VDF @ Aircube

Aircube é um projeto que pretende possibilitar entregas com recurso a drones elétricos e autónomos em grandes cidades.

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Description

5G - The Network Of The Future

Aircube @ TecWizards


DESCRIÇÃO

Código: VDF2

AirCube é uma solução inovadora para possibilitar a entrega de bens ao domicílio com recurso a drones (quadcopters) elétricos e autónomos nos grandes centros urbanos e residenciais. Através da instalação dos nossos CubePad's inteligentes nas suas varandas ou janelas, os nossos clientes poderiam receber encomendas entregues pela nossa rede de drones com toda a comodidade. 

O sistema funciona de uma forma simples. Primeiro, o drone parte do hub presente em cada loja-cliente, navegando de forma autónoma com a encomenda a uma altitude segura no espaço aéreo. Ao aproximar-se do destino, o drone aciona a navegação baseada em visão computacional, que lhe permitirá evitar obstáculos e reconhecer a plataforma de entrega através de um código na sua superfície. Por fim, quando o drone se encontrar suficientemente perto do CubePad, este dispositivo abrirá para permitir ao drone pousar a encomenda no seu interior com recurso a um sistema de descida. Para terminar, o CubePad volta a fechar-se, protegendo a encomenda até ser recolhida pelo cliente e o drone retorna ao hub.


MOTIVAÇÃO

Com o aumento constante da procura por bens online, ampliado pela situação que o mundo atravessa, novas soluções necessitam de ser desenvolvidas para por um lado melhorar a experiência do cliente e combater o aumento das emissões causadas pelos meios de entrega tradicionais. Ao longo dos últimos anos, o conceito de entregas com recurso a drones tem vindo a ser explorado por diversas empresas e projetos. Apesar de diversos conceitos já terem sido demonstrados para entregas em espaços amplos, o problema de criar um sistema eficiente para possibilitar entregas nas grandes cidades ainda está por resolver.

A AirCube propõe-se como uma solução eficaz e sustentável para este problema. No futuro, esta solução permitirá aos nossos clientes receber produtos com menores tempos de espera e uma menor pegada ecológica, contribuindo assim para o desenvolvimento sustentável das cidades inteligentes do futuro. O nosso produto destaca-se ainda pelo facto de não requerer a presença do cliente no ato da entrega, apenas do CubePad.

Acreditamos que o TecStorm nos pode ajudar na medida em que nos vai proporcionar o contacto com pessoas experientes no mundo dos negócios, que nos poderão ajudar a identificar pontos a melhorar no nosso modelo, contribuindo assim para o crescimento da nossa ideia. Para além disto, esta competição pode vir a revelar-se a rampa de lançamento para um negócio sustentável de sucesso.


BUSINESS MODEL

O nosso plano de negócios inicial baseia-se na criação de hubs em cada loja-cliente que pretender oferecer este serviço de entregas por drones, bem como todos os serviços associados. Esta opção de entrega seria possível para qualquer encomenda que cumpra os requisitos de tamanho e peso, num raio de 5-6 km de cada loja e para clientes desta que possuíssem um CubePad já registado na sua morada. Inicialmente a nossa oferta estaria destinada a lojas de tecnologia e com grandes volumes de vendas de produtos de pequenas dimensões em grandes cidades. Os CubePad's seriam numa primeira fase oferecidos por forma a motivar os clientes da loja a optar por esta nova forma de entrega.


COMO O VAIS CONCRETIZAR

Na primeira fase de desenvolvimento do projeto (a desenvolver durante o TecStorm), pretendemos modelar e construir um protótipo funcional da plataforma inteligente que irá receber as encomendas, o CubePad. O software do CubePad será implementado num arduino, que ativará o servo que abre o compartimento da caixa onde entram as encomendas. Utilizaremos ainda impressão 3D como forma económica e sustentável de imprimir peças do nosso modelo como engrenagens, peças de fixação dos componentes eletrónicos e a tampa do CubePad. Para além disto, desenvolveremos ainda nesta primeira fase o software de processamento de imagem, baseado em OpenCV e Python, que permitirá ao drone reconhecer e seguir até à plataforma destinada a receber a encomenda. 

Numa segunda fase de desenvolvimento do projeto (posterior à participação no TecStorm), pretendemos desenvolver os controladores para o quadcopter elétrico e autónomo, bem como finalizar o processo de modelação e construir um protótipo funcional do mesmo. Para além disto, tencionamos finalizar o software de visão computacional a ser incorporado no computador de bordo para incluir a deteção e desvio de obstáculos em voo. Por fim, pretendemos começar com a fase de testes e trabalhar na regulação do nosso projeto, para finalmente podermos dar asas a este negócio.


5G

A  tecnologia 5G afirma-se como um pilar fundamental do nosso projeto pois permite um contacto constante de alta fidelidade não só com cada drone individualmente mas com toda rede de drones, CubePad's, lojas-cliente e consumidores finais. Desta forma asseguramos a qualidade de controlo e a rápida monitorização de cada dispositivo, garantindo a segurança, qualidade e fiabilidade do processo de entrega.



PROGRESSO

O modelo de negócio vinha a ser pensado desde a semana anterior ao evento em si, tendo a maior alteração sido no mercado-alvo do nosso produto. Inicialmente considerou-se a opção da AirCube ser um serviço de entregas geral, com uma app e que se deslocaria às lojas por forma a recolher os produtos que os clientes pretendiam e entregar na comodidade da sua casa no menor tempo possível. No entanto, existia a questão de que para tal ser possível, todas essas lojas teriam de possuir a infraestrutura para tornar a descolagem e a interação com os drones possível. Como tal, considerámos que seria mais realista, numa primeira instância, focarmo-nos no mercado das lojas de tecnologia com um elevado volume de vendas de produtos de dimensão e peso relativamente pequenos. Esta opção foi tomada pelo cliente típico deste tipo de loja possuir uma maior apetência para acolher a tecnologia no seu dia-a-dia, pelo que numa primeira fase estaria mais disposto a experimentar a nossa opção de entrega e ajudar a disseminar a nossa ideia. Como tal, pretendemos ainda oferecer as plataformas de entrega, os CubePad's, por forma a motivar ainda mais estes clientes a acolherem esta nova e revolucionária tecnologia.


No que toca ao protótipo do CubePad, este vinha também a ser idealizado na semana anterior, no entanto foi completamente desenvolvido fisicamente durante o tempo da competição, bem como o algoritmo de controlo de drone apoiado em visão computacional que será implementado num drone DJI Tello para propósitos de demonstração de conceito. No vídeo presente no seguinte link está documentada a nossa primeira tentativa de aterragem: https://we.tl/t-U90WnHZvIC 


No que toca ao BMC este começou a ser pensado na semana anterior à competição. Em paralelo a este foi ainda desenvolvida uma Calculadora de Custos de Encomenda em Excel onde se consegue calcular não só o custo que cada encomenda implicará para a nossa empresa mas ainda o lucro hipotético dependendo de um conjunto de fatores associados ao negócio. Este simulador recebe dados sobre drone que pretendemos utilizar, tempo de amortização do investimento inicial, tipologia média da entregas da loja-cliente (distância, tempo entre entregas, ...), dados sobre número de funcionários (técnicos e controladores) da nossa empresa, sobre o consumo e deterioração das baterias dependendo do número de ciclos a que são sujeitas, entre outras questões associadas ao funcionamento dos drones e do nosso negócio. Por fim, temos uma representação gráfica do lucro esperado em função do número de horas diárias em que se entregam encomendas e da dimensão da frota de drones.



DEMO/PROTÓTIPO

O CubePad consiste numa plataforma feita de madeira, acoplada a suportes de estantes que por sua vez estão acoplados a ganchos. Estas fixações permitem que o CubePad seja colocado na janela ou varanda do cliente de forma semelhante a colocar um estendal de roupa. Por outro lado, a plataforma de madeira tem um compartimento que permite a aterragem do drone bem como a entrega da encomenda diretamente para uma caixa que está acoplada à parte de baixo da plataforma. Por fim, este compartimento tem um sistema de abertura e fecho de uma tampa, ativada através de um MicroServo que é controlado por um Arduino Nano e um módulo Bluetooth conectado ao computador de bordo.

Para além disso, o CubePad está também munido de um QR Code que permite ao drone identificar a caixa através de visão computacional, ajustando as suas coordenadas para ficar alinhado com a plataforma.

Uma vez efetuados os ajustes necessários de posição do drone, o computador envia um sinal bluetooth para o arduino que por sua vez envia um sinal ao servo para este executar uma rotação de 90º, abrindo o compartimento de receção de encomenda. Após abrir o compartimento, o drone aterra, fica parado durante alguns segundos para simular a entrega, volta a descolar e a tampa volta a fechar, protegendo a encomenda. 




Figura 1 - Render do CubePad

 

 




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