Le potenzialità dei droni: Deep Blue tra ricerca e innovazione

Dare impulso all’economia, rafforzare il settore industriale, consolidare la leadership mondiale. Questi i motivi che spingono l’Europa a investire sui droni: la Commissione lo spiega chiaramente nella sua “Aviation Strategy for Europe” del 2015.

 

Entro il 2022, si prevedono 35 milioni di droni in volo, il 25% dei quali nei cieli europei. I servizi di Urban Air Mobility, il trasporto di merci e passeggeri, saranno probabilmente quelli che vedranno il maggiore sviluppo. Tuttavia, gli aeromobili a pilotaggio remoto (unmanned aerial vehicle) serviranno a molto altro: assistenza medica d’emergenza, monitoraggio ambientale, mappatura, agricoltura di precisione, ispezione delle infrastrutture di trasporto.

Drones4Safety: droni per la sicurezza

L’impiego dei droni per verifiche strutturali di strade, ponti e ferrovie è una soluzione vantaggiosa. Innanzitutto ottimizza tempi e costi (per un risparmio stimato di 15 miliardi di euro all’anno). Non solo, poi, abbatte i rischi per gli operatori umani; risulta anche più sostenibile, visto che al momento queste operazioni richiedono spesso l’utilizzo di elicotteri. L’Europa crede molto nelle potenzialità di questo campo di applicazione per gli aeromobili a pilotaggio remoto, su cui sta investendo attraverso il finanziamento di progetti di ricerca e innovazione.

Gli sciami di droni

Attualmente, vengono già utilizzati singoli droni per la verifica della sicurezza delle infrastrutture dei trasporti. La vera innovazione sarà data dai cosiddetti drones swarms.

«Immaginate uno “sciame” di droni dotati di un’intelligenza che li tiene assieme, ma capaci di agire in maniera autonoma, ovvero dividersi per ispezionare le diverse parti dell’infrastruttura, riconoscere e analizzare specifiche features, per esempio eventuali crepe. Immaginate anche che questi droni siano in grado di ricaricarsi autonomamente agganciandosi a linee elettriche o ferroviarie, così da massimizzare la durata delle operazioni di ispezione. Il progetto Drones4Safety si occuperà di sviluppare e verificare fattibilità ed efficienza di questi sistemi», spiega Damiano Taurino, Project Manager in Ricerca & Sviluppo per Deep Blue, che nel progetto è responsabile delle azioni di dissemination.

Finanziato nell’ambito del programma Horizon 2020 della Commissione europea, Drones4Safety è coordinato dalla University of Southern Denmark. I primi studi pilota, previsti per il 2022, si faranno però su ferrovie italiane. Con due sfide impegnative.
La prima sarà realizzare l’energy harvesting, ovvero equipaggiare i droni di dispositivi per assorbire energia dalle linee elettriche. Secondo studi preliminari del progetto, il 70% dei ponti europei ha cavi ad alta tensione nel raggio di tre chilometri. Perciò, i droni useranno dati ottenuti da mappe e satelliti per individuarli e andarsi a rifornire in modo autonomo.
La seconda riguarderà lo sviluppo di algoritmi che permettano ai droni di “parlarsi” e migliorino la capacità di analisi delle caratteristiche strutturali delle infrastrutture.

AW-Drones: droni in sicurezza

Tra operazioni di mappatura e sorveglianza, si stima che nel 2035 voleranno 180.000 droni (dati European Drones Outlook Study 2016). Ma tutto il mercato degli aeromobili a pilotaggio remoto è destinato a crescere, in termini di flotta e ricavi: lo studio europeo prevede una crescita annua di 10 miliardi di euro entro il 2035. Per non farsi cogliere impreparata e gestire il traffico, lo scorso anno la Commissione europea ha approvato il nuovo regolamento droni di EASA (European Union Aviation Safety Agency) a cui i paesi membri dell’Unione dovranno adeguarsi entro il 1 gennaio 2021.

Il regolamento stabilisce le regole da rispettare per operare con i droni, definite in base al rischio delle operazioni stesse. Identificare gli standard tecnici (i requisiti tecnologici dei droni) e operativi (le procedure per farli volare) che soddisfino i requisiti del regolamento è compito di AW-Drones, altro progetto europeo targato Horizon 2020. Riunisce 13 partner coordinati da Deep Blue, che assieme a EuroUSC rappresenta la quota italiana del consorzio, e ne parla anche Repubblica.

URClearED: “remain well clear”

Oggi i droni possono volare solo in spazi separati dal resto del traffico aereo civile. Per potersi integrare dovranno, tra l’altro, adottare un sistema con cui “vedere ed evitare” gli altri aeromobili in volo. Potranno così mantenersi alla distanza di sicurezza necessaria per scongiurare la necessità di manovre anticollisione.

«La capacità di un pilota di mantenersi separato dal resto del traffico aereo è definita “remain well clear”. Nonostante un aiuto dalla tecnologia, il pilota opera principalmente a vista» chiarisce Taurino. «È evidente che nel caso dei droni bisogna combinare capacità tecniche (sensori, radar e telecamere per “leggere” l’ambiente intorno) a capacità “decisionali” che permettano di ricevere, elaborare informazioni e prendere decisioni in autonomia nel caso di situazioni critiche o conflittuali».

Scenari operativi diversi

Dell’integrazione di questi due aspetti si occuperà un progetto finanziato da SESAR, il programma comunitario di ricerca esplorativa e industriale nato per revisionare lo spazio aereo europeo e il suo sistema di gestione del traffico. Si tratta di URClearED, coordinato dall’italiano Centro Italiano Ricerche Aerospaziali (CIRA), in cui Deep Blue è leader delle azioni di dissemination.

«Negli spazi aerei in cui è fornito un servizio di controllo del traffico aereo, il concetto “well clear” è chiaro: 5 miglia in orizzontale e 1000 piedi in verticale. Non lo è altrettanto negli spazi aerei non controllati. Per questo con URClearED lavoreremo a una definizione formale del concetto, in particolar modo riguardo ai droni».

Per analizzare differenti scenari operativi, testare performance e sicurezza delle operazioni, verranno condotte simulazioni Fast-Time e Real-Time. Nel primo caso si tratta di utilizzare modelli software per simulare il comportamento di un intero sistema. Nel secondo, invece, piloti di aeromobili e controllori del traffico aereo opereranno in un ambiente simulato del tutto simile a quello operativo, proprio come avviene nei simulatori di volo. Questo permetterà anche di capire in che modo i nuovi strumenti e le nuove procedure cambieranno il lavoro degli operatori umani, con quale efficienza, e se ciò comporterà un maggiore sforzo cognitivo o carico di stress.

INVIRCAT: droni nelle aree terminali di controllo

Di nuovo in ambiente controllato, quindi con simulazioni Fast e Real-Time, verranno validate le procedure messe a punto nel progetto INVIRCAT. Coordinato dall’agenzia spaziale tedesca Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, è sempre finanziato dal programma SESAR.

«Questa volta ci muoviamo nello spazio super controllato delle cosiddette aree terminali di controllo o TMA in prossimità degli aeroporti, dentro le quali il pilota deve iniziare tutta una serie di operazioni, per esempio abbassare la quota di volo o ridurre la velocità, in preparazione dell’atterraggio. Quello che faremo – al progetto partecipano 7 partner, tra cui le italiane Deep Blue, CIRA e l’Institute for Sustainable Society and Innovationè elaborare procedure per integrare il volo dei droni in queste aree terminali di manovra, validarle con simulazioni e tradurre i risultati in raccomandazioni da girare ai policymakers».

I progetti SESAR guardano al futuro prossimo dell’aviazione. Oggi, infatti, si discute soprattutto di regole per pilotare i droni negli spazi urbani, sotto i 500 piedi da terra, non interessati dall’aviazione civile. Tuttavia, entro il 2050 l’Europa vuole integrare gli aeromobili a pilotaggio remoto per trasporto merci e passeggeri negli spazi aerei, controllati e non. Per realizzare questa visione, saranno necessarie sia le innovazioni tecnologiche sia nuove procedure per operare in sicurezza.

Vera Ferraiuolo
vera.ferraiuolo@dblue.it

Senior Dissemination Consultant