I droni di servizio nel contesto urbano
Un ambiente urbano popolato di droni (aerei e/o terrestri) al servizio della cittadinanza per svolgere mansioni di risposta rapida alle emergenze, trasporto di beni e monitoraggio. Non è lo scenario di un romanzo o di un film di fantascienza, ma un frammento di futuro immaginato dai ricercatori e dalle ricercatrici di PIC4SeR, il centro interdipartimentale per la robotica di servizio del Politecnico, che unisce le competenze multidisciplinari di cinque diversi dipartimenti dell’Ateneo per sviluppare robot e soluzioni tecnologiche utilizzabili in scenari diversi.
Nella filosofia di PIC4SeR le tecnologie si devono adattare al contesto e alla finalità di chi le utilizza, che si tratti di ottimizzazione dei metodi di coltivazione in agricoltura, aiuto ai soccorritori in situazioni emergenza, esplorazione di ambienti complessi o assistenza delle persone con disabilità.
In questo senso, il contesto urbano offre l’ambiente ideale per immaginare nuovi utilizzi per le tecnologie della robotica di servizio, ma rappresenta anche una grande sfida per migliorare queste tecnologie e raggiungere nuovi standard di sicurezza e di usabilità da parte degli esseri umani per i veicoli comandati da remoto.
PIC4SeR è impegnato in particolare nella ricerca sui droni che forniscono supporto nelle operazioni di soccorso: l’ambito della sicurezza e dell’aiuto ai cosiddetti “first responders” è uno dei campi di applicazione dei droni nel contesto urbano.
“Per fare un esempio semplice e concreto – spiega il professor Marcello Chiaberge, docente del Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni-DET e coordinatore di PIC4SeR – Pensiamo a un intervento dei Vigili del Fuoco. Al momento della chiamata di emergenza, ancor prima che arrivino sul posto gli automezzi, un drone aereo potrebbe sorvolare lo scenario di intervento con camere termiche e nel visibile, registrando e trasmettendo alla centrale operativa una grande quantità di informazioni, per informare adeguatamente il personale, che allora arriverebbe preparato per operazioni mirate e con un livello ancora maggiore di sicurezza”.
Non è un sogno, ma qualcosa di realizzabile immediatamente, con le tecnologie disponibili, anche se bisogna lavorarci soprattutto dal punto di vista delle autorizzazioni di volo per la missione.
Per quanto riguarda i droni aerei o UAV (Unmanned Aerial Vehicle) le stringenti norme ENAC (Ente Nazionale per l’Aviazione Civile) in materia di sicurezza obbligano a concepire droni con sistemi elettronici e meccanici ridondanti, in grado di impedire al drone di precipitare in caso di guasto, e con la possibilità, da parte di chi gestisce il traffico aereo, di prendere il controllo remoto dei mezzi in caso di mancata risposta ai comandi o di pericolo imminente.
Il centro PIC4SeR è già al lavoro su questi temi con il progetto INDOOR, realizzato in collaborazione con la Fondazione DOT (Donazione e Trapianti di Organi) per il trasporto di organi da trapianto e materiali biologici attraverso sistemi UAV. A ottobre dell’anno scorso si è svolto all’ospedale Molinette di Torino il primo volo sperimentale di un drone che ha trasportato sostanze inerti che simulavano campioni biologici, conservati all'interno di una capsula progettata per questo scopo. L'utilizzo dei droni in questo campo potrebbe portare un profondo cambiamento nel sistema sanitario nazionale, con una significativa riduzione dei costi e una maggiore sicurezza nel completamento delle operazioni di trasporto e trapianto di organi.
L’operatività dei droni a terra (i rover), invece, trova altre problematiche importanti, anche queste non irrisolvibili. Muovendosi nel traffico ordinario, i rover dovrebbero mantenere standard di sicurezza molto elevati e soprattutto imparare a “parlare” con la segnaletica, con gli altri veicoli di servizio e con la centrale di controllo del traffico, per evitare di creare problemi ai veicoli civili o intralciare i mezzi di emergenza. Per fare questo si dovrebbero implementare nei rover i sistemi di comunicazione “vehicle-to-vehicle” e “vehicle-to-infrstructure” già esistenti e in parte utilizzati per le automobili in circolazione.
Se invece non si volessero tenere questi mezzi in strada, allora si dovrebbe agire sulle infrastrutture, per esempio rendendo i marciapiedi più ampi e sicuri per ospitare anche i percorsi dei rover, ovviamente senza creare pericoli per i pedoni. Anche in questo caso, la presenza dei rover ridurrebbe i costi di trasporto e renderebbe automatico il flusso di consegna dei beni, per esempio di medicinali.
I temi della sicurezza nella circolazione dei droni e dei rover nel contesto urbano sono riconducibili alla sicurezza dei sistemi di navigazione. All’interno di PIC4SeR si riuniscono competenze diverse, tra cui quelle del gruppo del professor Fabio Dovis, docente del DET, che lavora sui sistemi di navigazione basati su satellite (GNSS), quali il GPS e Galileo, che si stanno modernizzando con nuovi segnali e costellazioni. Utilizzando questi nuovi segnali e opportuni algoritmi di elaborazione del segnale, è possibile guidare in modo assolutamente sicuro mezzi comandati da remoto nei loro percorsi, proteggendoli anche da segnali esterni di disturbo. Il pericolo che “spoofing” (attacco che comporta la trasmissione di falsi segnali GNSS/GPS) e “jamming” (trasmissione di segnali intenzionali di disturbo che impediscono ai ricevitori di stimare la posizione) facciano perdere il controllo dei droni, confondendoli o dirottandoli, è un grosso limite al loro impiego. Le soluzioni studiate presso il Politecnico per l’identificazione e la classificazione di questi attacchi permettono la mitigazione dei loro effetti rendendo sicura la navigazione dei droni.
Ma non soltanto questo: gli stessi droni e rover possono diventare strumenti di monitoraggio della gran quantità di segnali presenti nel contesto urbano, distinguendoli per tipologia e permettendo a ricercatori e autorità di indagarne l’origine, aumentando così la sicurezza della cittadinanza.
L’operazione di droni in ambienti complessi, così come quello urbano, deve tenere in considerazione variabili quali la presenza delle scie di palazzi e la turbolenza associata, che influenzano il volo drone rendendo il suo controllo più difficoltoso e dispendioso. Inoltre, la prossimità di un numero elevato di droni oppure di velivoli di nuova generazione a decollo verticale per la mobilità urbana avrà sicuramente un impatto sociale in termini di disturbo acustico, sicurezza e privacy. Queste tematiche saranno studiate nei laboratori del nascente Centro Interdipartimentale per l’Aerospazio, che offrirà competenza complementari a quelle offerte da PIC4SeR e con il quale collaborerà.
Grazie al sostegno delle istituzioni pubbliche e alle competenze di soggetti privati specializzati nelle diverse aree di competenza del centro PIC4SeR, i mezzi comandati da remoto potranno aiutare a rendere le città posti più sicuri e vivibili per le persone.
Foto di copertina: Filippo Alfero - Getty Images