INSTITUTO FEDERAL GOIANO

CAMPUS URUTAÍ

LAERTE MENDONÇA NETO

Sistema Multi-operacional de Acionamento Remoto Acoplável a

Veículo Aéreo Não Tripulado

URUTAÍ, GOIÁS

2020

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LAERTE MENDONÇA NETO

Sistema Multi-operacional de Acionamento Remoto Acoplável a

Veículo Aéreo Não Tripulado

Monografia apresentada ao

IF Goiano Campus Urutaí

como parte das exigências do

Curso de Graduação em

Engenharia Agrícola para

obtenção do título de

Bacharel em Engenharia

Agrícola.

Orientador: Marco Antonio

Moreira de Freitas

URUTAÍ - GOIÁS

2020

3

4

5

DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho a minha mãe Maria

Angélica Alvim Guerra e ao meu pai Laerte

Henrique Mendonça, que mesmo em frente as

dificuldades sempre se esforçaram para colocar

meus estudos como uma prioridade, investindo

e acreditando em meu potencial.

A meu avô Hugo Parreira Guerra (in

memorian), grande incentivador e conselheiro,

um espelho para minha vida, certamente estaria

orgulhoso e achando formidável a conclusão

desta etapa.

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AGRADECIMENTOS

Sou grato a Deus pela vida que tenho e pelos caminhos em que me guia. Gratidão a todos

meus familiares, especialmente meus pais Maria Angélica Alvim Guerra e Laerte

Henrique Mendonça, pois jamais hesitaram em me auxiliar nesta jornada acadêmica. Até

chegar ao ensino superior passei pelos ensinamentos de diversas professoras e

professores, deixo aqui meus sinceros agradecimentos por todo o conhecimento a mim

passado, com tanto carinho e dedicação, se não fossem vocês, jamais teria a capacidade

de estar escrevendo estas palavras em uma conclusão de curso. Agradeço ao professor

Dr. Marco Antonio Moreira de Freitas, além de orientador passou a ser um grande amigo,

sempre se dispôs a me ajudar nas questões técnicas e com conselhos, palavras amigas,

cruciais para meu crescimento profissional e pessoal. Agradecimento ao professor

Beethoven Gabriel Xavier Alves, um amigo e grande contribuinte para a elaboração deste

projeto. Obrigado a todos os servidores e funcionários do IFGoiano, vocês desempenham

um papel muito importante na minha vida e na de todos os discentes desta instituição.

Minha gratidão aos meus amigos e colegas, especialmente ao Higor Rezende Guimarães

e a Juliana Carla Carvalho dos Santos, pessoas que sempre me apoiaram e deram força

para concluir esta graduação.

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“O desenvolvimento progressivo do homem

é vitalmente dependente da invenção.”

(Nikola Tesla)

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SUMÁRIO

RESUMO ..................................................................................................................... 9

ABSTRACT ............................................................................................................... 10

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 11

2. JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA ....................................................................... 13

3. MATERIAL E MÉTODOS ..................................................................................... 16

BUSCAS TEXTUAIS ............................................................................................. 16

MODELAGEM DO PROJETO............................................................................... 20

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO ..................................................... 21

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................. 29

5. CONCLUSÕES ...................................................................................................... 30

6. REFERÊNCIAS ...................................................................................................... 30

Anexos........................................................................................................................ 32

9

Sistema Multi-operacional de Acionamento Remoto Acoplável a

Veículo Aéreo Não Tripulado

Laerte Mendonça Neto¹, Marco Antônio Moreira de Freitas²

RESUMO

O presente projeto trata de um sistema multi-operacional de acionamento remoto

acoplável a veículo aéreo não tripulado (Fig 2) composto por uma plataforma superior de

avaliação (Fig 3), um implemento de condutividade elétrica (Fig 4), um implemento de

coleta (Fig 5) e ou a combinação destes (Fig 6d). Seu campo de atuação é o agrícola e

ambiental, envolvendo áreas como lavoura, floresta, pastagem, barragens, contaminações

e/ou construções. A invenção pode ser utilizada para coleta de amostras e ou para análise

preferencialmente de solo, fluidos, animais, vegetação, maquinários e ou construções.

Palavras-chave: Drone; Solo; Análise.

10

Multi-operational Remote Activation System Dockable to

Unmanned Aerial Vehicle

Laerte Mendonça Neto¹, Marco Antônio Moreira de Freitas²

ABSTRACT

The present project deals with a multi-operational remote activation system that

can be connected to an unmanned aerial vehicle (Fig 2), consisting of an upper evaluation

platform (Fig 3), an electrical conductivity implement (Fig 4), a collection implement

(Fig 5) and or the combination of these (Fig 6d). Its field of action is agricultural and

environmental, involving areas such as crops, forests, pastures, dams, contamination and

and/or constructions. The invention can be used for collecting samples and or for

preferential analysis of soil, fluids, animals, vegetation, machinery and or constructions.

Keywords: Drone; Soil; Analyze.

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1. INTRODUÇÃO

No espaço da agricultura e pecuária, a aplicação dos veículos aéreos não

tripulados (VANTs), bem como em outros setores se faz cada vez mais presente. No setor

agrícola, essa prática denomina-se de “agricultura de precisão (AP)” (CHIARELLO.

2017), que segundo Machado, et al. (2017), é uma forma de gerenciar o cultivo desde o

plantio até a colheita, podendo ou não ser utilizada tecnologias de ponta. Obviamente,

com essa tecnologia, haverá maiores possibilidade de controle do cultivo e qualidade do

produto final trazendo melhores resultados para o agronegócio e diminuindo os impactos

ambientais. A AP está em crescimento no Brasil, assim, o surgimento de novas

tecnologias ganha força e investimentos da agricultura, pois as tecnologias vêm para

reduzir custos e a proporcionar a sustentabilidade das lavouras (MOLIN; AMARAL;

COLAÇO, 2015).

De acordo com Artuzo, et al (2017), a modernização da agricultura foi

fundamental para suprir o aumento da demanda de commodities mundialmente. Esse

aumento ocorreu com as inovações tecnológicas das máquinas e equipamentos agrícolas

que modificaram o modo de produção e, consequentemente, contribuíram na otimização

do uso dos recursos produtivos.

Silva, et al (2016) escreveu que a tendência do mercado é de uma rápida evolução

tecnológica e redução gradual de custos, o que irá garantir a viabilidade técnica e

econômica da utilização destas tecnologias num curto espaço de tempo. Nas

considerações finais de seu trabalho afirma que a partir de uma análise comparativa

baseada em dois levantamentos elaborados pela Área de Economia Rural da Embrapa

Soja, que é possível se obter uma relação custo-benefício favorável ao usuário interessado

em adotar a agricultura de precisão. Com base nos dados apresentados, os resultados

analisados sugerem aumento da renda líquida com o uso da agricultura de precisão.

Dentro da agricultura de precisão este projeto tem o intuito de aprimorar, através

do uso de veículos aéreos não tripulados (VANTs), o processo de amostragem do solo,

indispensável para a criação dos mapas de fertilidades, sendo a base da agricultura de

precisão à taxa variável de fertilizantes (ATV), que segundo Artuzo, et. al. (2017), foi

uma das inovações que modificou os resultados e ampliou as etapas no processo

produtivo. Os resultados mostraram que a adoção da ATV na produção de soja e milho

reduziu o impacto ambiental negativo, pelo menor uso de fertilizante agrícola, em função

da estimativa para a necessidade real da área a ser aplicada. Além disso, com a redução

12

nos custos de aquisição de fertilizantes agrícolas e aumento na produção, o processo

produtivo se tornou eficiente economicamente, ou seja, reduziu os custos econômicos.

Ao caracterizar um solo é, frequentemente, imprescindível a retirada de amostras.

Essas amostras devem representar com a melhor acurácia possível o material original do

solo em estudo. Dependendo do objeto, as amostras podem ser obtidas por diferentes

métodos de amostragem. Na determinação de características químicas e de algumas

propriedades físicas do solo, como o teor de água, a granulometria, a massa específica de

partículas, entre outras, é possível utilizar amostras deformadas ( SILVA, et al. 2014).

Um dos requisitos básicos para a correta recomendação de adubação do solo é a

coleta de amostras que devem representar adequadamente a área considerada

(BERNARDI, AC de C. et al. 2003). Segundo Guarçoni, et al. (2017) devido à elevada

variabilidade de determinadas características químicas, a amostragem de solo é uma das

mais importantes fontes de erro em um programa de correção e adubação. No geral, a

produção agrícola brasileira depende do uso de corretivos do solo e do fornecimento de

nutrientes por meio das adubações minerais e/ou orgânicas. As baixas taxas de eficiência

de utilização de nutrientes precisam ser melhoradas. Necessita-se avançar ainda na

questão da amostragem de solo. (DE CAMPOS BERNARDI, Alberto C. et al. 2017).

Os VANTs, na agricultura brasileira, agregam-se a mais uma tecnologia

atualizada, ou como um instrumento que busca facilitar a prática no campo, ou para que

se efetive uma melhor produção. Isso se traduz em análise precisa da plantação para

detectar pragas e doenças, possíveis falhas de plantio, excesso de irrigação, reais

condições de semeadura, maior pulverização, contagem acurada do rebanho, localização

de animais perdidos, telemetria, verificação de áreas quando em situações de incêndio

(CHIARELLO. 2017).

Segundo Gomes, et al. (2017), no seu artigo intitulado Panoramas setoriais

2030: aeroespaço e defesa, a futura regulamentação ampla dos usos dos drones também

fará com que seus usos/aplicações atinjam escala hoje quase inimaginável, destacando-se

o emprego na agricultura, vigilância aérea, gestão de grandes desastres, jornalismo etc.

Como todo tipo de tecnologia, observa-se que os drones continuarão em ascensão,

podendo futuramente ser barateados, sendo utilizado em vários tipos de produtos

advindos do campo e lavouras (LUCHETTI, 2019).

Drone é uma palavra inglesa que significa “zangão”, na tradução literal para a

língua portuguesa. No entanto, esse termo ficou mundialmente popular para designar todo

13

e qualquer tipo de aeronave que não seja tripulada, mas comandada por seres humanos a

distância. O drone também pode ser chamado de Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT)

ou Veículo Aéreo Remotamente Pilotado (VARP). Segundo a ABA - (Associação

Brasileira de Aeromodelismo), a definição para Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT)

é: “um veículo capaz de voar na atmosfera, fora do efeito de solo, que foi projetado ou

modificado para não receber um piloto humano e que é operado por controle remoto ou

autônomo” (JORGE; INAMASU, 2011).

Muitos projetos voltados para a utilização dos drones na agricultura vêm

compondo o estado da técnica, como o sistema de pulverização pontual acoplável a um

VANT da empresa SkyDrones, de número de patente BR 202017019175-9 U2, utilizando

o drone como uma forma de intervenção física no campo, outro exemplo é o trabalho de

Prediger (2018), onde propõe a troca de baterias de forma automatizada, segundo ele o

projeto pretende viabilizar métodos como a pulverização, para reduzir os impactos que a

mesma causa no meio ambiente e desta forma contribuir para a sustentabilidade da

agricultura e aplicar o conceito da engenharia verde.

Em seu artigo Santos, et al. (2018) destaca que as mudanças nos processos

de fabricação, impulsionada pelos avanços tecnológicos e pelas pressões exercidas por

mercados emergentes altamente competitivos, como a China e a Coreia do Sul, está

conduzindo um fenômeno que está sendo promovido sob o nome de Indústria 4.0. Com

base neste cenário o presente projeto tem o intuito de contribuir para o desenvolvimento

tecnológico nacional e mundial dentro da agricultura 4.0, seus resultados podem

apresentar elevado potencial de mercado, pois Santos, et al. (2018) afirma que a

fabricação de aditivos está a ser apontada como uma das tecnologias de produção mais

promissoras a nível global.

2. JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA

Observou-se que os métodos de amostragem mais utilizados demandam muito

trabalho, tempo e custo, pois são necessárias várias amostras da área a ser avaliada para

análise laboratorial e uso de agentes químicos.

Afim de verificar a relevância deste novo método de coleta com drone, foi feita

uma comparação de forma rápida e hipotética, os dois tipos de serviços de amostragens

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mais comuns no mercado com a coleta de solo utilizando um veículo aéreo não tripulado

(VANT), adotando uma área de 1 hectare como referência.

A Embrapa (2006) recomenda de 3 a 5 subamostras para compor uma composta

de um mesmo talhão, o mais indicado para grades por ponto está em torno de 1 amostra

por hectare. Adotando a quantidade de 5 subamostras por hectare distribuídos conforme

a figura 1 ilustra, totaliza um percurso de 220m.

Figura 1: Esquema de distribuição dos pontos amostrais em 1ha.

Avaliação caminhando: A velocidade média de uma pessoa é de 6 km/h (1,7 m/s),

sabendo disso ela irá gasta 2min 15seg para percorrer 220m, supondo que o tempo médio

gasto em uma amostragem seja de 2 min, o tempo para realizar 5 amostragens é 10min.

Em 1ha será gasto 12min 15seg.

Avaliação com quadriciclo: Estimando que a velocidade média de trabalho é de

50 km/h (13,9 m/s), então o quadriciclo irá gasta 16seg para percorrer 220m, mantendo o

tempo gasto em uma amostragem sendo 2min, em 5 amostragens erá gastar 10min. Em

1ha será gasto 10min e 16seg.

Avaliação com VANT: A velocidade média de um VANT multirrotor agrícola é

de 10m/s, o VANT irá gasta 22seg para percorrer 220m, o tempo gasto em uma coleta

será de 1min 30seg para realizar 5 coletas a solução proposta irá gastar 7min 30seg. Em

1ha será gasto 7min e 52seg.

15

Gráfico 1: Minutos gastos por modalidade de amostragem.

Segundo a Tabela de Preços (2016) do Departamento de Ciências do Solo da

ESALQ – USP o valor cobrado para realizar a amostragem em 1ha é de 12,00 reais, o

valor para a análise química de uma amostra de solo equivale a 23,00 reais e para gerar o

grid e elaborar o mapa são cobrados 12,00 reais por hectare. Somando todos os custos

para se obter um mapa de fertilidade, o valor por hectare é de 47,00 reais.

Com a utilização da solução proposta neste projeto, que realiza a análise e a coleta

simultaneamente, o agricultor terá a possibilidade de obter um mapa de fertilidade do

solo, logo a pós o fim das análises, pois antes de realizar o voo é preciso gerar um mapa

com uma malha regular de pontos da área a ser trabalhada, utilizando um Sistema de

Informação Geográfica (SIG), para definir os pontos a serem coletados. Todos os

processos utilizados nos métodos convencionais citados a cima, para a geração de um

mapa, serão realizados em um único processo.

Sendo assim, a avaliação a pé, por exemplo, apresenta algumas vantagens, pois

gera baixa compactação do solo, danifica pouco a cultura (planta) e não há o consumo de

combustível. Possui também algumas desvantagens, apresentando uma baixa velocidade

de trabalho, um custo elevado de mão-de-obra qualificada para este tipo de serviço e

proporciona um maior desgaste físico do trabalhador. Já a avaliação com quadriciclo,

possibilita uma boa velocidade de trabalho e um menor esforço físico do trabalhador.

Porém há desvantagens como o elevado custo do equipamento, a compactação no solo,

danos na cultura (planta) o gasto com combustível.

Diante das comparações quantitativas e qualitativas foi possível perceber a

necessidade de desenvolver este projeto que visa a criação de um novo equipamento para

amostragem de solo a ser acoplado em um drone.

16

3. MATERIAL E MÉTODOS

BUSCAS TEXTUAIS

Foi realizada uma pesquisa via internet e com profissionais da área, a fim de

identificar os equipamentos para a coleta do solo já inseridos no mercado. Nesta busca

foi identificado dentro do estado da técnica os modos de coleta de amostras mais

utilizados, sendo eles o manual que se realiza andando a pé pela área utilizando o trado

de rosca, trado calador, trado holandês, trado caneca, trado fatiador, pá-de-corte com

enxadão ou amostradores elétricos, e outro que é utilizando um quadriciclo equipado com

um amostrador mecânico.

Foram levantadas algumas tecnologias presentes no estado da técnica, através da

ferramenta de busca de anterioridades do INPI (Instituto Nacional da Propriedade

Industrial), onde há dois pedidos de veículos adaptados para amostragem de solo: o PI

1106191-0 A2 e PI 0800802-7 A2, que usam veículos para análise química do solo

utilizando bomba hidráulica para fazer as amostras. Ambos não são acoplados ao veículo

aéreo não tripulado como o invento, nem reduzem a quantidade necessária de amostras,

além de ocasionar compactação do solo. Alguns pedidos de patentes estão limitados aos

perfuradores. O PI 9606907-4 envolve um modelo de perfurador, que poderia ser usado

no manual ou no quadriciclo. Outro pedido relacionado é o BR 10 2013 006814 4 A2,

trata-se de dispositivo multinivel para a amostragem em condições de campo do fluido de

poro nas fases gasosa, líquida ou mista, em solos e rochas, que busca reduzir o contato

humano em análise de solo contaminado. E também o pedido BR 20 2013 000572 5, mais

um tipo de perfurador acoplado ao balde para extração, buscava evitar a mistura do solo

da superfície com o solo mais profundo que passaram por análises diferentes. Nenhum

destes pedidos atingem o resultado deste invento, pois não conseguem reduzir a

quantidade de amostras para análise de solo e todos são limitados ao perfurador.

Outro pedido relacionado é o PI 0205328-4 A2, que é provido de um método para

amostragem e análise de solo por meio de um veículo robótico. O veículo inclui um

sistema de acionamento no chão para mover o robô pelo campo. Uma unidade de controle

controla a direção e localização do robô. Um pacote de ferramentas no robô tem uma ou

mais sondas para tirar amostras de solo, que são transportadas a um laboratório miniatura

no robô para analisar a amostra de solo. Há claras diferenças com o invento, pois utiliza

rodas, gera compactação do solo e apresenta um laboratório interno para análise

simultânea da amostragem. Por outro lado, o invento será acoplável a um veículo aéreo

17

não tripulado e utiliza mecanismos diferentes, como a condutividade elétrica, capaz de

reduzir a quantidade necessária de amostra e eliminar os descartes.

Nem mesmo a avaliação por imagens resolve o problema foco desta invenção,

apesar da alta eficiência em unidade de área avaliada, não há contato direto com o solo,

fato que reduz muito a precisão dos resultados e do diagnóstico, pois os sensores

utilizados para captar as imagens são espectrômetros, eles captam a vibração que cada

molécula possui. Porém para que as características de um solo possam ser identificadas

por este método, é preciso uma grande quantidade de parâmetros comparativos gerados

em laboratório. Além disso, o uso de imagens continua precisando complementação de

dados com inúmeras amostras de solo. Por outro lado, a invenção apresenta diferenças

claras em relação ao estado da técnica. Segundo a invenção, o método de avaliação do

solo por Condutividade Elétrica (CE), por exemplo, a partir do princípio da resistividade

elétrica, gera dados relativamente proporcionais às reais características do solo. Isso

porque a eletricidade entra em contato direto com o solo, revelando a capacidade que cada

solo possui para conduzir eletricidade. E esta capacidade está relacionada às

características físicas, químicas e biológicas do solo, possibilitando à divisão da área em

talhões homogêneos, diminuído a quantidade de amostras de solo necessárias.

Para esta invenção, os aparelhos de mensuração da CEs podem utilizar os

princípios da resistividade elétrica (RE), da indução eletromagnética (IEM) ou da

reflectometria no domínio do tempo (TDR). O último não é muito utilizado para

mapeamento dos campos devido a sua complexidade e seu custo elevado. A IEM

apresenta algumas vantagens operacionais, principalmente em solos secos e pedregosos.

Nesse princípio os aparelhos deslizam sobre o solo, enquanto a RE necessita da

penetração de eletrodos. A vantagem do princípio da RE consiste na facilidade de ajustar

a profundidade de mensuração, por meio da alteração da configuração dos eletrodos. Já

nos aparelhos de IEM, esse ajuste é complexo e bastante limitado.

Assim, de acordo com esta invenção, a amostragem e a análise do solo feita, por

exemplo, pela Condutividade Elétrica, pode utilizar o princípio da RE. Entende-se como

condutivímetros nesta invenção os aparelhos que a mensuram, classificados como, por

exemplo, em laboratorial, mecânico ou portátil.

O equipamento de laboratório não pode ser levado diretamente ao campo, é

utilizado para estabelecer parâmetros de análises, as amostras de solo precisam ser

encaminhadas ao laboratório para serem analisadas, desse modo ele não diminui a

quantidade de amostras, não contribuindo para a redução de custo com amostragem.

18

Já condutivímetro mecânico gera dados representativos e um mapa de CEs, até

pode contribuir com a diminuição das amostragens, porém sua estrutura pode ser

semelhante à de uma grade agrícola e pode precisar ser arrastado pela área para gerar os

dados de RE. Além disso, o equipamento pode ter um custo de aquisição alto, pode gerar

gastos com combustível, podendo ser utilizado somente nas entre safras, quando não se

tem uma cultura implantada no solo. Por fim, o portátil geralmente depende do

deslocamento pela área para realizar a análise dos pontos, demandando muito tempo de

operação, fato que o torna inviável para análises de grandes áreas. Geralmente utiliza

hastes metálicas lisas como sustentação.

Este último possui características que mais se aproximam do invento, porém ao

invés de utilizar hastes metálicas lisas novas soluções serão usadas, como por exemplo,

as brocas como eletrodos igualmente espaçados no solo que conduzirão o sinal do

condutivímetro de forma mais eficiente que as hastes por sua área de contato ser maior.

Por exemplo, a corrente elétrica pode passar pelas duas brocas externas e o potencial

elétrico ser medido pelas duas brocas internas, seguindo a configuração conhecida como

Matriz de Wenner. O torque proporcionado pelo motor pode fazer com que a broca quebre

a resistência existente no solo, penetrando com facilidade, diminuindo a intensidade da

força peso necessária para que as hastes penetrem no solo. Com a redução da força peso,

a quantidade de massa necessária diminui, deixando o equipamento mais leve.

Com isso o tempo gasto em uma análise será menor com o invento, comparado ao

gasto pelo condutivímetro portátil que utiliza hastes lisas, tendo maior eficiência, pois a

quantidade de análise por hora aumenta, viabilizando o uso de um veículo aéreo não

tripulado para locomoção do invento. Por reduzir este tempo, o gasto com mão de obra

cai, é possível utilizar um veículo aéreo não tripulado com menos potência e menor preço

e o consumo de bateria do veículo aéreo não tripulado pode diminuir.

A condutividade elétrica, para esta invenção, é considerada como uma medida do

percurso da condução elétrica e pode ser medida através da análise do extrato de

saturação. Ela é uma medida indireta, que indica a quantidade de íons presentes numa

solução, e essa quantidade de íons são interpretados pela salinidade do solo como íons

nutrientes como K, Na, Cl, pH (um importante indicador das condições química do solo).

Solução do solo é a água que ocupa partes dos espaços vazios existentes nos solos que

contém elementos químicos, muitos dos quais indispensáveis ao crescimento vegetal. Por

isso analisar a solução via CEs pode fornecer indicadores de fertilidade e acidez do solo.

Essa medida, nesta invenção, é importante para verificar se a planta não está perdendo

19

água para o solo, ao invés de absorver água do solo, diminuindo a absorção de nutrientes

pela planta. Também é fundamental realizar esta análise antes da semeadura, já que se a

semente encontrar um ambiente salino ela poderá não germinar nem se desenvolver. A

CEs apresenta melhores resultados em sistemas de produção não irrigados.

A condutividade elétrica do solo, para esta invenção, é uma forma indireta de se

conhecer as variações que existem em uma área e complementa bem o diferencial deste

sistema que reduz a quantidade de amostragem. A condutividade é diretamente

relacionada à textura e à capacidade de armazenamento de água, além do teor de argila e

de umidade do solo. Também é correlacionada, em menor escala, a outras características

da física do solo.

As principais vantagens na medição da condutividade nesta invenção são a

praticidade do processo e a riqueza de detalhes, pois a medição será feita de forma

contínua. Os dados serão coletados diretamente pelo equipamento, não precisando análise

em laboratório. Não existe um custo por análise, sendo o investimento feito apenas no

equipamento.

O Estado da técnica apresenta aparelhos que avaliam a CEs na lavoura. O invento

supera a grande dificuldade de deslocamento na lavoura destes aparelhos ao ser acoplável

ao veículo aéreo não tripulado. Estudos já tentavam acoplar estes equipamentos às

estruturas que deslizavam sobre a lavoura, ou ainda outros equipamentos com rodas e

discos lisos ou pontiagudos para solos palhados. Mas nenhum sistema como invento

capaz de chegar à lavoura acoplado ao veículo aéreo não tripulado, fazer a leitura de CEs

e ainda coletas de amostras em menor quantidade.

O estado da técnica revela sistemas de amostragem e análise do solo no local,

como o BR 11 2013 018267 9 A2, que também apresenta uma plataforma de perfuração

e um espectrômetro de emissão em uma estrutura móvel. Outro pedido que também utiliza

a luz (na realidade o laser, ou seja, uma amplificação da luz por emissão estimulada de

radiação) é o BR 10 2013 008531 6 A2. Trata-se de processo de análise rápida de textura

de solos utilizando espectro de emissão de plasma induzido por laser e métodos

estatísticos multivariados. O princípio básico desta invenção é o fato das frações texturais

do solo: areia, site e argila poderem ser diferenciadas por análise química elementar.

Desta forma, por apresentar perfil elementar característico, cada fração textural possui

uma assinatura típica na espectroscopia de emissão ótica com plasma induzido por laser

(LIBS) que a difere das outras frações e que é extraída por meio de métodos estatísticos

multivariados. A principal diferença está no método utilizado, pois estes utilizam um

20

instrumento óptico com luz, já o invento utiliza a condutividade elétrica. Além disso o

presente invento pode ser acoplado ao veículo aéreo não tripulado e fazer a coleta e

análise simultânea na lavoura.

O problema técnico a ser resolvido pela invenção, está relacionado à necessidade

de inúmeras amostras de solo para realização da análise físico, química e/ou biológica,

bem como os decorrentes gastos e tempo despendidos para tais. Dependendo da

metodologia, há problemas de compactação do solo e calibração constante do

equipamento.

Como a invenção será transportada por um veículo aéreo não tripulado, isso

possibilita uma avaliação do solo sem precisar usá-lo para locomoção, evitando assim sua

compactação, considerada um dos mais graves problemas dos solos agrícolas e

responsável pela redução da produtividade das forrageiras, onde as partículas são

realocadas no solo obtendo outras formas e tamanho alterados, reduzindo os espaços

aéreos e aumento de densidade.

MODELAGEM DO PROJETO

Diante das pesquisas citadas a cima foi feita a seleção das tecnologias de coleta a

serem embasadas. Devido a legislação imposta pela ANAC (Agência Nacional de

Aviação Civil), que homologa drones até 25kg, o drone escolhido para servir de base para

este projeto foi o modelo S1000 da empresa DJI de porte médio com carga útil de 11kg.

Após concluída a etapa de seleção das tecnologias a serem embasadas foi iniciado

o planejamento do projeto para prototipagem do equipamento do sistema de coleta

acoplável a um VANT, onde a modelagem foi baseada em cima das dimensões e

informações obtidas na pesquisa ao estado da técnica. Os materias, componentes e

equipamentos para prototipagem foram definidos de acordo com os resultados

proporcionados pela modelagem. Para melhor ilustração do protótipo foi criado um

desenho em 3D com o auxílio de um software de sólidos, o SketchUp.

O projeto foi desenvolvido nas dependências do Instituto Federal Goiano Campus

Urutaí, localizado no município de Urutaí, Estado de Goiás.

Após a modelagem do protótipo foi iniciado o processo de pedido de depósito de

patente junto ao Instituto Nacional de Propriedade Intelectual (INPI), como auxilio do

Núcleo de Inovação Tecnológica (NIT) do IFGoiano, o pedido foi registrado no dia 13 de

junho de 2018, como mostra nos anexos A e B.

21

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

O processo de funcionamento deste sistema multi-operacional de acionamento

remoto envolve um estudo georeferencial anterior determinando as malhas amostrais. O

sistema acoplado ao veículo aéreo não tripulado é acionado para a coleta de amostras em

quantidades reduzidas e faz leituras específicas no local, tais como a Condutividade

elétrica. Serão feitas análises do solo/águas/fluidos/vegetação simultaneamente às coletas

eficientes. Ao terminar, o sistema é teleguiado para o ponto de partida. A invenção ainda

poderá, por exemplo, levar as amostras coletadas a fim de realizarem análises

complementares em uma central determinada. Todos os dados são submetidos aos estudos

geo estatísticos a fim de entregar o mapa do local, como por exemplo, o de fertilidade do

solo.

A presente invenção trata-se de um sistema multi-operacional de acionamento

remoto (Fig 2) com pelo menos um implemento para coleta e/ou análise de

solo/águas/fluidos/vegetação, preferencialmente uma plataforma superior de avaliação

(Fig 3), um Implemento de condutividade elétrica (Fig 4), um Implemento de coleta (Fig

5) e/ou a combinação destes (Fig 5d). Os implementos são projetados para serem

acoplados a veículos aéreos não tripulados (Fig 6). As ligações eletrônicas da invenção

estão esquematizadas na Fig 7.

Figura 2: Sistema multi-operacional de acionamento remoto.

22

A Plataforma de avaliação - PAS (Fig 3, 3a) apresenta estrutura rígida,

preferencialmente de alumínio, que poderá conter componentes selecionados do grupo:

motores (4); carreteis com eixo (13); mancais para fixação do eixo do carretel (14);

acoplamentos elásticos para o motor e os eixos dos carreteis (15); limpadores de cabo de

aço (16); placa controladora (2); sensores (5); fonte de energia (7); elementos de ligação

(17), de fixação (13-16) e de conexão elétrica (3).

Figura 3: Vista superior da Plataforma de avaliação (PAS)

Figura 3a: Vista inferior da Plataforma de avaliação (PAS)

23

O Implemento de condutividade elétrica (I-CEs) (Fig 4, 4a, 4b e 4c), apresenta

estrutura rígida, preferencialmente de alumínio, que poderá conter componentes

selecionados do grupo: condutivímetro (11); fonte de energia (7), sensor (10), motor (9),

elementos de ligação (20), de perfuração (25), de fixação/engrenagens (18,19,21,22-

24,26) e de conexão elétrica (8).

Figura 4: Vista superior do Implemento de condutividade elétrica (I-CEs).

Figura 4a: Vista inferior do Implemento de condutividade elétrica (I-CEs).

24

Figura 4b: Estrutura do Implemento de condutividade elétrica (I-CEs) sem o conjunto

de brocas.

Figura 4c: Conjunto de brocas do Implemento de condutividade elétrica (I-CEs).

25

O Implemento de coleta (I-CS) (Fig 5, 5a, 5b e 5c), apresenta estrutura rígida,

preferencialmente de alumínio, que poderá conter componentes selecionados do grupo:

recipiente de armazenamento (44), fonte de energia (7), sensor (30), motor (32),

elementos de ligação (36), de perfuração (41), de fixação/engrenagens (34,36,37, 38,

39,40, 42, 43, 45, 46, 47) e de conexão elétrica (28). É possível a combinação dos

implementos, como o Implemento de coleta e condutividade elétrica (Fig 4d).

Figura 5: Vista superior do Implemento de coleta (I-CS).

Figura 5a: Vista inferior do Implemento de coleta (I-CS).

26

Figura 5b: Estrutura do Implemento de coleta (I-CS) sem a broca.

Figura 5c: Broca do Implemento de coleta (I-CS).

27

Figura 5d: Combinação dos implementos de coleta e condutividade elétrica.

Figura 6: Sistema multi-operacional de acionamento remoto acoplado a um veículo

aéreo não tripulado (VANT).

28

Figura 7: Esquema das ligações eletrônicas do sistema multi-operacional de

acionamento remoto acoplável a um veículo aéreo não tripulado (VANT).

Um exemplo de funcionamento do sistema multi-operacional de acionamento

remoto, não limitante, seria: I-CEs (Fig 4, 4a, 4b e 4c) conectado a PAS (Fig 3, 3a), uma

placa controladora (2) poderá receber o comando de um dos canais do receptor de rádio

frequência (1) do veículo aéreo não tripulado; a placa controladora (2) poderá mandar

um sinal para o controle/conector elétrico (3) da PAS (Fig 3, 3a), para liberar a energia

para os 4 motores (4) descerem a plataforma suspensa, preferencialmente em cabos de

aço (17). O sensor de aproximação inferior (5) poderá mandar um sinal para a placa

controladora (2) indicando que a PAS (Fig 3, 3a) com o I-CEs (Fig 4, 4a, 4b e 4c) já

está no solo.

A placa controladora (2) irá mandar um sinal para controle/conector elétrico (3)

Petição 870180050671, de 13/06/2018, cortar a energia para os motores (4) e liberar

energia para os 5 motores (9) iniciarem a perfuração no solo. O sensor de aproximação

(10) do I-CEs (Fig 4, 4a, 4b e 4c) irá mandar um sinal para a placa controladora (2)

29

indicando que as brocas (25) chegarão ao limite de perfuração. A placa controladora (2)

irá mandar um sinal para o condutivímetro (11) realizar a medição da CEs. O

condutivímetro (11) poderá mandar as informações de leitura de CEs para a placa

controladora (2) armazenar os dados. A placa controladora (2) irá mandar um sinal para

o controlador/conector elétrico (8) do I-CEs (Fig 4, 4a, 4b e 4c) para liberar a energia para

os 5 motores (9) retirarem as brocas (25) do solo.O sensor de aproximação (10) do I-CEs

(Fig 4, 4a, 4b e 4c) irá mandar um sinal para a placa controladora (2) indicando que as

brocas (25) já estão fora do solo. A placa controladora (2) irá mandar um sinal para o

controlador/conector elétrico (8) do I-CEs (Fig 4, 4a, 4b e 4c) para cortar a energia dos 5

motores (9). A placa controladora (2) irá mandar um sinal para o controlador/conector

elétrico (3) da PAS (Fig 3, 3a) liberar a energia para os 4 motores (4) para subir a

plataforma (Fig 3, 3a). O sensor de aproximação superior (6) da PAS (Fig 3, 3a) irá

mandar um sinal para a placa controladora (2) indicando que a plataforma (Fig 3, 3a) já

está suspensa e encaixada ao veículo aéreo não tripulado. A placa controladora (2) irá

mandar um sinal para o controlador/conector elétrico (3) da PAS (Fig 3, 3a) cortar a

energia para os 4 motores (4).

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

A otimização no uso de fertilizantes é um dos fatores que mais afetam este

incremento produtivo. Sendo assim a invenção contribui para uma maior produção por

área, ajudando a solucionar o problema da falta de alimento e o desmatamento para a

abertura de novas áreas agrícola. Portanto, a invenção apresenta diferenciais, tais como:

sustentabilidade ao não gerar compactação do solo ou danos à cultura (planta), ao evitar

interferência na microbiologia, ao atenuar a quantidade de reagentes químicos nas

análises laboratoriais e ao melhorar a gestão do uso de fertilizantes, além de possibilitar

incremento produtivo; geração de um mapa de CEs; baixo esforço físico do operador;

eficiência e custo-benefício. Poderão obter os seguintes efeitos: a diminuição da

quantidade de amostras coletadas em 83%, com a redução em 23% do tempo comparado

a amostragem do quadriciclo e em 35% do tempo em relação às amostras feitas por pessoa

a pé, além de economia aproximada de 75,5% no custo para obtenção de um mapa de

fertilidade do solo.

30

5. CONCLUSÕES

Diante desta pesquisa se chegou à conclusão que o presente projeto era viável e a

invenção apresenta uma solução para tais problemas já elencados. Os efeitos esperados

deste invento envolvem economicidade, eficiência com menor tempo, menor quantidade

de amostras necessárias e menor custo, além da sustentabilidade.

6. REFERÊNCIAS

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31

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PREDIGER, LUCA. Troca automatizada da bateria em vants. BS thesis. Universidade

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32

Anexos

ANEXO A – COMPROVANTE DO PEDIDO DE PATENTE E NÚMERO DO

PROCESSO

ANEXO B – DADOS DO PEDIDO

33