Harvard sviluppa un drone VTOL stampato in 3D per seguire i capodogli senza pista di decollo
Un progetto nato per la ricerca marina sul campo
Alla Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, gli studenti di ingegneria meccanica Kuma McCraw e Mikaya Parente hanno sviluppato come progetto finale un drone VTOL ad ala fissa pensato per supportare la biologia marina. Il velivolo è stato progettato per decollare verticalmente da una piccola imbarcazione di ricerca e poi passare al volo ad ala fissa, così da coprire tempi e distanze maggiori rispetto a un quadricottero tradizionale. L’obiettivo operativo è localizzare i capodogli monitorati al largo di Dominica tramite trasmettitori VHF, in un contesto di ricerca collegato al lavoro di Harvard SEAS e di Project CETI.
Perché il tracciamento dei capodogli è un problema tecnico complesso
Il nodo centrale non è semplicemente vedere le balene, ma ricostruirne la posizione in mare in modo abbastanza preciso da permettere agli studiosi di seguirne movimenti e comportamento. I tag VHF citati dagli studenti non forniscono coordinate GPS: restituiscono invece segnali che devono essere rilevati da più posizioni per stimare la posizione dell’animale. Inoltre i sistemi VHF e satellitari trasmettono solo quando l’animale è in superficie o vicino alla superficie, mentre in immersione il segnale non attraversa l’acqua; questo rende il monitoraggio intermittente e più difficile da gestire in mare aperto.
Dal quadricottero al VTOL ad ala fissa
McCraw e Parente sono arrivati a questo progetto dopo aver costruito un quadricottero stampato in 3D per MakeHarvard 2025, la makeathon ingegneristica annuale organizzata ad Harvard. Da lì hanno deciso di passare a una piattaforma più adatta a missioni lunghe. Il punto è pratico: un quadricottero è più semplice e più economico da usare, ma ha autonomia limitata; nell’articolo di 3DPrint.com viene riportato che i quadricotteri impiegati per questo tipo di compiti restano in volo circa 15-30 minuti, mentre i VTOL possono spingersi su missioni di 1-6 ore. In uno scenario di ricerca marina, questa differenza cambia l’area esplorabile, il numero di misure raccoglibili e la qualità della triangolazione del segnale.
Come è stato costruito il prototipo
Il progetto ha seguito una scansione molto concreta. Il primo mese è servito a definire il problema, i requisiti tecnici e i componenti necessari per far volare il mezzo. I cinque mesi successivi sono stati dedicati a fusoliera, ala principale e impennaggi. Per contenere i costi e accelerare i cicli di prova, gli studenti hanno combinato stampa 3D, taglio della schiuma con filo caldo e componenti in fibra di carbonio a basso costo. Nella fase finale hanno eseguito test di volo, raccolta dati e simulazioni CFD per comprendere meglio il comportamento aerodinamico in configurazione ad ala fissa. Tra le lavorazioni più delicate hanno indicato la fiberglassatura delle superfici alari e degli impennaggi, con rinforzi in fibra di vetro e Kevlar e applicazione di resina epossidica.
Il ruolo delle organizzazioni coinvolte
Attorno a questo drone non c’è solo il lavoro dei due studenti. Harvard SEAS inquadra il progetto nel corso capstone ES 100, con la supervisione della docente Stephanie Gil. Gli studenti spiegano anche di essersi collegati al REACT Lab di Gil, impegnato sul tracciamento delle balene con droni e sulle attività oceaniche in collaborazione con Project CETI. Project CETI è una organizzazione non profit che lavora a Dominica sull’ascolto e sull’analisi della comunicazione dei capodogli usando robotica, machine learning, droni aerei e grandi dataset acustici. In parallelo, il Dominica Sperm Whale Project collabora con partner di Project CETI, MIT CSAIL, UC Berkeley e University of Haifa per studiare comportamento, vocalizzazioni e interazioni sociali dei capodogli, anche tramite video da drone e visione artificiale.
Perché questo drone può avere un valore operativo reale
Il valore del progetto sta nel mettere insieme tre esigenze che sul campo spesso entrano in conflitto: decollo da spazi ridotti, autonomia più alta e raccolta di misure VHF da più punti utili alla triangolazione. Questa logica è coerente con un altro filone di ricerca già pubblicato da Harvard e Project CETI, nel quale droni aerei con sensori VHF e modelli predittivi del comportamento di immersione vengono usati per stimare dove e quando una balena riemergerà. In quel lavoro, il framework AVATARS unisce sensing e pianificazione autonoma per massimizzare gli incontri con le balene in superficie e viene indicato anche come base per possibili applicazioni di conservazione, per esempio nella riduzione del rischio di collisioni con le navi. Il drone sviluppato da McCraw e Parente si inserisce bene in questa traiettoria: non è un semplice esercizio universitario, ma una piattaforma sperimentale che prova a rispondere a vincoli operativi reali della ricerca marina.
Cosa dice questo caso sull’uso della stampa 3D nei droni di ricerca
La stampa 3D non è l’unico elemento decisivo del progetto, ma qui svolge una funzione precisa: permette iterazioni rapide, costi più bassi e una personalizzazione della struttura in base alla missione. In ambito universitario questo conta molto, perché consente di passare più rapidamente da un’idea a un prototipo testabile. Nel caso del drone di Harvard, la manifattura additiva è stata usata insieme ad altre tecniche leggere e accessibili per costruire una cellula su misura, adattata al lancio da barca e alla raccolta di segnali VHF in ambiente marino. La parte interessante non è soltanto che il drone sia stato stampato in 3D, ma che la stampa 3D sia stata inserita dentro un processo ingegneristico completo fatto di definizione dei requisiti, prototipazione, prove di volo e simulazione aerodinamica.
