Sensori e sistemi anti-collisione: visione, ToF, LiDAR, radar

I sensori di un drone si dividono in due famiglie con compiti diversi. Quelli che gli dicono come sta messo, cioè giroscopio, accelerometro, barometro e magnetometro, e quelli che gli dicono cosa ha intorno: camere stereoscopiche, ToF, LiDAR di prossimità, radar. I primi servono a volare, i secondi a non sbattere. Conoscere i limiti fisici di entrambe le famiglie è ciò che separa un pilota che usa l'elettronica da uno che ci si affida.

Il quadro generale dei componenti è nella guida su come funziona un drone.

I sensori di assetto

IMU. Giroscopio a tre assi, che misura le velocità angolari, e accelerometro a tre assi, che misura le accelerazioni e serve a stimare la verticale. I due dati vengono fusi, con un filtro di Kalman o complementare, perché nessuno dei due basta da solo: il giroscopio deriva nel tempo, l'accelerometro è rumoroso durante le manovre. Il giroscopio è il sensore critico dell'intero sistema: vibrazioni e rumore su di lui degradano tutto ciò che sta a valle, e la sorgente più comune di vibrazioni è un'elica sbilanciata.

Barometro. Misura la pressione e da quella ricava la quota relativa. Sulla verticale è più preciso del GNSS, ma è sensibile a vento, correnti d'aria e cambiamenti meteorologici: su un volo lungo una deriva di qualche metro è normale e non è un guasto.

Magnetometro. Determina la prua misurando il campo magnetico terrestre. È il sensore più facilmente disturbato da armature nel cemento, linee elettriche, veicoli e tettoie metalliche, e sui multirotori FPV spesso è del tutto assente. Il suo sintomo tipico di malfunzionamento è il toilet bowl effect: il drone orbita lentamente attorno al punto di stazionamento invece di restarci fermo.

I sensori di ostacolo, uno per uno

Visione stereoscopica. Due camere separate osservano la stessa scena e stimano la distanza per parallasse, esattamente come fanno i nostri occhi. È la tecnologia più diffusa sui droni consumer, ed è anche quella con i limiti più netti: ha bisogno di luce sufficiente e di superfici con tessitura. Non vede rami sottili, cavi, reti, vetri e superfici uniformi, e non funziona al buio.

ToF e LiDAR di prossimità. Misurano il tempo di volo di un impulso luminoso. Funzionano al buio e su superfici uniformi, dove la visione fallisce, e sono il salto qualitativo dei droni consumer 2025-2026: su alcuni modelli recenti un LiDAR frontale con 25 m di portata abilita il rilevamento ostacoli fino a un livello di illuminazione bassissimo, dell'ordine di 1 lux.

Radar a onde millimetriche. Penetrano polvere, pioggia leggera e nebbia, e rilevano cavi sottili. Sono presenti su piattaforme professionali e agricole, dove il contesto operativo, fatto di cantieri polverosi, campi e linee elettriche, è esattamente quello in cui la visione non lavora.

Flusso ottico più sensore verso il basso. Una camera che osserva il terreno stima lo spostamento del drone confrontando fotogrammi successivi; un sonar o un ToF misura l'altezza. Insieme mantengono la posizione a bassa quota senza GNSS, e sono ciò che rende possibile il volo indoor.

Cosa non vedono, e perché conta

Le due righe da ricordare sono la seconda e la quarta. Cavi, funi, rami sottili e gru sono la categoria di ostacolo che causa più incidenti, ed è esattamente quella che i sensori dei droni consumer non rilevano. L'unica difesa è il sopralluogo visivo dell'area prima del decollo, con attenzione specifica a ciò che sta in verticale e in quota: linee elettriche, tiranti, antenne, gru di cantiere.

Sensori e rientro automatico

Il rientro automatico si appoggia ai sensori, e ne eredita i limiti. Le implementazioni recenti pianificano un percorso attorno agli ostacoli mappati invece di salire alla quota massima, ma restano cieche a ciò che i sensori non vedono.

I quattro modi in cui un rientro automatico fallisce sono sempre gli stessi:

1. Home point non aggiornato. Il drone ha agganciato il GNSS in un punto e si è spostato prima del decollo.
2. Quota di rientro inferiore agli ostacoli. L'impostazione predefinita è spesso 30-50 m, e in un contesto con edifici o alberi più alti porta il drone dentro l'ostacolo.
3. Vento contrario. Il rientro è calcolato sulla distanza, non sull'energia necessaria a percorrerla controvento.
4. Ostacoli non rilevabili: cavi, gru, funi.

La quota di rientro va quindi impostata prima di ogni volo in funzione dello scenario, non lasciata al valore di fabbrica. Il resto delle procedure è nella guida sulle emergenze in volo e nella checklist pre-volo.

Sensori, classi e geo-awareness

Una parte della sensoristica non è una scelta commerciale del costruttore: è un requisito. I droni con marcatura di classe C1, C2, C3, C5 e C6 devono disporre di funzioni di geo-awareness e di identificazione remota diretta, mentre i C0 ne sono esenti. La geo-awareness confronta la posizione del mezzo con un database di zone geografiche e avvisa il pilota.