8 febbraio 2024
Dopo una catastrofe ogni minuto conta. Nella ricerca dei sopravvissuti, vengono spesso utilizzati velivoli senza equipaggio (UAV) che forniscono un quadro iniziale della situazione in aree difficili da raggiungere e aiutano a rintracciare le vittime, purché visibili. I ricercatori dell’istituto Fraunhofer FKIE vogliono utilizzare una nuova tecnologia per colmare una lacuna nella protezione dalle catastrofi: in futuro, i droni dotati di un array di microfoni saranno in grado di captare le grida di aiuto e i segnali acustici di persone in difficoltà rilevandone l’esatta posizione per fornire alle unità di soccorso i dati di localizzazione dei feriti. Ciò aumenta notevolmente le possibilità di un salvataggio rapido di persone sepolte dalle macerie che non possono essere individuate dalla fotocamera.
Inondazioni in Libia, Grecia e Slovenia, incendi alle Hawaii e Tenerife, terremoti in Turchia e Marocco: se una regione è colpita da un disastro naturale, ogni minuto conta per salvare i feriti. Ma la ricerca dei sopravvissuti è complessa, gli edifici e le strade possono essere danneggiati e vaste aree inaccessibili. Di conseguenza, i droni dotati di videocamera termica e a luce naturale vengono sempre più spesso utilizzati per sorvolare rapidamente vaste zone con infrastrutture distrutte, individuare le persone in cerca d’aiuto e velocizzare la risposta delle squadre di soccorso. Ma c’è un problema: le vittime intrappolate sotto i detriti non sono visibili a questi sensori di immagine. Anche in presenza di fumo denso, fitta nebbia e oscurità, l’efficacia delle telecamere è ridotta. Per questi scenari, i ricercatori di Fraunhofer FKIE stanno progettando una soluzione che possa dotare le telecamere di sensori acustici: con LUCY, acronimo di Listening System Using a Crow’s Nest Array, è stata sviluppata una tecnologia che può salvare le vite di coloro che sono sepolti da macerie e intrappolati negli incendi.
Un array di microfoni riceve segnali da tutte le direzioni
LUCY è un array di microfoni MEMS, un cosiddetto «array a nido di corvo», montato sui droni per determinare la direzione da cui provengono i suoni, come le grida di aiuto, battiti di mani o qualsiasi altro segnale acustico. I microfoni MEMS sono piccoli e robusti, poco costosi e vengono utilizzati ad esempio anche negli smartphone. La particolarità di questo sistema è che i microfoni sono montati nella parte inferiore del drone in una speciale configurazione geometrica e possono percepire i suoni provenienti da qualsiasi direzione.
LUCY funziona analogamente all’orecchio umano che recepisce le informazioni sonore e le trasmette al cervello, dove vengono analizzate. Nel sistema ad array, le orecchie sono sostituite da microfoni, e il cervello da un’unità di elaborazione del segnale che stima la direzione della provenienza dei rumori. Poiché LUCY attualmente dispone non solo di due ma di ben 48 microfoni, la direzione della sorgente audio può essere determinata con precisione.
Inoltre, il sistema rileva le frequenze che l’orecchio umano non è in grado di registrare. 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, ad esempio provenienti da dispositivi di soccorso, vento o uccelli nonché dal rotore del drone stesso. Metodi di intelligenza artificiale (IA) e filtri adattivi vengono impiegati per filtrare i segnali e per imparare a riconoscere modelli sonori come grida, colpi o battiti di mani con cui le persone possono attirare l’attenzione in situazioni di emergenza. Il sistema utilizza un database di suoni diversi con cui l’IA è stata precedentemente addestrata. In combinazione con tecniche di elaborazione del segnale, quali il beamforming coerente, vengono rilevati e classificati i rumori determinando con precisione il loro angolo di incidenza. Un’unità di elaborazione compatta consente inoltre di elaborare i segnali molto rapidamente. Quando si verifica una catastrofe, i dati di localizzazione ricevuti devono essere trasmessi alle squadre di soccorso che possono poi utilizzare, ad esempio, i tablet per identificare la posizione esatta di chi è in cerca d’aiuto.
LUCY, un peso piuma
Grazie alla loro scalabilità, i moduli sensore e gli array di microfoni possono essere utilizzati su molti droni disponibili in commercio. Poiché sia la tecnologia MEMS sia droni sono piuttosto economici, se ne potrebbero utilizzare diversi per esplorare efficacemente l’area del disastro. Grazie al suo peso ridotto, i soccorritori possono anche portare con sé il sistema LUCY che può inoltre essere montato su veicoli terrestri o usato come apparecchiatura fissa.