I droni hanno fatto molta strada: non solo sono in grado di muoversi più lontano e più velocemente, ma possono anche fare molte più cose e ciò richiede un insieme sempre più diversificato di componenti elettronici che permettano loro di volare ed eseguire le attività a cui sono destinati.
Memoria, archiviazione dati, controllo dei motori e persino intelligenza artificiale e apprendimento automatico integrati sono necessari affinché i droni svolgano funzioni in diversi casi d'uso, tra cui sicurezza e impieghi militari, agricoltura, pronto intervento e applicazioni mediche e, naturalmente, l'effettuazione di consegne. Si prevede che le dimensioni del mercato dei servizi svolti da droni crescerà fino a 63,6 miliardi di dollari entro il 2025, dopo aver registrato una crescita sostanziale negli ultimi anni.
L'evoluzione dei componenti elettronici e della tecnologia dei semiconduttori è strettamente collegata ai futuri progressi nella tecnologia dei droni e al loro impiego in più casi d'uso.
Il traffico dei droni ha segnato una svolta
Se vogliamo essere storicamente accurati, il concetto di drone risale addirittura al 1839, quando i soldati austriaci attaccarono Venezia con palloni senza operatore carichi di esplosivo.
I primi esempi del drone moderno, noti anche come aeromobili senza equipaggio, erano anch'essi di natura militare quando iniziò una significativa attività bellica con i droni nel 1982. Gli usi militari odierni dei droni includono attacchi con armi contro obiettivi precisi, comunicazioni di disturbo, ricerca di posizioni nemiche e anche creazione di diversivi per evitare che i piloti umani perdano la vita.
I progressi nello sviluppo di droni per applicazioni militari hanno ispirato l'evoluzione e la crescita dei droni commerciali, che hanno iniziato a vedere un uso più diffuso negli ultimi due decenni, spingendo la Federal Aviation Authority (FAA, Autorità statunitense per il volo civile) a iniziare a richiedere permessi nel 2006. È passato un po' di tempo prima che ne venissero emessi un numero significativo, ma nel 2013 Amazon annunciò che stava sperimentando l'idea di utilizzare i droni per le consegne e nel 2016 la FAA rilasciava ormai migliaia di permessi.
Gli ultimi cinque anni hanno segnato un punto di svolta per la tecnologia dei droni, poiché sempre più aziende cercano di costruirli e venderli e altre di utilizzarli per svariati scopi.
Le consegne tramite droni sono solo all'inizio
Il fatto che Amazon sia stata una delle prime aziende a fare un uso commerciale dei droni per le consegne non dovrebbe sorprendere, ma lo spostamento di merci è solo una delle tante applicazioni della tecnologia dei droni.
L'introduzione della consegna tramite droni di Amazon Prime Air nell'estate del 2020 è stata battuta sul tempo dalla società di e-commerce cinese JD.com, che ha iniziato a utilizzare i droni per effettuare le consegne ai clienti nelle regioni difficili da raggiungere del paese già nel 2016. Approvato dalla FAA nel 2019, Flight Forward di UPS è stato il primo servizio di droni ad operare come compagnia aerea commerciale. Dei servizi di consegna con droni commerciali sono presenti anche in Australia e in Europa. Oltre a essere utilizzati per consegnare pacchi ai clienti, i droni vengono usati nei magazzini come parte di un più ampio utilizzo di robot autonomi per contribuire alla scansione dell'inventario in aree particolarmente difficili da raggiungere, senza la guida di laser o marcatori.
Un vantaggio comune in molti casi d'uso dei droni è che possono arrivare dove non è sicuro o accessibile alle persone, soprattutto quando si verificano emergenze e disastri. I droni vengono ora utilizzati per la previsione della risposta ai disastri. Dotati di funzionalità di rilevamento termico, sono in grado di rilevare tracce termiche per guidare gli operatori del primo intervento verso i punti caldi di un incendio o possono essere utilizzati per le operazioni di ricerca e salvataggio, individuando le persone in difficoltà anche quando sono intrappolate sotto le macerie dopo un terremoto. I droni possono essere impiegati anche per far arrivare forniture mediche in aree remote o rese inaccessibili a causa di un disastro naturale, come un uragano o un'alluvione. Possono persino fungere da sostituti temporanei per un'infrastruttura di comunicazione interrotta.
Gli usi meno drammatici dei droni includono quelli che avvengono negli ambienti agricoli dove vengono impiegati per ridurre la necessità per gli agricoltori di ispezionare regolarmente le colture sparse su proprietà particolarmente vaste. I droni possono essere usati per il monitoraggio del bestiame, per individuare animali feriti o dispersi e possono creare mappe 3D del terreno per aiutare a comprendere meglio la qualità del suolo e identificare carenze di nutrienti o zone morte. Inoltre, è anche possibile utilizzarli per seminare, irrorare colture e monitorare l'irrigazione.
Che vengano impiegati in agricoltura o per qualsiasi altra applicazione, esistono numerosi componenti elettronici necessari per supportare le funzioni dei droni, tra cui memoria, processori, controlli dei motori, sensori e funzionalità di rete.
Vista e spostamenti dipendono dai sensori
I componenti più importanti di qualsiasi drone sono i sensori, perché sono indispensabili per il volo di precisione e per svolgere molte delle funzioni richieste dai casi d'uso odierni.
Un sensore per il rilevamento della pressione barometrica consente al drone di stabilizzare la propria altitudine e di volare fermo su un punto quando necessario, ad esempio per scattare foto o registrare video. Per applicazioni come l'irrorazione delle colture, un sensore di pressione differenziale fornisce i dati atmosferici necessari per mantenere una velocità costante e distribuire uniformemente un fitofarmaco. Alcuni sensori dei droni sono passivi e raccolgono informazioni presenti nell'ambiente, come il riflesso della luce su determinati oggetti o il rumore di oggetti in volo, compresi i motori degli aeroplani.
Tra i sensori più attivi utilizzati dai droni c'è il radar, che proietta delle onde radio e misura l'energia riflessa per determinare i dati di posizione e velocità dell'oggetto rilevato. La tecnologia LiDAR è basata sulla luce e proietta fasci laser che vengono riflessi dagli oggetti circostanti. I droni utilizzano questa tecnologia per la navigazione, proprio come fa un'auto a guida autonoma. Altri sensori includono vere e proprie fotocamere per scattare foto aeree e registrare video ad alta risoluzione.
Indipendentemente dal tipo, i sensori raccolgono dati che devono essere archiviati, elaborati e comunicati. Man mano che i casi d'uso evolvono e si fanno più complessi, il contenuto elettronico dei droni diventa più consistente.
I droni stanno diventando i nuovi veicoli autonomi
Come nel caso dei moderni veicoli su strada, la varietà dei dati raccolti da un drone crea sfide per la loro archiviazione. Gran parte di questi dati consiste in foto e video, che non solo devono essere archiviati a bordo per un determinato periodo di tempo, ma devono poter anche essere scaricati per effettuarne l'analisi.
Sul drone deve esserci uno spazio di archiviazione adeguato, soprattutto se sta raccogliendo video ad alta risoluzione. Tale archiviazione dati deve essere dotata di funzionalità di sicurezza perché, in sostanza, il drone è un endpoint connesso, quindi può essere soggetto ad attacchi informatici durante la memorizzazione dei dati o il loro invio. Il livello di intelligenza del drone determina anche la quantità di spazio di archiviazione di cui ha bisogno. I droni odierni sono in grado di elaborare ciò che vedono e di inviare segnalazioni in tempo reale, invece di trasmettere semplicemente dei dati grezzi da analizzare a posteriori. A un drone che svolge attività semplici potrebbe bastare una scheda SD rimovibile, ma alcune applicazioni potrebbero richiedere un'unità SSD completa.
Le responsabilità sempre più complesse dei droni mettono sotto pressione anche memoria e capacità di elaborazione. Proprio come per un dispositivo IoT, i casi d'uso di un drone determinano le specifiche di memoria, processore e scheda video necessari. Sia la memoria flash NAND che la memoria flash NOR sono opzioni possibili sia per l'archiviazione che per l'elaborazione integrata, mentre per i droni che eseguono analisi e intelligenza artificiale in tempo reale sarà necessaria anche una memoria DRAM di potenza inferiore.
Tutti i dati raccolti da un drone devono essere trasferiti a una posizione centrale. Mentre alcune applicazioni potrebbero accontentarsi di attendere l'atterraggio per il trasferimento dei dati, sui droni è comunque indispensabile una connettività robusta e sicura, anche solo per pilotare il dispositivo in modo preciso e senza pericoli. La connessione tramite 5G consentirà ai droni di spostarsi in modo autonomo e supportare programmi di analisi e di intelligenza artificiale avanzati elaborando grandi quantità di dati quasi in tempo reale sul campo.
Simili ai moderni veicoli su strada, in futuro i droni potrebbero trasformarsi in piccoli server aerei in grado di prendere decisioni e supportare servizi mission-critical e città intelligenti come parte di una più ampia infrastruttura di edge computing.