Il drone Saturn 2

Il multicottero si presenta in numerose varianti caratterizzate da un corpo centrale da cui si diramano radialmente bracci strutturali brandeggianti di supporto per i dispositivi propulsivi.
Per migliorare le caratteristiche dei droni esistenti e ovviare alcune problematiche comuni alle configurazioni esistenti è stato progettato un nuovo telaio portante. La struttura centrale non fornisce sostegno strutturale finalizzato al volo del velivolo, come avviene per i droni comunemente utilizzati in commercio, e permette di risolvere alcune problematiche che ne limitano l’uso a scopo scientifico. Il telaio è coperto da brevetto, in Italia e in 117 paesi mondiali tramite PCT (Patent Cooperation Treaty). Il nuovo telaio presenta le seguenti caratteristiche:

• Maggior spazio disponibile nella struttura centrale e libertà di collocamento dei dispositivi elettronici di controllo del volo e della strumentazione.

• La struttura centrale può essere collegata rigidamente, in maniera parzialmente mobile o flessibile con i motori. Può compiere rotazioni e movimenti che non influenzano il volo stazionario e non, permettendo di stabilizzare uno strumento di misura, attivamente o passivamente, anche senza l’ausilio di un dispositivo supplementare dedicato, normalmente ancorato al di sotto della struttura centrale.

• Flessibilità della configurazione del numero delle unità propulsive: senza modifiche al telaio è possibile utilizzare una configurazione a unità propulsive a tre, quattro, sei o più motori, compatibilmente con le dimensioni delle eliche.

• Flessibilità di carico e di autonomia di volo.

• Posizionamento libero e ottimale per sensori di volo, navigazione e di immagine.

• Geometria variabile della disposizione geometrica dei propulsori in volo per la gestione delle emergenze, permettendo di equilibrare scompensi dovuto al carico trasportato od eventuali avarie a uno dei motori.

Il drone Drone DST Saturn 2 verrà impiegato nei telerilevamenti aerei.
Il Saturn 2 è realizzato interamente dal DST UNIFI ed ha un telaio in fibra di carbonio con diametro di 100 cm, carico utile massimo di 10 Kg e massa operativa al decollo pari a 22 Kg. Il drone ha un’autonomia di volo fino a 30 minuti con possibilità di utilizzo anche in condizioni meteo-climatiche avverse (venti forti o pioggia). Il drone è utilizzabile in sicurezza in area critica e non (regolamento vigente ENAC) in quanto dotato di opportuni failsafe, sistema di terminazione di volo indipendente e paracadute. Le caratteristiche di Saturn 2 sono ideali per l’esecuzione di attività di volo con piattaforme multi-sensore grazie all’ elevata stabilità e flessibilità nell’implementazione di carichi di varia forma, dimensione, peso e posizione.
Il drone ha a bordo possibilità di connessione tramite USB 2.0, USB 3.0, IEEE 1334 (FireWire), Rs232, Wifi, Bluetooth, LAN, al fine di connettere differenti tipi di sensori e dispositivi.

Carico utile	10 Kg
Autonomia max	~30 min
Velocità max	70 Km/h
Velocità ascensionale max	6 m/s
Velocità discesa max	4 m/s
Connessioni	USB 2.0, USB 3.0, IEEE 1334 (FireWire), Rs232, Wifi, Bluetooth, LAN

Il drone Saturn 2 è realizzato sulla base delle specifiche sopra descritte ed è capace di voli completamente autonomi dal decollo all’atterraggio finale, potendo gestire in maniera autonoma situazioni di emergenza legata al volo.

Strumentazione per l’acquisizione dati

Per il raggiungimento degli obiettivi della ricerca si propone la realizzazione di una piattaforma multisensoriale da implementare sul drone Saturn 2. Tale piattaforma sarà composta, in dettaglio, da:

• Un sensore multispettrale

• Un sensore iperspettrale

• Un sensore termico

• Un sensore RGB ad alta risoluzione.

Tutti i sensori a disposizione forniscono dati già georiferiti, e quindi usufruibili immediatamente a seguito delle campagne di rilevamento.

Il sensore multispettrale da 12 Mpix, particolarmente indicato per elaborare indici spettrali utili alla caratterizzazione della vegetazione, acquisisce dati in tre bande larghe: blu, verde e infrarosso vicino (GBNIR) con IR 690 nm-780nm.

Il sensore iperspettrale HYDRACAM, realizzato dal Dipartimento di Scienze della Terra in collaborazione con il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Firenze con specifica finalità di implementazione sul drone Saturn 2. Il sensore iperspettrale fornirà, dopo ogni acquisizione, la firma spettrale dettagliata relativa alla copertura fogliare delle viti nell’intervallo di lunghezze d’onda (650-1100 nm). L’esecuzione di rilievi multi-temporali con tale sensore permetterà di analizzare dettagliatamente le variazioni nel tempo in firma spettrale delle colture monitorate, nonché di mettere in relazione specifiche variazioni con l’insorgere di patologie. 

Il sensore termico (7.5-13.5 um) in dotazione al Dipartimento di Scienze della Terra di Firenze, risulterà di grande utilità nell’integrazione con i sensori multi- ed iper-spettrali, a copertura delle bande nell’infrarosso termico. Le immagini nell’infrarosso termico, di tipo radiometrico, potranno aiutare a caratterizzare sia i valori di emissività termica della copertura fogliare, sia il grado di umidità del terreno, parametro da considerare nella valutazione dello stato di salute delle specie vegetali.

Il sensore ottico RGB, che potrà essere eventualmente implementato nella piattaforma multisensoriale consiste in una camera Sony avente sensore risoluzione pari a 42 MPix Tale sensore potrà, oltre a rappresentare un valido strumento di ispezione visiva, anche fornire immagini ad altissima risoluzione per la ricostruzione tridimensionale, tramite elaborazioni fotogrammetiche, delle porzioni di coltura osservate, permettendone una modellazione tridimensionale ed una quantificazione dei volumi di copertura fogliare in diversi istanti temporali.