I ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per la comunicazione, l'elaborazione delle informazioni e l'ergonomia FKIE stanno cercando di colmare una lacuna nella fornitura di servizi di gestione delle catastrofi con una nuova tecnologia. In futuro, i droni dotati di array di microfoni saranno in grado di localizzare con precisione le grida di aiuto e altri segnali acustici. In questo modo, potranno fornire informazioni sulla loro posizione alle squadre di soccorso. Il drone, quindi, aumenta notevolmente le possibilità di un rapido salvataggio delle vittime che non possono essere individuate con una telecamera.
Tecnologia per un soccorso immediato
Quando una regione viene colpita da un disastro naturale, ogni minuto è importante per salvare le vittime. Ma la ricerca dei sopravvissuti è un lavoro complesso. Per questo motivo si sta diffondendo sempre di più l'uso di droni dotati di telecamere a luce diurna e termocamere. Questi possono sorvolare rapidamente vaste aree di infrastrutture in rovina, localizzare le vittime e accelerare la risposta delle squadre di soccorso. Il problema è che le vittime intrappolate sotto le macerie non possono essere viste da questi sensori di imaging. Inoltre, fattori come il fumo denso, la nebbia o l'oscurità limitano l'efficacia delle telecamere. Per questo, i ricercatori del Fraunhofer FKIE stanno lavorando a LUCY (Listening system Using a Crow's nest arraY), una soluzione che consente di aggiungere sensori acustici alle telecamere. Si tratta di una tecnologia (sviluppata da Macarena Varela, scienziata del FKIE, in collaborazione con i colleghi e con il Dr. Marc Oispuu, leader del gruppo di ricerca) utile per salvare le vite delle persone sepolte dalle macerie o intrappolate dagli incendi.
L'array di microfoni riceve segnali da tutte le direzioni
LUCY è un array di microfoni MEMS - "array a nido di corvo" - montato sui droni per determinare la direzione da cui provengono i rumori. I microfoni MEMS, piccoli e robusti, sono poco costosi e si trovano anche negli smartphone. La particolarità di questo sistema è che i microfoni sono attaccati alla parte inferiore del drone in una speciale configurazione geometrica e possono percepire i suoni da tutte le direzioni.
Ispirato all'orecchio umano
LUCY funziona in modo simile all'orecchio umano: recepisce le informazioni sonore e le trasmette al cervello, che le analizza. Nel caso del sistema ad array, le orecchie sono sostituite da microfoni e il cervello da un'unità di elaborazione del segnale che valuta la direzione di provenienza dei rumori. LUCY dispone attualmente di 48 microfoni, che consentono di determinare la direzione della sorgente sonora con un'eccellente precisione. "L'udito spaziale funziona ovviamente meglio con 48 o più microfoni che con due sensori acustici, e anche l'udito mirato in una particolare direzione e la capacità di ignorare determinati suoni", afferma il dottor Oispuu. Inoltre, il sistema è in grado di percepire frequenze che l'orecchio umano non è in grado di registrare. In futuro, il numero di microfoni sarà aumentato a 256 sensori in grado di elaborare i segnali in tempo reale.
I rumori ambientali di distrazione vengono filtrati
Il sistema blocca i rumori ambientali distraenti, come quelli provenienti dalle attrezzature di soccorso, dal vento o dagli uccelli, oltre che dal drone stesso. Per filtrare i segnali vengono utilizzati metodi di intelligenza artificiale (AI) e filtri adattivi. Allo stesso tempo, il sistema viene istruito a rilevare modelli sonori come grida, colpi o battiti di mani. Per fare ciò, il sistema utilizza un database di suoni su cui l'intelligenza artificiale è stata addestrata in precedenza. In combinazione con tecniche di elaborazione del segnale, come la formazione coerente del fascio, questo permette di rilevare e classificare i rumori, determinando con precisione il loro angolo di incidenza. Inoltre, un'unità di elaborazione compatta garantisce un'elaborazione molto rapida dei segnali. Quando si verifica una catastrofe, i dati di localizzazione ricevuti vengono trasmessi alle squadre di soccorso, che possono utilizzare i tablet, ad esempio, per identificare la posizione esatta delle vittime.
Un array leggero e versatile
Grazie alla loro scalabilità, i moduli sensori e gli array di microfoni possono essere utilizzati su numerosi droni disponibili in commercio. Poiché sia la tecnologia MEMS, sia i droni sono relativamente economici, è possibile utilizzare più veicoli aerei senza pilota per indagare efficacemente sulla zona del disastro. Grazie al suo peso ridotto, i soccorritori possono portare con sé il sistema LUCY per utilizzarlo anche a terra, e può essere montato su veicoli o utilizzato come apparecchiatura fissa. I ricercatori dell'FKIE stanno attualmente lavorando a ulteriori miglioramenti del sistema sperimentale.
