Un drone FPV (dall’inglese First Person View, “visuale in prima persona”), noto anche come drone da corsa, è un velivolo a pilotaggio remoto dotato di videocamera e sistema di trasmissione video in tempo reale. Il pilota può, grazie ad un modulo di ricezione video appositamente progettato, indossare un visore o un paio di occhiali in grado di mostrare in tempo reale la visuale del drone, permettendo movimenti più precisi e dinamici, particolarmente apprezzati nelle competizioni di velocità, nelle acrobazie aeree e nelle riprese cinematografiche ad alta mobilità.
Gli usi dei droni FPV spaziano da un impiego cinematico (atto a effettuare riprese dinamiche e immersive), al freestyling, dove i piloti si cimentano in acrobazie e trick, fino al vero e proprio racing nei circuiti. Il racing, riconosciuto a tutti gli effetti come attività sportiva dal CONI, si svolge su una pista o un percorso prestabilito con l'obiettivo di completarlo il più rapidamente possibile (evitando vari ostacoli, come bandiere, anelli o portali).
Le corse di droni sono iniziate in Germania nel 2011 quando un certo numero di piloti dilettanti ha cominciato a sfidarsi in gare semi-organizzate a Karlsruhe. In Italia le competizioni ufficiali sono iniziate circa nel 2014, con i primi tornei indoor come il ModelDrome, il Marche Drone Week, il Drone Extreme a Torino. Dal 2018 si svolgono il campionato italiano F9U per piloti professionisti e la Coppa Italia DRF, che riunisce professionisti e amatori in un'unica classifica nazionale.
Caratteristiche
I piloti sono in grado di "vedere" quel che la fotocamera montata sul drone inquadra, grazie ad un visore indossato dal pilota. Il radiocomando, il drone e gli occhiali comunicano via radio grazie a delle antenne sintonizzate su una certa banda e frequenza, che devono garantire la minor latenza possibile. Per questo motivo fino al 2018 sono stati utilizzati esclusivamente sistemi di trasmissione analogica per l'FPV, in grado di garantire latenze da 10ms a 30ms. Dal 2018 con il lancio sul mercato del sistema FPV di DJI, anche il digitale è riuscito a garantire latenze bassissime pur mantenendo una qualità dell'immagine in HD a 1080p.
Piloti italiani in una gara drone racing fpv al Badside Flight Camp di Caluso (TO)
Qualsiasi drone può essere utilizzato per gareggiare, tuttavia i campionati di corse FPV sono molto competitivi e richiedono che i droni soddisfino determinati standard (come l'utilizzo di led di uno specifico colore, transponder infrarossi, una frequenza di banda diversa dagli altri piloti, trasmittente video a 25 mw, etc). I droni da corsa sono progettati per la velocità e l'aerodinamica, al contrario di un drone da ripresa cinematica che si concentra maggiormente sugli scatti fotografici e non sulla velocità intrinseca del mezzo. La particolarità dei droni racing FPV è il fatto di essere generalmente autocostruiti, ovvero assemblati dai piloti stessi.
Ecco una lista delle principali componenti di un drone FPV montati a bordo:
Frame, ovvero il telaio su cui sono montate tutte le altre componenti.
Flight Controller, il cervello del drone, una scheda di circuiti con accelerometro e giroscopio in grado di calcolare in millesimi di secondo la rotazione del drone sui 3 assi cartesiani. Al Flight Controller si collegano tutte le periferiche ad eccezione dei motori che sono saldati invece sugli ESC. Il Flight Controller riceve gli impulsi radio trasmessi dal pilota e di conseguenza regola la velocità dei motori per poter eseguire le manovre, attraverso l'ESC.
ESC(Electronic Speed Controller), una scheda elettronica che regola la velocità dei motori in maniera indipendente gli uni dagli altri, per poter garantire la manovrabilità del velivolo.
Ricevente RX, un circuito elettronico con antenna che riceve il segnale radio dal radiocomando del pilota.
Trasmittente video (VTX), un circuito con antenna trasmittente che trasmette il video feed della telecamera fpv agli occhiali del pilota.
Telecamera FPV, telecamera di piccole dimensioni montata a prua del Drone per poter inquadrare frontalmente.
GPS
Eliche, vengono fissate sulla campana dei motori tramite dadi o viti.
Componenti necessarie per il pilotaggio remoto in FPV non montati a bordo:
Occhiali FPV o visori o monitor
Antenne di ricezione video
Radiocomando
Su ogni Flight Controller è inoltre installato un firmware di volo, ovvero un software programmabile tramite il collegamento USB del flight controller ad un computer.
Il firmware di volo permette al flight controller di stabilire in ogni istante l'esatta rotazione del velivolo sui 3 assi (Roll - Pitch - Yaw) e di applicare il PID Loop dopo aver ricevuto i comandi radio impartiti dal pilota.
I principali firmware di volo ad oggi sono: Betaflight, Emuflight, iNav e Kiss.
Pilotaggio
Effetto causato dall'angolo dell'inquadratura su un drone FPV. Più inclinata è la videocamera, maggiore sarà l'inclinazione necessaria per vedere l'orizzonte (beccheggio)Cattura stroboscopica di un drone FPV (modello Mario 5) in virata. L'immagine illustra la traiettoria e l'inclinazione laterale nel senso della curva realizzata in CGI tramite i Geometry Nodes di Blender.
Il pilotaggio di un drone FPV (First-Person View) richiede una coordinazione oculo-manuale nettamente superiore rispetto ai droni commerciali stabilizzati. L'operatore mantiene il controllo totale e continuo dell'aeromobile dal decollo all'atterraggio, operando generalmente in assenza di sistemi di assistenza al volo come il mantenimento dell'altitudine, il posizionamento GPS o l'auto-livellamento.
Questa modalità di volo manuale, comunemente definita Acro (acrobatica) o Rate, è lo standard nel settore: essa non corregge l'inclinazione del mezzo rilasciando i comandi, garantendo così la massima libertà di manovra sull'asse tridimensionale. Questo grado di controllo è un requisito indispensabile per discipline dinamiche come il freestyle e il racing.
Controlli di volo (Radiocomando)
Il radiocomando permette all'operatore di gestire il drone sui quattro assi spaziali tramite due stick analogici. La configurazione più diffusa a livello globale per i droni FPV è la cosiddetta "Modalità 2" (Mode 2), che suddivide i comandi come segue:
Joystick sinistro
Gestisce la potenza e la rotazione orizzontale:
Motore (Throttle): L'escursione verticale (avanti/indietro) regola la potenza erogata dai motori. Diversamente dai droni stabilizzati, in modalità Acro questo stick non torna automaticamente al centro. È il comando fondamentale per gestire la quota, contrastare la forza di gravità e determinare la velocità del mezzo.
Imbardata (Yaw): L'escursione orizzontale (destra/sinistra) controlla la rotazione del drone sul proprio asse verticale (Z). Consente al velivolo di ruotare su sé stesso sul posto.
Joystick destro
Gestisce i movimenti direzionali e l'inclinazione:
Beccheggio (Pitch): L'escursione verticale inclina il drone in avanti o all'indietro lungo l'asse trasversale (Y). Inclinando il muso verso il basso, la spinta delle eliche si scompone in spinta verticale (sostentamento) e orizzontale (avanzamento). La dinamica del beccheggio è strettamente legata all'inclinazione (tilt) della videocamera FPV installata a bordo: maggiore è l'angolo di inclinazione della lente verso l'alto, maggiore dovrà essere l'inclinazione del drone per permettere al pilota di vedere l'orizzonte. Ne consegue che ad angoli di videocamera bassi corrisponde un volo più lento e di precisione, mentre ad angoli elevati corrisponde uno stile di volo molto più veloce e aggressivo.
Rollio (Roll): L'escursione orizzontale inclina il drone lateralmente lungo l'asse longitudinale (X). L'azione combinata di rollio (per inclinare il mezzo) e imbardata (per chiudere il raggio) è necessaria per eseguire correttamente una virata in volo.
Telemetria e OSD
Durante il volo, il pilota non ha un contatto visivo diretto (a vista) con il drone, pertanto riceve una serie di informazioni telemetriche vitali sovrimpresse sul flusso video all'interno del visore. Questo sistema prende il nome di OSD (On-Screen Display). Le metriche fondamentali da monitorare includono:
Tensione della batteria (Voltage): Indica la carica residua del pacco batteria (generalmente LiPo). Il monitoraggio costante previene l'eccessivo scaricamento delle celle e lo spegnimento improvviso dei motori in volo.
Potenza del segnale (RSSI): Acronimo di Received Signal Strength Indicator, misura la potenza del segnale di controllo radio ricevuto dal drone.
Qualità del collegamento (Link Quality): Indica l'integrità del pacchetto dati scambiato tra radio e ricevente. Insieme all'RSSI, permette al pilota di capire se il drone sta uscendo dal raggio di copertura o se vi sono ostacoli fisici, prevenendo la perdita di controllo e la conseguente caduta (failsafe).
Coppa Italia Drone Racing DRF
La principale competizione italiana al momento è la Coppa Italia Drone Racing DRF, torneo che riunisce tutti i piloti italiani, professionisti e amatori, in un'unica classifica nazionale. La competizione si svolge in diverse tappe sparse per altrettanti campi di volo per l'Italia.
