Come funziona drone
Se ti stai chiedendo come funziona un drone, sei nel posto giusto. In questa guida ti spiegherò in modo semplice e diretto tutto quello che c’è da sapere sul funzionamento di questi dispositivi, diventati ormai comuni sia per uso professionale che amatoriale. Dai droni utilizzati per fare riprese spettacolari a quelli impiegati per operazioni molto più complesse, capire il loro meccanismo ti aiuterà a usarli meglio e, magari, a sceglierne uno più adatto alle tue esigenze, o persino a costruirne uno.
Vedremo prima di tutto come si muove un drone, quali sono i componenti principali che lo fanno volare e come avviene il controllo da remoto. Poi passeremo a esaminare alcune tipologie specifiche, come per esempio i droni militari, progettati per missioni di sorveglianza o attacco, e i droni scanner, utilizzati in ambito industriale o geologico per raccogliere dati precisi sul territorio. Ogni tipo ha caratteristiche e tecnologie diverse, ma alla base il principio di funzionamento resta simile.
Magari sei solo curioso, oppure ti stai sinceramente appassionando a questi dispositivi e vorresti averne uno. In ogni caso, continuando a leggere scoprirai informazioni interessanti sul loro funzionamento. Quindi, prima di proseguire, ti auguro, come sempre, buona lettura e ti faccio il mio in bocca al lupo per la tua esplorazione nel mondo dei droni.
Indice
- Come funziona un drone
- Come funziona un drone FPV
- Come funziona un drone con telecamera
- Come funziona un drone scanner
- Come funziona un drone militare
Come funziona un drone
Se stai cercando di capire come funziona un droneo, sappi che non ti stai facendo una domanda banale, soprattutto considerando la varietà di modelli e tecnologie oggi disponibili sul mercato, dai droni economici e più semplici per lo svago, ai droni professionali più impegnativi e complessi. In questa sezione ti spiegherò le basi del funzionamento di questi dispositivi, analizzando le componenti fondamentali, il meccanismo che consente il volo, il sistema di controllo da remoto ecc.
Per comprendere il funzionamento dei droni, infatti, è necessario partire dalle loro parti essenziali, comprendere nel dettaglio le funzioni di ciascuna, come avviene il decollo e il mantenimento in aria, in che modo l’operatore riesce a guidare il drone a distanza e quale importanza ha il modulo GPS nell’orientamento e nella navigazione, ed è esattamente quello che faremo di seguito.
Componenti principali
Prima di tutto, per comprendere come funziona un drone, è fondamentale conoscere le sue componenti principali. Ogni drone, indipendentemente dalla fascia di prezzo o dalla destinazione d’uso, è composto da una serie di elementi che ne permettono il corretto funzionamento, e soprattutto garantiscono stabilità, controllo e sicurezza durante il volo.
I motori sono responsabili della propulsione: fanno girare le eliche, generando la spinta necessaria per far sollevare il drone.
Le eliche, solitamente quattro nei modelli più comuni, trasformano il movimento rotatorio dei motori in spinta verticale e direzionale.
L’ESC (Electronic Speed Controller) è il componente elettronico che regola la velocità dei motori brushless. Riceve i segnali dalla centralina di volo e adatta la potenza inviata ai motori per consentire al drone di muoversi in modo fluido e preciso.
Poi, ovviamente, c’è la batteria che fornisce l’energia necessaria a tutto il sistema. La più comune è la batteria LiPo (polimeri di litio), molto leggera e ad alta capacità, perfetta per assicurare un buon rapporto tra peso e autonomia.
La centralina di controllo (detta anche flight controller) coordina il comportamento del drone in volo, gestendo automaticamente l’equilibrio e la risposta ai comandi.
L’IMU (Inertial Measurement Unit), invece, è il modulo che integra giroscopio e accelerometro per rilevare l’orientamento, la velocità e l’inclinazione del drone. La centralina di volo utilizza queste informazioni per correggere costantemente la posizione in aria e garantire la stabilità.
Un’altra parte fondamentale che non posso dimenticare è il telaio, che ospita e protegge tutte le componenti, mentre ricevitore e trasmettitore permettono la comunicazione tra il drone e il radiocomando (o lo smartphone, nel caso dei droni smart).
Detto questo, nel caso in cui volessi informazioni più dettagliate e cimentarti nella costruzione di un drone tutto tuo, puoi leggere la guida in cui ti spiego come costruire un drone.
Meccanismo di volo
Dopo aver visto quali sono le componenti essenziali di questi dispositivi, passiamo al loro meccanismo di volo, che si basa sull’azione combinata dei motori e delle eliche, che permettono al dispositivo di sollevarsi da terra, muoversi in diverse direzioni e restare stabile in aria.
Ogni elica è collegata a un motore elettrico, come ti ho già spiegato precedentemente, e ruota a velocità regolabili, producendo una spinta verso il basso che, secondo il principio di azione e reazione, consente al drone di salire. Il volo, quindi, è il risultato di un sistema dinamico che richiede un coordinamento costante tra le componenti principali di elica e motore.
Nel caso dei droni multi-rotore, invece, (come tricopteri e quadricotteri, per esempio) il controllo del movimento avviene variando la velocità dei singoli motori. Aumentando o diminuendo la potenza in modo differenziato, il drone può spostarsi avanti, indietro, lateralmente o ruotare su sé stesso. L’equilibrio è garantito da una distribuzione simmetrica della spinta tra i motori e da una gestione precisa dei comandi da parte della centralina.
Controller e app
La gestione del drone, durante il decollo, il volo e l’atterraggio, avviene generalmente tramite un controller, simile ai joystick per i videogiochi o più grande. Nei modelli più moderni, può avvenire anche attraverso smartphone o tablet installando una specifica applicazione.
Il controller comunica con il drone tramite onde radio, generalmente a 2.4 GHz o 5.8 GHz, e permette di guidarlo in tempo reale, gestendo direzione, velocità e funzioni aggiuntive come l’attivazione della fotocamera.
Esistono diversi tipi di controller a seconda della fascia di prezzo del drone. I droni economici per uso ricreativo possono essere controllati con piccoli joystick wireless, molto simili a quelli delle console da gioco. I droni più avanzati, invece, includono controller professionali dotati di schermo o supporto per smartphone, leve di precisione e comandi personalizzabili.
Alcuni droni, inoltre, oggi possono essere gestiti esclusivamente tramite app, usando il touch-screen del dispositivo mobile per simulare i comandi. Le app associate, disponibili generalmente sia per i dispositivi Android che per iOS, offrono funzionalità aggiuntive, come per esempio visione in tempo reale dalla fotocamera del drone, tracciamento GPS e aggiornamenti firmware.
Inoltre, nei droni di fascia medio-alta e professionale è possibile trovare spesso le cosiddette modalità di volo intelligente, ovvero funzioni automatizzate pensate per facilitare il controllo del volo e ottenere riprese più stabili e creative, anche senza grande esperienza di pilotaggio. Queste modalità sfruttano il GPS, i sensori di bordo e l’elaborazione software per eseguire movimenti precisi o seguire determinati comportamenti preimpostati, e possono essere strumenti particolarmente utili per sfruttare al massimo le capacità del drone in ambito fotografico o professionale.
Queste sono le più comuni.
- Follow Me: il drone segue automaticamente il soggetto (di solito chi ha con sé il controller o lo smartphone).
- Waypoint: l’utente imposta una serie di punti su una mappa, e il drone li percorre in sequenza.
- Orbit (o Point of Interest): il drone gira in cerchio intorno a un soggetto mantenendolo sempre al centro dell’inquadratura.
- Return to Home (RTH): il drone torna automaticamente al punto di decollo, utile in caso di perdita del segnale o batteria scarica.
Se desideri imparare a contrllare bene il tuo drone in sicurezza e sfruttarne tutte le potenzialità, puoi leggere la mia guida su come pilotare un drone.
GPS e stabilizzazione
Nel mondo dei droni civili, siano per scopi ricreativi che per attività professionali, il GPS e i sistemi di stabilizzazione giocano un ruolo fondamentale nel garantire un volo preciso, sicuro e facile da controllare.
Il GPS (Global Positioning System) permette al drone di conoscere in tempo reale la propria posizione geografica, utilizzando una rete di satelliti in orbita, e aiuta a mantenere la posizione del drone ferma nell’aria, anche in presenza di vento leggero. Questa tecnologia consente numerose funzioni intelligenti, come ti ho già accennato in precedenza, come la navigazione automatica lungo rotte preimpostate e il ritorno automatico al punto di partenza in caso di perdita del segnale o di batteria scarica.
Aggiungo che i droni di fascia alta, possono orbitare non solo attorno a un soggetto statico grazie al GPS, ma possono anche riconoscere visivamente un soggetto e seguirlo attivamente in movimento. Per farlo usano telecamere e algoritmi di computer vision per identificare e tracciare persone, veicoli o animali in movimento, mantenendolo sempre al centro dell’inquadratura. Spesso combinano anche i sensori anticollisione per evitare ostacoli durante il volo orbitale.
Il GPS è anche alla base della funzione di geofencing, che permette di creare confini virtuali all’interno dei quali il drone può volare e quindi impedisce al dispositivo di trovarsi in aree vietate o pericolose, come quelle vicino agli aeroporti, per esempio. Questa funzione si basa anche sull’utilizzo di sistemi GNSS (Global Navigation Satellite System), che integrano segnali provenienti da GPS, GLONASS e Galileo. La combinazione di più sistemi satellitari consente una navigazione molto più precisa e affidabile, migliorando la sicurezza e l’efficacia del geofencing, anche non tutti supportano GNSS multipli. Inoltre, l’efficacia del geofencing dipende anche dal software e dai limiti imposti dal produttore del drone, oltre che dalla normativa vigente nel Paese in cui si vola. Alcuni sistemi bloccano automaticamente il decollo o limitano l’altitudine in determinate zone, mentre altri si limitano a segnalare all’utente il superamento di un’area vietata.
I droni moderni possono essere dotati anche di avanzati sistemi di stabilizzazione (non è sempre vero per quelli economici), che includono giroscopi, accelerometri e talvolta sensori ottici oppure ultrasuoni. Questi strumenti servono a mantenere il drone in equilibrio durante il volo, contrastando automaticamente le turbolenze o i piccoli spostamenti causati dal vento. La stabilizzazione è essenziale non solo per la sicurezza, ma anche per garantire una qualità elevata nelle riprese video o nelle fotografie aeree, evitando vibrazioni o movimenti bruschi.
Ovviamente, va detto che non tutti i droni hanno le stesse performance in termini di stabilizzazione. Esistono differenze significative tra modelli economici, destinati all’uso ricreativo, e i droni professionali. Nei droni entry-level, spesso la stabilizzazione è garantita da sistemi basilari, come giroscopi e accelerometri a basso costo. Questi dispositivi sono in grado di mantenere il drone relativamente stabile in condizioni di volo tranquille, ma possono mostrare limiti evidenti in presenza di vento, movimenti rapidi o manovre complesse. In molti casi, inoltre, l’assenza di un sistema GPS o di sensori ottici comporta poi una maggiore instabilità e la necessità di un controllo più attivo da parte del pilota.
I droni di fascia media e alta, invece, dispongono di sistemi di stabilizzazione molto più sofisticati. Oltre ai sensori di base, integrano tecnologie avanzate come barometri, bussola elettronica, sensori visivi e a infrarossi, oltre a un’elaborazione dei dati molto più rapida e precisa. Alcuni modelli professionali utilizzano anche sistemi di stabilizzazione a 3 o 6 assi e stabilizzatori indipendenti per la fotocamera, che permettono di ottenere riprese estremamente fluide anche in condizioni difficili.
Come funziona un drone FPV
Se ti hanno regalato un drone FPV o ti hanno detto che ti servirebbe questo tipo di dispositivo ma non sai di cosa si tratta, ti starai chiedendo certamente come funziona un drone FPV.
Partiamo dal significato dell’acronimo stesso: FPV sta per First Person View, ovvero visuale in prima persona. Si tratta di una tipologia di drone progettata per offrire al pilota un’esperienza di volo immersiva, come se si trovasse a bordo del velivolo. Questo risultato è possibile grazie a una telecamera montata sul drone, che trasmette in tempo reale le immagini a un visore, a un monitor o a degli occhiali specifici.
I droni FPV sono stati pensati principalmente per il volo manuale e quello sportivo. Con questi dispositivi il controllo avviene in modo molto più diretto: a volte non hanno le stesse funzioni automatiche di stabilizzazione o GPS, proprio perché sono progettati per garantire una guida più reattiva e dinamica. Questo li rende ideali per il volo acrobatico, le gare di velocità e i percorsi in ambienti complessi. Alcuni modelli FPV di ultima generazione combinano l’esperienza immersiva con una certa assistenza elettronica, come la stabilizzazione digitale dell’immagine o sistemi GPS per emergenze, ma rimangono comunque focalizzati sul controllo manuale e sulla libertà di movimento.
È chiaro quindi, che per guidare questo tipo di droni, l’abilità del pilota è centrale perché l’esperienza e il tempo di reazione fanno la differenza. Negli ultimi anni, inoltre, l’introduzione di sistemi digitali come il DJI O3 Air Unit ha rivoluzionato questo settore, offrendo una trasmissione video in alta definizione e a bassa latenza. Queste tecnologie migliorano notevolmente l’esperienza di volo, rendendola più fluida, reattiva e coinvolgente. Per questi motivi, i droni FPV sono spesso scelti da utenti esperti, videomaker in cerca di riprese ad alto impatto o appassionati di droni da corsa.
Dal punto di vista tecnico, un drone FPV, oltre alle parti essenzali presenti in tutti i droni e che ti ho già elencato in precedenza, possiede altri componenti.
- Una telecamera FPV che cattura le immagini in tempo reale, posizionata sulla parte frontale del drone.
- Un sistema di trasmissione video (VTX) che invia il segnale video a bassa latenza al visore del pilota.
- Un ricevitore video (VRX) integrato nel visore o nel monitor, riceve il feed video trasmesso dal drone.
Ci tengo ad aggiungere, inoltre, che negli ultimi anni, si sono affermate valide alternative digitali alla trasmissione video (VTX) come DJI Digital FPV System e HDZero, che offrono trasmissioni video in alta definizione con latenze competitive.
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Come funziona un drone con telecamera
Se ti stai chiedendo come funziona un drone con telecamera, sappi che questi dispositivi combinano la tecnologia del volo radiocomandato con sistemi ottici avanzati, pensati per scattare foto e registrare video dall’alto in modo stabile e preciso.
Alla base del funzionamento c’è sempre la struttura composta da motori, eliche, sensori di volo e una centralina di controllo, ma ciò che rende speciale un drone con telecamera è, ovviamente, il suo comparto video. La telecamera può essere integrata direttamente nel corpo del drone e dotata di stabilizzatori digitali oppure montata su un supporto chiamato gimbal, un sistema di stabilizzazione meccanica che consente di ottenere immagini fluide anche in presenza di vento o durante manovre complesse.
Attraverso un radiocomando collegato a uno smartphone o a un tablet, puoi vedere in tempo reale ciò che la telecamera inquadra, grazie alla trasmissione video live. Questo ti permette non solo di pilotare il drone con maggiore precisione, ma anche di scegliere l’inquadratura perfetta per le tue riprese, avviare e stoppare la registrazione.
Nei modelli più avanzati, il sistema di volo integra anche il GPS, che come ti ho già spiegato consente al drone di mantenere una posizione fissa in aria e di seguire traiettorie programmate, molto utili per esempio, per creare riprese cinematografiche. Alcuni droni offrono funzioni intelligenti come il tracciamento automatico di un soggetto in movimento, il volo orbitale attorno a un punto o il ritorno automatico al punto di decollo in caso di perdita del segnale.
Un aspetto fondamentale da considerare nei droni con telecamera è, ovviamente, la qualità dell’immagine: i modelli base possono registrare in HD, mentre quelli per fare video professionali arrivano fino al 4K o addirittura all’8K, con sensori fotografici ad alte prestazioni, controllo del diaframma, messa a fuoco automatica e modalità HDR.
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Come funziona un drone scanner
Se ti stai chiedendo come funziona un drone scanner, sappi che il sistema di base è simile a quella di un drone tradizionale: anche in questo caso, troviamo un sistema di volo che include motori elettrici, eliche, una batteria ricaricabile, sensori di stabilizzazione e un radiocomando per guidarlo da terra.
Quello che cambia davvero è ciò che il drone è in grado di fare una volta in volo. Un drone scanner, infatti, è progettato per acquisire dati spaziali e creare mappe 2D e modelli 3D di oggetti, edifici o interi territori. Questo avviene grazie a sensori avanzati integrati, come fotocamere ad alta risoluzione, scanner LiDAR, sensori multispettrali o termici, a seconda dell’applicazione.
Praticamente, mentre questi droni volano sopra un’area da mappare, i loro sensori raccolgono migliaia di dati georeferenziati, che vengono poi elaborati da software specializzati che generano ricostruzioni precise del terreno o delle strutture analizzate. Alcuni modelli utilizzano anche tecnologie GNSS (come GPS, GLONASS o Galileo) per migliorare l’accuratezza delle misurazioni.
A differenza dei droni standard, che servono soprattutto per riprese video o fotografie, i droni scanner sono strumenti professionali pensati per applicazioni tecniche: rilievi topografici, ispezioni industriali, agricoltura di precisione, archeologia e molto altro. Alcuni modelli sono anche in grado di volare in modo completamente autonomo lungo rotte preimpostate, eseguendo scansioni con una precisione al centimetro.
Come funziona un drone militare
Capire come funziona un drone militare ti aiuta a distinguere questi dispositivi da quelli usati in ambito civile o ricreativo. A prima vista possono sembrare simili, ma in realtà le differenze sono profonde, sia per tecnologia che per finalità d’uso.
Un drone militare è progettato per operazioni complesse, spesso in scenari ostili o di guerra. A differenza dei droni civili, che servono per riprese video, rilievi o semplici voli ricreativi, i modelli militari sono pensati per la sorveglianza, la raccolta di informazioni strategiche e, in alcuni casi, per operazioni armate.
Il principio base di volo non cambia ed è quello che ti ho spiegato precedentemente: anche questi droni utilizzano motori, eliche, sensori e un sistema di navigazione. Tuttavia, la tecnologia è molto più avanzata. Infatti possono volare ad altitudini elevate per lunghe distanze, spesso per ore o giorni, grazie a motori più performanti e batterie o carburanti speciali.
In più, i droni militari integrano sistemi di comunicazione satellitare, intelligenza artificiale , telecamere ad altissima risoluzione, sensori termici e radar per operare anche di notte o in condizioni meteo estreme. Alcuni sono pilotati da remoto tramite stazioni di controllo a chilometri di distanza, altri sono completamente autonomi e seguono rotte programmate.
Un altro aspetto che rende unico il funzionamento di un drone militare è la capacità di portare carichi utili molto diversi: dalle apparecchiature per la ricognizione ai veri e propri armamenti. Naturalmente, devi sapere che l’uso di questi droni è regolato da rigide normative internazionali e quindi è riservato esclusivamente alle forze armate.
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Autore
Salvatore Aranzulla
Salvatore Aranzulla è il blogger e divulgatore informatico più letto in Italia. Noto per aver scoperto delle vulnerabilità nei siti di Google e Microsoft. Collabora con riviste di informatica e cura la rubrica tecnologica del quotidiano Il Messaggero. È il fondatore di Aranzulla.it, uno dei trenta siti più visitati d'Italia, nel quale risponde con semplicità a migliaia di dubbi di tipo informatico. Ha pubblicato per Mondadori e Mondadori Informatica.
