Droni ad alta velocità navigano nelle foreste senza GPS

I ricercatori del Laboratorio di Meccatronica e Sistemi Robotici (MaRS LAB) dell'HKU hanno introdotto un sistema di navigazione che consente ai droni ad alta velocità di rilevare oggetti spessi pochi centimetri durante il volo rapido. Il sistema combina sensori avanzati, componenti leggeri per droni e un nuovo sistema di traiettoria di volo per schivare gli ostacoli in tempo reale mentre si muovono a tutta velocità in aree congestionate. Ecco cosa c'è da sapere.

Come i droni ad alta velocità sono progettati per imitare il volo degli uccelli

Non si può negare che la tecnologia dei droni abbia subito notevoli miglioramenti negli ultimi anni. I droni di oggi possono volare più lontano, trasportare più peso e supportare più sensori rispetto ai loro predecessori. Inoltre, sono molto più economici da produrre e più facilmente reperibili.

Nonostante questi progressi, non esiste ancora un drone in grado di eguagliare la capacità di un uccello in termini di determinazione delle traiettorie di volo in tempo reale, tenendo conto di variabili impreviste come rami o altri uccelli. I droni possono percorrere lunghe distanze e atterrare in punti precisi. Tuttavia, questi dispositivi si basano ancora su traiettorie di volo predeterminate o su input sensoriali esterni come il GPS per raggiungere i loro obiettivi.

Perché la navigazione autonoma ad alta velocità è stata una sfida

Finora, i ricercatori non sono riusciti a capire come realizzare una navigazione autonoma, sicura e ad alta velocità per i droni senza affidarsi a una guida esterna o a percorsi pre-mappati. I problemi derivano da diverse problematiche, tra cui la necessità di aggiungere più sensori per consentire a questi velivoli di rilevare più ostacoli.

Con l'aggiunta di più sensori, è necessaria una maggiore potenza di calcolo per elaborare i dati di input sensoriali aggiuntivi. Più potenti sono il computer e i sensori necessari, maggiore sarà il peso aggiunto al drone, riducendone la capacità di volare velocemente e di rimanere stabile a velocità costante.

Fortunatamente, queste limitazioni potrebbero essere state superate da un team di menti ingegnose del Dipartimento di Ingegneria meccanica della Facoltà di Ingegneria dell'Università di Hong Kong (HKU).

Panoramica dello studio: Navigazione sicura per droni ad alta velocità

Lo scienziato Yunfan Ren e un team di ingegneri hanno pubblicato¹ , il Navigazione ad alta velocità con sicurezza garantita per i MAV di recente su Science Robotics. Lo studio getta luce su una tecnologia di volo autonomo di nuova generazione, progettata per consentire a droni e microveicoli aerei (MAV) di navigare in ambienti complessi alla massima velocità, senza input sensoriali esterni.

Cos'è il SUPER Drone? Specifiche e caratteristiche

Il drone SUPER è un MAV compatto, progettato appositamente per dimostrare il nuovo sistema di traiettoria di volo dell'ingegnere. Il dispositivo è stato progettato fin dal primo giorno per essere leggero e agile. Presenta un fattore di forma compatto con un passo di 280 millimetri ed elementi microcomputerizzati che gli conferiscono un impressionante rapporto spinta/peso di +5.0 e un peso al decollo di 1.5 kg. Questi fattori consentono al SUPER di viaggiare a +20 metri al secondo schivando gli ostacoli.

Fonte – Università di Hong Kong

Elaborazione leggera per prestazioni ad alta velocità

Il cuore del SUPER è un computer miniaturizzato in grado di monitorare ed elaborare gli input sensoriali. La scheda leggera garantisce al velivolo una maggiore autonomia di volo, migliorandone al contempo le capacità rispetto ai suoi predecessori. Inoltre, il computer di volo può supportare waypoint, GPS e altre forme di navigazione esterna, se necessario.

Come LiDAR e sensori guidano il volo autonomo

La suite di sensori di bordo è ciò che consente al velivolo di operare con prestazioni così elevate e in diverse condizioni. L'unità incorpora un sensore LIDAR (Light Detection and Ranging) 3D leggero che gli consente di individuare oggetti sottili come un ramoscello a una distanza di +70 metri. In particolare, i dati LiDAR vengono immessi direttamente come nuvole di punti lungo il percorso. Questo approccio garantisce tempi di input e risposta molto più rapidi per il computer di rotta.

Pianificazione e aggiustamenti del percorso di volo in tempo reale

Gli ingegneri hanno adottato un approccio unico alla pianificazione del volo. Ad esempio, il sistema analizza e aggiorna costantemente le traiettorie di volo del velivolo. Il nuovo coordinatore delle traiettorie di volo crea due diverse opzioni per il drone. La prima è la rotta più chiara, mentre la seconda presenta vettori sconosciuti. Da lì, il computer utilizza l'input di dati in tempo reale per adattare i percorsi in base alla situazione.

Test della navigazione ad alta velocità dei droni in ambienti reali

Gli ingegneri hanno condotto diversi test per garantire che i loro droni ad alta velocità funzionassero come previsto. Hanno condotto diversi test di volo in cui il velivolo ha dovuto navigare su terreni complessi. Inoltre, gli ingegneri hanno utilizzato diverse condizioni di illuminazione, incluso il buio pesto, per valutare l'impatto sulle prestazioni del sensore.

È interessante notare che il team ha selezionato diverse location per la fase di test. I siti di test spaziavano dall'interno di uffici all'esterno, in fitte foreste. In un test, il dispositivo è stato inviato a sfrecciare in una foresta di notte. Per svolgere questo compito, il dispositivo doveva scansionare, registrare e superare gli ostacoli in tempo reale, viaggiando ad alta velocità.

Risultati chiave delle prove con droni ad alta velocità

Il drone ad alta velocità ha effettuato voli autonomi in diversi scenari. È stato in grado di raggiungere velocità di +20 metri al secondo navigando contemporaneamente in ambienti complessi. Pur non essendo perfetto, il sistema ha registrato una riduzione di 35 volte del tasso di fallimento del volo utilizzando il nuovo metodo. Inoltre, la configurazione della traiettoria di volo ha richiesto la metà del tempo e il dispositivo ha volato più velocemente dei droni tradizionali negli stessi scenari di test.

Vantaggi della tecnologia avanzata dei droni ad alta velocità

I droni ad alta velocità in grado di navigare autonomamente in uno spazio aereo denso offrono numerosi vantaggi. Innanzitutto, possono essere utilizzati in applicazioni in cui agilità e sicurezza nella navigazione sono fondamentali per il successo della missione. Questi dispositivi possono prendere decisioni in una frazione di secondo che consentono loro di determinare il modo migliore per schivare un oggetto in avvicinamento e mantenere la rotta.

Semplificare la programmazione dei droni con l'intelligenza di bordo

Determinare una rotta di volo sicura per i droni è sempre stato un problema. Con l'aumento del traffico aereo e la complessità delle rotte dei droni, la creazione di rotte di volo richiederà un impegno ancora maggiore. I sistemi autonomi introdotti nello studio potrebbero contribuire a ridurre questi tempi, poiché il velivolo sarebbe in grado di apportare modifiche alla rotta di volo in tempo reale, quando necessario.

Applicazioni pratiche e tempistiche per i droni ad alta velocità

Esiste una lunga lista di applicazioni per i MAV (Miniature Aerial Vehicle) a guida autonoma. Questi dispositivi apriranno le porte a un nuovo livello di praticità e risposta. Dalle squadre di emergenza che li utilizzano per trovare sopravvissuti ai siti di e-commerce che consegnano i pacchi, sono molteplici gli utilizzi per questi dispositivi high-tech.

Questa tecnologia di droni ad alta velocità potrebbe essere implementata entro il prossimo anno o meno. Diversi paesi stanno spingendo per diventare attori globali nel mercato dei droni. Questa tecnologia sarà sicuramente accolta con entusiasmo dagli ingegneri che cercheranno di rendere i droni più intelligenti e consapevoli. È prevedibile l'integrazione militare entro i prossimi 2 anni, con assegnazioni commerciali che arriveranno sul mercato nei prossimi 5 anni.

Droni autonomi nelle missioni di ricerca e soccorso

Uno degli utilizzi principali di questi velivoli autonomi sarà il supporto alle missioni di ricerca e soccorso. Questi dispositivi saranno in grado di esplorare autonomamente i relitti dopo un disastro e localizzare i sopravvissuti. Potranno richiedere rifornimenti e altri aiuti essenziali, che potranno anche essere consegnati tramite drone alla posizione del sopravvissuto fino all'arrivo dei soccorsi. In futuro, il concetto potrebbe estendersi a droni in grado di trasportare direttamente i sopravvissuti in salvo.

Come i droni ad alta velocità potrebbero rivoluzionare le consegne tramite droni

Aziende come Amazon hanno stuzzicato l'interesse per le consegne tramite droni per anni. Tuttavia, il concetto si è rivelato molto più complesso di quanto si pensasse in precedenza. Quest'ultimo sviluppo dovrebbe contribuire a far progredire questa tecnologia, poiché i dispositivi saranno in grado di adattare la loro traiettoria di volo per ottimizzare le prestazioni. Di conseguenza, la consegna in un giorno potrebbe diventare la norma.

Utilizzo di droni autonomi per il monitoraggio delle infrastrutture

Mantenere ponti, strade e altre infrastrutture vitali in buone condizioni operative è un compito monumentale che richiede una supervisione costante. L'impiego di droni autonomi potrebbe contribuire a ridurre la manodopera necessaria, migliorando al contempo le capacità di coloro che sono incaricati del monitoraggio di questi elementi essenziali. In futuro, i droni esploreranno le infrastrutture chiave e avviseranno gli ispettori di potenziali pericoli prima che diventino un problema.

Monitoraggio dell'ambiente con droni autonomi

Un altro ambito in cui i droni autonomi potrebbero fare una grande differenza è il monitoraggio ambientale. Questi sistemi possono essere configurati per tracciare automaticamente percorsi e registrare eventuali cambiamenti nell'ambiente. Questo approccio offre un nuovo livello di consapevolezza agli ambientalisti e potrebbe anche aiutare gli scienziati a tenere sotto controllo la salute del pianeta.

Sciami di droni per l'esplorazione e la raccolta dati

Molti considerano gli sciami di droni autonomi uno dei modi migliori per scoprire e mappare nuove aree. Questo approccio elimina i rischi per gli esploratori e fornisce dati in tempo reale ai ricercatori, che possono così analizzarli e determinare la migliore strategia da seguire. I droni autonomi si sono già dimostrati cruciali nel settore della mappatura, dove vengono utilizzati per tracciare luoghi difficili da raggiungere, come i fondali oceanici.

Ricercatori di droni ad alta velocità

Yunfan Ren è stato l'autore principale dello studio sui droni ad alta velocità. È stato supportato dal Professor Fu Zhang e da un team di ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Meccanica della Facoltà di Ingegneria dell'Università di Hong Kong (HKU).

Obiettivi di sviluppo futuri per i droni ad alta velocità

La corsa è aperta per migliorare l'autonomia, la velocità e la potenza di elaborazione del SUPER. Il team cercherà ora di spingere i limiti del SUPER per capire come renderlo più leggero, più agile, con tempi di volo più lunghi e in grado di trasportare carichi utili più pesanti. Inoltre, gli ingegneri mirano a miniaturizzare ulteriormente il MAV, consentendone l'utilizzo in più scenari.

Investire nel settore dei droni

Il mercato dei droni è un settore in rapida crescita, con una concorrenza globale. In particolare, la cinese DJI detiene la quota maggiore del mercato dei droni. Tuttavia, molte aziende hanno il potenziale per rivoluzionare il settore con i loro nuovi prodotti e modelli di business. Ecco un'azienda pronta per il successo.

EHang 

ehang (EH ) È entrata nel settore dei droni nel 2014 per rendere realtà i droni per il trasporto di passeggeri. L'azienda continua a svolgere un ruolo fondamentale nel trasformare i droni da strumenti a mezzo di trasporto affidabile. A tal fine, ha raggiunto diversi traguardi, tra cui il lancio del primo veicolo aereo autonomo (AAV) al mondo per il trasporto di persone.

Nel 2018, Ehang ha firmato diverse partnership e accordi di sviluppo di alto livello. In particolare, uno di questi accordi prevedeva la collaborazione con la città di Lione, in Francia, su un protocollo per i taxi aerei. Un'altra partnership, con il gruppo aerospaziale austriaco FACC, mirava a migliorare le capacità e la sicurezza dei droni per passeggeri.

Ehang rimane leader nel mercato dei droni grazie al suo modello di business unico e all'approccio ecosostenibile al volo autonomo. L'azienda investe costantemente in tecnologie nuove ed emergenti e sta attualmente lavorando direttamente al miglioramento della tecnologia delle batterie allo stato solido. Tutti questi fattori rendono Ehang un valido concorrente nel competitivo mercato dei droni.

Ultime notizie e sviluppi sulle azioni Ehang (EH)

Perché i droni ad alta velocità avvicinano la tecnologia degli sciami alla realtà

I droni ad alta velocità potrebbero rivelarsi una svolta in tutti i settori. I droni in prima persona hanno già dimostrato che un drone piccolo e delicato, dotato di esplosivo, può eliminare obiettivi multimilionari. Ora, questi dispositivi saranno in grado di navigare in ambienti complessi per raggiungere i loro obiettivi con una pianificazione minima. Speriamo che il loro obiettivo sia quello di sganciare la vostra nuova friggitrice ad aria e non bombe.

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Studi citati:

^{1.Yunfan Ren et al.Navigazione ad alta velocità e sicurezza garantita per i MAV.Sci. Robot.10,eado6187(2025).DOI:10.1126/scirobotics.ado6187}