DRONI A VOLO AUTONOMO
Il volo di un drone in modalita' autonoma, cioe' senza l'intervento di un pilota remoto, permette all'apparecchio di volare e di navigare autonomamente in molteplici ambienti, in condizioni climatiche estreme e su porzioni di territorio nelle quali risulta pericoloso accedere con gli elicotteri.
Il sistema di navigazione che consente ad un drone di volare in modalita' autonoma con buoni livelli di affidabilita' e di efficienza e' il sistema satellitare GPS (Global Positioning System), spesso integrato con il sistema di navigazione inerziale (INS):
Il sistema satellitare GPS, nonostante i probabili fenomeni di interferenza ai quali e' soggetto, e' in grado di fornire misure con elevata precisione. Tuttavia, a causa di improvvisi e bruschi movimenti del drone, l'antenna di cui il velivolo e' dotato puo' orientarsi in una direzione non ottimale, con conseguente degrado delle misure. Tali misure possono essere compromesse anche quando il numero dei satelliti in vista risulta inferiore al numero necessario per rilevare l'esatta posizione del velivolo.
Il sistema di navigazione inerziale e' un sistema autonomo, capace di fornire la la velocita', la posizione e l'assetto del drone mediante l'elaborazione di misure effettuate esclusivamente a bordo dello stesso velivolo. Questo sistema di navigazione richiede il montaggio della piattaforma IMU (Inertial Measurement Unit - Unita' di Misura Inerziale) da posizionare sul drone. Tale piattaforma comprende:
un accelerometro, capace di rilevare gli spostamenti del sistema;
un giroscopio, utilizzato per la misurazione della velocita' angolare;
un magnetometro, per determinare l'orientamento del velivolo sfruttando il campo magnetico terrestre.
L'IMU, a volte, e' anche dotata di:
un barometro, che rileva il cambiamento della pressione atmosferica e quindi la variazione di quota del drone;
un termometro, per la misurazione della temperatura.
Le misure ottenute con questi strumenti vengono trasmesse dall'IMU al Flight Controller (o computer di bordo), ossia al cervello vero e proprio del drone, che le interpreta e corregge i movimenti (inclinazione, rotazione e accelerazione), garantendo cosi' la stabilita' del velivolo.
Tuttavia, il sistema di navigazione inerziale, pur essendo in grado di fornire dati a breve termine e di seguire con grande precisione la dinamica di volo di un drone, produce errori di posizionamento, i quali crescono con la durata del tempo di osservazione. Integrare il sistema di navigazione inerziale con il sistema satellitare GPS permette di correggere gli errori di deriva che il sistema inerziale produce ed inoltre rende possibile la navigazione del drone anche nelle zone di copertura dei segnali satellitari. C'e' ancora da dire che, a seguito della perdita di segnale, viene favorita anche la reinizializzazione del ricevitore GPS.
In definitiva:
il sistema inerziale fornisce dati a breve termine, mentre il sistema satellitare corregge gli errori di deriva del sistema inerziale, evitandone l'accumulo ed assicurando precisioni superiori a quelle che si avrebbero utilizzando i due sistemi separatamente.
ALGORITMI E SENSORI NEI DRONI A VOLO AUTONOMO
La posizione, la velocita' ed i movimenti di un drone a volo autonomo, in relazione all'ambiente, vengono monitorati continuamente da un complesso sistema di algoritmi e di sensori che ne controllano automaticamente le condizioni di volo e garantiscono al velivolo il mantenimento della traiettoria programmata.
In particolare, i sensori forniscono al drone informazioni sulle condizioni meteorologiche (raffiche di vento, turbolenze, ecc...), affinche' il velivolo venga mantenuto stabile ed in rotta. Si tratta di dispositivi piuttosto sofisticati che includono soprattutto telecamere e sensori ad ultrasuoni e ad infrarossi:
le telecamere permettono di rilevare gli oggetti presenti nell'ambiente nel quale opera il velivolo;
i sensori ad ultrasuoni e ad infrarossi vengono utilizzati dal drone per la rilevazione degli ostacoli e per la misura delle distanze.
Tutti i componenti hardware del sistema di controllo del volo autonomo di un drone devono poter ricevere in maniera esatta i dati provenienti dai sensori e rispondere, in tempi rapidi e precisi, ai comandi del controller del motore del drone.
Gli algoritmi sono responsabili invece del controllo dei movimenti del drone e sono basati sull'intelligenza artificiale, sulla visione artificiale e sull'apprendimento automatico:
l'intelligenza artificiale permette al drone di prendere decisioni sui movimenti da effettuare e consente l'elaborazione dei dati provenienti dai sensori;
grazie alla visione artificiale il drone puo' rilevare oggetti ed evitare gli ostacoli nell'ambiente in cui esso si muove;
l'apprendimento automatico interviene sulla precisione riguardante le decisioni che il drone deve prendere lungo la traiettoria di volo.
VOLO AUTONOMO DI UN DRONE:
VANTAGGI
La tecnologia su cui si basa il volo di un drone in modalita' autonoma offre una serie di vantaggi, i piu' comuni sono:
maggiore sicurezza - la programmazione di una traiettoria di volo predeterminata elimina il rischio di un errore umano e riduce la probabilita' di incidenti. Inoltre, mediante il controllo dell'altitudine, e' possibile mantenere il velivolo ad una distanza di sicurezza dal terreno, da altri oggetti e dalle persone.
risparmi sui costi - senza la necessita' dell'intervento di un operatore umano diminuisce il costo della manodopera e delle spese generali associate alle operazioni da effettuare con i droni, le quali sono rese ancora piu' efficienti dalla riduzione dei costi del carburante.
riduzione del tempo necessario per completare le attivita' - i droni autonomi possono essere programmati per volare in modo rapido e preciso.
esecuzione di compiti complessi, quali:
sorveglianza;
ricerca e salvataggio;
consegna e mappatura;
monitoraggio ed ispezione di infrastrutture che comportano rischi e pericoli per gli operatori; si pensi, per esempio, ai ponti ed alle linee elettriche;
fornitura di ottimi servizi di fotografia aerea e di videografia.