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Controllare un elicottero non è paragonabile a pilotare un aereo, né a guidare un’automobile, poiché richiede un grado di attenzione costante e una capacità di gestione che pochi altri sistemi tecnologici richiedono all’essere umano. È proprio dall’instabilità intrinseca del volo a rotore che si sviluppa il lavoro di Umberto Saetti, che dall’inizio di quest’anno è professore associato nel Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali al Politecnico di Milano, dove insegna dinamica e controllo del volo di elicotteri e droni, dei velivoli a rotore e interazione uomo-macchina, inaugurando una cattedra che non aveva precedenti in Italia. La sua ricerca si focalizza su due aspetti: da un lato il comportamento del velivolo, dall’altro quello della persona che lo pilota, con l’intento di gestire l’interazione nel modo più efficiente possibile.
«Mantenere in volo un elicottero è come cercare di bilanciare su un dito un bastone lungo circa 30 centimetri», afferma Saetti. «Immaginate di farlo per ore senza mai distogliere l’attenzione: alla fine il cervello del pilota è completamente esausto, e il livello di affaticamento mentale diventa enorme».
Questa difficoltà, che è intrinseca e non dipende dalle capacità del singolo pilota, rappresenta il punto di partenza di una ricerca volta a ridurre l’errore umano intervenendo sia sulla macchina sia sulle informazioni fornite al pilota. Il problema, quindi, non è solo far volare il mezzo, ma rendere sostenibile per il pilota il compito di controllarlo in situazioni reali, su quel confine in cui ingegneria e fattori umani si intersecano.
Negli Stati Uniti, dove Saetti ha sviluppato gran parte della sua carriera accademica diventando professore associato prima di compiere trent’anni, questo approccio gli ha consentito di ottenere in pochi anni finanziamenti per milioni di dollari, dando vita a un laboratorio competitivo a livello internazionale. Oggi, tornato in Italia, sta cercando di replicare portando in Europa lo stesso modello di ricerca e puntando anche a ottenere un finanziamento dell’ERC (European Research Council, il principale programma europeo per la ricerca) per un valore potenziale fino a circa 3 milioni di euro.
Da un lato c’è la dinamica del volo, ovvero lo studio matematico e fisico di come velivoli complessi – elicotteri, convertiplani, droni – si comportano nello spazio e rispondono ai comandi. Dall’altro c’è il pilota, con i suoi limiti cognitivi, la capacità di attenzione, la fatica, la percezione del movimento e dell’ambiente circostante. In mezzo, un sistema che deve operare in modo armonico, adattandosi continuamente al contesto ambientale. L’obiettivo è quindi duplice: da un lato rendere gli elicotteri più facili da pilotare, dall’altro comprendere quali informazioni fornire al pilota per ridurre il carico mentale e aumentare la consapevolezza situazionale, per utilizzare il gergo tecnico del settore. Se il carico mentale diminuisce e la percezione della situazione migliora, aumentano automaticamente anche sicurezza e prestazioni, ed è su questo equilibrio che si concentra gran parte del lavoro di ricerca.
Questo aspetto diventa ancora più cruciale quando il pilota non è fisicamente presente a bordo. Nei sistemi teleoperati, come i droni, l’operatore controlla il mezzo tramite interfacce digitali, spesso gestendo simultaneamente più velivoli e ricevendo informazioni mediate da schermi e sensori.
«Se hai una flotta di droni non puoi permetterti di concentrarti su uno solo», chiarisce Saetti. «Devi avere interfacce che ti forniscano una visione complessiva della situazione, ma che allo stesso tempo ti mantengano attivo e coinvolto, perché nel momento in cui accade qualcosa devi essere pronto a reagire in modo immediato e corretto».
Per affrontare questa complessità, il laboratorio che Saetti ha fondato negli Stati Uniti – l’Extended Reality Flight Simulation and Control Lab – combina simulazione avanzata, realtà virtuale e strumenti per l’analisi del comportamento umano. Simulatori mobili, visori VR, ambienti immersivi e tute aptiche che forniscono stimoli tattili consentono di ricreare condizioni di volo realistiche e di studiare come il pilota reagisce in contesti controllati ma altamente verosimili.
In particolare, le tute possono essere utilizzate sia per aumentare la fedeltà della simulazione sia per fornire informazioni al pilota in modo alternativo. A livello pratico, quando la visibilità è ridotta o assente, il corpo del pilota può così diventare una sorta di display tattile, capace di restituire informazioni che normalmente verrebbero percepite con la vista.
Il passaggio più significativo, però, riguarda il modo in cui il sistema interpreta lo stato del pilota. Non si tratta più soltanto di osservare il comportamento, ma di leggere direttamente ciò che accade nel corpo e nel cervello. Il laboratorio utilizza sensori psico-fisiologici per comprendere cosa sta accadendo e, sulla base di queste informazioni, il sistema può adattare in tempo reale il comportamento del velivolo, modificando il livello di autonomia o il grado di controllo lasciato al pilota.
«Per esempio, se il pilota è stressato, possiamo rendere il sistema più autonomo, in modo che abbia più capacità mentale per gestire i compiti più importanti», aggiunge. «Al contrario, quando il livello di attenzione cala, il sistema può aumentare il coinvolgimento del pilota, mantenendo attiva la sua capacità di reazione». È un cambio di paradigma profondo, perché sposta il focus dalla macchina all’interazione. Non si progetta più un sistema ideale che funziona in condizioni teoriche, ma un sistema che si adatta continuamente alla variabilità dell’essere umano.
Le applicazioni di questa ricerca sono molteplici e attraversano ambiti diversi, evidentemente con applicazioni duali: in contesti militari permettono di migliorare l’efficacia operativa e ridurre i rischi, ma è sul versante civile che emergono alcune delle implicazioni più immediate, in particolare nella sicurezza del volo e nella prevenzione degli incidenti.
«Uno dei problemi principali è il disorientamento spaziale», spiega Saetti. «Quando un pilota vola nella nebbia o tra le nuvole, ciò che percepisce con il proprio corpo può non coincidere con quanto indicano gli strumenti: è lì che si genera la confusione, ed è lì che iniziano gli errori». Questa discrepanza può portare rapidamente a decisioni errate, ed è una delle cause principali di incidenti in aviazione.
È una dinamica che ha contribuito a molti incidenti, alcuni ben noti al grande pubblico come l’incidente del figlio dell’ex presidente degli Stati Uniti John F. Kennedy Jr o quello della star del basket Kobe Bryant.
«Noi cerchiamo di comprendere a livello psicofisiologico quando queste situazioni stanno emergendo e di intervenire prima che diventino pericolose, trasformando un problema latente in qualcosa che il sistema riesce a gestire in modo proattivo», spiega.
La traiettoria che ha portato Saetti a lavorare su questi temi ha un’origine quasi narrativa, che parte dall’infanzia in provincia di Modena e si sviluppa lungo un percorso coerente ma non lineare.
«Nel 1994 è uscito uno Space Shuttle di Lego, bianco e bellissimo, e me l’hanno regalato quando ero molto piccolo», racconta Saetti (che è classe 1991). «Da lì ho sempre desiderato farlo volare autonomamente».
Quella curiosità, più che un episodio, diventa una linea che attraversa tutta la sua formazione: prima la laurea in ingegneria aerospaziale al Politecnico di Milano, poi il trasferimento negli Stati Uniti, dove ottiene una doppia laurea e un dottorato, entrando in uno degli ecosistemi più competitivi al mondo e passando negli anni dalla Pennsylvania alla Nasa, dall’università di Auburn (Alabama) al Georgia Institute of Technology e fino al Maryland.
Oltreoceano il passaggio non è stato solo accademico, ma anche metodologico: imparare a costruire una visione di ricerca capace di attrarre risorse e persone. Vale a dire, ottenere finanziamenti in tempi rapidi e trasformarli in infrastrutture. Nei primi anni da faculty member, Saetti ha raccolto oltre tre milioni di dollari tra Nasa, aeronautica, marina e industria, costruendo un laboratorio che integra simulazione avanzata, realtà estesa e analisi neurofisiologica. Una crescita veloce, sostenuta anche da una produzione scientifica intensa, con decine di pubblicazioni tra riviste e conferenze internazionali e un ritmo che supera i venti paper all’anno.
Questo approccio si riflette anche nel modo in cui struttura il laboratorio, su tre assi principali: dinamica e controllo del volo, modellazione avanzata dei sistemi aerodinamici e interazione uomo-macchina. Tre ambiti che normalmente viaggiano separati e che qui vengono integrati in un’unica architettura di ricerca. Questo approccio è particolarmente evidente nei modelli sviluppati per i nuovi velivoli a decollo verticale, sempre più complessi per numero di rotori, superfici attive e interazioni aerodinamiche. La sfida non è solo descriverli con precisione, ma farlo in tempo reale, così da utilizzare questi modelli non solo per l’analisi, ma anche per il controllo e l’addestramento.
«Noi modelliamo la neurologia del pilota come un sistema dinamico, proprio come modelliamo l’elicottero», spiega. «Questo ci permette di comprendere anche le instabilità che nascono dall’interazione tra umano e macchina, non solo quelle del velivolo».
La direzione è chiara: non sostituire il pilota, almeno per ora, ma progettare sistemi capaci di adattarsi, riducendo l’errore e ampliando le capacità operative.
«Gli elicotteri con passeggeri e a guida autonoma non sono così vicini», conclude. «Credo non vivremo abbastanza a lungo per vederli, sia per questioni tecnologiche sia normative».
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