Come funzionano i droni?

Chissà quante volte vi è capitato di veder volare un drone, di diverse dimensioni, oppure di averlo addirittura pilotato voi, per semplice divertimento, per mettervi alla prova come piloti, per scattare delle foto.Quella che era nata come una tecnologia militare, negli anni si è man mano adattata al civile e a diversi usi che vengono praticati ancora oggi, ma ha avuto un’esplosione il lato commerciale dei droni, che ormai sono alla portata di (quasi) tutti.

Il nome viene… dal fuco!

Il nome deriva da un termine anglosassone che indica il fuco, ovvero il maschio dell’ape. Curioso, vero? Le similitudini sono la capacità di volare e il forte ronzio emesso in volo. Diversi tipi di droni sono studiati a partire dalle caratteristiche degli insetti, per stabilità e capacità di rimanere in aria.
Per prima cosa, il termine drone si può definire come degli aeromobili a pilotaggio remoto, il che significa che hanno si bisogno di un pilota che li comandi ma che esso non si deve trovare a bordo e può controllarli da remoto (sono anche oggettivamente troppo piccoli, se ci pensate…).

I vari tipi di drone: con struttura a elica, con struttura planare o ibridi

La sigla che spesso li indica è APR. Diversi per materiali, uso, tecnologia, dimensioni, destinatari, i droni si possono cominciare a dividere in tre grandi categorie: con struttura a elica (o a pale), con struttura planare e ibridi. In realtà per alcuni i veri droni sono i primi.
Quelli con struttura a elica (oppure a pale) possiedono una o più eliche montate sui vari bracci estraibili e questo li rende simili a dei minuscoli elicotteri (anche se vengono definiti elicotteri se hanno un solo paio di eliche). Infatti, in base al numero di eliche presenti abbiamo i tricotteri se queste sono tre, i quadricotteri in caso di quattro set di pale, i pentacotteri se queste sono cinque, gli esacotteri per droni con sei set di pale e infine gli ottacotteri se si raggiungono otto set di pale. La loro caratteristica principale è che possono comportarsi tutti come un piccolo elicottero, cioè restare fermi in posizione a mezz’aria, volare mantenendo in obliquo ed anche virare in modo repentino.

Per quanto concerne i droni a struttura planare, non hanno eliche bensì grandi ali e per questo vengono ritenuti più simili a piccoli aerei che a minuscoli elicotteri. Sfruttando correnti d’aria e flussi d’aria sono adatti per i viaggi di media distanza.
Gli ibridi invece sono dei veivoli molto sui generis perché oltre che essere in grado di volare sono capaci spesso anche di viaggiare sulla terra e sull’acqua. Per questo sono dotati sovente di due o quattro ruote motrici. Possono addirittura compiere piccoli salti per scavalcare gli ostacoli!
Come detto, di solito quando si pensa ai droni, paragonandoli a dei piccoli elicotteri, ci si riferisce al primo tipo elencato, ovvero quello basato sulla presenta di eliche montate su bracci estraibili, capaci di rimanere fermi in aria, di volare in modo obliquo e di virare repentinamente.

I componenti fondamentali

Ma come sono fatti esattamente? Abbiamo spiegato come essi non hanno il pilota a bordo, il che è abbastanza ovvio a chi abbia mai visto volare un drone. Il pilota lo comanda da remoto, tramite alcuni comandi trasmessi dal drone stesso.
Esso può essere controllato da un radiocomando, nella versione più basilare. Sempre più spesso i droni stessi si possono collegare e dunque pilotare con appositi programmi tramite smartphone o tablet. Vediamo i componenti principali di un drone, che sono il telaio, il flight controller, i motori (o Engines), gli Elettronic Speed Control (ESC), le eliche o rotori (Propeller), i para eliche (Propeller Guard), il citato radiocomando (Trasmitter), le batterie, la camera e il gimbal.
Il telaio, come dice il termine stesso, è la struttura portante su cui le diverse componenti sono montate. La sua forma varia a seconda del numero di eliche montate. Può essere di materiali diversi, a partire dal legno (sì, sembra incredibile, ma è così), la plastica, l’alluminio, il carbonio.

Naturalmente, in base al materiale che viene scelto il drone avrà alcune caratteristiche particolari relativamente a peso, durata del volo possibile, resistenza agli urti, creando tipologie diverse e adatte a usi diversi. Il Flight Controller (FC) è molto importante perché può essere definito il cervello del drone. Esso interpreta gli input dati dal pilota e deciderà la diversa potenza da erogare ai singoli motori per completare la manovra richiesta.
Analizza tutti i dati di volo ed anche l’unità che gestisce la “natura” del drone, distinguendo per esempio quelli da gara da quelli di riprese. I dati usati dai FC sono ricavati da diversi sensori a lui collegati, per i loro calcoli, come giroscopi, barometri, GPS o sistemi di rilevamento degli ostacoli.
Il motore e in particolare quanti fanno parte del drone sono strettamente collegati al numero di set di pale. Si tratta di motori elettrici definiti brushless ovvero “senza spazzole”: questo genere di motori funziona senza bisogno di contatti elettrici striscianti (ossia le “spazzole”) sull’albero motore.

Il motore stesso è collegato al cervello del drone, che abbiamo visto essere il Flight Controller, tramite l’Elettronic Speed Control (ESC), che di fatto è una piccola scheda elettronica. Il suo compito è di permettere alle eliche di girare nelle diverse direzioni e a velocità variabile.
Come riesce a ottenere questo risultato? L’Elettronic Speed Control riceve i comandi dal Flight Controller, che come abbiamo visto analizza e media una lunga serie di dati rilevati mediante diversi sensori, e li trasferisce al motore. Le eliche sono anch’esse un componente fondamentale, montate sul motore, solitamente su bracci estraibili. Ruotano in base alla potenza che il pilota decide di erogare attraverso il radiocomando. Per dare le migliori performance in base a peso e sicurezza, sono di solito in plastica o fibra di carbonio.

Sono protette dai para eliche, chiamati anche Propeller Guard, delle carene composte da una plastica molto leggera che le proteggono dagli urti. Si occupano anche di dare protezione al corpo del drone e vengono montate in particolare quando si parla di droni che vengono usati da principianti.
Del radiocomando si è già detto, ovvero che esso pilota il drone e imposta le diverse opzioni. Può essere sostituito da un tablet o da uno smartphone tramite dei programmi. È importante sapere che si interfaccia con il Flight Controller.
Le batterie usate dai droni sono a Polimeri di Ioni di Litio (Lithium-ion Polymer Batteries), leggerissime e in grado allo stesso tempo di garantire al drone la potenza richiesta. Per le riprese, su alcuni droni sono montate delle camere. A volte le stesse sono stabilizzate tramite un dispositivo chiamato gimbal.

Per che cosa si usano

Le camere servono per permettere al drone di effettuare delle riprese aeree e fotografiche, rendendolo uno strumento atto a diversi usi, sia militari (per cui sono nati) sia civile. In particolare, in quest’ultima categoria hanno diversi utilizzi.
Fra di essi si riconoscono la sicurezza, quando la polizia se ne serve per identificare per esempio delle persone, il monitoraggio ambientale e architettonico, la ricerca dei dispersi, il telerilevamento. Per quanto concerne gli usi militari, essi sono comparsi durante la prima guerra mondiale e, pur con mille dubbi etici, sono stati usati come armi.

Come scegliere il proprio?

I droni possono suddividersi in droni professionali (in alcuni casi chiamati anche droni enterprise e/o droni commerciali) e droni non commerciali (più spesso identificati come droni consumer). Ovviamente i primi sono più potenti e spesso hanno anche dimensioni maggiori.
Come si sceglie un drone? Si devono tener d’occhio caratteristiche quali le dimensioni e il peso, la capacità di elevazione (a quanto si può alzare dal suolo), l’autonomia (durata della batteria), il controllo, la capacità di effettuare volteggi e acrobazie, il supporto per le telecamere, i GPS. Come sempre non vi è una soluzione migliore, dipende dall’uso che se ne vuole fare e l’esperienza in fase di pilotaggio. Noi di OsaTech vi consigliamo il più adatto a voi: in questo momento operiamo da remoto (con vari metodi).