Come funzionano i droni (e cos'è la tecnologia dei droni)?

Se hai appena acquistato il tuo primo drone o lo usi da tempo ma non sai come funzionano davvero e sei curioso di saperne di più, sei nel posto giusto.

I controller, i joystick e le app rendono il pilotaggio di un drone facile come giocare a un videogioco. Ma all'interno del drone, ci sono piccole parti che lavorano tutte insieme per assicurarsi che il drone possa volare. Allora, come funzionano i droni?

Le parti più importanti di un drone sono il sistema operativo e il controller di volo. Le batterie alimentano i rotori facendoli girare le eliche e generando portanza. Il controllore di volo utilizza i dati raccolti da accelerometri, barometri, magnetometri, giroscopi e il controllore per rimanere in aria.

Altre caratteristiche importanti che migliorano il funzionamento di un drone includono il GPS, il rilevamento degli ostacoli e la prevenzione delle collisioni, le telecamere e il software.

Continua a leggere per scoprire come funzionano tutti i componenti di un drone e come contribuiscono tutti al volo di un drone.

Come volano i droni (tecnologia di propulsione dei droni UAV)

Molto va nel drone generando un sollevamento verso l'alto ed eseguendo vari movimenti. E in questa sezione, discuteremo di come funziona tutto ciò. Ma prima, elenchiamo prima tutti i componenti che giocano un ruolo nella propulsione di un drone:

• Motore
• Campanello motore
• Motore Statore
• Eliche
• Controllore di volo
• Cuscinetti
• Avvolgimenti

Inoltre, prima di discutere di come funziona ciascuna di queste parti, definiamo alcuni movimenti comuni dei droni:

• Imbardata – Questo è quando la sezione anteriore del drone ruota in senso orario o antiorario.
• Lancio – Questa è l'inclinazione che assume il drone a seconda della direzione in cui si sta muovendo. Per accelerare in avanti, i droni abbassano la sezione anteriore e sollevano la sezione posteriore. Per invertire, sollevano la parte anteriore e abbassano la parte posteriore.
• Rotola – Questo è il movimento in cui un drone si sposta a sinistra oa destra.

Spiegherò il ruolo di eliche e motori in ciascuno di questi movimenti più avanti nell'articolo.

Motori per droni

Questa è una delle parti più cruciali del sistema di propulsione. Le batterie alimentano i motori, facendoli ruotare ad alta velocità. Di conseguenza, i motori ruotano le eliche, creando portanza. Abbastanza facile, vero? Non proprio.

Esistono due tipi principali di motori; motori brushless e brushless. I motori brushless sono i più comunemente usati perché sono efficienti, durevoli e possono ruotare a velocità molto elevate.

Quindi, qual è la differenza tra motori brushed e brushless? Tutto si riduce a come funzionano. Ma prima di spiegare le differenze, definiamo le parti principali che le differenziano.

• Statore – Uno statore è la sezione di un motore che ha avvolgimenti. È la parte che fornisce un campo magnetico, che quindi avvia la rotazione nel rotore. Per creare un campo magnetico, gli statori hanno avvolgimenti di filo di rame che si trasformano in magneti ogni volta che una corrente li attraversa. Nella maggior parte dei casi, lo statore è fermo.
• Rotore – Il rotore è la parte che ruota, provocando una rotazione nell'albero, che poi provoca una rotazione delle eliche.
• Intervallo d'aria – Questa è la distanza tra il rotore e lo statore. Più è grande, meno efficaci saranno i motori.
• Campanello del motore – Questa è la parte che fa ruotare le eliche in senso orario o antiorario.

Sia i motori brushed che quelli brushless hanno uno statore e un rotore. Ma nei motori a spazzole, lo statore fornisce costantemente un campo magnetico permanente. Gli statori circondano un rotore, che avrà polarità opposta, e si verificherà una rotazione nel rotore quando le spazzole del commutatore interagiscono con un alimentatore.

Il contatto di queste spazzole con l'alimentazione rende inefficaci i motori a spazzole poiché si consumano più velocemente e il calore prodotto accelera l'usura del drone.

D'altra parte, i motori brushless mancano di spazzole. Invece, lo statore si accende e si spegne, fornendo un campo magnetico quando necessario. L'attrazione e la repulsione tra lo statore e il rotore sono le cause della rotazione. E poiché non c'è contatto, come con le spazzole nei motori a spazzole, non c'è generazione di calore e l'usura è minima.

Cuscinetti motore drone

I cuscinetti sono spesso trascurati e potresti non sapere che esistono a meno che non controlli i motori. Tuttavia, sono molto utili per ridurre al minimo il traferro menzionato in precedenza e mantenere i rotori in posizione mentre ruotano.

In effetti, se i tuoi motori si guastano, è probabile che il problema siano i cuscinetti. Quando si tratta di cuscinetti, ci sono cuscinetti schermati e non schermati. I cuscinetti schermati funzionano meglio per i motori dei droni poiché i motori ruotano ad alta velocità, generando temperature molto elevate che potrebbero distruggere i cuscinetti.

Eliche per droni

Le eliche devono ruotare in direzioni diverse per generare portanza e mantenere il drone in aria. In ogni coppia di eliche, una ruota in senso orario (CW) e l'altra ruota in senso antiorario (CCW).

Mentre ruotano, creano una zona di bassa pressione. L'aria si sposta dalle regioni di bassa pressione alle regioni di alta pressione. È così che il drone è in grado di spostarsi su, giù, avanti o indietro a seconda di come le velocità di rotazione delle eliche.

Inoltre, la quantità di spinta generata deve bilanciare il peso del drone, facendolo spostare nell'aria.

Numero di eliche

La maggior parte dei droni ha 4 eliche e sono conosciuti come quadricotteri. Ciò non è accaduto per caso o per dare ai droni il loro aspetto caratteristico. C'è una ragione dietro. Per spiegarlo meglio, partiamo dal presupposto che un drone avesse un'elica.

Un tale drone genererebbe una portanza sufficiente per spingere il drone in aria, ma sarà molto difficile controllare il drone poiché non ha modo di andare avanti o indietro. Inoltre, il drone ruoterà continuamente nella direzione opposta. Questo è in realtà secondo la 3 legge del moto di Newton; quando due oggetti interagiscono e sono in movimento, si influenzeranno a vicenda in direzioni opposte.

Avere un drone con due eliche sarebbe anche un'opzione. E in effetti, aiuterebbe a risparmiare sulla carica della batteria. Inoltre, quando fai ruotare le eliche in direzioni diverse, annulli la coppia esibita dal drone a rotore singolo. Tuttavia, è ancora difficile controllare un drone del genere poiché non è stabile.

A differenza del drone a 2 eliche, un drone a 3 eliche non è un'opzione poiché annulla tutto ciò che risolve il drone a 2 eliche.

E questo ci lascia solo con quattro eliche o più. I quadricotteri hanno l'equilibrio perfetto per consentire ai droni di librarsi, accelerare ed effettuare manovre senza schiantarsi. Quello che succede è che tutti i motori si annullano a vicenda, mantenendo la stabilità e prevenendo rotazioni indesiderate.

Più eliche creano più stabilità, ma creano anche più assorbimento della batteria. Quindi 4 eliche è il numero ideale.

Movimento direzionale

Per librarsi, tutti i motori ricevono la stessa potenza e ruotano alla stessa velocità.

Per andare avanti, le eliche anteriori rallentano, mentre le eliche posteriori aumentano la loro velocità. Questo fa inclinare il drone in avanti abbassando la parte anteriore.

Per imbarcare, i motori in diagonale rallenteranno, consentendo al drone di ruotare su un asse a sinistra oa destra.

Per rotolare, i rotori a sinistra oa destra vengono rallentati a seconda della direzione in cui vuoi rotolare.

Come funzionano i controllori di volo (trasmettitore, ricevitore e app per smartphone)

Ora, tutte le manovre spiegate sopra sono integrate nel drone, ma c'è un altro pezzo del puzzle; i controllori di volo. Riesci a immaginare di dover controllare manualmente le velocità di vari rotori solo per far girare il drone a destra oa sinistra?

Ed è per questo che i droni hanno bisogno di un controllore di volo, un dispositivo che raccolga dati dai vari sensori e utilizzi questi dati per controllare il movimento del drone. Il controller di volo è una combinazione di hardware e firmware che contiene algoritmi che gli consentono di dare un senso a tutti i dati che riceve dai sensori e dai controller.

Attraverso un processo chiamato sensor fusion, il controllore di volo raccoglie tutti i dati e li usa per prendere decisioni in tempo reale. Un buon esempio di algoritmi è il filtro Kalman che consente al controller di utilizzare i dati passati e presenti per prendere decisioni accurate.

Come funziona

Come accennato in precedenza, i droni accelerano, girano, affogano lentamente o rotolano modificando la velocità dei motori. Quindi, una volta che il controllore di volo ha raccolto i dati dai sensori, li invia all'Electronic Speed ​​Controller (ESC), che poi li interpreta aumentando o riducendo la tensione a seconda dell'azione che si desidera intraprendere.

Ad esempio, se vuoi accelerare in avanti, l'ESC ridurrà la tensione dei rotori anteriori per rallentarli e aumentare la tensione delle eliche posteriori.

Il controllore di volo riceve anche informazioni dai telecomandi. Tutto quello che devi fare è spingere i joystick su, giù, sinistra o destra e il telecomando invierà questi comandi tramite un segnale radio al drone. Dall'altra parte, il drone ha un ricevitore che riceve questi segnali, li interpreta ed effettua il comando sul drone.

Se il tuo drone è controllato tramite uno smartphone, il drone e il dispositivo generalmente comunicano tramite Wi-Fi. La maggior parte dei droni ha le proprie app per droni che, quando le installi sullo smartphone, ti consentono di controllare facilmente il drone con o senza il telecomando. Ma la gamma potrebbe essere limitata rispetto all'utilizzo del controller.

Raggio operativo

Parlando di portata (la distanza più lontana che un drone può percorrere da un controller), può variare da pochi piedi a diverse miglia a seconda del drone che stai utilizzando e della forza della connessione. Per i droni giocattolo, di solito è di pochi metri, ma per i droni consumer e prosumer come i droni DJI, può arrivare fino a 5 miglia.

DJI si è fatto un nome nel mondo dei droni consumer costruendo OcuSync, un sistema di comunicazione avanzato che consente loro di avere un lungo raggio operativo.

Per alcuni droni, puoi anche acquistare range extender per consentire al drone di operare oltre quanto inizialmente previsto. Tuttavia, dovresti anche prestare attenzione alle normative poiché, a meno che non sia autorizzato, dovresti sempre pilotare il tuo drone all'interno della linea di visuale visiva.

Come funzionano i sensori (Il sistema IMU)

Ora parliamo dei vari sensori che troverai in un drone. Ma prima di farlo, è importante riconoscere che un drone non può volare efficacemente senza sensori. Questi dispositivi sono piccoli come le dimensioni di una formica, ma sono minicomputer che aiutano a misurare l'ambiente circostante e inviano dati accurati al controllore di volo, che fa molto per stabilizzare il volo di un drone. Più sensori ha un drone, più spiegherà gli errori o le forze che agiscono sul drone mentre vola. Diamo un'occhiata a ciascuno di essi.

Accelerometri

Conosciuti anche come MEMS (sistemi microelettrici meccanici), gli accelerometri utilizzano la tecnologia capacitiva e piezoelettrica per rilevare l'accelerazione lineare dovuta alla gravità . Nella tecnologia capacitiva, i condensatori sono disposti in parallelo. Qualsiasi cambiamento nelle forze di accelerazione influisce sulla distanza tra questi condensatori, influenzando la loro capacità e inviando i segnali al controllore di volo.

D'altra parte, il piezoelettrico misura l'orientamento utilizzando cristalli microscopici compattati a seguito dell'accelerazione. Un cambiamento nelle forze di accelerazione influisce sulla pressione, che cambia il peso e la resistenza di questi cristalli. Gli accelerometri sono posizionati in uno schema a 3 assi in modo da poter rilevare il movimento e l'orientamento di un drone in tutte le direzioni.

Giroscopi

I giroscopi sono un'altra caratteristica fondamentale che aiuta a stabilizzare un drone. Sono costituiti da una ruota che ruota su un asse. Questa ruota ruota in modo tale che, anche se il drone si inclina, manterrà comunque il suo equilibrio.

I droni affrontano un'ampia gamma di forze nell'aria, inclusi vento e gravità. Di conseguenza, può diventare molto difficile controllare il drone, soprattutto in presenza di forti raffiche di vento. I giroscopi sono progettati per rilevare tutte queste forze e compensarle, quindi il drone sembrerà inalterato.

Naturalmente, verranno applicati altri fattori come la forza del vento e il peso del drone. Ma per la maggior parte, i droni appariranno stabili con venti moderati. I giroscopi convertono anche questi movimenti in segnali e li inviano all'ESC.

Potresti aver sentito parlare di giroscopi a 3 assi e giroscopi a 6 assi. Un drone ha bisogno solo dei giroscopi a 3 assi, ma la maggior parte dei produttori di droni menzionerà un giroscopio a 6 assi perché prendono in considerazione sia i giroscopi che gli accelerometri.

Magnetometri

I magnetometri misurano il flusso magnetico lungo l'asse di beccheggio, imbardata e rollio, il che aiuta a rilevare l'orientamento del drone in relazione al Polo Nord magnetico . Quando si vola in aree con molte interferenze elettromagnetiche o qualsiasi altro tipo di interferenza, i magnetometri aiutano a raccogliere questi dati e inviarli al controllore di volo.

Sensori barometrici

Conosciuti anche come sensori di pressione, i barometri misurano la pressione atmosferica per aiutare a determinare l'altitudine del drone . Se ti sei imbattuto in una funzione nota come mantenimento dell'altitudine nella maggior parte dei droni in vendita, questo è uno dei sensori che rendono possibile questa funzione. A volte, i sensori barometrici lavorano insieme ai sensori GPS per determinare l'altitudine di un drone e mantenerla.

Sensori di distanza

Questi sensori utilizzano laser, Lidar o onde ultrasoniche per misurare la distanza davanti a un drone e rilevare eventuali ostacoli.

Luci LED drone

Tutti i droni sono dotati di luci a LED. E anche se possono essere viste come decorazioni, queste luci a LED hanno uno scopo. Nella maggior parte dei casi, vengono utilizzati per informarti sullo stato del drone. In questo post abbiamo parlato molto delle luci a LED dei droni, ma di seguito sono elencate le principali e il loro significato.

• Rosso potrebbe significare livelli di batteria bassi, IMU o altri errori di sistema, modalità RTH o modalità agilità.
• Verde è anche un colore comune che spesso indica che i livelli della batteria sono adatti per il decollo o per mostrare che il GPS si è connesso a un numero sufficiente di satelliti.
• Bianco – I LED di colore bianco possono indicare una connessione GPS scadente o assente o che il trasmettitore è spento.
• Blu – Il blu può significare Modalità Cieca o Modalità Stabilità.
• Arancione/Giallo – Questi colori possono significare una connessione GPS scadente o una calibrazione della bussola scadente che deve essere rettificata.
• Viola – Questo colore viene utilizzato per mostrare che le modalità Ritorna a casa o Seguimi funzionano. Ma se lampeggia, potrebbe significare che c'è un problema con queste modalità. Viene anche utilizzato per indicare la modalità AP in alcuni droni.

Di seguito è riportato un altro tipo di luci a LED.

• Luci anticollisione – A volte denominate luci di navigazione, queste sono le luci che rendono il tuo drone visibile da lontano, aiutando l'operatore a prevenire che si schianti contro altri droni o altri oggetti. Secondo le normative FAA, comprese le recenti normative Remote ID, devi avere queste luci se vuoi volare di notte. Possono essere blu, rossi, bianchi, lampeggianti o non lampeggianti, a seconda del modello di drone.

Nota :Colori diversi potrebbero significare cose diverse a seconda del drone che stai utilizzando. Ecco perché è importante controllare sempre il manuale specifico per le linee guida.

GPS

Ovviamente hai familiarità con il GPS sul tuo telefono o auto che ti aiuta a navigare, ma lo hanno anche i droni. L'installazione del GPS nei droni è uno dei motivi per cui i droni sono in grado di eseguire la raccolta di dati basati sulla posizione come rilievi e immagini aeree. Allora, come funziona?

Affinché il GPS funzioni, è necessario che ci sia un modulo GPS o un chip posizionato nel drone e nei satelliti in orbita attorno alla terra. Attualmente, almeno 32 satelliti GPS orbitano attorno alla terra, noti anche come GLONASS (Global Navigation Satellite System). GLONASS è un sistema satellitare con sede in Russia progettato per applicazioni di posizionamento da parte di militari e civili.

Tuttavia, solo circa 24 saranno in funzione in un dato momento. Ora, un drone non deve connettersi a tutti i 24 satelliti. Devono connettersi ad almeno 8, ma più satelliti può connettersi al modulo, meglio è. Il modulo comunica con questi satelliti per calcolare la sua posizione.

Nelle app dei droni sono presenti barre che mostrano la forza di una connessione GPS. E come accennato in precedenza, ci sono persino luci a LED che ti avviseranno di eventuali problemi con il GPS. Se il tuo drone non ha accesso a un numero sufficiente di satelliti, potrebbe non decollare. Alcuni dei motivi per cui potresti avere una connessione GPS scadente includono copertura nuvolosa, alberi ad alto fusto, edifici alti o montagne.

Ora che sai come funziona il GPS, di seguito sono riportati alcuni dei modi in cui aiuta il funzionamento del drone.

Mantenimento altitudine

Come accennato in precedenza, GPS e sensori barometrici possono aiutare a mantenere l'altitudine del drone . Alcuni droni sono dotati di un limite di altitudine e la FAA richiede anche che i droni mantengano un'altitudine inferiore a 400 piedi. Stando così le cose, il GPS può aiutare a rilevare e limitare un drone a una certa altitudine.

Passa con il mouse

Conosciuto anche come mantenimento della posizione, è qui che un drone decolla e rimane nella stessa posizione e altitudine fino a quando non inizi a fornirgli istruzioni. Questo rende molto facile anche per i principianti pilotare un drone.

Quando non sei sicuro dei comandi, il drone non si muoverà, potrebbe spostarsi leggermente, soprattutto quando c'è vento, ma lo correggerà sempre.

Torna a casa

Questa è un'altra caratteristica abbastanza necessaria, specialmente in emergenze come i livelli di batteria bassi. Il ritorno a casa consente al drone di tornare al punto di decollo e il modo migliore per farlo è avere le coordinate di quella posizione.

Ecco perché è importante calibrare correttamente il GPS e consentirgli di bloccare la posizione di decollo. Fatto ciò, una volta avviata la funzione RTH, non perderai il drone lungo il percorso.

Alcuni droni avvieranno automaticamente l'RTH se perdono la connessione, hanno livelli di batteria bassi o subiscono interferenze.

Volo autonomo (Waypoint)

Un drone ora può volare con il pilota automatico grazie al GPS. Come? Tutto quello che devi fare è assegnare i waypoint, che sono coordinate attraverso le quali il drone può volare. Se lo stai utilizzando per riprese, mappature o rilievi, puoi concentrarti sulla produzione di filmati di alta qualità mentre il drone vola da solo.

Rilevamento radar

Come gli aeroplani o le navi, i droni possono essere rilevati dal radar. Tutto si riduce a come funziona il radar. I sistemi radar sono progettati per rilevare i corpi che emettono segnali radio. E come accennato in precedenza, i droni comunicano con i controller tramite segnali radio.

Quindi, puoi progettare un sistema che identifichi i segnali all'interno degli intervalli dei segnali di comunicazione dei droni e altri comportamenti mostrati dai droni. In realtà, tali sistemi esistono già. Buoni esempi includono Aeroscope, AirSpace Galaxy e DeDrone di DJI.

Bussola interna e funzioni di sicurezza

I droni hanno anche bussole interne che funzionano insieme al GPS per migliorare la stabilità e garantire che il drone sia nell'orientamento corretto. Il più delle volte, la bussola viene fornita con il modulo GPS.

Quando si configura un drone, una delle cose più importanti da fare include la calibrazione della bussola. La maggior parte dei droni non decolla a meno che la bussola non sia calibrata, quindi assicurati di controllare come farlo.

Per calibrare efficacemente la bussola, assicurati di trovarti in un'area aperta, senza interferenze magnetiche e senza apparecchiature elettroniche. La calibrazione è importante anche quando ci si sposta in una posizione diversa.

Ricorda, se la bussola è calibrata in modo errato, la maggior parte delle funzioni GPS, inclusa la ricerca dei satelliti, non funzionerà.

Le bussole dei droni hanno anche magnetometri, che, come ho detto prima, rileveranno eventuali anomalie e aiuteranno i controllori di volo a considerare tutti i fattori. Tutto questo per assicurarsi che il drone sia orientato correttamente e prevenire eventuali voli via che sono spesso causati da un GPS scadente e da interferenze elettromagnetiche.

Tecnologia di rilevamento degli ostacoli e prevenzione delle collisioni

Quando si parla di sensori, ho detto che i droni utilizzano un'ampia gamma di tecnologie per rilevare gli ostacoli. Questi includono LiDAR, visione monoculare, tempo di volo, ultrasuoni, visione stereo e infrarossi.

Ma questo è un sacco di sensori. Quindi, in che modo i droni li utilizzano tutti per evitare gli ostacoli? Utilizzando una combinazione di modellazione, algoritmi, apprendimento automatico e intelligenza artificiale. Gli algoritmi possono essere addestrati sull'aspetto dei vari oggetti e "impareranno" ad associare ogni oggetto che vedono con ciò che già conoscono per determinare se si tratta di un ostacolo o meno.

Un'altra tecnologia affascinante che rende possibile evitare gli ostacoli è SLAM (Localizzazione e mappatura simultanea). Questa funzione consente ai droni di mappare il loro ambiente attuale in base a un ambiente preesistente preinstallato e ai dati raccolti dai sensori.

Evitare le collisioni

Ora, quello che ho appena spiegato aiuta solo un drone a rilevare un oggetto davanti. Ma per evitare l'oggetto, dovrà calcolare dove si trova esattamente questo oggetto e trovare un percorso alternativo. Un modo in cui i droni raggiungono questo obiettivo è attraverso la stereopsi o la visione stereo.

Scoprirai che i droni più avanzati avranno due fotocamere nella parte anteriore. Una volta ottenuta l'immagine dell'oggetto in 2 prospettive, possono calcolare la prospettiva 3D mediante triangolazione. Ciò consente loro di visualizzare il loro ambiente in 3D, percependo sia la distanza che la profondità.

Modalità di volo intelligenti

Come evidenziato più volte in questo articolo, i droni stanno raccogliendo attivamente dati, che possono quindi essere utilizzati per tracciare un percorso che il drone seguirà, con un input minimo da parte del pilota. Con l'aiuto di un sistema operativo (ne parleremo più avanti), puoi anche preprogrammare vari schemi di volo che un drone può realizzare da solo. Queste sono anche conosciute come modalità di volo intelligenti.

Oltre a rilevare oggetti, questa tecnologia consente anche ai droni di identificare oggetti, noti anche come Follow-Me, o ActiveTrack nei droni DJI. In quanto tale, puoi bloccarti come POI e fare jogging, pattinare o partecipare a qualsiasi attività e il drone ti seguirà durante le riprese evitando anche eventuali ostacoli lungo il percorso.

Altre modalità di volo intelligenti includono;

• Mantenimento altitudine
• Ritorno automatico a casa
• Modalità posizione (modalità P)
• Modalità atteggiamento (modalità ATTI)
• TapFly –
• Scatti rapidi:Dronies, Helix, Circle, Rocket, ecc.
• Waypoint
• Modalità Cinema

Parametri in tempo reale

Al giorno d'oggi, i droni sono progettati per comunicare le loro informazioni di telemetria in tempo reale al controller o all'app. Ciò include i livelli della batteria, la connessione GPS, l'altitudine e altri aspetti del drone.

Puoi anche ricevere avvisi quando superi un raggio operativo, quando voli troppo in alto o anche quando voli in aree riservate. Tutte queste informazioni semplificano il monitoraggio del drone e riducono al minimo gli arresti anomali.

Geofencing

Il geofencing è una funzionalità che impone restrizioni e avvisi quando un drone entra in uno spazio aereo limitato, noto anche come No-Fly Zones. Queste zone includono basi militari, la Casa Bianca, aeroporti, prigioni, ecc. A meno che tu non trovi un modo per aggirare questa restrizione, il tuo drone non decollerà in queste regioni.

Tuttavia, non tutti i droni sono limitati dal geofencing. Per funzionare, il drone deve avere il GPS e deve essere integrato con la mappa contenente le No-Fly Zones.

Sistemi operativi per droni (firmware)

I droni possono essere semplicemente considerati come computer volanti. Come abbiamo stabilito, molte cose succedono quando un drone decolla e mentre è in aria. Ci sono sensori che raccolgono dati, comunicazioni con il controller, eliche, batterie e molte altre funzioni.

Ma cosa alimenta l'intero sistema? I droni hanno un firmware, spesso basato sul sistema operativo Linux, sebbene alcuni utilizzino MS Windows. Esistono anche diversi sistemi operativi per droni open source che i produttori possono utilizzare invece di costruirne uno da zero. Questi includono;

• Dronecode di Linux
• FlytOS
• Auterio

Il firmware del drone deve essere aggiornato regolarmente per garantire che tutti i componenti del drone funzionino come dovrebbero o per introdurre nuove funzionalità.

Software e firmware

Per adattarsi efficacemente a vari settori, è stato incrementato lo sviluppo di software per droni. Di seguito sono riportati alcuni dei settori più popolari in cui sono applicabili i droni e il software che i droni possono utilizzare.

• Riprese e fotografia – Lightworks, iMovie, VSDC Editor video gratuito, HitFilm Express e Davinci Resolve.
• Rilievo, mappatura e fotografia aerea – DroneDeploy, Pix4D, ArcGIS, Maps Made Easy e PrecisionHawk.
• Costruzioni – 3DR, PixPro e Datumate.
• Agricoltura – SLANTRANGE, AgEagle.

Fotocamera

Grazie ai progressi tecnologici, ora è possibile collegare ai droni telecamere di alta qualità. Come già accennato, i droni ora svolgono un ruolo importante nelle riprese e nella fotografia, dove prima avevamo bisogno di elicotteri e altre attrezzature costose.

Ad un prezzo contenuto, è possibile trovare un drone in grado di filmare in 4K a 30fps. Un buon esempio che è sia un drone per hobby che un drone professionale è il DJI Mavic Mini 2. La serie Mavic, in particolare i droni Mavic Air, sono alcuni dei migliori droni fotografici per principianti ed esperti grazie alla loro facilità d'uso, al volo esteso tempi, telecamere eccellenti e sistemi avanzati di controllo del volo.

Droni come la serie Autel Robotics EVO II possono persino filmare con una risoluzione di 8K. E i droni come la serie Inspire di DJI sono dotati di Zenmuse X7, che può filmare con una risoluzione di 6K, e sono stati fondamentali per girare molti film di successo.

Oltre alle riprese in alta risoluzione, alcuni droni hanno anche una funzione di zoom, che consente ai droni di osservare da vicino gli oggetti, anche a distanza. A seconda del drone che stai utilizzando, la funzione di zoom può avere una leggera perdita o uno zoom senza perdita. DJI ha lo Zenmuse Z30 con uno zoom fino a 180x, uno dei più grandi che troverai in un drone prosumer.

Gimbal e controllo dell'inclinazione

Per quanto i droni abbiano sistemi di stabilità avanzati, non sono ancora molto stabili, il che sarebbe negativo per le riprese poiché quel movimento renderebbe le riprese inutili. Per fortuna, ci sono gimbal che aiutano a stabilizzare le telecamere indipendentemente dalla turbolenza.

Anche i droni economici ora hanno gimbal, per lo più gimbal a 3 assi, che stabilizzano le telecamere in tutte le direzioni. Questi gimbal consentono immagini fluide e chiare, compensando il movimento del drone.

Per quelli senza gimbal, alcuni sono compatibili con sistemi gimbal di terze parti.

Trasmissione video in diretta

Ora è molto comune trovare droni in grado di trasmettere filmati video, noti anche come FPV (First Person View).

Tutto ciò è reso possibile dalla connettività Wi-Fi e dai segnali radio tra il drone e i controller. I droni hanno un trasmettitore che raccoglie le riprese video e le invia come segnale al controller.

All'altra estremità, il drone avrà un'antenna o un ricevitore che riceverà il segnale e lo convertirà in un video che potrai visualizzare sullo schermo dello smartphone. Oppure puoi acquistare occhiali FPV che ti fanno sentire come se fossi seduto nella cabina di pilotaggio del drone. L'FPV è anche una componente importante delle corse di droni, uno sport in rapida crescita.

Nonostante abbiano solo pochi anni, ci sono diversi campionati di corse di droni come il Multi GP e DRL, dove i piloti di droni competono per migliaia di dollari e godono di accordi di sponsorizzazione proprio come i normali atleti professionisti. Queste gare vengono anche trasmesse in streaming in diretta TV, offrendo ad altri piloti e hobbisti una visione e un'atmosfera dell'adrenalina coinvolta in una gara del genere.

Altri sensori per droni

Una delle cose migliori dei droni è la capacità di trasportare un carico utile. Pertanto, se vuoi estenderne l'applicazione e l'utilità, tutto ciò che devi fare è trovare un dispositivo adatto da aggiungere al drone e uno di questi dispositivi sono i sensori.

Oltre ai sensori che ho menzionato prima che aiutano il drone a navigare, puoi collegare sensori multispettrali per applicazioni agricole, sensori Lidar per ispezioni edili o sensori termici per analisi antincendio.

Anche le fotocamere sono sensori che funzionano in luce visibile. Questi sensori sono hardware e i dati che ottieni da essi possono essere analizzati utilizzando il software che ho menzionato in precedenza per ottenere informazioni significative cruciali nel processo decisionale.

Sicurezza e hacking

Dal momento che stanno pilotando computer, i droni possono essere hackerati e possono anche essere usati per hackerare altri sistemi o persino spiare altre persone. E la cattiva notizia è che non è così difficile hackerare un drone.

Un hacker può hackerare il tuo drone e scaricare filmati che hai ripreso o persino utilizzare il drone per hackerare la tua rete domestica. Possono anche hackerare e prendere il controllo del drone attraverso un processo noto come GPS Spoofing, in cui guidano il drone verso coordinate "false". Con questo in mente, di seguito sono riportati alcuni modi in cui puoi impedire che il tuo drone venga violato.

• Aggiornamenti del firmware – Come accennato in precedenza, i produttori di droni aggiornano regolarmente il firmware. Per assicurarti che il tuo drone sia protetto, assicurati sempre di utilizzare il firmware più recente.
• Utilizza una VPN per impedire l'accesso alla tua rete da parte di estranei.
• Proteggi il tuo smartphone e laptop con Anti-Virus . Quando si trasferiscono filmati tra il drone e lo smartphone o si utilizza lo smartphone per controllare il drone, si espone il proprio drone ad attacchi di malware.
• Se possibile, imposta manualmente il punto di ritorno a casa .
• Utilizza una password complessa sull'app e sulla rete domestica.
• Limita il numero di persone utilizzando la rete domestica in un determinato momento.

Tipi e usi dei droni

Ora che sappiamo come funzionano i droni, diamo un'occhiata ai principali tipi di droni e al modo in cui vengono utilizzati al meglio.

Droni multirotore

Conosciuti anche come quadrirotori, questi sono i tipi più popolari di droni. Sono anche i droni di cui parlavo quando spiegavo il sistema di propulsione. Hanno almeno quattro rotori, anche se alcuni possono avere più rotori.

Their small size, agility, speed, and maneuverability allow them to find applications in many industries, including agriculture, filming, and industrial inspection. The only issue with these drones is the propulsion system consumes a lot of energy. As a result, their batteries don’t last long.

Fixed-wing drones

This is another popular type of drone. Unlike the multi-rotor drones that have propellers, these drones have fixed wings, similar to those you’ll find on planes. They need some sort of runway or catapult system to take off. But once they do, they conserve energy, allowing them to fly for long.

They’ve been quite useful in agriculture, such as the SenseFly drones, and in land survey, such as the Delair drones.

Single-rotor drones

These are simply tiny helicopters that rely on one rotor. They control their speed, roll, pitch, and yaw by adjusting the angle of the rotor. Most of the single-rotor drones you’ll find are toys. Still, there are also larger advanced models with the ability to carry heavy payloads, and they can also be powered by gas instead of regular batteries.

Hybrid or VTOL drones

VTOL stands for Vertical Take-Off and Landing, which are drones that utilize the extended flight time of a fixed-wing drone and the vertical taking off and maneuverability of a multirotor. This makes them the most versatile drones, but they are also quite expensive. A good example is the Wingtra drones, which are very useful in surveying and mapping.

Other categories

You can also categorize drones based on how they are used, which include:

• Toy drones
• Consumer drones
• Professional drones
• Racing drones
• GPS drones

Fixed-wing, multi-rotor, single-rotor, and VTOL drones can fit in any of these categories depending on how they are built and their features.

Conclusione

E il gioco è fatto. If you are new to the world of drones, you can bookmark this post, for I went all out to explain how every aspect works, the types, and some issues associated with drones. Is there any aspect that you think I missed and you would like me to address? Please let us know!