Quale è il carico utile effettivo di un drone?

L’impatto che il carico utile (indicato spesso come “payload”) ha sulla scelta del drone è molto più grande di quanto la maggior parte delle persone all’inizio pensa. Uno dei motivi che spiega perché il mercato dei droni sta vivendo una rapida crescita è la loro capacità di sollevamento. Grazie a ciò, sono in grado di trasportare una vasta gamma di sensori, dalla più piccola fotocamera tascabile ai dispositivi di misurazione più pesanti. Dunque, rifletti su quali accessori o sistemi extra vorresti sul tuo drone e vedi se esso sopporta questo carico utile aggiuntivo rispetto alle possibili durate di volo e alle altre tue esigenze.

Innanzitutto , è necessaria una distinzione tra “carico pagante” (payload) e “carico utile”: un aereo brucia carburante durante il volo, rendendolo più leggero per la fase di atterraggio. Pertanto, il carico utile varia durante il volo mentre il carico pagante (payload) rimane lo stesso. I droni di oggi sono più frequentemente alimentati da batterie ai polimeri di ioni di litio il cui peso non varia durante il volo. Ciò spiega anche perché il peso di atterraggio massimo è per essi inutile: il peso di decollo e di atterraggio sono uguali!

Il cosiddetto “carico utile” è dunque il peso che può trasportare un drone (per il quale è uguale al payload) o, più in generale, un veicolo aereo senza pilota (UAV) o, naturalmente, un razzo per inviare satelliti nello spazio. Di solito viene conteggiato al di fuori del peso del drone stesso e include qualsiasi cosa aggiuntiva al drone, come telecamere, sensori o ad esempio pacchetti extra da consegnare. Pertanto, conoscere precisamente l’abilità di sollevamento che possiede un drone è fondamentale.

Il tipico payload di un drone commerciale è rappresentato da videocamere e sensori. Puoi trovare molti droni low-cost con videocamera qui.

Per definizione, il carico utile di un drone (o di un UAV) include tutte le apparecchiature di bordo come: telecamere, radar, sensori, GPS etc. Mentre parti come batterie, rotori, eliche e parti costruttive non rientrano nella voce di carico utile. Quando osserviamo diversi tipi di droni possiamo notare che le specifiche e le funzioni possono variare notevolmente da un modello all’altro, il che avrà sicuramente un impatto sul peso massimo che sono in grado di sollevare e trasportare.

Gli UAV molto grandi – del tipo che non puoi acquistare nemmeno come attività commerciale, ma simili a quelli utilizzati nell’esercito – hanno carichi utili molto più grandi rispetto ai droni che sei in grado di acquistare come privato cittadino o come azienda. Tuttavia, tali aeromobili costano anche centinaia di migliaia di dollari, quindi non essere troppo invidioso di tali velivoli. In questo articolo, pertanto, limiteremo il discorso al carico utile relativo ai piccoli e medi droni commerciali per hobby o usi civili.

L’importanza del carico utile per un drone

Maggiore è il carico utile che il tuo drone può trasportare, maggiore è la flessibilità che hai per fare aggiunte e soddisfare le tue esigenze specifiche, che potrebbero essere l’aggiornamento della fotocamera a un doppio sistema di imaging termico e RGB, l’aggiunta della tecnologia LiDAR (laser per la mappatura della superficie attraverso fogliame, nuvole e copertura del suolo), l’installazione di un sistema GPS o l’aumento del numero di sensori al fine di elaborare più dati contemporaneamente.

Un drone dotato anche di termocamera a infrarossi per il controllo dei pannelli fotovoltaici.

Vedrai spesso un tempo di volo quotato con il tuo modello di drone, tuttavia assicurati di considerare se questo tempo di volo è con o senza carico utile. Perché? È semplice: il tempo di volo garantito del drone necessariamente si riduce quando esso trasporta un peso extra, semplicemente a causa della potenza aggiuntiva necessaria per sollevarlo (arriveremo alla fisica tra un minuto).

Alcuni produttori e venditori subdoli ti parleranno di incredibili tempi di volo, ma non ti diranno che questo è vero soltanto senza alcun carico utile, rendendolo davvero un drone abbastanza inutile! È ovvio che un drone per le aziende richieda una qualche forma di carico utile, che si tratti di fotocamera, sensori, LiDAR, GPS, telemetria dati aggiuntiva, sistemi di consegna o qualcos’altro che deve ancora essere inventato – quindi è fondamentale saperlo quando scegli il tuo drone.

Inoltre, una rapida occhiata ad alcuni fogli dati (datasheet) dei droni rivela che il termine payload viene spesso utilizzato in modo improprio: “Payload” viene spesso usato, mentre il peso dato è più vicino al “Carico utile”. In effetti, in questi casi i produttori stanno includendo le batterie nel payload. Poiché un payload è ciò che rende redditizio il funzionamento del drone, le caratteristiche fornite dal datasheet dovrebbero mostrare la reale capacità di sollevamento (con le batterie conteggiate a parte).

Il datasheet tipico di un drone, con l’indicazione del payload massimo.

Praticamente tutti i tipi di payload possono essere collegati ai droni, le uniche restrizioni sono di solito il peso e le dimensioni dei carichi utili. La maggior parte dei droni sono dotati di telecamere dal loro produttore. Altri payload possono essere ordinati presso i produttori di droni, ma gli utenti di droni possono anche collegare da soli i payload al proprio drone, ed è questo più frequentemente il caso dei droni hobbistici, che l’utente si diverte a modificare e adattare a vari usi.

Telecamere e microfoni sono il tipo più popolare di carico utile e in genere sono almeno uno dei sensori a bordo. Possono essere piccole come un portachiavi come su droni da corsa o grandi telecamere di qualità cinematografica con complesse configurazioni cardaniche. Alcuni velivoli possono persino gestire due telecamere e ne hanno una per l’orientamento del pilota e l’altra orientata a uno scopo specifico come operazioni in condizioni di scarsa illuminazione, a 360 gradi o con capacità di zoom.

L’ottimo Drone DJI Phantom 4 con videocamera 4K. Ne trovi molti 4K a buon prezzo qui.

Esistono diversi altri carichi utili disponibili con numerosi usi e capacità diversi. Uno dei casi di migliore utilizzo è la creazione di immagini termiche per aiutare in diversi settori. Due dei migliori payload per le immagini termiche sono Zenmuse XT2 e Flir Duo Pro R. DJI Zenmuse XT2 è dotato di doppi sensori termici e visivi per gli specialisti delle immagini FLIR ed è in grado di fornire immagini live HD e immagini termiche in tempo reale. Flir Duo Pro R è una termocamera aerea progettata per applicazioni di sicurezza industriale, commerciale e pubblica. Può essere facilmente integrato in un drone professionale.

Quanto è il carico utile di un drone?

Sei alla ricerca di un drone in grado di sollevare telecamere pesanti e altri oggetti? Anche noi. Fortunatamente, la tecnologia si è sviluppata a un punto in cui i droni non sono più macchine fragili incapaci di sollevare oggetti più pesanti. Se ritieni che la tua pesante macchina fotografica non possa essere trasportata da un drone in aria, sono felice di dirti che ti sbagli.

Esiste molti droni abbordabili per un dilettante in grado di sollevare la videocamera, permettendoti di sfruttare al meglio le migliori riprese aeree. Molti professionisti e persino dilettanti li stanno già utilizzando. I droni non si limitano ai GoPro (i migliori droni per GoPro) e altre action cam. La tua Canon, la tua Nikon o qualsiasi altra fotocamera di alta gamma per fotografia e videografia può essere utilizzata per scattare le foto migliori e registrare i video migliori senza problemi.

Una macchina fotografica usata come payload di un drone DJI.

Sono sicuro che molti di voi sono ben consapevoli del fatto che i droni tradizionali non possono davvero sollevare molto. Forse possono reggere il peso di una action cam e del gimbal che la sorregge, ma questo è tutto. Molti dilettanti ricordano quando hanno comprato il loro primo drone e volevano inserire una batteria più grande (più potente, ovviamente) all’interno, solo per rendersi conto che il proprio drone non poteva decollare a causa dei pochi grammi in più a bordo.

Tuttavia, i droni per scopi commerciali possono spesso sollevare pesi impressionanti, ma costano anche un paio di volte in più rispetto ai loro omologhi tradizionali. Quindi, non essere troppo sorpreso quando vedi i droni elencati di seguito con più di 10 o addirittura 15 chilogrammi di potenza di sollevamento. Tutti questi droni sono macchine eccezionali costruite appositamente per il volo preciso e il sollevamento di carichi pesanti. I droni per uso hobbistico non hanno carichi utili così grandi.

Alcuni dei migliori droni per carichi pesanti, o “heavy lifting”. Si noti l’elevato numero di eliche che caratterizza la maggior parte di questi droni.

Il più grande (e praticamente l’unico vero vantaggio rispetto ai modelli di droni convenzionali) di tali droni è la loro capacità di sollevare oggetti pesanti. Mentre la maggior parte dei modelli tradizionali “premium” sul mercato riescono a malapena a sollevare una action cam insieme al relativo gimbal, questi droni ad alta potenza sono in grado di sollevare metà della propria attrezzatura fotografica professionale. Ciò include un sistema di stabilizzazione all’avanguardia e una fotocamera DSLR a tutti gli effetti che porta le immagini aeree ed i video completamente a un altro livello.

Oltre ad essere eccellenti nel trasportare enormi pezzi di attrezzature fotografiche, questi droni sono fantastici anche per molte altre cose. Uno di questi include la pesca ad alta tecnologia. Basta agganciare un meccanismo di rilascio del payload e far passare la corda attraverso di essa et voilà… ora puoi lasciarlo cadere nel mezzo di un lago e sperare in risultati migliori. Inoltre, i droni di sollevamento di carichi pesanti possono essere utilizzati anche per vari tipi di studi scientifici.

Un esempio di pesca con l’aiuto del drone. Puoi trovare diversi droni da pesca qui.

Per quanto riguarda invece i droni per hobby, il cui scopo principale è raggiungere il grande pubblico, i produttori stanno cercando di realizzare i modelli più sofisticati in cui l’obiettivo è aumentare la durata del tempo di volo e l’autonomia di volo. Ma il principale svantaggio è che il prezzo aumenterebbe notevolmente. E quando si concentrano su questi due componenti principali, non prestano attenzione a cose come il carico utile (cioè al peso extra che un utilizzatore potrebbe voler aggiungere).

In effetti, i droni per hobby non sono progettati e dotati di un carico aggiuntivo. Quando osservi la struttura dei droni per hobby, puoi vedere che il carico utile è già utilizzato da apparecchiature come una fotocamera o una batteria aggiuntiva. Ad esempio, se un proprietario di drone per hobby cerca di pilotare un drone aggiungendo peso, ridurrà drasticamente la durata del tempo di volo e la stabilizzazione.

Quindi, in conclusione, quanto peso può trasportare un drone? Ogni drone è progettato per trasportare il carico utile esattamente in base allo scopo principale per cui è stato progettato. Esistono troppe variabili, ma la capacità di trasporto media per i droni per hobby (concepiti per lo sport, per fotografare e per divertirsi) è compresa tra 0,3 e 2 kg, mentre la capacità di trasporto media per i droni professionali (per trasportare carichi utili e altre cose per cui sono progettati) è compresa tra 20 e 220 kg.

Da quali fattori dipende il carico utile?

Potrebbe sembrare tutto un po’ ovvio, ma maggiore è il rapporto potenza/peso del drone, maggiore è il carico utile che può trasportare. Tuttavia, i droni con un alto rapporto potenza/peso sono più pesanti, il che è un vantaggio per trasportare grandi carichi utili ma ha come svantaggio la riduzione della durata del volo. All’apparenza, potresti sempre considerare di aggiornare la batteria, ma una batteria più grande significa un carico utile più pesante, limitando cos’altro puoi includere!

Alcuni esempi di batterie per drone.

Si tratta di sollevare: puoi avere due droni della stessa massa, uno con rotori grandi e uno con rotori piccoli. Quello con rotori più grandi creerà più spinta d’aria con la stessa potenza, nonostante il flusso d’aria sia più lento di quello generato dal drone a rotore più piccolo. Dunque, la dimensione dei rotori può essere solo in prima approssimazione un parametro utile per capire se un drone ha un carico utile maggiore di un altro. Dopodiché, occorre considerare anche la potenza dei motori, il peso del drone, etc.

Infatti il peso, il modello e la fonte di energia di un drone sono i principali fattori che influenzano la sua altitudine massima, la durata del volo, l’autonomia di volo e il carico utile massimo. Fare la domanda su quanto peso può trasportare un drone è come chiedere a quanto può andare veloce l’auto. Tutti i droni sono composti da 3 cose principali: complesso equilibrio di potenza, dimensioni e peso.

Fra i fattori che influenzano la capacità di carico utile del drone, i più importanti tra loro sono: la potenza del motore, le dimensioni e il numero di eliche, il tipo di batteria e il peso del drone. Uno dei fattori che dobbiamo tenere a mente è che la spinta dell’elica dovrebbe essere il doppio del peso totale del drone e del carico utile. I droni devono anche sapere come gestire il vento, la pressione dell’aria e l’umidità nell’aria, che possono influenzare drasticamente il volo del velivolo.

Un drone per carichi pesanti dotato di 8 eliche.

I droni che necessitano di grandi esigenze di sollevamento necessitano anche di una batteria con una capacità maggiore, che aggiunge ulteriore peso al drone. I droni per carichi pesanti, oltre al peso aggiuntivo che devono trasportare, hanno anche bisogno di un telaio per droni resistente e duraturo che sia più pesante della costruzione leggera standard dei droni per hobby.

C’è poi un’altra cosa importante che dobbiamo prendere in considerazione oltre all’aggiunta del carico utile al drone, e cioè il peso al decollo o la capacità che il drone deve usare per decollare. Il peso al decollo è di solito la massima capacità che il drone può gestire per volare senza complicazioni. Altri fattori importanti sono la durata della batteria e il controllo del drone nell’aria mentre trasporta il carico utile.

Naturalmente, se il tuo carico utile si altera con ogni volo, devi sapere esattamente come questo influenzerà la tua spinta verso l’alto. Ecco perché dovresti seguire un corso di pilota di droni avanzato, dove potrai imparare tecniche specifiche per i droni per poter mantenere il controllo manuale sul tuo velivolo in ogni momento, il che significa che le tue abilità di guida manuale saranno molto richieste.