Di cosa si tratta?
CUPID (Composite Unmanned Photovoltaic Innovative Drone) è un progetto studentesco dell’Università di Padova sviluppato insieme al Team LiftUp con l’obiettivo di studiare e sperimentare nuove soluzioni per l’autonomia energetica dei velivoli senza pilota.
Nato nel 2024, CUPID mira a progettare un drone costruito in materiali compositi e dotato di pannelli fotovoltaici integrati nella struttura, in grado di estendere drasticamente i tempi di volo rispetto ai droni elettrici tradizionali.
Il progetto non nasce per una competizione, ma come piattaforma sperimentale modulare: un ambiente di ricerca dove testare materiali, configurazioni energetiche, tecniche di integrazione delle celle solari e sistemi di gestione dell’energia. CUPID rappresenta una base su cui costruire soluzioni future, potenzialmente applicabili a monitoraggio ambientale, protezione civile, rilevazione incendi con sensori IR e, più in generale, a qualunque missione che richieda un’alternativa leggera, autonoma e ad alta durata.
Obiettivo Finale
L’obiettivo finale di CUPID è lo sviluppo di un velivolo autonomo e autosostenibile, capace di mantenere il volo per lunghi periodi senza necessità di ricariche esterne.
Per raggiungere questo traguardo, intendiamo progettare un drone in grado di:
– Volare in modo completamente autonomo, grazie all’integrazione di un autopilota avanzato;
– Produrre e gestire la propria energia attraverso celle solari ad alta efficienza integrate nella struttura alare;
– Sostenere missioni prolungate, superando di molte volte l’autonomia tipica dei droni elettrici tradizionali;
– Portare diversi tipi di sensori, trasformandosi in una piattaforma modulare per applicazioni future.
Avere un aeromobile capace di rimanere in volo per molte ore significa creare una base tecnologica su cui è possibile montare qualunque carico utile: sensori a infrarossi per il monitoraggio degli incendi boschivi, telecamere per il rilevamento ambientale, sistemi LiDAR o strumentazione di ricerca.
CUPID nasce dunque come dimostratore tecnologico che ci permette di esplorare soluzioni innovative per l’energia, l’aerodinamica e il controllo del volo, con l’obiettivo di arrivare a un drone realmente autosufficiente.
Obiettivo a Breve Termine
Nel breve termine, l’obiettivo di CUPID è realizzare un primo prototipo di test dedicato allo studio del comportamento delle celle solari in volo.
In questa fase, la priorità non è l’aerodinamicità perfetta, ma la costruzione di una struttura solida su cui installare i pannelli fotovoltaici e analizzarne:
– L’efficienza reale durante il volo,
– La resa energetica in diverse condizioni di luce,
– L’impatto del peso aggiuntivo sulla dinamica dell’aeromobile,
– Il bilanciamento tra produzione e consumo energetico.
Il traguardo operativo di questa fase è raggiungere un’autonomia di circa 6 ore utilizzando una batteria che normalmente garantirebbe un volo di circa un’ora.
Questo incremento rappresenta un primo passo concreto verso l’autosostenibilità totale e permette di validare la configurazione preliminare del sistema fotovoltaico, della gestione energetica e del gruppo motopropulsore.
Sfide Tecniche
Lo sviluppo di CUPID richiede di affrontare una serie di sfide ingegneristiche complesse. Ogni scelta tecnica è strettamente collegata alle altre, e il sistema deve essere progettato come un equilibrio dinamico tra peso, efficienza energetica, aerodinamica e affidabilità.
Ottimizzazione del numero di celle solari
Una delle sfide più critiche riguarda la determinazione del numero ideale di celle fotovoltaiche da integrare nelle superfici alari.
Le celle che abbiamo scelto: SunPower da 12,5 mm offrono un’elevata efficienza, ma ogni cella aggiunge peso e richiede superficie.
L’equilibrio non è banale:
- Più celle → più potenza generata,
più celle → più peso e più resistenza aerodinamica,
più peso → maggiore richiesta di energia per restare in volo.
Il sistema deve raggiungere il punto in cui l’energia prodotta supera quella necessaria per sostenere l’aumento di peso: un vero loop di interdipendenze che richiede modellazione, test e simulazione.
Stimiamo di partire con circa 40 celle, ma il numero finale verrà calibrato dopo i test dei primi prototipi.
Scelta del motore e dell’elica
Il gruppo motopropulsore è un altro elemento chiave.
Il motore deve:
garantire il volo con il minor consumo possibile,
essere sufficientemente leggero,
lavorare bene con l’elica selezionata,
adattarsi al range di tensioni offerto dal sistema solare + batteria.
La scelta dell’elica influisce enormemente sull’efficienza: diametro, passo e materiali determinano il regime ideale di funzionamento.
Un’elica ottimizzata per bassi RPM e massimo rendimento è essenziale per massimizzare la durata del volo.
Integrazione dell’MPPT
Il sistema fotovoltaico deve essere gestito da un MPPT (Maximum Power Point Tracker)
capace di estrarre sempre la massima potenza disponibile dalle celle, indipendentemente da:
inclinazione del drone durante il volo,
presenza di nuvole o variazioni di luce,
temperatura delle celle.
Il modello inizialmente previsto è il Genasun GV5, un MPPT compatto e ad alta efficienza, adatto a sistemi a bassa tensione. Tuttavia, la scelta definitiva verrà confermata dopo la definizione del numero e della configurazione delle celle.
Bilanciamento tra peso e struttura
Per i primi prototipi, utilizzeremo una struttura in:
polistirolo come nucleo,
laminazione in fibra di vetro come pelle esterna.
Questa soluzione permette test rapidi e modifiche frequenti, pur garantendo un buon rapporto peso/rigidezza.
Nelle fasi successive valutiamo il passaggio alla fibra di carbonio, con l’obiettivo di ridurre ulteriormente il peso mantenendo resistenza e integrità strutturale.
La scelta del materiale influenzerà:
la posizione delle celle solari,
la distribuzione dei pesi,
la resistenza ai carichi aerodinamici,
la capacità di ospitare elettronica e sensori futuri.
Integrazione dei payload futuri
CUPID è pensato come piattaforma modulare: in futuro potrà ospitare diversi sensori.
Il primo payload previsto è una telecamera a infrarossi, scelta per facilità di integrazione e costi contenuti.
Ogni sensore introduce nuove sfide:
consumo energetico,
peso aggiuntivo,
bilanciamento del baricentro,
interferenze elettromagnetiche,
aerodinamica.
La struttura deve quindi essere progettata fin dall’inizio per essere scalabile, cioè in grado di ospitare upgrade futuri senza riprogettazioni radicali.
Prossimi Passi
Nei prossimi mesi CUPID entrerà nella fase decisiva: la definizione e validazione del primo prototipo. Si partirà dalla modellazione digitale dell’aeromobile, utile per analizzare le superfici disponibili per le celle solari, definire la geometria preliminare dell’ala e organizzare la distribuzione interna dei componenti. Il modello CAD permetterà di bilanciare struttura, batteria e aerodinamica, con l’obiettivo di completarlo entro l’estate 2026.
Successivamente verrà costruito il primo prototipo fisico, realizzato con un nucleo in polistirolo e rivestimento in fibra di vetro, una soluzione leggera e facilmente modificabile. Su questa piattaforma installeremo le prime celle solari, l’MPPT, il gruppo motore–elica e i moduli avionici, insieme al primo payload sperimentale, una telecamera a infrarossi. La costruzione è prevista per l’autunno 2026.
Il primo volo sperimentale, programmato per ottobre 2026, permetterà di valutare stabilità aerodinamica, produzione energetica reale, consumi, efficienza dell’MPPT e comportamento della batteria. L’obiettivo è raggiungere circa sei ore di autonomia con una batteria progettata per un’ora di volo, così da verificare il reale potenziale del sistema fotovoltaico.
Dopo il primo ciclo di test inizierà una fase di iterazione continua: ottimizzazione del numero e della disposizione delle celle, valutazione di materiali più avanzati come la fibra di carbonio, test di motori ed eliche alternativi e integrazione di sensori più sofisticati. Un processo di miglioramento costante che porterà CUPID sempre più vicino al suo obiettivo finale: un drone realmente autonomo e autosostenibile.
Timeline
-
2024 — Nascita del progetto
CUPID viene avviato come piattaforma di ricerca interna a LiftUp, con l’obiettivo di sperimentare soluzioni per l’autonomia energetica dei droni elettrici tramite pannelli fotovoltaici integrati.
Si comincia a buttare giù qualche idea.
-
2025 — Studio preliminare e primi acquisti
Si avvia la fase di analisi, definizione delle superfici alari e studio delle possibili configurazioni solari. In parallelo viene sviluppato il modello CAD, che definirà geometrie, volumi interni e disposizione dei componenti e vengono acquistati i primi componenti elettronici per effettuare vari test.
-
2026 Q2 — CAD completo
Il design digitale del primo prototipo viene completato. In questa fase si validano le scelte preliminari su celle solari, disposizione dell’elettronica, distribuzione dei pesi e compatibilità aerodinamiche.
-
2026 Q3 — Costruzione del prototipo
Si procede con la realizzazione fisica del primo velivolo, utilizzando un nucleo in polistirolo con laminazione in fibra di vetro. Vengono installati i pannelli solari, l’MPPT, il BMS, la batteria, il Flight Controller e il gruppo motore-elica
-
2026 Q4 — Primo volo sperimentale
Il prototipo viene testato in volo per la prima volta. L’obiettivo è ottenere indicazioni reali sulla produzione energetica in volo, verificare il comportamento aerodinamico e misurare l’autonomia potenziale. Il target è raggiungere circa 6 ore di volo.
-
Dopo il 2026 — Iterazione continua
Sulla base dei dati raccolti, CUPID entra in una fase ciclica di miglioramenti: aggiornamento delle superfici solari, ottimizzazione dell’MPPT, valutazione della fibra di carbonio, studio di nuovi motori ed eliche, integrazione di sensori aggiuntivi e miglioramento dell’autonomia complessiva.