La navigazione autonoma dei Micro Aerial Vehicles (MAV) ad alta velocità in ambienti sconosciuti rappresenta una sfida significativa, ma ha un potenziale enorme per applicazioni critiche come la ricerca e il soccorso e le operazioni di emergenza. La capacità di garantire sia velocità che sicurezza è fondamentale per rendere questi dispositivi utili in scenari reali. Il progetto SUPER, sviluppato all’Università di Hong Kong, introduce un metodo innovativo per affrontare queste sfide, combinando in un drone un design compatto con tecnologie avanzate di rilevamento e pianificazione.
SUPER è un MAV che vanta un passo di 280 millimetri e un rapporto spinta-peso superiore a 5.0, consentendo voli agili e reattivi in ambienti ingombri. Utilizza un sensore LiDAR 3D leggero per rilevare ostacoli a lungo raggio con precisione centimetrica. Il framework di pianificazione introdotto con SUPER genera due traiettorie in ogni ciclo di ripianificazione: una che garantisce sicurezza negli spazi noti e un’altra che massimizza la velocità in spazi potenzialmente sconosciuti.
Questo approccio ha dimostrato di ridurre i tassi di fallimento di 35,9 volte rispetto ai metodi di base, mantenendo velocità di volo superiori a 20 metri al secondo (circa 70 km/h) in ambienti reali non strutturati.
La capacità di SUPER di navigare ad alta velocità mentre evita ostacoli sottili e complessi segna un avanzamento significativo rispetto alle tecnologie precedenti. Tradizionalmente, i sistemi basati su telecamere hanno limitazioni in termini di portata e precisione, specialmente in condizioni di scarsa illuminazione o con movimento rapido. Il sensore LiDAR utilizzato da SUPER supera queste limitazioni, offrendo una percezione ambientale robusta e affidabile, essenziale per operazioni autonome in vari contesti.
Tuttavia, ci sono ancora sfide da affrontare. L’integrazione di sensori LiDAR più avanzati potrebbe ulteriormente migliorare la portata e la densità delle misurazioni, permettendo velocità ancora più elevate o la navigazione in spazi ristretti. Anche l’ottimizzazione dell’aerodinamica del drone e dei sistemi di controllo, come l’implementazione di algoritmi predittivi per il movimento degli ostacoli, sono aree di sviluppo futuro.
L’hardware di SUPER include motori T-Motor F90, un’unità di controllo di volo che esegue PX4 Autopilot, e un computer di bordo Intel NUC con CPU i7-1270P. Il sensore LiDAR 3D Livox MID360 fornisce misurazioni a una frequenza di 200.000 Hz con un raggio di 70 metri. Il software comprende moduli per la percezione, la pianificazione e il controllo, tutti ottimizzati per l’elaborazione in tempo reale su hardware di bordo.