I droni e le loro applicazioni industriali

I droni sono diventati strumenti preziosi in molte applicazioni di ispezione e controllo. Garantiscono una prospettiva aerea illimitata anche in zone di difficile accesso, e aggiornata in tempo reale. Scopriamo i benefici per il settore industriale.

Il conflitto ucraino ha portato prepotentemente alla ribalta l’uso dei droni. Tuttavia, oltre alle applicazioni militari e (all’estremo opposto) di svago, i droni hanno anche molti interessanti impieghi in ambito industriale. I droni, o UAV (Unmanned Aerial Vehicles) aprono infatti nuove opportunità negli impianti di produzione, nelle centrali elettriche, nei cantieri e in altri ambienti, grazie alla loro capacità di restituire dati visivi, radiometrici, termici e ambientali utili per svolgere innumerevoli operazioni. Principale beneficiario delle innovazioni tecnologiche introdotte dai droni e dalle loro soluzioni operative è proprio il settore industriale, con le sue esigenze fondamentali di sicurezza, affidabilità ed efficienza.

Nei porti marittimi, i droni possono eseguire mappatura, rilevamento e altro ancora. droni I droni e le loro applicazioni industriali 1 3
Nei porti marittimi, i droni possono eseguire mappatura, rilevamento e altro ancora.

Strumenti potenti e versatili

Col passare degli anni, i droni sono diventati degli strumenti potenti e versatili, utilizzabili in una vasta gamma di applicazioni per migliorare e ottimizzare i processi industriali, e per aumentare l’efficienza operativa grazie a caratteristiche come una visibilità quasi illimitata nelle riprese aeree, la possibilità di raccogliere dati di vario tipo e capacità di analisi. Caratteristiche essenziali, queste, per offrire integrazioni utili nei processi dell’industria 4.0 e generare efficienze in settori come i grandi impianti di produzione, l’estrazione mineraria, i porti marittimi, l’oil&gas e altre strutture industriali. 

Grazie agli UAV è possibile eseguire ispezioni di precisione e monitoraggi continui, costanti, precisi e in tempo reale, anche dove le zone da monitorare sono in contesti difficili da raggiungere o pericolosi. La sfida più grande nella progettazione di droni industriali è soddisfare esigenze minime di tempo di volo e carico utile. Ciò richiede un design meccanico ed elettronico equilibrato con il miglior compromesso in termini di numero di propulsori, capacità e peso della batteria, capacità di rilevamento e connettività. È qui che l’elettronica di bordo può fare la differenza. È tipicamente suddivisa nell’unità di controllo di volo (FCU – Flight Control Unit), nel controller di velocità elettronico (ESC – Electronic Speed Controller) che guida i propulsori, e nell’unità di controllo della telecamera di bordo e dei relativi giunti (gimbal).

Meccanica di volo e controllo per applicazioni industriali

I droni industriali, commerciali e militari operano a velocità e altezze diverse e hanno caratteristiche prestazionali e profili di volo differenti. Durante la progettazione di un drone è quindi necessario considerare l’ambiente in cui dovrà operare. Il peso complessivo dei droni e dei relativi sensori trasportati incide sulla durata della batteria, e quindi sull’autonomia di volo. Un drone consumer standard può funzionare per circa 20 minuti, mentre i droni industriali possono funzionare da 20 minuti a diverse ore. Per migliorare le caratteristiche di volo, in particolare il tempo di volo e la portata, si sta cercando oggi di aumentare la densità di energia delle batterie, un po’ come avviene nelle auto elettriche.

Le unità di controllo hanno un ruolo importante nel successo delle operazioni coi droni. Un drone commerciale o militare ha una connessione end-to-end via wireless, dall’utente al controller. Un UAV industriale, tuttavia, proprio come qualsiasi altro dispositivo nel web IoT, comunica direttamente con un sistema di controllo industriale, per esempio uno SCADA. I sensori montati sul drone comunicano direttamente con la rete principale della fabbrica o dell’utility, richiedendo quindi la sicurezza di trasmissione della comunicazione bidirezionale, e la sincronizzazione del protocollo logico. Gli UAV possono riprendere immagini aeree, immagini termiche o anche immagini a radiofrequenza. Tuttavia, le immagini dei droni e le normative sullo spazio aereo dei droni variano da nazione a nazione, e generalmente devono affrontare severe restrizioni.

I droni all’interno del cloud

La connessione degli UAV a Internet li rende parte dell’infrastruttura cloud. Ogni UAV funge da server web, consentendo la fornitura di risorse e servizi. L’integrazione degli UAV col cloud comporta l’assegnazione di UAV con interfacce di programmazione delle applicazioni (API) grazie alla loro scalabilità e capacità di offrire servizi e risorse tramite API. Una recente innovazione nella modalità di controllo è il Beyond-Visual-Line-Of-Sight (BVLOS), un sistema che consente di controllare il volo oltre la linea visiva del pilota. Sebbene la maggior parte delle nazioni non permetta l’uso di BVLOS in ambienti industriali, si sta oggi cercando di dimostrare la sicurezza e l’efficienza del BVLOS per gli UAV, perché le ispezioni all’interno del campo visivo del pilota (VLOS) hanno i loro ovvi limiti. Ad esempio, il BVLOS può consentire al personale della rete elettrica di monitorare le linee dei cavi su corridoi più lunghi. Le reti elettriche hanno milioni di chilometri di cavi e sistemi che richiedono un monitoraggio costante e l’utilizzo di operatori umani si è dimostrato più volte un approccio inefficiente. Questo vale, per esempio, anche per gli intricati collegamenti dei tubi nelle raffinerie che richiedono un’ispezione approfondita per il rilevamento delle perdite e il monitoraggio di interconnessioni, flange e sistemi trasversali.

L’impiego dei droni automatizzati

L’incorporazione dell’intelligenza artificiale negli UAV non solo ha migliorato le loro capacità, ma ha anche consentito loro di svolgere diverse attività come il decollo, la navigazione, l’acquisizione, la trasmissione e l’analisi dei dati senza l’intervento umano. I droni automatizzati sono in grado di completare un’ampia gamma di applicazioni. Per esempio, possono essere utilizzati negli impianti petroliferi e del gas per la sicurezza, la sorveglianza, la risposta alle emergenze e l’ispezione delle infrastrutture. Nei porti marittimi, i droni sono capaci di eseguire applicazioni come mappatura, rilevamento, supervisione operativa, monitoraggio dei porti e controllo del traffico. Nelle miniere, possono essere utilizzati nella gestione delle scorte, ispezioni e altro. Le ispezioni industriali, di routine o di altro genere, comportano normalmente l’uso di scale, funi e impianti di perforazione per scalare grandi macchinari e torri, supervisionare i processi e individuare i colli di bottiglia. Creando una piattaforma completamente automatica, il drone viene schierato e fatto atterrare autonomamente, con missioni e applicazioni predefinite, per raccogliere dati aerei che il sistema analizza, fornendo un quadro chiaro sui macchinari di difficile accesso.

Un mercato da oltre 58 miliardi di dollari 

Secondo MarketsAndMarkets, il mercato degli UAV dovrebbe raggiungere 58,4 miliardi di dollari entro il 2026 rispetto a 27,4 miliardi nel 2021, con un CAGR del 16,4% durante il periodo di previsione. Anche il mercato degli UAV ha subito un rallentamento dovuto alla pandemia Covid-19. A causa dei lockdown intermittenti e dell’imposizione di protocolli di distanziamento sociale in tutto il mondo, nel 2020 si è verificata un’interruzione della produzione di droni provocata soprattutto dalla carenza di materie prime e di personale per le operazioni di produzione. Ora lo stallo sembra terminato e, con l’incorporazione di nuove tecnologie come l’intelligenza artificiale, i sistemi di rilevamento, i sistemi anticollisione e il cloud computing negli UAV, si prevede che la loro domanda riprenderà velocemente.