Mini e Micro Droni UAV per il monitoraggio ambientale

Gli Unmanned Aerial Vehicles (UAV) superata la fase di sola applicazione bellica, vengono ormai sempre più spesso adattati e impiegati in contesti civili, con particolare specializzazione nel monitoraggio del territorio a fini ambientali, di protezione civile o eventualmente di controllo e ispezione di aree impervie o siti pericolosi. Si tratta in particolare dell’adattamento di mini-UAV, dispositivi di ridotte dimensioni che per maneggevolezza e costi possono essere destinati a funzioni di servizio, in particolare pubblico.

Lavorando su diversi prototipi e piattaforme commerciali, CSP ha evoluto e adattato per scopi specifici alcuni mini-UAV di tipo “Vertical take-off and Landing” (VTOL) con l’obiettivo di condurre esperimenti di ricerca applicata in contesti ambientali e tematici diversi. Si tratta di una classe di UAV dalla forma di n-cottero, una caratteristica che abilita l’apparato al decollo e atterraggio verticali, garantendo versatilità di utilizzo, semplicità di messa in opera e due caratteristiche operative fondamentali: la capacità di mantenere una posizione in aria per un tempo definito e la possibilità di eseguire manovre di rotazione intorno al proprio asse. Una estrema controllabilità che incrementa gli ambiti operativi di questi oggetti, dal monitoraggio, alla fotografia aerea al controllo visivo di apparati, tanto per citarne alcuni.

Per operazioni specifiche, l’UAV è dotato di un supporto per un payload rimovibile; il supporto è completamente autobilanciato in modo da garantire che il payload rimanga orizzontale nel caso l’UAV si muova repentinamente durante il volo. Cambiando il tipo di payload è possibile effettuare operazioni diverse poiché l’UAV è in grado di caricare qualunque tipo di dispositivo per un peso massimo di 300g circa. L’attività del payload può inoltre essere integrata con le operazioni di navigazione automatica. Nel caso della fotocamera è possibile per esempio portare l’UAV in una posizione a piacere e impostare lo scatto automatico, una volta raggiunto l’obiettivo.

I filoni di ricerca sugli UAV si concentrano principalmente su due fronti: il primo riguarda l’implementazione di sistemi per la realizzazione di missioni autonome, mentre il secondo comprende le attività di sviluppo di payload per i diversi contesti applicativi.

Nel primo caso si tratta della realizzazione di sistemi che permettano la fattibilità di missioni sempre più autonome; l’obiettivo è rendere gli UAV di facile utilizzo e pronti per la messa in opera anche da personale non specializzato. In questo nuovo scenario, l’operatore a terra non è più un vero e proprio pilota, poiché, grazie alla facilità d’uso del dispositivo, svolge una funzione di controllo sul decorrere corretto della missione, limitando il proprio intervento a eventuali malfunzionamenti. In questo senso è stato anche depositato un brevetto, per la gestione del volo automatico.
Nel secondo caso si parla invece di sistemi basati su algoritmi di image processing, che lavorano in tempo reale su immagini e video catturati a bordo del velivolo. Il risultato dell’elaborazione è rappresentato dalla cognitività da parte dell’UAV dell’ambiente circostante, permettendo all’apparato decisioni autonome, come ad esempio quelle sul come e dove decollare e atterrare, in base alle condizioni del terreno.

L’UAV può essere utilizzato per operazioni di monitoraggio in campi e contesti ambientali diversi, che richiedono payload applicativi con differenti caratteristiche. Gli ambiti nei quali CSP sta sperimentando sono:

•    Monitoraggio di aree industriali o urbane: si tratta di uno scenario applicativo che permette di utilizzare l’UAV per il monitoraggio dello stato di macchinari o infrastrutture in complessi industriali. La caratterizzazione VTOL e la capacità di mantenere una posizione per un tempo desiderato, rende l’UAV uno strumento di ispezione utile a fornire, con un supporto visivo, lo stato di manutenzione di un macchinario complesso, difficile da ispezionare per collocazione e dimensioni.

•    Ispezione di apparati industriali pericolosi: la gestione a distanza dell’UAV permette l’accesso video per l’ispezione di apparati e spazi collocati in contesti ambientali nocivi, a causa, ad esempio, della presenza di sostanze pericolose, o banalmente per la difficoltà di raggiungerli causa le avverse condizioni ambientali o l’asperità del terreno. La procedura di ispezione preventiva dell’UAV per valutare le condizioni di pericolosità e nocività ambientale, permette un’eventuale intervento di personale umano solo in in condizioni di sicurezza. Si tratta di una funzionalità che richiede una specifica personalizzazione dell’UAV per la destinazione d’uso richiesta.

•    Monitoraggio dell’inquinamento ambientale indotto da complessi industriali: in questo scenario applicativo si prevede il sorvolo del complesso industriale per procedere alla rilevazione dei dati di qualità dell’aria e dell’eventuale inquinamento prodotto. In questo caso a bordo dell’UAV viene installato un apposito payload dotato della sensoristica necessaria al rilevamento degli inquinanti dell’aria.

•    Acquisizione dati da sensori generici a bordo o distribuiti sul territorio: oltre che all’installazione di sensori a bordo, i sistemi sviluppati permettono la configurazione dell’UAV per l’acquisizione di dati da sensori distribuiti in un’area geografica definita. Un set di sensori georeferenziati dispersi in un’area che per caratteristiche ambientali o orografiche ne rende difficile il contatto, vengono raggiunti dall’UAV predisposto in una particolare modalità di volo.

•    Caratterizzazione di apparati radiotrasmissivi: procedura di verifica dell’idoneita’ al volo di un drone commerciale di medio-basso profilo come veicoo per questo tipo di applicazioni. Sono stati svolti test preliminari in camera anecoica per valutare il comportamento del drone in presenza di interferenti radiotelevisivi.