Un drone in fibra di carbonio da 2,65 kg, chiamato Ice Dart, è riuscito ad atterrare e a restare saldo su pendii di ghiaccio inclinati fino a 58 gradi, su un ghiacciaio nel sud-est dell'Islanda. Il drone per il posaggio sugli iceberg è stato realizzato da un team dell'Université de Sherbrooke, in Québec (Canada), e si aggrappa grazie a piccole punte retrattili montate su ciascun piede.
I risultati sono pubblicati su IEEE Transactions on Field Robotics. Descrivono un drone in grado di posarsi su superfici ripide e scivolose come iceberg e ghiacciai, dove non esistono aree di atterraggio piane e stabili.
I test al Fjallsjökull
Le prove sul campo si sono svolte al Fjallsjökull, un ghiacciaio nel sud-est dell'Islanda che sfocia in una laguna piena di iceberg. Le condizioni comprendevano vento costante e temperature comprese tra 0 e 10 °C.
Il drone si è posato a velocità fino a 3 metri al secondo e su pendenze fino a 58 gradi. I ricercatori riportano un tasso di successo del 100% con vento a 30 km/h. Una pendenza di quasi 60 gradi è più ripida di quanto la maggior parte delle persone riuscirebbe ad affrontare senza attrezzatura specifica.
Il lavoro arriva da un gruppo che ha già realizzato droni capaci di atterrare su camion in movimento, rimorchi, imbarcazioni e tetti ripidi. La motivazione è un limite concreto delle operazioni con i droni: la disponibilità di siti di atterraggio sicuri è uno dei principali vincoli su dove e come impiegarli.
Un carrello progettato per assorbire l'impatto
Ice Dart ha quattro gambe disposte a X, ciascuna collegata al corpo da un giunto a perno. Il carrello di atterraggio è stato utilizzato nelle precedenti ricerche del gruppo sui droni. È pensato per assorbire l'urto di un atterraggio brusco mantenendo il velivolo in posizione.
Gli ammortizzatori ad attrito impiegano 38 dischi che generano una coppia d'attrito mentre le gambe si muovono su e giù all'impatto. Questo abbassa il baricentro del drone e disperde l'energia cinetica dell'atterraggio.
La presa è affidata a due punte retrattili su ciascun piede, una per l'aggrappaggio verso monte e una verso valle. La punta più grande entra in azione sui piedi a valle, che sopportano il carico maggiore. La punta più piccola e sottile si innesta più facilmente sui piedi a monte, anche con carichi molto bassi su pendii ripidi. Le punte penetrano nel ghiaccio solo quando la sospensione si comprime. Questo genera la presa e protegge anche le punte dalle forze d'urto elevate.
Isaac Tunney, ricercatore post-dottorato in ingegneria meccanica e robotica all'Université de Sherbrooke e primo autore dello studio, ha spiegato che il progetto si ispira agli artigli del gatto, che si estraggono solo quando servono. Voleva piedi che si innestassero in modo passivo al momento giusto, indipendentemente dall'orientamento del drone, dalla geometria della superficie o dalle condizioni del ghiaccio.
Perché atterrare
Alexis Lussier Desbiens, professore di ingegneria all'Université de Sherbrooke e coautore, ha dichiarato che atterrare invece di restare in hovering cambia il modo in cui si possono usare i droni. Una volta a terra, il consumo energetico cala drasticamente, consentendo periodi di osservazione molto più lunghi con un piccolo velivolo. Un drone posato è anche silenzioso: può ridurre o azzerare la propria firma termica e a radiofrequenza spegnendo i principali sistemi di bordo.
Per gli iceberg, secondo i ricercatori il posaggio permetterebbe a un drone di monitorarne uno per giorni o mesi, offrendo un'osservazione più dettagliata rispetto a un breve passaggio di sorveglianza aerea. Lo vedono come una possibile semplificazione rispetto all'impiego di elicotteri, strumenti lanciati dall'alto o dispositivi di tracciamento a dardo. Potrebbe aggiungere un livello di dati al rilevamento degli iceberg da satellite e da nave, e rendere possibile seguire iceberg altrimenti non tracciabili.
William D. Harcourt, ricercatore dell'Università di Aberdeen, in Scozia, che studia i ghiacciai artici, la neve e il ghiaccio marino, non ha partecipato allo studio. Ha affermato che, vicino al fronte dei ghiacciai a marea, sistemi di questo tipo potrebbero misurare sforzi e deformazioni e aiutare a spiegare il distacco degli iceberg (calving). Un drone potrebbe fungere da ricevitore GPS mobile sul ghiaccio. Ha però segnalato un problema: le misure di variazione tridimensionale richiedono di solito che l'antenna sia orizzontale, quindi il sistema dovrebbe gestire l'inclinazione. Se questo verrà risolto, ha detto, potrebbe servire a tracciare i movimenti degli iceberg.
Cosa succede ora e che cosa significa
Il team prevede di aggiungere la selezione autonoma del sito di atterraggio e una funzione di decollo di emergenza per i casi in cui un iceberg si ribalti o si frantumi. Il drone sarà inoltre impiegato ad agosto in una missione nell'Artico canadese, dove si poserà sugli iceberg, raccoglierà dati e contribuirà a convalidare i sistemi di rilevamento degli iceberg basati su nave.
Questa sezione è una nostra analisi. I risultati islandesi mostrano che un piccolo drone può restare saldamente aggrappato a ghiaccio ripido e bagnato dopo un atterraggio con impatto. È il passaggio meccanico più difficile, e il design passivo è degno di nota perché le punte non richiedono sensori né attuatori per innestarsi. Meno parti attive significa meno componenti che possono guastarsi in condizioni fredde e remote.
Il confronto con gli strumenti esistenti discende da quanto elencano i ricercatori. Elicotteri, strumenti lanciati e tracker a dardo collocano ciascuno un dispositivo su un iceberg o vicino ad esso, mentre satelliti e navi osservano da lontano. Un drone che si posa si colloca a metà strada: può essere riposizionato e, in linea di principio, può ripartire e atterrare di nuovo, cosa che un tracker lanciato non può fare. Questo argomento dipende però dalla capacità del drone di decollare di nuovo, e la fonte non riporta che ciò sia stato dimostrato sul ghiaccio.
Diversi punti restano non dimostrati. I test in Islanda si sono svolti su un solo ghiacciaio, con temperature da 0 a 10 °C, e la missione nell'Artico sarà una prova più dura per freddo, varietà del ghiaccio e meteo. La fonte non riporta le durate di posaggio sul campo, perciò la possibilità di monitorare per giorni o mesi è un obiettivo dichiarato e non un risultato. La preoccupazione di Harcourt sull'inclinazione implica che un drone su un pendio di 58 gradi non possa ancora fungere da stazione GPS di precisione. La selezione autonoma del sito e il decollo di emergenza sono ancora lavori in programma, e un iceberg che si ribalta con un drone attaccato è proprio il caso che dovrebbero coprire.
La missione di agosto, in cui i dati del drone serviranno a verificare i sistemi di rilevamento basati su nave, è la prova più chiara per capire se Ice Dart possa passare da test sul campo a strumento operativo.