I droni, o UAV (Unmanned Aerial Vehicles – veicoli aerei autonomi), rappresentano una tecnologia in grado di guadagnare rapidamente grandi settori del mercato in ambito civile e di consumo.

Già oggi siamo abituati a vedere tali piattaforme aeree per uso personale, come per esempio hobby, o professionale, per registrazioni video o fotografia aerea. Tuttavia, il potenziale e le attese di questa tecnologia andranno molto probabilmente al di là di quello che possiamo anche solamente immaginare oggi.

Con i droni possibile monitorare rapidamente infrastrutture critiche o sorvolare scenari critici, ma anche consegnare agilmente beni e materiali

Infatti, la disponibilità di piattaforme volanti a basso costo in grado di muoversi con libertà nello spazio tridimensionale sta già rivoluzionando interi settori, fornendo approcci completamente nuovi, come ad esempio la capacità di monitorare rapidamente infrastrutture critiche o sorvolare scenari critici, ma anche consegnare agilmente beni e materiali. Diverse aziende stanno investendo in droni capaci di portare differenti tipologie di carico, con peso anche oltre i 50-60kg, in aree remote difficili da raggiungere con altri mezzi. Nello scenario delle consegne, il gigante Amazon sta già notoriamente sperimentando e proponendo esempi di consegna di beni in giornata utilizzando piattaforme UAV, capaci di volare per chilometri per consegnare pacchi a casa degli utenti.

Abbiamo analizzato alcune implicazioni relative all’utilizzo di droni in applicazioni civili nell’ambito di un progetto di ricerca supportato dalla NATO nell’ambito del programma Science for Peace and Security. Il progetto è stato denominato DAVOSS (Dynamic Architecture based on UAVs Monitoring for border Security and Safety), e è stato impostato sullo studio di droni per portare connettività ad Internet e servizi telematici nel modo più rapido ed agile possibile utilizzando uno sciame di droni. L’idea di fondo è la necessità di portare una infrastruttura di comunicazione temporanea a servizio di scenari di emergenza o di aree geografiche in cui la copertura sia non adatta o insufficiente. La tecnologia sviluppata dal progetto ha dimostrato che è possibile attivare uno sciame di droni e predisporlo per fornire copertura in pochi minuti. Inoltre, utilizzando piattaforme di computing a basso costo come ad esempio il Raspberry Pi, lo sciame è in grado di adattarsi “al volo” alla missione e riconfigurare l’insieme di servizi offerti durante la fase operativa sulla base delle esigenze degli utenti. Per esempio, è possibile in una situazione di emergenza “insegnare al volo” allo sciame di droni di analizzare i video acquisti in volo per identificare la presenza di persone (es. persone disperse in un bosco in notturna tramite telecamere ad infrarossi) o veicoli, oppure localizzare smartphone sepolti ancora attivi in modo da facilitare le operazioni del personale di primo soccorso.

Anche connessioni 5G

Il progetto ci ha anche consentito di esplorare applicazioni in ambito civile dei droni più avanzate e specialmente nell’area delle comunicazioni (che rappresenta la mia principale competenza), studiando la possibilità di utilizzare droni supportati da altre piattaforme aeree (palloni, satelliti a bassa orbita) per costruire un’intera rete cellulare autonomamente, sfruttando la flessibilità dello standard cellulare 5G.

Globalmente, le opportunità offerte della piattaforme UAV sembrano praticamente illimitate, ed è affascinante quanto possano impattare in diversi aspetti della società moderna e del futuro. I droni probabilmente modificheranno il nostro modo di muoverci e di spostare beni e servizi, il modo con cui percepiamo il mondo che ci circonda e con cui interagiamo con esso: associando un visore per realtà virtuale ad un drone possiamo vedere il mondo da una prospettiva completamente nuova e raggiungere virtualmente luoghi prima inaccessibili; un’azienda può analizzare lo stato del tetto di casa nostra e dei pannelli solari semplicemente inviando un drone a fare riprese sul tetto; esperti di sicurezza possono analizzare da vicino la qualità e sicurezza di edifici e altre strutture guardando i flussi video e le immagini acquisite da droni; i droni possono operare quali sensori ambientali, per valutare la bontà della connessione cellulare e facilitare la pianificazione di interventi degli operatori mobili, ma anche misurare la qualità dell’aria in completa libertà.

Tutte le applicazioni di cui sopra sono alla nostra portata nel breve periodo, se non già disponibili in maniera prototipale. Tuttavia, è necessario affrontare alcune sfide, di natura tecnologica e regolamentare.

La sfida principale, sul fronte tecnologico, è rappresentata dalla durata delle batterie

Sul fronte tecnologico, la sfida principale è rappresentata dalla durata delle batterie. Oggi, la durata delle batterie rappresenta un fattore limitante per l’utilizzo di droni, in quanto limita le distanze percorribili ed il tempo di volo. In aggiunta, se si pensa a soluzioni completamente autonome (generalmente definite BVLOS, o “beyond visible line of sight” – al di là della distanza visiva dell’operatore), la disponibilità di standard di comunicazione robusta ed affidabile diventa una necessità onde evitare collisioni e fornire funzionalità di controllo del traffico aereo.

Mentre la prima sfida troverà una soluzione probabilmente in tempi brevi grazie ad un mix di batterie più performanti e la disponibilità di un’infrastruttura distribuita di punti di atterraggio e ricarica a terra, la seconda è certamente più delicata e complessa. Al momento no esistono standard dedicati alle comunicazioni drone-to-drone o drone-to-ground. Le reti cellulari 5G saranno estese per offrire profili di comunicazione adatti ai droni, ma resteranno limitati ovviamente nelle relative aree di copertura di tale tecnologia. In questo scenario, in collaborazione con la IEEE Standards Association e la IEEE Communications Society, abbiamo attivato un comitato di standardizzazione (denominato IEEE P1954) per analizzare lo stato dell’arte nelle comunicazioni tra droni e definire uno standard in grado di offrire un supporto in ambito mondiale.

L’altra sfida è la regolamentazione: spesso regole differenti da nazione a nazione

A parte le problematiche tecnologiche, un ostacolo allo sviluppo e applicazione di droni in ambito civile è rappresentato dalla regolamentazione. In generale, ogni nazione si è dotata di un regolamento per definire chi può pilotare droni e in quali scenari, tuttavia spesso queste regole sono differenti da nazione a nazione. L’Unione Europea ha recentemente definito un insieme di regole comuni e diversi livelli di certificazione per i piloti e le applicazioni dei droni.

Il problema maggiormente rilevante al momento resta comunque quello della coesistenza, del volo in sicurezza e del coordinamento tra droni ed altri oggetti volanti (elicotteri, aerei, e altro). In questo ambito sarà necessario definire un regolamento per garantire la sicurezza dei differenti piani di volo ed un controllo del traffico aereo alle differenti altezze dal suolo per supportare i differenti scenari di utilizzo, specialmente in situazioni di volo autonomo. Questo aspetto al momento sta portando alla definizione di un “corridoio aereo” dedicato ai droni in modo da semplificare la complessità delle interazioni ai soli mezzi UAV.

In conclusione, i droni rappresentano certamente una tecnologia dirompente, che promette di portare innovazione in differenti aspetti della società moderna e della vita di tutti i giorni. Al momento, non tutti i componenti tecnologici e regolatori sono maturi e disponibili per poter transitare ad una società abilitata dai droni, ma università, centri di ricerca e aziende sono al lavoro per colmare questo gap ed ancora una volta portare la fantascienza nella vita comune nel modo più rapido e sicuro possibile!

Per approfondire:

NATO DAVOSS project: http://nato-davoss.org/

IEEE P1954 standardization group: https://standards.ieee.org/ieee/1954/10686/

https://www.key4biz.it/droni-univ-trento-il-nostro-progetto-supportato-dalla-nato-per-portare-internet-in-scenari-di-emergenza/413985/