Phil Underwood ha dedicato vent’anni alla mappatura di grotte sotterranee. Il suo lavoro ha prodotto una serie di dispositivi open hardware che aumentano velocità e precisione dei rilievi. Il percorso parte da strumenti basati su microcontrollori a 8 bit e arriva a un sistema completo di fotogrammetria. Ogni generazione ha risolto un problema specifico, migliorando il design in modo incrementale.
La prima versione, presentata nel 2008, usava un accelerometro e un magnetometro per determinare direzione e angolo. La distanza, però, veniva ancora misurata manualmente. Il cuore del sistema era un PIC18LF2550, un microcontrollore a 8 bit. Questo approccio ha dimostrato che si poteva automatizzare parte del rilevamento, ma serviva ancora l’intervento umano per le misure lineari.
La svolta è arrivata nel 2020. Phil ha aggiunto un laser rangefinder e un microcontrollore a 32 bit. Così il dispositivo poteva calcolare le distanze in autonomia e gestire operazioni più complesse. Inoltre, la raccolta dati è diventata più rapida e meno soggetta a errori. Il passaggio da 8 a 32 bit ha permesso di elaborare più informazioni direttamente sul campo.
Design migliorato e community
Nel 2023 il progetto ha ricevuto una cura particolare. La custodia è stata stampata in 3D, con pulsanti in silicone resistenti all’acqua e alla polvere. Il firmware è passato a CircuitPython, un linguaggio che facilita i contributi della community. Infatti, molti maker hanno potuto modificare il codice senza conoscere a fondo l’elettronica. Questo ha accelerato lo sviluppo e reso il progetto più aperto.
La scelta di CircuitPython ha reso il codice più leggibile e facile da mantenere. Inoltre, la stampa 3D ha permesso di produrre custodie personalizzate per ogni ambiente. Il design modulare ha reso semplice sostituire i componenti danneggiati. Di conseguenza, il dispositivo è diventato uno strumento affidabile per gli speleologi.
- 2008: accelerometro, magnetometro, PIC18LF2550 a 8 bit
- 2020: laser rangefinder e microcontrollore a 32 bit
- 2023: custodia stampata in 3D e firmware CircuitPython
- Ultima versione: Raspberry Pi 5 Compute Module e fotogrammetria
La fotogrammetria con Raspberry Pi
L’ultima generazione rappresenta un salto tecnologico. Il sistema usa un Raspberry Pi 5 Compute Module e due telecamere a bassa luminosità. Le telecamere catturano immagini dell’interno della grotta, poi il software le elabora per creare modelli 3D texturizzati. Questo approccio elimina la necessità di misurare ogni punto manualmente. Il risultato è una mappa dettagliata e realistica.
Per chi volesse sperimentare con sensori simili, un modulo a 9 assi con accelerometro, giroscopio e magnetometro mette insieme in un colpo solo le due misure su cui si reggeva la versione del 2008. Per l’elaborazione, un Raspberry Pi 5 con 4 GB di memoria regge la fotogrammetria senza affanno, e una telecamera da 5 megapixel per Raspberry Pi è il modo più economico per provare la doppia ripresa.
Il progetto di Phil Underwood mostra un approccio metodico alla progettazione hardware. Ogni scelta, dai materiali alla potenza di calcolo, è stata guidata dalle esigenze reali degli speleologi. Le lezioni apprese valgono per qualsiasi strumentazione robusta. In particolare, la modularità e la facilità di manutenzione sono fondamentali in ambienti estremi.
Lezioni per i maker
La storia di questo progetto insegna che l’evoluzione incrementale funziona. Si parte da un prototipo semplice, si testa sul campo, poi si migliora. Ogni generazione ha risolto un problema concreto. Inoltre, l’apertura alla community ha accelerato il processo. La documentazione e il codice sono disponibili per chiunque voglia contribuire.
La mappatura di grotte con fotogrammetria è solo l’ultimo traguardo. Il sistema completo, con Raspberry Pi 5 Compute Module, è un esempio di come l’hardware open source possa affrontare sfide complesse. Il dispositivo si chiama Shetland Attack Pony, e la sesta generazione (SAP6) è documentata per intero: schemi, elenco componenti e codice CircuitPython sono pubblici.
Fonte: https://stic.readthedocs.io/
