Quando i sensori ascoltano «dietro l'angolo
Non sempre si possono vedere i droni, ma quasi sempre si possono sentire. Una tecnologia di rilevamento acustico sviluppata dal Fraunhofer IDMT è progettata per rilevare gli oggetti volanti senza pilota anche al di fuori del campo visivo. Potrebbe essere un'aggiunta cruciale ai concetti di sicurezza esistenti.
I droni fanno da tempo parte della vita quotidiana: come attrezzatura per il tempo libero, come strumento per l'industria e i media, ma sempre più spesso anche come rischio in aree critiche per la sicurezza. Infatti, non appena un oggetto volante senza pilota si avvicina a zone sensibili senza autorizzazione, le cose possono rapidamente complicarsi: in occasione di grandi eventi, negli aeroporti o intorno a infrastrutture critiche. Il problema principale è che i metodi di rilevamento convenzionali non funzionano in modo affidabile in ogni situazione. I sistemi ottici si basano su una linea visiva libera, i radar possono essere limitati dal terreno o dalla vegetazione e la ricognizione radio raggiunge i suoi limiti quando i droni non inviano alcuna traccia radio o solo tracce radio difficili da rilevare, ad esempio con i sistemi a fibra ottica o a fibra controllata.
Supplemento al radar
È proprio qui che entra in gioco la soluzione dell'Istituto Fraunhofer per la tecnologia dei media digitali IDMT di Oldenburg: un sensore acustico integrato che riconosce e localizza i droni anche al di fuori della linea di vista. «L'approccio è espressamente inteso come integrazione di radar, telecamere o lidar e colma una lacuna», spiega Christian Rollwage, responsabile del progetto. «L'acustica non richiede una linea di vista e può quindi fornire informazioni anche dove altri sensori sono »ciechi', ad esempio nelle aree boschive o nei canyon urbani". Il sistema ascolta dietro gli angoli, per così dire, e può quindi rilevare le operazioni dei droni anche in aree edificate o boschive.
Apprendimento automatico anziché monitoraggio continuo
Il cuore della tecnologia è la classificazione e la valutazione automatica dei suoni. Paul Reuter, membro del team del progetto, descrive la base tecnica come un processo di apprendimento automatico, in particolare metodi di apprendimento profondo con reti neurali. «Gli spettrogrammi, cioè le rappresentazioni del contenuto di frequenza di un segnale audio nel tempo, servono spesso come base». In queste immagini sonore sono emersi degli schemi caratteristici: «I droni generano una frequenza fondamentale e armoniche sovrapposte attraverso i loro rotori, che formano un tipico schema armonico. Il sistema apprende questo schema durante l'addestramento e può poi decidere in tempo reale: Drone - sì o no», spiega Christian Rollwage.
«Il rilevamento acustico dei droni non sostituisce i sistemi esistenti, ma è un'utile aggiunta quando radar, telecamere o radio raggiungono i loro limiti fisici».»
Dal punto di vista dell'utente, il fattore decisivo è che il sistema sia progettato per l'automazione. Non deve essere costantemente monitorato dal personale, ma deve attivare una catena di messaggi o di allarmi quando viene rilevato un drone. Reuter sottolinea che in linea di principio è previsto anche l'inoltro ai centri di controllo o ai sistemi dei clienti, ad esempio come approccio edge/IoT, in cui la valutazione e la segnalazione avvengono il più vicino possibile al sensore.
Gamma, limiti e robustezza
Come per tutti i rilevamenti acustici, la portata dipende dalle condizioni, in particolare dal rapporto segnale/rumore. «Il vento e i rumori ambientali, come il traffico, possono rendere più difficile il rilevamento. In condizioni favorevoli, sono possibili portate di circa 100-200 metri», spiega Rollwage. Allo stesso tempo, i ricercatori stanno lavorando per ridurre le interferenze a livello hardware. Reuter descrive il vento come un fattore particolarmente critico: «Una forte turbolenza direttamente sul microfono può sovrapporre meccanicamente i segnali, motivo per cui la protezione dal vento fa parte della progettazione del sistema».»
Un altro vantaggio: rispetto ai sistemi radar o a telecamera ad alta risoluzione, la soluzione acustica è a basso consumo energetico e quindi adatta al funzionamento autonomo a batteria. È inoltre possibile un concetto di wake-up: dopo un primo contatto acustico, è possibile attivare altri sensori in modo mirato - un approccio che consente di risparmiare risorse e allo stesso tempo di aumentare la sicurezza complessiva.
Fusione dei dati dei sensori: meno falsi allarmi, più sicurezza
In pratica, l'acustica non dovrebbe rimanere da sola, ma essere incorporata in una fusione di dati di sensori. Questa combinazione aumenta la robustezza perché diverse modalità possono verificare lo stesso incidente. Rollwage sottolinea che i falsi allarmi sono particolarmente problematici: «Se un sistema colpisce troppo spesso senza che si verifichi un incidente reale, l'attenzione cala e, in caso di emergenza, la risposta è troppo tardiva».»
Secondo gli esperti, la tecnologia può raggiungere una copertura a 360°. È ipotizzabile un'estensione ad altri eventi acustici, dai veicoli al rumore degli spari. Grazie alla loro buona disponibilità, i sensori acustici possono essere distribuiti su un'ampia area.
Campi di applicazione: dagli eventi alle infrastrutture critiche
Le possibili aree di applicazione della tecnologia potrebbero includere la protezione di prigioni, grandi eventi e proprietà. Anche gli aeroporti sono considerati particolarmente sensibili, perché i droni possono causare danni considerevoli a causa di collisioni o interferenze. «Questo include anche la protezione dei siti di prova, dove vengono testati nuovi veicoli, noti come prototipi, per esempio», dice Reuter.
Protezione dei dati e maturità del prodotto
La protezione dei dati gioca un ruolo importante anche in termini legali, soprattutto perché i microfoni sono considerati sensibili in molti contesti. Secondo Rollwage, tuttavia, il sistema è progettato in modo tale che nessun dato audio venga memorizzato in modo permanente: L'analisi avviene sul sensore o localmente, con una finestra di memorizzazione molto breve e fugace di pochi secondi. Inoltre, se necessario, gli algoritmi possono riconoscere le voci e trattarle di conseguenza.
Il sistema non è ancora un prodotto finito per il cliente finale nel senso tradizionale del termine. L'IDMT sta sviluppando la tecnologia a un livello elevato di maturità e sta quindi cercando partner per portarla alla maturità del prodotto. Di conseguenza, l'offerta si rivolge principalmente alle aziende del settore della difesa e della sicurezza, ai produttori di sistemi di rilevamento di droni esistenti e agli integratori di sistemi che desiderano integrare sensori acustici come livello di rilevamento aggiuntivo.
