FlexiQuad: il drone ad anello resistente agli urti del Politecnico di Zurigo

Un telaio ad anello ispirato alle ali degli insetti

Per oltre un secolo i droni multirotore si sono basati su un mozzo centrale rigido che sostiene bracci rivolti verso l'esterno. Come riportato da TechXplore, Luca Girardi e Stefano Mintchev hanno invertito questa architettura eliminando del tutto la fusoliera centrale. I componenti, compresi i rotori, i moduli di controllo e l'alimentazione, sono distribuiti lungo un perimetro circolare flessibile.

Il comportamento meccanico del telaio trae direttamente ispirazione dalle strutture biologiche. Il team ha analizzato la flessibilità anisotropa delle ali degli insetti e degli uccelli, che resistono alla flessione durante le battute di volo ma si flettono quando incontrano ostacoli. FlexiQuad funziona con la stessa logica: il telaio si piega orizzontalmente per assorbire l'energia dell'urto, ma resta rigido in verticale, così la spinta delle eliche si trasferisce direttamente nell'accelerazione del velivolo. Il telaio del prototipo costa meno di 15 franchi svizzeri in materie prime, e gli elementi ad anello possono essere smontati per essere riposti piatti in valigia.

«Morbido non significa automaticamente lento.»

— Luca Girardi, ricercatore al Politecnico di Zurigo

Sopravvivere agli impatti a 25 km/h

I velivoli aerei morbidi spesso soffrono di caratteristiche di volo lente, ma i test condotti dagli inventori hanno mostrato che FlexiQuad si comporta come i quadricotteri rigidi standard in aria libera. Il prototipo raggiunge accelerazioni lineari e angolari pari a quelle dei modelli convenzionali, con velocità massime di volo di 80 km/h.

La capacità di sopravvivere agli schianti è stata valutata in test fisici contro ostacoli descritti da TechXplore. I ricercatori hanno fatto volare il drone direttamente contro barriere solide a velocità fino a 25 km/h. Al contatto, il perimetro elastico si è deformato momentaneamente, dissipando l'energia cinetica, per poi tornare alla forma originale senza sbilanciare la macchina. Girardi ha osservato che le velocità dei test erano limitate principalmente dal corridoio di volo indoor necessario per accelerare la macchina prima dell'impatto, non dai limiti fisici del telaio.

Trasporto di carichi e recupero basato sui riflessi

L'architettura aperta amplia le funzioni meccaniche che il velivolo può svolgere. Poiché l'anello può comprimersi attivamente attorno agli obiettivi, FlexiQuad può afferrare e trasportare oggetti usando la sua apertura centrale. Nelle prove di laboratorio, il prototipo è riuscito ad afferrare e trasportare un kit di primo soccorso morbido, sollevando un carico più pesante della propria massa strutturale. Le applicazioni delineate nella domanda di brevetto includono l'ispezione delle casse di zavorra sulle navi cargo, l'esplorazione di edifici crollati durante operazioni di ricerca e soccorso e il dispiegamento di una rete attraverso il telaio cavo per catturare droni ostili.

Pilotare un telaio deformabile introduce sfide per la navigazione autonoma. Le vibrazioni dopo un impatto possono offuscare momentaneamente le immagini delle telecamere e disturbare la stima dello stato. Per risolvere il problema, i ricercatori hanno applicato algoritmi di apprendimento per rinforzo che si basano sui sensori di movimento inerziali di bordo, imitando i riflessi biologici automatici per stabilizzare l'assetto di volo subito dopo un urto contro un ostacolo, prima di restituire il controllo alle normali routine di navigazione.

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