L’ombrello volante stampato in 3D che ti segue autonomamente
Un ombrello che vola da solo e segue il proprietario senza bisogno di tenerlo in mano. Non è fantascienza, ma il risultato di un progetto di manifattura additiva sviluppato da John Xu, creatore del canale YouTube I Build Stuff.
La seconda versione di questo dispositivo rappresenta un’evoluzione significativa rispetto al prototipo iniziale. Il primo modello richiedeva un radiocomando per il pilotaggio, mentre l’attuale sistema è completamente autonomo e permette di camminare sotto la pioggia o il sole a mani libere.
- Ombrello autonomo con quattro eliche e sistema di tracciamento avanzato
- Componenti strutturali stampati in nylon caricato con fibra di carbonio
- Fotocamera ToF e Raspberry Pi per il tracciamento in tempo reale
- Testato con successo anche sotto pioggia intensa
Design strutturale e manifattura additiva
La stampa 3D ha permesso lo sviluppo iterativo di componenti strutturali complessi, ottimizzati attraverso test successivi per ridurre le vibrazioni.
Il cuore del sistema è un nucleo centrale stampato in 3D che collega l’elettronica all’ombrello. Quattro bracci pieghevoli ospitano le eliche: quando l’ombrello è chiuso si ripiegano, mentre all’apertura un meccanismo di bloccaggio li fissa in posizione stabile.
Cerniere, piastre di fissaggio e altri componenti hanno richiesto numerose iterazioni di progettazione, stampa e test. L’obiettivo era ridurre le vibrazioni che interferivano con il controller di volo.
Le parti strutturali sono state realizzate in nylon caricato con fibra di carbonio. Questo materiale tecnico garantisce la rigidità necessaria per mantenere la stabilità in volo.
Evoluzione degli strumenti di stampa
Il passaggio a una stampante con camera riscaldata ha risolto i problemi di deformazione dei materiali tecnici.
John Xu ha iniziato il progetto con una Bambu Lab X1C e lo ha completato con una H2D. La camera riscaldata di quest’ultima ha permesso di stampare materiale tecnico senza deformazioni dei pezzi.
Questo cambio di tecnologia evidenzia come la scelta della stampante 3D influenzi direttamente la qualità dei componenti finali, soprattutto quando si lavora con materiali compositi.
Sistema di tracciamento autonomo
Dopo aver testato diverse tecnologie, la fotocamera time-of-flight si è rivelata la soluzione più efficace per il tracciamento preciso dell’utente.
Il vero salto tecnologico riguarda il sistema di tracciamento. John ha costruito un drone di prova per sperimentare diverse soluzioni: fotocamere convenzionali, GPS con precisione di 3 metri (insufficiente) e infine una fotocamera time-of-flight.
La fotocamera ToF emette luce in modo continuo e misura lo sfasamento dell’onda riflessa. Questo calcola la distanza e genera una mappa di profondità tridimensionale.
Funzionamento del sistema di tracciamento
- Acquisizione: La fotocamera ToF emette luce e rileva lo sfasamento dell’onda riflessa.
- Elaborazione: Una Raspberry Pi processa i dati in tempo reale e localizza la testa dell’utente.
- Controllo: Il sistema invia istruzioni al controller di volo per mantenere l’ombrello centrato.
Una Raspberry Pi elabora questi dati in tempo reale, localizza la testa dell’utente e invia le istruzioni necessarie al controller di volo. L’ombrello resta così centrato sulla persona.
Test sul campo e risultati
Dopo numerosi imprevisti e fasi di riprogettazione, l’ombrello è riuscito a decollare e seguire l’utente in modo autonomo. Il sistema ha superato anche il test più critico: funzionare sotto pioggia intensa.
Il progetto dimostra come la stampa 3D permetta cicli di sviluppo rapidi: progettare, stampare, testare e riprogettare diventa un processo iterativo efficiente per prototipi funzionali complessi.
Questo progetto rappresenta un esempio concreto di come la manifattura additiva abiliti lo sviluppo di dispositivi innovativi. La possibilità di iterare rapidamente il design e stampare componenti personalizzati in materiali tecnici ha reso possibile un prodotto che sarebbe stato difficile da realizzare con metodi tradizionali.
articolo scritto con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale
Q&A
Di quale materiale sono realizzati i componenti strutturali dell'ombrello?
Le parti strutturali, inclusi il nucleo centrale e i bracci, sono stampate in nylon caricato con fibra di carbonio. Questo materiale tecnico è stato scelto per garantire la rigidità necessaria a mantenere la stabilità durante il volo.
Come funziona il sistema di tracciamento autonomo del dispositivo?
Il sistema utilizza una fotocamera time-of-flight (ToF) montata su un Raspberry Pi per tracciare l'utente in tempo reale. Questa tecnologia misura lo sfasamento della luce riflessa per calcolare la distanza precisa, superando i limiti del GPS e delle fotocamere convenzionali.
Quali differenze ci sono tra la prima e la seconda versione dell'ombrello volante?
La prima versione richiedeva un radiocomando manuale per essere pilotata dall'utente. La seconda versione è invece completamente autonoma, permettendo di camminare a mani libere sotto la pioggia o il sole senza intervento diretto.
Perché è stato necessario cambiare stampante 3D durante lo sviluppo del progetto?
Il progetto è passato da una Bambu Lab X1C a una H2D per sfruttare la camera riscaldata di quest'ultima. Questo ha eliminato le deformazioni dei pezzi causate dalla stampa di materiali tecnici compositi come il nylon carbonio.
Qual era l'obiettivo delle numerose iterazioni di progettazione delle cerniere e delle piastre?
Le iterazioni di stampa e test avevano lo scopo specifico di ridurre le vibrazioni meccaniche che interferivano con il corretto funzionamento del controller di volo. Il design finale ottimizzato assicura ora un volo stabile anche con eliche in movimento.
