I Micro Droni
19 settembre 2002, aggiornato il
21 settembre 2002
Aggiornamento del 18 giugno 2005
Fonte:
http://www.aerovironment.com/area-aircraft/prod-serv/bwidpap.pdf
Con una certa sorpresa ho scoperto sul web, grazie al mio amico Christophe Tardy, lo sviluppo dei mini-drone. Il lettore interessato troverà un articolo (in inglese) in formato pdf intitolato "Sviluppo del Micro veicolo aereo Veuve Noire". In inglese MAV o "micro air vehicle". Le prestazioni di questi veicoli vi lasceranno... senza parole. È vero che sul web se ne scoprono ogni giorno nuovi. Questi oggetti assomigliano a giocattoli, ma non sono affatto tali. La Veuve Noire ha un'apertura alare di 15 cm. L'articolo fa riferimento a test datati agosto 2000, cioè due anni fa. L'obiettivo è ovviamente militare.
La Veuve Noire
Questi test rappresentano la conclusione di un programma di sviluppo durato quattro anni. Il capitolato di questo apparecchio è impressionante:
- Apertura alare: meno di 15 cm
- Peso: meno di 100 grammi
- Carico utile: 12 grammi
- Telecamera video da 2 grammi, che trasmette immagini in colore a distanza
- Velocità: 55 km/h
- Durata del volo: 30 minuti
- Propulsione elettrica, tramite batteria
- Raggio d'azione (rispetto alle comunicazioni): 2 km
- Pilota automatico integrato che permette a una persona non addestrata di mettere in azione l'apparecchio. Controllo del volo tramite microprocessore integrato
- Il sistema di controllo del volo e gestione delle comunicazioni radio pesa 5 grammi
- I micro-motori che azionano le due superfici di controllo, un piano orizzontale e una coda verticale centrale, pesano ciascuno mezzo grammo
È stata la Rand Corporation a lanciare un'analisi di fattibilità per macchine volanti microscopiche nel 1993. Si specifica che i militari prevedono lo sviluppo di veicoli che raggiungano un tale grado di miniaturizzazione da poter avere le dimensioni di un insetto volante o strisciante. Dato che il nostro tempo è quello delle nanotecnologie, come stupirsi di vedere comparire i "nanorobot" e la "nanoaeronautica"? Non esiste alcun limite a questa implosione teorica delle dimensioni degli oggetti, se non le dimensioni molecolari e atomiche. Per chi sa creare "nanopompe" di pochi micron di diametro, veicoli di qualche millimetro sono "giganteschi".
Diverse università hanno partecipato a questo programma di sviluppo di macchine microscopiche, una "microaeronautica", tra cui l'Università della Florida e quella dell'Arizona. Gli obiettivi fissati erano quelli di riuscire a portare un carico utile di 30 grammi su una destinazione distante 600 metri, con la macchina in grado di rimanere in volo almeno due minuti. Alla fine del programma, una macchina è stata testata con successo ad agosto 2000, con le seguenti prestazioni:
- Massa: 80 grammi (...)
- Apertura alare: 15 cm
- Motore elettrico collegato direttamente all'elica (in fibra di carbonio. Ha un rendimento del 83%, mentre il motore ha un rendimento del 70%)
- Durata del volo: trenta minuti (...)
- Velocità: 55 km/h, il che corrisponde a una distanza teorica massima di 27 chilometri e un raggio d'azione di 13 chilometri
- Capacità di trasmettere i dati acquisiti fino a 1,8 chilometri (limite attuale del raggio d'azione), su sedici canali
- Altezza di volo: 250 metri. È un'altitudine tipica, ma ovviamente non corrisponde al tetto massimo
- Peso del trasmettitore video: 1,4 grammo. Risoluzione in modalità colore: 510 per 488 pixel
- Potenza richiesta da questo trasmettitore: 550 milliwatt
- Potenza del segnale: 100 milliwatt a 2,4 gigahertz
- Frequenza di funzionamento del telecomando: 433 MHz
- Carico utile: 12 grammi
- Costo complessivo molto basso
Le batterie al litio hanno un costo di produzione molto basso e sono estremamente affidabili. Il volo avviene per nove decimi del tempo a velocità costante, il che semplifica i problemi di ottimizzazione aerodinamica. Il motore elettrico pesa 7 grammi. Il gruppo motopropulsore eroga una trazione di 10 grammi girando a 5.000 giri al minuto. I test in una galleria del vento di 50 x 50 cm di diametro hanno portato a una misura del rendimento dell'elica del 83%, mentre i calcoli al computer ne prevedevano l'82%. L'ala è in polistirene espanso, più un rivestimento e elementi strutturali, tutto incollato. I rivestimenti sono in Kevlar. Le derivate verticali sono in balsa. Il sistema di acquisizione e trasferimento dei dati collegato durante il volo è stato progettato per 16 canali. In modalità di memorizzazione, l'intero dispositivo si inserisce in una valigetta (si pensi a James Bond).
Il "mini-aeromodellista", il costruttore di modelli ridotti (che io stesso sono stato), sarà sorpreso dalla forma del veicolo. Nessun alettone, un'ala con allungamento molto basso. La risposta è semplice. Si è privilegiata la compattezza dell'oggetto a scapito delle prestazioni puramente aeronautiche (che richiederebbero un allungamento molto elevato). L'assenza di coda: i sistemi di stabilizzazione puramente aeronautici sono ridotti al minimo. Questa macchina è
impilota manuale.
Ma ciò non deve sorprendere e non è altro che la conseguenza dei progressi negli "asservimenti", nei controlli automatici dell'assetto. L'uomo ha prestazioni molto limitate in questo campo. I suoi "sensori" sono poco performanti e offrono tempi di reazione lunghi. Conoscete il trucco del biglietto da banca che si posa come nella figura A, lo si lascia cadere e la persona non riesce a prenderlo, semplicemente perché il tempo che intercorre tra la percezione del segnale "biglietto in movimento" e l'arrivo dell'ordine "chiudere la mano" è superiore al tempo di caduta del biglietto.
Nella figura successiva, in
B, un'elica che si mantiene in equilibrio a quota costante e ad alta velocità su alette: impilota dall'uomo.
In C un robot costruito da un amico dieci anni fa, pilotato da un semplice PC dell'epoca. Due gradi di libertà. Sull'attrezzatura mobile un tubo di PVC che sostiene una palla di bocce o un vassoio pieno di bicchieri. Ritorno rapido e ultra-stabile verso la posizione di equilibrio, senza oscillazioni. In grado di sopportare senza problemi turbolenze atmosferiche, fino a un certo punto. Dettaglio: questo robot era stato progettato per l'industria della pasticceria, per scrivere i nomi delle persone con la panna sopra i dolci ordinati dai clienti per i compleanni. "Buon compleanno, Marcel", con scelta del carattere, ecc.
Senza aiuto, la società fallì dieci anni fa (normale: era troppo semplice e troppo economico).
Voi stessi, durante i vostri viaggi in aereo, senza accorgervene, vi trovate a bordo di macchine che non sono pilotabili dall'uomo, o molto male. Un Boeing 747 possiede un'impennaggio orizzontale con una superficie pari a quella delle ali di un aereo di dimensioni normali. In modalità "stabilizzazione aeronautica", questo impennaggio è "portatore", compensa il momento di beccheggio derivante dall'ala. Ciò aumenta inutilmente il consumo di kerosene. Per comprendere tutto ciò, si rimanda alla mia vignetta "L'Aspirissoufle" (ex "Se volassimo?") che si può trovare sul
CD contenente più di quindici vignette della serie delle Avventure di Anselme Lanturlu
(18 euro a J.P. Petit, villa Jean-Christophe, chemin de la Montagnère, 84120 Pertuis. Spedizione inclusa).
Un'ala normale, quando è in volo, sviluppa un momento di beccheggio. Il piano orizzontale (impennaggio), portatore, compensa questa a...