La rivoluzione dei piccoli droni è alle porte: gli scienziati devono garantire che siano sicuri

Il prossimo anno vedrà un massiccio aumento dell’uso di piccoli droni per le consegne. In particolare, la Cina prevede di espandere la portata della sua economia a bassa quota – compresi droni, velivoli a decollo e atterraggio verticale e altri componenti dell’aviazione generale – a 1,5 trilioni di yuan (207 miliardi di dollari) entro la fine del 2025, per mantenere la propria leadership. in tali tecnologie.

Il pubblico è abituato all’ingresso delle nuove tecnologie nella sua vita: l’intelligenza artificiale (AI) è già comune e i taxi autonomi circolano per le strade di alcune città in Cina, negli Stati Uniti e altrove. Tuttavia, non è chiaro se il pubblico sia preparato all’incontro quotidiano con migliaia o addirittura milioni di droni nel cielo, con il loro rumore, potenziali incidenti e viste intrusive nei nostri giardini e nelle nostre finestre.

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Sono state fatte poche ricerche per scoprirlo e le normative esistenti non sono all’altezza. Come ingegnere aerospaziale, sono preoccupato per il rilascio immediato di così tanti droni a causa di potenziali conseguenze indesiderate. La collaborazione tra il mondo accademico, l’industria e i governi è essenziale per garantire che questa tecnologia sia sicura, efficace e non pericolosa.

I droni, noti anche come veicoli aerei senza equipaggio o robot volanti, hanno dimostrato il loro valore in molti settori, tra cui la lotta agli incendi, la ricerca sui terremoti, il campionamento dell’aria per la sorveglianza dei virus, la conservazione della fauna selvatica e altro ancora. Le iniziative per ottenere trasporti a emissioni zero, consegne su richiesta e città “intelligenti” prevedono grandi flotte di piccoli droni (fino a 25 chilogrammi) che trasportano merci lungo corridoi aerei fino a 1.000 metri dal suolo.

Mercato in rapida crescita

L’industria della logistica è il settore principale che investe in questa visione. E in Cina si stanno esplorando due usi chiave. Il trasporto di cibo e medicinali da asporto tramite drone direttamente ai clienti, il che può essere più rapido rispetto all’invio su strada nelle città congestionate. E far volare droni cargo più grandi tra gli hub logistici regionali, che possono migliorare i servizi di consegna espressa e supportare la vendita al dettaglio quasi istantanea. Inoltre, riducendo la quantità di camion sulle strade, le consegne con i droni potrebbero ridurre le emissioni di carbonio per chilometro fino al 90% (vedi go.nature.com/3bxvpxy).

A livello globale, i voli con droni sono aumentati rapidamente negli ultimi anni (vedi “Mercati commerciali dei droni”). Tra il 2021 e il 2022, le consegne di pacchi assistite da droni sono cresciute dell’80% in tutto il mondo, raggiungendo 875.000 articoli (vedi go.nature.com/4gwcf5t). E nel 2021, L’economista si prevede che il vantaggio economico globale derivante dall’utilizzo di droni commerciali per scopi industriali e ricreativi (esclusi quelli militari) supererà i 42 miliardi di dollari entro il 2025 (vedi go.nature.com/4fomdd4).

La sola Cina si è già avvicinata a questa previsione: alla fine del 2023, il mercato cinese dei droni commerciali ha superato i 117 miliardi di yuan e la sua economia a bassa quota (inclusi hardware, software, servizi, infrastrutture, hub e aeroporti) ha superato i 500 miliardi di yuan. Su questa base, prevediamo che il mercato dei droni commerciali supererà i 400 miliardi di yuan entro il 2025. Attualmente, oltre il 70% della catena di fornitura per l’industria dei droni commerciali ha origine in Cina. A Shenzhen, la città cinese leader nell’innovazione, nella prima metà del 2024 sono state completate 225.000 consegne commerciali di droni e si prevede che raggiungeranno 1,5 milioni di voli cargo a bassa quota nel 2025. La più grande compagnia di consegne di droni al mondo, Zipline, ha completato oltre 1,3 milioni di voli cargo a bassa quota consegne negli ultimi dieci anni in quattro continenti.

Preoccupazioni del pubblico

Con centinaia di nuove rotte commerciali di droni che si prevede di aprire in Cina quest’anno, non si possono trascurare norme efficaci per l’integrazione sicura dei droni nei sistemi di città intelligenti esistenti. Gli scienziati devono concentrarsi su quattro questioni cruciali.

Sicurezza. Evitare danni è la preoccupazione principale di ogni ingegnere aerospaziale: un incidente mortale potrebbe comportare il pensionamento di un’intera famiglia di aerei. Tuttavia, sono state effettuate troppo poche valutazioni realistiche sui potenziali pericoli derivanti dalle collisioni dei droni tra loro o con gli edifici, nonché sulla possibile minaccia per i pedoni nelle aree urbane.

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Analogamente ai test sugli incidenti automobilistici, gli scienziati dovrebbero sviluppare crash test con i droni per simulare una serie di scenari di incidente, utilizzando modelli fittizi a terra per valutare la potenziale gravità degli incidenti in cui i droni cadono dal cielo.

La sicurezza antincendio degli hub di ricarica dei droni, tipicamente situati in cima ai grattacieli, necessita di valutazione, nonché di standard e regolamentazioni. È necessario valutare anche il rischio che i motori degli aerei ingeriscano piccoli droni: i test e le normative sugli impatti con volatili dovrebbero tener conto di questo.

Sicurezza. Gli aeroporti civili e altri siti sensibili, come le strutture nazionali, devono essere salvaguardati da intrusioni dannose di droni. Ad esempio, lo scorso settembre, l’avvistamento di droni sopra l’aeroporto internazionale di Tianjin Binhai in Cina, lo ha costretto a chiudere per due notti di seguito; decine di voli sono stati ritardati o cancellati e sono rimasti colpiti 3.000 passeggeri. Il mese scorso, anche gli avvistamenti di droni sulle basi militari statunitensi hanno sollevato preoccupazioni.

Le minacce poste dai droni illeciti, siano essi pilotati da burloni, attori ostili o terroristi, necessitano di robuste contromisure. Questi includono il geofencing, in cui i produttori pre-programmano i droni per evitare di invadere aree designate, e il geocaging, che limita i droni commerciali a volare su rotte predefinite. Tuttavia, l’integrazione efficace di queste tecniche nelle operazioni di volo e nei sistemi di gestione richiede ulteriori ricerche.

Altre opzioni più futuristiche includono l’utilizzo di segnali telefonici 5G che si riflettono sui droni per rilevare piccoli bersagli in movimento nello spazio aereo basso, utilizzando una tecnica simile al sonar (D. Solomitckii et al. IEEE Comune. Magg. 5643–50; 2018). L’implementazione di questa tecnologia sulle stazioni base 5G vicino a zone sensibili potrebbe identificare i droni non autorizzati. Le sfide tecnologiche includono l’approvvigionamento di un’enorme potenza di calcolo e capacità di elaborazione del segnale.

Privacy. I droni sono dotati di una varietà di sensori come ultrasuoni, radar laser, microfoni e telecamere, che possono invadere la privacy delle persone. Immaginate quanto potrebbero sentirsi a disagio le persone che vivono in grattacieli se i droni volassero regolarmente davanti alle loro finestre.