Episodio 116 – I droni (e un po’ di teoria del volo)

Episodio 116 – I droni (e un po’ di teoria del volo)

 
 
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Se ne parla ovunque, se ne vedono abbastanza e non sappiamo se si deve aver paura oppure no.

I droni sono entrati nelle nostre giornate perché ormai non cala il sole che non si sia sentito qualcuno parlare di droni, quei “cosi” volenti che possono registrare, filmare, cadere e fare più danni un carro armato.

In questa puntata, fatta un po’ di teoria del volo (all’acqua di rose), vi raconto come possono i droni stare fermi a mezz’aria o muoversi in modi così precisi.

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Ciao a tutti e bentornati all’ascolto di Pillole di Bit, questa è la puntata 116 e io sono, come sempre, Francesco.

Ben ritrovati dopo la pausa estiva, inizia settembre e siamo tutti pronti o quasi, a riprendere le normali attività.
Quindi riprende anche Pillole di Bit.
La puntata di oggi ha poco di bit e molto di fisica, visto che non sono un fisico, presenterò alcune cose come un dato di fatto, abbiate pietà di me.
Se tra gli ascoltatori c’è un fisico o qualcuno che sa spiegare la portanza con parole e concetti semplici mi contatti che ci organizziamo e registriamo una puntata.
Grazie.
Partiamo dalle basi.
Esiste un oggetto che si chiama ala.
Questo oggetto, che noi conosciamo perfettamente perché lo vediamo su tutti gli aerei, è il fautore del volo.
Per quelle cose complicate di cui sopra e che io non so spiegare, genera la portanza e fa sì che un aereo riesca a volare, a patto di mantenere una determinata velocità.

Volete fare una prova pratica e spiccia della portanza?
Prendete un foglio A4
adesso tenetelo per i due angoli del lato lungo e lasciatelo cadere in avanti verso il basso
Il foglio pesa e non sta su da solo.
Ecco, adesso avvicinate la bocca al bordo che state tenendo e soffiate in modo che l’aria passi sopra al foglio, il foglio si alza.
Avete provato la portanza.

Una piccola nota di colore: mentre scrivevo questa puntata, in vacanza in Scozia, alla TV, uno dei più famosi naturalisti inglesi ha spiegato la portanza con lo stesso esempio, da non credere.
Lui ha aggiunto che l’aria che viaggia più veloce sopra ha meno pressione di quella che sta ferma sotto, quindi la pressione di sotto spinge l’ala in su. 

Se la velocità cala troppo, la portanza diminuisce e sotto una certa soglia si parla di stallo e l’aereo va giù.
Ho provato lo stallo qualche anno fa in un piccolo aereo e la sensazione è bruttissima. 
Un po’ come le montagne russe, ma senza binari e con il vuoto sotto.
Era una prova, eh?
Il pilota ha recuperato e abbiamo concluso il volo in tutta sicurezza.
La portanza dell’ala è sfruttata in altre occasioni e su altre macchine.
Ad esempio quando si va in barca a vela di bolina, cioè in controvento, la randa viene messa in una posizione tale che la portanza fa sì che la barca riesca a navigare in qualche modo tirata dal vento che invece le sta soffiando contro.
Non si può andare esattamente contro vento, ma con un certo angolo, questo angolo è tanto più stretto quanto la barca è performante.
Infatti quando si naviga in controvento l’andatura è a zigzag intorno alla retta che possiamo tracciare nella direzione del vento.

L’ala la troviamo anche nell’elicottero, in forma di pala.
Il rotore ha due o più pale che, ruotando, generano la portanza necessaria per farlo alzare.
Ma l’elicottero è una macchina molto complessa e il solo ruotare del rotore non basta per farla funzionare completamente.
Innanzitutto il rotore ha più comandi di movimento.
. La velocità di rotazione
. La regolazione dell’inclinazione delle pale. Avete presente che quando l’aereo decolla o atterra estende parte delle ali? ecco l’inclinazione delle pale dell’elicottero assolve alla stessa funzione, più o meno, aumenta e diminuisce la portanza a parità di velocità. 
. La regolazione dell’inclinazione del rotore. Se il rotore non si potesse inclinare rispetto al piano dell’elicottero, l’elicottero potrebbe solo alzarsi e abbassarsi, l’inclinazione permette di traslare e muoversi in tutte le direzioni sul piano su cui sta volando.
L’elicottero però ha un problema.
Quando il rotore gira e l’elicottero è a terra non ci sono problemi, quando si stacca, il momento della rotazione del rotore porterebbe tutto l’elicottero a ruotare in senso contrario a quello delle pale, questo è male e quindi c’è il piccolo rotore di coda che bilancia questa rotazione e permette all’elicottero di non ruotare su sé stesso.
Il rotore di coda, variando la sua velocità, permette di far ruotare in modo controllato l’elicottero sul proprio asse verticale.
L’elicottero, come già detto, è una macchina molto molto complessa, con un basso rendimento energetico, molto versatile e molto complicata da pilotare.

Ma perché questa lunga introduzione?

Perché adesso parliamo di macchine volanti senza pilota. I famosissimi droni.

Qui ci va una precisazione.
Un drone non è solo l’oggetto con 4 rotori che vediamo nel cielo.
Un drone è un qualunque oggetto che vola comandato da terra e che non ha pilota a bordo.
Può essere un aereo, un elicottero o uno di quei cosi a 4 o 6 rotori che tutti conosciamo.

Ma prima partiamo dagli elicotteri radiocomandati.

Un elicottero radiocomandato ha bisogno di essere gestito con tutti i suoi sistemi da un radiocomando a terra:
Velocità del rotore
Incidenza delle pale
Inclinazione nelle 4 direzioni del rotore
Velocità del rotore di coda per farlo ruotare su sé stesso
Insomma, un gran casino, molto complesso da usare.

Tutti questi comandi sono impartiti via radio da un radiocomando con varie leve e levette.

Per i neofiti sono stati messi in commercio degli elicotteri più semplici, che hanno un rotore doppio, quindi una coppia di pale una sull’altra.
una ruota in senso orario l’altra in senso anti-orario.
Questo ha permesso di rimuovere il rotore di coda, perché le due rotazioni si bilanciano, se si vuole fare girare l’elicottero su sé stesso basta variare la velocità di una delle due pale.

Il problema adesso è quello di mantenere stabile il velivolo, in aria le variabili sono molte e non è come a terra che fermi tutto e il veicolo si ferma.

per fare questo, ogni elicottero radiocomandato ha una piccola centralina che in base ad alcuni sensori come accelerometri e giroscopi varia le rotazioni dei motori per mantenere la stabilità.
Roba che sarebbe impossibile da gestire a mano dal radiocomando.
Gli accelerometri misurano le accelerazioni lineari e sono normalmente posizionati per misurare gli assi X e Y per il piano orizzontale e l’asse Z per il movimento verticale.
I giroscopi misurano le rotazioni dell’elicottero intorno agli assi di cui prima.
Potrebbe ruotare sull’asse X, quindi cercando di ribaltarsi inclinandosi di lato. Questo è chiamato ROLLIO
Se invece ruota sull’asse Y potrebbe cercare di ribaltarsi puntando il muso verso il basso o verso l’alto. Questo è chiamato BECCHEGGIO
Se ruota sull’asse Z vuol dire che gira su sè stesso e questo è chiamato IMBARDATA

Ed eccoci ai droni.

Quelli che conosciamo noi hanno 4 rotori con due pale ciascuno.
Ce ne sono anche con più rotori, il meccanismo, per quel che ci interessa, è sostanzialmente lo stesso.
Ogni rotore è gestito da un singolo motore, quindi può variare la sua velocità indipendentemente dalle altre.
I 4 rotori ruotano in versi opposti tra di loro due a due.
Guardando un drone dall’alto avremo i rotori in alto a sinistra e in basso a destra che ruotano in un senso, mentre quelli in alto a destra e in in basso a sinistra nell’altro senso.
Questo permette al drone di non girare su sé stesso, in condizioni normali.
tutto il controllo del drone è affidato al controllo puntuale di ogni singolo motore.
Adesso vediamo come.
Per alzare o abbassare la quota di volo tutti i motori aumentano o diminuiscono la velocità, rispettivamente
C’è quindi una velocità di rotazione che permette al drone di volare a punto fisso sull’asse verticale
Se voglio muovermi avanti aumento la velocità dei rotori posteriori, il drone si inclina in avanti e trasla
Idem se voglio muovermi indietro, aumento la velocità dei due rotori davanti.
Per traslare a destra e a sinistra il meccanismo è lo stesso, aumento la velocità delle eliche del lato opposto rispetto a quello dove mi voglio muovere.
Più la differenza di velocità tra le due coppie di eliche è grande, più il movimento di traslazione sarà rapido.
Posso anche fare un mix di modifica di velocità per far traslare il drone in diagonale.
per far ruotare il drone su sé stesso basta rallentare o aumentare la velocità delle coppie di eliche che ruotano nello stesso verso.
Se voglio farlo ruotare in senso anti orario devo fare in modo che i rotori che ruotano in senso orario vadano più forte delle altre, la risultante del momento di rotazione è che il drone ruota in senso opposto ai rotori che girano più forte.

Ma come detto per l’elicottero, stare per aria non è facile come stare a terra, quindi è necessario bilanciare le velocità dei rotori in base alle condizioni, in tempo reale.
per questo anche qui c’è una centralina con sensori che leggono la dinamica del drone e lo bilanciano in tempo reale
L’elettronica all’interno del drone è complessa ed è soprattutto veloce, più è veloce più il drone è stabile.
I sensori rilevano se c’è vento e bilanciano, Se ad una certa velocità di un rotore c’è meno portanza di quella prevista lo accelerano e altre cose simili.
Sono tutti controlli che il pilota da terra non potrebbe gestire in alcun modo, soprattutto perché, non essendo lì sopra, non sentirebbe le accelerazioni come si può fare mentre si guida in auto, ad esempio.

I droni possono essere pilotati da terra a vista o usando una telecamera davanti, con un display per vedere in soggettiva dove il drone sta andando.
La seconda modalità è la più comoda, ma per chi non ha da spendere tutti questi soldi, è necessario sapere, guardandolo, qual è la parte anteriore del drone, altrimenti i comandi impartiti potrebbero far andare il drone in una direzione non desiderata, facendolo magari andare contro un muro o un albero.
Per sapere dove sta il davanti del drone ci sono 4 LED di due colori diversi. Quelli verdi sono sul davanti, quelli rossi sul retro.
A seconda di quali si vedono si può capire qual è la direzione del drone.

Io non ho mai saputo gestire questa cosa e l’unico modo che ho per far volare un drone è vederlo sempre dal retro, così i comandi che impartiscono sono dritti, se inclino la leva a sinistra lui va a sinistra e così via.

Ultime informazioni di tipo legale:
ricordate che un drone se cade fa male a chi va in testa. Non fatelo volare sopra persone o cose, fate un’assicurazione responsabilità civile che non si sa mai.
Per far volare droni sopra un certo peso è necessario essere in possesso di un’abilitazione che viene consegnata a seguito di un esame
Non fate volare i droni sopra zone sensibili, come zone militari, aeroporti, e simili. Fate danni e rischiate di dovervi giustificare davanti a un giudice.

Una piccola nota di colore prima di chiudere.

A Natale 2018 ho avuto un problema enorme perché hanno chiuso un aeroporto di Londra per più di 24 ore a seguito di un avvistamento di uno o più droni, almeno così pare. Nessuno sapeva come fare a tirarlo giù.
A Torino, nell’estate 2019 hanno fatto un festival di droni e qualche buontempone è entrato nel sistema e li ha fatti atterrare tutti.

Ecco, queste sono le cose che non capisco.

I contatti
Vi ricordo, come sempre, che trovate tutte le informazioni e i contatti relativi a questo podcast sul sito pillole di bit con il punto prima dell’IT, trovate le note dell’episodio e l’intero l’intero script della puntata, con tutto quello che ho detto.
Potete contattarmi in un sacco di modi diversi:
l’account twitter @pilloledibit
la mail pilloledibit@gmail.com
il gruppo telegram www.pilloledib.it/telegram    
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Rispondo a tutti e sono attivo nei due gruppi di discussione

Mantenere un podcast, come ormai sapete, ha un certo costo, questo non vuol dire che il podcast diventerà a pagamento, ma che un supporto di tipo economico mi darebbe davvero una mano.
Ho appena pagato 160€ a Spreaker, se ogni ascoltatore del podcast donasse 1€ una volta soltanto, riuscirei a coprire questa spesa e anche quella dell’hosting del dominio.
Ma se ne donate 5 vi spedisco gli adesivi!

Come si può partecipare al podcast?
Ho aperto 3 canali differenti:
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Tutti i link, inutili detti qui a voce, sono sul sito, nella colonna laterale.

Ringrazio tantissimo chi sta partecipando, chi ha partecipato e chi parteciperà

Ho altri due podcast, uno molto più nerd: geekcookies, lo trovate sul www. geekcooki.es  
L’altro non è tecnologico, parla di Torino, la città dove vivo da sempre. 
Lo trovate sul sito www.iltucci.com/atorino.

Ho fatto un intervento in un cross-podcast tra Technopillz di Alex Raccuglia, Survival Hacking di Davide Gatti e Snap Architettura imperfetta di Roberto Marin. Ho detto due cose che mi fanno realizzare meglio i miei podcast.
La puntata è relativa tutta alla produzione di podcast, se avete una mezza idea di farne uno o ne state già realizzando uno vi consiglio l’ascolto, nelle note dell’episodio trovate i tre link alle puntate, basta sceglierne una.

Il tip
Nella storia dell’uomo sono stati scritti moltissimi libri, una parte di questi è di fantascienza. Ce n’è uno in particolare che io consiglio a tutti, indipendentemente da quale tipo di libri piaccia leggere.
E’ la guida galattica per autostoppisti.
Un libro geniale e divertente scritto da Douglas Adams
Tutta la storia è una trilogia di cinque libri.
Sì una trilogia di cinque libri.
Ma il primo, la Guida Galattica, secondo me è un libro da leggere assolutamente.
In questo periodo, a partire da Luglio 2019, Radio RAI 3 sta trasmettendo una serie di puntate della trasmissione Ad Alta Voce, con la lettura integrale del libro, in abbinata con le musiche dei Pink Floyd, più precisamente all’album The Wall
Che lo abbiate letto oppure no, è assolutamente da ascoltare. Nelle note vi lascio il link al feed da inserire della vostra app di podcast.
Fate solo attenzione che nel feed c’è la lettura di altri libri, se non vi interessano scaricate solo le puntate di questo.

Bene è proprio tutto, non mi resta che salutarvi e darvi appuntamento alla prossima puntata.
Ricordate che la Live della puntata è pianificata la domenica sera sul canale Discord del podcast, chi partecipa a fine puntata può fare domande inerenti all’argomento trattato.

Ciao!