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Il monitoraggio migliorato degli sciami di droni agevola la nostra sicurezza

I velivoli senza pilota (UAV, Unmanned Aerial Vehicles), comunemente denominati droni, stanno diventando più piccoli, più intelligenti e più economici da produrre, consentendo così nuove applicazioni. Tra queste, l’uso di sciami (reti) di mini UAV per localizzare e mappare servizi in ambienti privi di GPS, quali gli ambienti chiusi, o durante eventi imprevisti.

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Gli UAV possono percepire il loro ambiente, scambiare informazioni con altri UAV all’interno della rete e localizzare la loro posizione per ricostruire una mappa dei loro dintorni. Inoltre, gli UAV che trasportano sensori a radiofrequenza sono più flessibili e riconfigurabili dei tradizionali sensori a terra (fissi) in quanto possono facilmente cambiare la loro posizione nel tempo. Pertanto, possono sempre mantenere un collegamento di comunicazione affidabile con altri UAV o target ed evitare ostacoli che oscurano la loro linea di vista. Durante un incendio, ad esempio, gli UAV possono fornire un’infrastruttura di posizionamento temporanea per le forze di pronto intervento e valutare lo stato di un edificio. Possono entrare in strutture piene di fumo per mappare l’ambiente interno e monitorare i vigili del fuoco e altri all’interno. Gli UAV possono anche formare una rete per agire da sistema radar cooperativo per il monitoraggio ad alta precisione in tempo reale di UAV «dannosi» non autorizzati. La rete può stimare la firma Doppler, una caratteristica del segnale di ritorno che proviene dalle eliche degli UAV, che consente la distinzione tra gli UAV stessi e altri oggetti volanti nonché uccelli. Ciò può contribuire a prevenire eventuali attacchi terroristici da parte di piccoli UAV non autorizzati che sono a malapena rilevabili utilizzando un radar terrestre convenzionale.

Una nuova rete di rilevamento

Il progetto AirSens, finanziato dall’UE, ha sviluppato algoritmi di swarm intelligence e tecniche di elaborazione dei dati che consentono agli UAV di svolgere tracciamento e rilevamento ambientale estremamente accurati in ambienti interni ed esterni. Questa ricerca è stata intrapresa con il supporto del programma Marie Skłodowska-Curie. AirSens ha inizialmente verificato la capacità degli UAV di formare una nuova rete radar che supporti la rete terrestre per il monitoraggio dell’ambiente circostante. «L’elaborazione è distribuita attraverso la rete UAV: ogni UAV va considerato come un agente collaborativo e autonomo. Per limitare il consumo della batteria durante il volo, gli UAV comunicano solo con i loro vicini più prossimi», commenta la borsista di ricerca Anna Guerra. L’uso di radar multi-antenna a onde millimetriche che impiegano una gamma di frequenze tra 30 GHz e 300 GHz consente di installare un gran numero di antenne nello spazio ristretto di un UAV. «La fine risoluzione angolare risultante e l’ampia larghezza di banda del segnale consentono un grado di precisione di localizzazione al centimetro anche quando si utilizza un singolo radar UAV», spiega Guerra.

Una vasta gamma di applicazioni

Un altro aspetto importante del progetto ha coinvolto lo studio delle capacità di mappatura degli sciami per consentire agli UAV di evitare ostacoli ed edifici che bloccano la loro linea di vista. I ricercatori hanno anche studiato il modo di controllare lo sciame UAV sviluppando algoritmi di «ricerca delle informazioni» che «cercano» traiettorie UAV in grado di massimizzare l’accuratezza del loro posizionamento. «AirSens mette insieme questa esigenza di integrazione, autonomia e intelligenza degli UAV», osserva Guerra. Lo sciame può essere utile per indagare su ambienti sconosciuti e/o pericolosi quali le operazioni di estrazione e per il salvataggio di esseri umani a seguito di incendi, incidenti o calamità naturali. Inoltre, gli stessi algoritmi originariamente sviluppati per il tracciamento di target e la navigazione possono essere riadattati per rilevare eventuali particelle inquinanti pericolose e per monitorare la qualità generale dell’aria. AirSens fornisce inoltre soluzioni per servizi industriali innovativi che contribuiscono alla competitività e alla crescita dell’Europa. «Essi costituiscono la base per iniziative future, quali lo studio delle prestazioni delle reti 3D degli UAV per la comunicazione e il rilevamento congiunti nella prossima generazione di sistemi cellulari 6G», sottolinea Guerra.

Parole chiave

AirSens, UAV, rete, sciame, radar, drone, disastri naturali, firma Doppler

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