Storia dei droni
Esistono varie tipologie di droni, ad esempio da terra, volanti e anche con la possibilità di potersi muovere in acqua. In questo articolo vedremo però più nel dettaglio il drone velivolo senza pilota. Questo velivolo è un sistema aereo che include un controllo a terra da un sistema di comunicazione.
Il sistema di volo di un drone può essere eseguito tramite controllo remoto da parte di un pilota o autonomamente da un computer di bordo. In questo articolo vedremo più nel dettaglio come è fatto un drone, la loro storia e l’evoluzione dei droni.
L’impiego dei droni
I droni sono stati originariamente inventati ed utilizzati per operazioni o missioni che potevano essere pericolose per un pilota umano. I primi droni erano stati principalmente utilizzati per missioni militari come per la ricognizione del territorio. Con l’andare avanti del tempo, furono impiegati anche per scopi commerciali, scientifici, ricreativi, per l’agricoltura e per altri scopi.
Sono stati impiegati anche per missioni da parte della polizia o per operazioni molto delicate che richiedevano azioni di sorveglianza. In questi anni, vengono utilizzati anche per consegne, per la registrazione e la fotografia aerea. Purtroppo però, sono stati impiegati anche per scopi non legali come per il contrabbando e per lo spionaggio.
Come altri impieghi, esistono vere e proprie gare agonistiche di corse dei droni in vari paesi del mondo. Il numero complessivo dei droni utilizzati per scopi civili, oggi supera di gran lunga quello dei droni militari. Le stime parlano di oltre un milione di droni venduti entro il 2015. Si tratta quindi della prima applicazione commerciale di robot domestici.
Il termine drone
Con il termine drone si intende nella maggior parte dei casi un velivolo. Questo termine deriva però per la prima volta nel 1920 da dei bersagli volanti che venivano utilizzati nella pratica di tiro dei cannoni delle navi da guerra. Drone è un termine che comprende elementi come una stazione di controllo a terra, un collegamento dati e altre apparecchiature di supporto.
Si tratta di un velivolo aereo motorizzato che non ha un pilota umano, usa forze aerodinamiche per fornirgli un sollevamento in aria e può volare autonomamente o può essere pilotato a distanza.
Storia dei droni
La storia dei droni inizia nel 1849, in Austria. Questo paese inviò dei palloni senza pilota e pieni di bombe per attaccare Venezia. Le innovazioni dei droni sono iniziate nei primi anni del 1900 e inizialmente si concentravano sulla fornitura di obiettivi pratici per la formazione del personale militare.
Lo sviluppo dei droni continuò durante la prima guerra mondiale quando venne inventato un siluro aereo senza pilota che era in grado di esplodere in un momento prestabilito. Il primo tentativo di realizzare un drone motorizzato fu nel 1916. Nikola Tesla descrisse una flotta di veicoli da combattimento senza equipaggio nel 1915.
Il primo veicolo pilotato a distanza in scala è stato sviluppato per scopi cinematografici nel 1935.
Durante la seconda guerra mondiale, i droni vennero utilizzati in missioni di attacco. La Germania nazista ha prodotto e utilizzato vari droni durante la guerra. Nel 1959, l’aviazione americana era preoccupata di perdere piloti su territori ostili, quindi iniziò a pianificare l’uso di velivoli senza pilota.
Nel 1973 le forze armate statunitensi confermarono ufficialmente che stavano utilizzando dei droni in Vietnam. Con la maturazione e la miniaturizzazione delle tecnologie, negli anni 80 e 90, l’interesse per i droni è sostanzialmente aumentato, soprattutto negli alti ranghi delle forze armate americane.
Molti droni sono stati impiegati durante la Guerra del Golfo, nell’anno 1991. Avevano dimostrato di essere macchine da combattimento economiche, capaci e senza rischi per i piloti.
Il Tadiran Mastiff israeliano, che è partito per la prima volta nel 1973. Visto da molti come il primo drone moderno sul campo di battaglia, grazie al suo sistema di collegamento dati e alla diretta video.
Le prime generazioni di droni erano principalmente velivoli impiegati per la sorveglianza, ma alcuni potevano trasportare armamenti. Con l’andare aventi del tempo, i droni iniziarono ad essere utilizzati anche nel campo cinematografico, per la fotografia e per altri usi civili. Ai giorni nostri, esistono varie tipologie di droni, tra cui quelli giocattolo, da terra e anche capaci di essere pilotati a distanza in acqua.
Il mercato dei droni destinato ai consumer è dominato da società cinesi. Il produttore cinese di droni DJI da solo ha il 75% della quota di mercato civile nel 2017. Seguito dalla società francese Parrot e dalla società statunitense 3DRobotics.
Costruire un drone
I velivoli con equipaggio e senza equipaggio dello stesso tipo generalmente hanno componenti fisici riconoscibilmente simili. Alcuni droni hanno apparecchiature utili come una macchina fotografica e possono essere costruiti con materiali più leggeri. Il design di un drone quadricottero è il più popolare, raramente utilizzato per gli aerei con equipaggio.
La miniaturizzazione significa che possono essere utilizzate tecnologie di propulsione meno potenti che non sono fattibili per aeromobili con equipaggio, come piccoli motori elettrici alimentati da una batteria. I comandi digitali trasmessi via radio sostituiscono i controlli di guida fisici.
I piccoli droni utilizzano principalmente batterie ai polimeri di litio (Li-Po).
L’hardware di sistema per piccoli droni viene spesso chiamato Flight Controller (FC), Flight Controller Board (FCB) o Autopilot. I sensori di posizione e di movimento forniscono informazioni sullo stato del drone. Possono essere utilizzati anche dei sensori all’interno di un drone che trattano le informazioni esterne come le misurazioni della distanza o della posizione. Alcuni sensori sono in grado di rilevare gli ostacoli e possono essere utilizzati per evitare le collisioni. Altri sensori che possono essere a bordo di un drone sono il giroscopio, l’accelerometro e il barometro. Le case produttrici possono includere nei loro droni dei regolatori di velocità elettronici digitali che controllano la rotazione dei motori. Un drone è essenzialmente costruito con queste parti:
- Corpo: Gli dà la sua forma. Ha solitamente quattro braccia (Anche di più in base al modello) dove alle estremità saranno collocati i motori. La parte centrale dove è collocata qualsiasi altra apparecchiatura elettronica. Questa parte del drone è realizzata in fibra di carbonio, vetro o plastica rinforzata per garantire la sua resistenza e impedire che si rompa in caso di caduta.
- Scheda di controllo (FC): La scheda di controllo è un processore per il controllo di qualsiasi altra parte elettrica del drone. Di solito è posizionato al centro del drone, in un guscio di plastica per proteggerlo dall’umidità.
- Regolatori di velocità: I regolatori di velocità, chiamati anche ESC sono utilizzati per indirizzare il flusso verso i quattro motori del drone. Sono collegati al centro di controllo e al motore tramite dei fili. Ogni motore ha un controllo automatico della velocità posizionato su uno dei bracci del drone.
- Motori: Piccoli motori, ma particolarmente potenti in relazione al loro consumo di energia.
- Eliche: Le eliche possono essere di varie dimensioni per i droni. Vengono scelte in base alla lunghezza dei bracci. La dimensione delle eliche ha un impatto diretto sulla velocità del drone. Maggiori sono le dimensioni delle eliche, maggiore sarà l’attrito con l’aria.
- Betteria: La batteria è la fonte di energia elettrica del drone. Deve essere relativamente piccola da installare. Le batterie utilizzate sono normalmente realizzate in polimeri al litio e devono essere selezionate in base all’energia consumata dal drone.
Controlli del drone e pilotaggio
I droni possono essere programmati per eseguire manovre aeree e atterraggi in maniera automatica e possono atterrare su superfici inclinate. La maggior parte dei droni utilizzano un sistema di radiofrequenza che collega la sua antenna al convertitore analogico-digitale e un computer di volo che controlla l’avionica che può essere in grado di funzionare in modo autonomo o semi-autonomo. In questo modo si può consentire un controllo remoto e lo scambio di video e altri dati.
Nei droni civili, la maggior parte delle trasmissioni sono comandi da operatore a drone. Il segnale radio dal lato operatore può essere emesso da un controllo a terra. Il pilota utilizza un trasmettitore e ricevitore radio, uno smartphone, un tablet o un computer.
Recentemente si stanno realizzando sistemi di controllo tecnologicamente più avanzati come da dispositivi indossabili, riconoscimento del movimento umano o dalle onde cerebrali. Per controllare un drone, si possono utilizzare anche i collegamenti di dati satellitari. I quadricotteri FPV (multirotore) fanno parte dei droni radiocomandati.
Questi droni vengono utilizzati anche nelle gare per via della loro velocità e manovrabilità in aria. FPV (First Person View) consiste nel pilotare un drone radiocomandato con una fotocamera o con un visore per la realtà virtuale senza fili.
Questa sigla sta a significare che si può pilotare un drone in modalità “prima persona” con una schermo, mentre lo si pilota, si vede quello che vede il drone dalla sua fotocamera.
Droni militari
Nel settore militare, gli americani hanno utilizzato i droni in operazioni contro il terrorismo e in zone di guerra in cui il nemico non ha sufficiente potenza di fuoco per abbatterli. I droni militari non sono stati progettati per resistere alle difese antiaeree o al combattimento aria-aria. Il mercato dei droni militari globale è dominato da società statunitensi e israeliane.
In base ai numeri di vendita, nel 2017 gli Stati Uniti detenevano oltre il 60% di quota del mercato dei droni militari. Quattro dei primi cinque produttori di droni militari sono americani mentre le società israeliane si concentrano principalmente sul sistema di sorveglianza e sulla quantità dei droni.
I principali importatori di droni militari sono il Regno Unito e l’India.
Droni professionali
Dal 21 dicembre 2015 tutti i droni del peso compreso tra i 250 grammi e i 25 chilogrammi devono essere registrati presso la FAA entro il 19 febbraio 2016. Se il proprietario ha meno di 13 anni, un genitore o un’altra persona responsabile deve fare la registrazione FAA. In questo caso, i droni devono essere contrassegnati con il numero di registrazione rilasciato dalla FAA.
La quota di iscrizione ha un costo di pochi euro e la registrazione è valida per 3 anni. Può essere rinnovata per altri 3 anni sempre la stessa quota. Una singola registrazione si applica a tutti i droni di proprietà dello stesso individuo. La mancata iscrizione può comportare sanzioni civili di migliaia di euro di multa e alla reclusione fino a tre anni.
Non sono tenuti alla registrazione tutti i possessori di droni commerciali civili.
I droni professionali vengono utilizzati principalmente per riprese aeree di eventi e concerti. Necessitano di una fotocamera in grado di produrre video e di scattare foto ad altissima risoluzione. Una delle altre loro particolarità è la loro lunga durata di volo fornita dalla batteria.
Drone quadricottero
Un quadricottero viene chiamato anche quadrirotore. Un drone quadricottro multirotore viene sollevato e azionato da quattro rotori. Sono classificati come elicotteri, al contrario di velivolo ad ala fissa, perché la loro portanza è generata da una serie di rotori orientati verticalmente dalle loro eliche. I quadricotteri usano generalmente due coppie di eliche a passo fisso identiche.
Due eliche girano in senso orario mentre le altre due girano in senso antiorario. I motori con le eliche utilizzano una variazione indipendente della velocità di ciascun rotore per ottenere il controllo del drone. Modificando la velocità di ciascun rotore è possibile generare in modo specifico la spinta totale desiderata.
I quadricotteri si differenziano dagli elicotteri convenzionali dall’utilizzo dei rotori che sono in grado di variare il passo delle pale in modo dinamico mentre si muovono attorno al mozzo del rotore. I primi quadricotteri offrivano possibili soluzioni ad alcuni dei problemi persistenti nel volo verticale.
Alla fine degli anni 2000, i progressi nell’elettronica permisero la produzione di droni con accelerometro, sistemi di posizionamento globale e telecamere economiche. Ciò ha portato alla produzione da parte di varie case produttrici, la realizzazione di quadricotteri che diventarono molto popolari.
Con le loro piccole dimensioni e manovrabilità, questi quadricotteri possono essere utilizzati sia all’interno di una casa che all’esterno. Essendo di dimensioni ridotte, i quadricotteri sono più economici e più durevoli rispetto agli elicotteri convenzionali a causa della loro semplicità meccanica.
A causa della loro facilità di costruzione e di controllo, i quadricotteri vengono spesso utilizzati in ambito dell’aeromodellismo amatoriale.
Citazioni e recensioni correlate
Per la realizzazione di questo articolo sono state prese moltissime informazioni utili sui droni da queste fonti che si ringraziano:
- Wikipedia, alcune informazioni e foto
- faa.gov, alcune informazioni sui regolamenti e linee guida sull’amministrazione federale dell’aviazione
- Youtube per altre informazioni e per i video (Compresi gli autori dei video)
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