I droni sono utilizzati in svariate applicazioni e sono un’innovazione tecnologica in grado di aiutare gli scienziati a comprendere meglio il pianeta, monitorare i cambiamenti ambientali e le attività di protezione e conservazione degli ecosistemi naturali.
Vengono usati anche per trasportare e posizionare dei sensori e la tecnologia sta avanzando rapidamente con il supporto dell’intelligenza artificiale che aiuta a rendere i droni più sicuri attraverso sensori che utilizzano speciali algoritmi informatici per il loro controllo.
Sulla Terra ci sono circa 4 miliardi di ettari di foreste, il polmone verde del Pianeta, che racchiudono il tesoro della biodiversità, e in Europa ricoprono più del 40% del territorio. Ospitano i due terzi delle specie terrestri presenti sul pianeta, un patrimonio inestimabile, che deve essere tutelato come una risorsa primaria.
I ricercatori dell’Aerial Robotics Lab, Imperial College di Londra, hanno sviluppato droni in grado di collegare sensori agli alberi per monitorare i cambiamenti ambientali ed ecologici nelle foreste.
La tecnologia è descritta nella rivista IEEE Robotics and Automation Letters con il documento di ricerca “Unmanned Aerial Sensor Placement for Cluttered Environments”.
Attualmente, diversi aspetti delle foreste vengono monitorati tramite sensori wireless che tracciano i movimenti di animali e insetti nelle foreste, monitorando anche la foresta stessa per i cambiamenti di temperatura, umidità e luce, e sono di aiuto anche per rilevare gli incendi boschivi.
L’obiettivo a più lungo termine è quello di utilizzare i droni per creare reti di sensori in grado di raccogliere i dati più significativi riguardanti gli ecosistemi forestali da utilizzare nei progetti di tutela, conservazione e per tracciare biomi difficili da navigare come le foreste pluviali.
Il professor Mirko Kovac, direttore del laboratorio di robotica aerea del dipartimento di aeronautica dell’Imperial, ha dichiarato:
«Il monitoraggio degli ecosistemi forestali può essere difficile, ma i nostri droni potrebbero implementare intere reti di sensori per aumentare la quantità e la precisione dei dati ambientali ed ecologici. Mi piace pensare a loro come abitanti di foreste artificiali che presto veglieranno sull’ecosistema e forniranno i dati di cui abbiamo bisogno per proteggere l’ambiente».
Il problema è il posizionamento di questi sensori, che risulta piuttosto difficile in foreste grandi e alte dove occorre arrampicarsi sugli alberi per posizionarli ponendo all’uomo seri rischi.
La foresta è un’ampia estensione di terreno, una formazione disetanea composta da alberi ad alto fusto cresciuti spontaneamente e disposti in maniera naturale. Per questi ecosistemi, i ricercatori dell’Aerial Robotics Lab hanno sviluppato droni in grado di sparare dardi contenenti sensori su alberi a diversi metri di distanza.
Il posizionamento dei sensori
Attualmente, i sistemi per portare i sensori in un’area specifica con un drone consistono essenzialmente nel farli cadere a terra, oppure nell’utilizzare un drone dotato di un manipolatore in grado di posizionare i sensori in un punto esatto, cosa complicata e rischiosa da raggiungere.
Utilizzando una tecnica innovativa, i droni dell’Aerial Robotics Lab, dotati di telecamere per aiutare a identificare i bersagli adatti, attraverso uno specifico meccanismo, sono in grado di lanciare sensori dalla forma di dardo che si attaccano agli alberi in modo stabile.
Il congegno che serve al lancio del dardo è collocato sulla parte superiore del drone ed è dotato di:
- una molla principale compressa che immagazzina energia per l’avviamento e una molla in lega a memoria di forma che, una volta applicata corrente, sposta il gancio che trattiene la molla principale;
- un meccanismo che consente di fornire al dardo l’energia necessaria alla sua punta per conficcarsi correttamente e stabilmente nel punto di contatto;
- un meccanismo che consente di distribuire sensori di 30 grammi fino a 4 metri da un bersaglio con una precisione di 10 cm. A una distanza da 1 a 4 metri, il dardo colpisce il bersaglio il 90-100% delle volte.
Questo esclusivo sistema aereo pesa complessivamente 650 grammi e «può eseguire fino a 17 implementazioni con una singola carica della batteria».
Applicazioni e sfide future
Il prossimo passo è rendere i droni autonomi affinché i ricercatori possano testare come si comportano in ambienti forestali più densi senza la guida umana.
«Ci sono molte sfide da affrontare prima che i droni possano essere usati regolarmente nelle foreste, come il raggiungimento di un attento equilibrio tra l’input umano e le attività automatizzate in modo che possano essere utilizzato in modo sicuro pur rimanendo adattabile ad ambienti imprevedibili», afferma André Farinha, Dipartimento di Aeronaturica.
Ciò porterebbe vantaggi per applicazioni industriali impegnative, lavoro scientifico sul campo, città intelligenti e ambienti pericolosi.
I ricercatori hanno testato i loro droni presso i Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology e sugli alberi del Silwood Park Campus dell’Imperial.
