Rilevamento droni tramite il suono: Joanneum Research presenta l'array di microfoni JR-IcoDome32

L'oggetto semisferico sullo stand dell'istituto di Graz Joanneum Research a «DroneVation & Defence 2026» ha un aspetto futuristico. Soprattutto, però, chiarisce una cosa: l'allestimento non ha nulla a che vedere con la forma e le dimensioni di un possibile prodotto finale. Serve alla ricerca sul rilevamento droni acustico avanzato, cioè sull'individuazione, la localizzazione e la classificazione di droni tramite array di microfoni e intelligenza artificiale (IA).

Allo stato attuale la semisfera del JR-IcoDome32 ha un diametro di un metro. L'array è dotato di 32 microfoni omnidirezionali: 26 sono montati sulla semisfera, 6 sulla piastra di base.

Come funziona il rilevamento droni acustico

Con un beamforming basato su GMM (Gaussian mixture model, modello a miscela gaussiana), il dispositivo stima nella gamma di frequenze tra 300 e 2.300 hertz la direzione da cui provengono più sorgenti sonore (direction of arrival, DOA). In parole semplici, i microfoni calibrati rilevano i tempi di propagazione del suono, da cui si può ricavare la direzione di una sorgente. Se i segnali dei microfoni vengono ritardati e sovrapposti in modo mirato, l'array può essere «orientato» elettronicamente in direzioni specifiche, amplificando il suono proveniente dalla direzione desiderata.

Grazie a una tecnologia veloce, ciò avviene più di dieci volte al secondo, per un massimo di 1.000 direzioni spaziali all'interno della banda di frequenze indicata. I cluster sonori rilevati vengono modellati matematicamente e seguiti nel tempo. I segnali vengono poi estratti e trasmessi a un'IA che li classifica, per esempio come «rumore di multicottero».

Portate, limiti e il prodotto futuro

L'acustica ha però i suoi limiti. In terreno aperto i piccoli droni giocattolo possono essere rilevati a 100-150 metri, i quadricotteri con fotocamera più grandi al massimo a 300 metri. Per un grande drone a visione in prima persona (FPV), un esacottero o un ottocottero il limite è di 500-600 metri. I droni di grandi dimensioni con motore a combustione possono essere rilevati, a seconda del modello, a oltre un chilometro. Un vantaggio è che il sistema funziona in modo completamente passivo e quindi non può essere localizzato. Il prodotto finale previsto non avrà alcuna somiglianza con l'attuale sistema sperimentale.

Utilizzerà infatti microfoni MEMS (micro-electro-mechanical system, sistema microelettromeccanico) miniaturizzati su un circuito stampato, come quelli noti per esempio dai telefoni cellulari.

Nell'impiego pratico la trasmissione dei segnali dovrà richiedere la minor larghezza di banda possibile. I dati grezzi non vengono quindi trasmessi in streaming: tutta l'elaborazione del segnale avviene localmente sul sistema e vengono inviati solo allarmi e notifiche di eventi.

Sono previsti sia l'impiego fisso sia quello mobile. Nei test in movimento il sistema sperimentale ha dato buona prova a velocità di marcia fino a 40-50 chilometri orari. In movimento, però, la portata si riduce fino a un terzo del valore in postazione fissa.

Il sistema sperimentale richiede circa 100 watt di potenza. Il prodotto finale con microfoni MEMS e unità di calcolo integrata dovrà consumarne meno di 50.