e atuando em conjunto.

A principal semelhança entre eVTOLs e aviões é a existência de asas fixas. “Elas conferem mais estabilidade durante o voo e maior autonomia [tempo máximo de voo ou distância máxima percorrida pelo veículo]”, explica o engenheiro eletricista Guilherme Augusto Silva Pereira, do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Segundo ele, o fluxo de ar que passa sob as asas ajuda a manter a aeronave por mais tempo no ar, gastando menos energia.

Outro diferencial dos eVTOLs é que, além de serem elétricos, podem ter fontes híbridas de energia, como baterias, células fotovoltaicas e células a combustível. Aviões e helicópteros utilizam principalmente querosene de aviação, combustível derivado do petróleo, para mover seus motores, embora existam projetos em andamento de aviões elétricos.

Sem pilotos
Os eVTOLs do programa da Uber deverão voar entre 240 e 320 quilômetros por hora (km/h) em uma altitude que vai variar de 330 a 600 metros (m), segundo estudo divulgado pela companhia – velocidade e nível de voo semelhantes aos dos helicópteros. Uma única recarga de bateria deverá ser capaz de proporcionar autonomia de voo de quase 100 km. A expectativa é de que uma viagem entre o centro de São Paulo e o de Campinas, distantes cerca de 100 km, possa ser feita em até 18 minutos com os veículos voadores – o trajeto de carro é percorrido em mais de duas horas.

Embora planejados para serem autônomos, ou seja, voarem sem intervenção humana, essas aeronaves deverão ser inicialmente conduzidas por pilotos. As metrópoles de Dallas e Los Angeles, nos Estados Unidos, e Melbourne, na Austrália, estão programadas para sediar os primeiros voos-teste do programa Uber Elevate, planejados para acontecer em meados de 2020.

A Uber quer construir para seus carros voadores locais específicos de pouso e decolagem, chamados skyports, mas também espera contar com a infraestrutura de heliportos de algumas cidades, como São Paulo, um dos centros urbanos cotados para receber os eVTOLs da empresa. A cidade dispõe de uma das maiores frotas globais de helicópteros, composta por 420 aparelhos, e quase 200 heliportos ativos.

O engenheiro de controle de automação Guilherme Vianna Raffo, do Departamento de Engenharia Eletrônica da UFMG, explica que, do ponto de vista acadêmico, o desenvolvimento de eVTOLs se encontra bastante avançado. “Vários sistemas de navegação e controle para detecção e desvio de obstáculos, identificação de falhas de sistemas e manobras agressivas estão sendo ou já foram criados para ser acoplados a essas aeronaves”, diz Raffo, que trabalha com eVTOLs desde o doutorado realizado na Universidade de Sevilla, na Espanha, entre 2007 e 2011. O pesquisador participa atualmente de um projeto executado pelas universidades Federal de Minas Gerais (UFMG), Federal de Santa Catarina (UFSC) e de Sevilha cuja finalidade é desenvolver um eVTOL para apoiar o serviço de resgate e atendimento médico de urgência da Espanha.

Os principais grupos de estudo nessa área, de acordo com Raffo, estão no Laboratório Geral de Robótica, Automação, Sensoriamento e Percepção da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, no Instituto de Sistemas Dinâmicos e Controle do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique, na Suíça, e no Grupo de Robótica, Visão e Controle da Universidade de Sevilha. No Brasil, a UFMG, o Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), em São José dos Campos (SP), a Universidade de São Paulo (USP), campus de São Carlos, e a UFSC se destacam na realização de pesquisas visando ao aperfeiçoamento das tecnologias.

Os projetos na área estão sendo executados pelas próprias empresas ou em colaboração com universidades e outras instituições. É o que a Uber está fazendo. Para viabilizar em tão pouco tempo essas aeronaves, a empresa firmou parcerias com a Boeing, a fabricante de helicópteros Bell, a agência espacial norte-americana (Nasa), a Universidade do Texas, em Austin (EUA), e a Escola Politécnica de Paris, na França. Com esta última, criou um Centro Avançado de Pesquisa e Desenvolvimento, o primeiro do grupo fora dos Estados Unidos, fruto de um investimento de cerca de € 20 milhões (R$ 93 milhões) nos próximos cinco anos. O centro francês realizará pesquisas para o desenvolvimento de protótipos de eVTOLs e se dedicará à criação de uma infraestrutura para apoiar o deslocamento desses veículos nas cidades.

No Brasil, além de trabalhar em um conceito de eVTOL, a Embraer estuda a implementação de um ecossistema de pesquisa e desenvolvimento (P&D) que viabilize o atendimento da potencial demanda por esse novo tipo de mobilidade urbana. Isso envolve, entre outras coisas, o aprimoramento do sistema de controle de tráfego aéreo urbano. “É imprescindível garantir rotas de navegação seguras para essas aeronaves”, declara o cientista da computação Felipe Leonardo Lôbo Medeiros, do Instituto de Estudos Avançados do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (IEAv-DCTA), em São José dos Campos.

A Atech, subsidiária da Embraer especializada em soluções para o tráfego aéreo, já trabalha em um sistema capaz de integrar a futura demanda de uso do espaço aéreo urbano brasileiro pelos eVTOLs. A ideia é garantir a convivência segura dos diversos serviços de transporte aéreo (aviões, helicópteros e eVTOLs). “A demanda por voos deverá aumentar muito nas próximas décadas e será preciso um sistema capaz de gerenciar essa carga de aeronaves no espaço aéreo urbano”, explica Marcos Resende, diretor de negócios e tecnologia da Atech.

A empresa tem experiência na área e criou, em parceria com o Departamento de Controle do Espaço Aéreo (Decea), subordinado ao Comando da Aeronáutica, os sistemas de controle e gestão de tráfego aéreo civil e militar em operação no país. “Estamos usando nosso conhecimento e experiência para, em conjunto com a EmbraerX e o Decea, pensar em como será esse processo no momento em que os céus das cidades forem tomados pelos eVTOLs”, comenta Resende.

Do outro lado do mundo, a China está atenta à nova tecnologia dos carros voadores. Recentemente, a autoridade de aviação civil chinesa publicou um esboço de diretrizes sugerindo o estabelecimento de padrões regulatórios para eVTOLs até o próximo ano. O país espera ter em operação até 2035 um sistema de gestão aérea que inclua essas aeronaves.

Os chineses também estão desenvolvendo seu próprio eVTOL. A empresa Ehang já realizou os primeiros ensaios de seu protótipo. Segundo ela, foram mais de mil voos em diversas situações. Por ora, a aeronave Ehang 184 comporta apenas uma pessoa, mas a companhia pretende criar um modelo de dois lugares. Nos testes, ela realizou subidas verticais de 300 m, transportou mais de 230 quilogramas (kg), seguiu uma rota de até 15 km e alcançou 130 km/h.

Outras empresas pelo mundo têm projetos em andamento de carros voadores, em diferentes estágios de maturação. “Boa parte já conta com protótipos funcionais, mas elas ainda trabalham para tornar essas aeronaves uma tecnologia segura e confiável”, esclarece Pereira, da UFMG. É o caso da Kitty Hawk, startup criada por Larry Page, um dos fundadores da Google, que lançou recentemente o Cora. A aeronave experimental autônoma e elétrica apresentou bom desempenho em testes na Nova Zelândia, voando a cerca de 110 km/h.

O fabricante europeu de aviões Airbus também trabalha na criação de seu modelo de eVTOL, o Vahana. A aeronave é equipada com uma cabine para apenas um passageiro instalada sobre uma espécie de trenó e tem oito hélices, quatro na frente e quatro atrás. O protótipo entrou em fase de testes em fevereiro de 2018, e a empresa espera iniciar a produção dos primeiros modelos no ano que vem. Na Califórnia, a Joby Aviation investe na concepção de um eVTOL de dois lugares com 12 rotores espalhados por suas asas e cauda.

Baterias mais eficientes
Além do projeto do veículo em si, da infraestrutura de pouso e decolagem e de um sistema de controle de tráfego aéreo, outro desafio envolve a eficiência energética dos eVTOLs. “As baterias usadas por essas aeronaves ainda são pesadas e energeticamente pouco eficientes. Para que possam voar por mais tempo consumindo menos energia, cientistas ao redor do mundo trabalham para elevar a eficiência aerodinâmica e dos motores desses carros voadores”, conta o engenheiro eletricista Guilherme Pereira.

Uma das apostas são soluções híbridas de geração de energia elétrica, envolvendo células fotovoltaicas e a combustível. “Há hoje grande investimento na concepção de baterias mais eficientes, principalmente para atender à demanda dos carros elétricos”, destaca Guilherme Raffo, da UFMG. “Com certeza os eVTOLs desfrutarão desse aprimoramento tecnológico”, afirma. Para Felipe Medeiros, do IEAv-DCTA, o ideal é que as baterias possam ser recarregadas em intervalos curtos de tempo e que tenham a menor massa possível, elevando a capacidade de carga útil do eVTOL.

O pesquisador cita como exemplo a evolução energética ocorrida com drones. No início da década de 2000, aparelhos com cerca de 2 kg tinham autonomia de voo de até 10 minutos. Hoje há veículos que voam por até 1 hora sem necessidade de recarregar as baterias. “Os eVTOLs para transporte de pessoas são maiores, o que lhes permite levar mais baterias e, assim, ter boa autonomia em voos de curtas distâncias, dentro de cidades”, comenta Raffo. “Com o atual desenvolvimento científico e tecnológico, tanto na academia quanto na indústria, e com os diversos protótipos já lançados por empresas e em fase de testes de voo, avalio como viável o uso massivo dessas aeronaves para transporte de passageiros dentro de algumas décadas.”


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