Dallo spazio all'industria

Il Made in Italy è stato il protagonista dell’undicesima edizione del 4e (engineering, energy, ecology, ethics) appuntamento aperto a tutti, organizzato
da Jacobacci & Partners Spa, naturale evoluzione di 4t-tech transfer think
tank, principale evento in Italia dedicato al technology transfer. Incontro rivolto a imprese, start up, incubatori, parchi tecnologici, università, istituzioni
e mondo finanziario. 4e si è tenuto il 23 ottobre presso Fondazione Golinelli a Bologna. L'appuntamento è stato disponibile anche in digitale con una gallery walk, anch’essa incentrata sull’innovazione del Made in Italy e che anche quest’anno ha riunito una serie di realtà interessanti per il mondo della meccanica.

di Daniele Bettini

AUTORI

08 nov 2024

Dalle aziende coinvolte emerge un mondo imprenditoriale che conferma le sue caratteristiche di flessibilità e versatilità e che vede grandi imprese, PMI, e start up di settori diversi curiosamente legati da sottili fili. Superconduttori, laser e robotica, infatti, hanno in comune il fatto di essere trasversali tra ambito industriale e ricerca medica, in un gioco di rimpalli, certamente casuale, che però forse evidenzia anche delle competenze e delle vie di ricerca fortemente radicate nel substrato industriale italiano.

«Ad oggi, salvo rare eccezioni, la superconduttività ha trovato principale campo di applicazione nella fisica delle alte energie, nei progetti di ricerca sulla fusione nucleare e nel medicale, prevalentemente nei macchinari per MRI (macchine
per la risonanza magnetica)» spiega Pietro Corsaro, responsabile Strategic Business Unit industry & energy di ASG Superconductors «Due settori estremamente esigenti in termini di affidabilità e prestazioni che hanno spinto
tecniche di progettazione, produzione e collaudo rendendole estremamente rigorose».

Competenze e know how che si sono dimostrati fattori determinanti nel trovare altre opportunità in altri settori «L’eccellenza raggiunta da ASG Superconductors nella produzione del filo in MgB2 (diboruro di magnesio)» la cui sperimentazione è partita in anteprima mondiale dai laboratori del CNR-Spin di Genova, e che ha già accumulato oltre 1,5 milioni di ore di utilizzo in diversi sistemi, con la sempre crescente consapevolezza ecologica e la spinta della green economy «ha svelato scenari che consentono di pensare utilizzi dei superconduttori MgB2 nella vita di ogni giorno. Basti pensare alla decarbonizzazione dei cosiddetti processi “hard to abate” e al semplice fatto che una lattina di alluminio, seppur in cosiddetto “alluminio verde”, ossia prodotto da energie totalmente rinnovabili, sarà ancora più verde se l’impianto sarà alimentato da un cavo in MgB2 che annulla le perdite di energia elettrica».

Questo perché dalla ricerca nella superconduzione, che si allarga anche ai nuovi materiali, sono nati dei fili molto più performanti di quelli tradizionali in rame, in grado di trasmettere molta più energia (disperdono 1/100 rispetto
alle tecnologie utilizzate fino a oggi) impattando molto meno sull'ambiente. Costruiti con materie prime comuni e ampiamente disponibili costano poco e hanno qualità termiche che li rendono quasi ideali. Nel 2018 alla presentazione del progetto europeo “Best Path” Christian Eric Bruzek, senior project manager di Nexans ha sottolineato «Abbiamo per la prima volta progettato un sistema con cavo superconduttivo capace di operare in corrente continua (DC), mentre fino ad ora tutti gli altri progetti esistenti si erano limitati alla
corrente alternata (AC). La più grande sfida tecnologica è stata gestire la connessione tra il cavo e la rete esistente utilizzando terminazioni ad alto voltaggio. Questo progetto stabilisce gli standard per le future reti». Un passo
evidentemente non da poco.

Un ecosistema di cavi

La trasmissione di potenza elettrica tramite cavo convenzionale, sia esso in corrente continua (DC) o corrente alternata (AC), è indissolubilmente associata a delle perdite di varia natura, per cui non tutta la potenza elettrica afferente a un’estremità del cavo sarà trasmessa e quindi fruibile all’altra estremità. Un metodo per contenere tali perdite consiste nell’elevare la tensione di trasmissione, questo implica l’impiego di trasformatori rispettivamente di elevamento ed abbassamento tensione agli estremi del collegamento.

Quando la trasmissione invece viene effettuata a mezzo di un cavo superconduttore, tali perdite sono estremamente ridotte – anche di un fattore 100X e pure in caso di tensioni bassissime e correnti elevate. È anche bene ricordare che a parità di sezione con i cavi convenzionali, i cavi superconduttori possono portare correnti estremamente più elevate con campi magnetici nulli. Le voci di costo della fornitura ed esercizio di un sistema in cavo convenzionale sono molteplici e hanno un peso percentuale che varia a seconda della soluzione. Ciononostante, in linea di massima in fase di fornitura i lavori civili (scavo, movimentazione terra, riempimento con materiale con caratteristiche particolari …) è corretto stimarli in prima approssimazione nell’ordine del 50% del valore di fornitura. In fase di esercizio invece i sistemi in cavo convenzionali sono normalmente soggetti a manutenzione limitata e la voce di costo preponderante è data dalle perdite già citate. La tecnologia in cavo superconduttivo ha un impatto estremamente positivo in termini di costi di posa. Gli scavi hanno in media un volume pari a circa 1/9 di quello dei cavi convenzionali e non necessitano di un materiale di riempimento dello scavo con caratteristiche particolari, e annulla i costi relativi alle perdite, o al peggio li riduce drasticamente in caso di collegamento in AC. In assenza di un’infrastruttura di distribuzione di idrogeno liquido occorre prevedere la fornitura e l’esercizio di un impianto che garantisca
la temperatura criogenica operativa, ma tali costi aggiuntivi di fornitura ed esercizio sono recuperabili in tempi brevi grazie agli altri vantaggi nel ciclo di
vita del sistema. È quindi chiaro che in termini di impatto ambientale ci sono vantaggi legati a un volume notevolmente minore di suolo movimentato, inclusa la minore CO2 generata dai camion che trasportano il terreno di scavo, cui si aggiunge l’eventuale CO2 per kWh generato (a seconda del metodo di generazione) e non dissipato.

Laser spaziali

Le novità e le idee interessanti per il mondo della meccanica non si limitano a questo. Quella del laser, per esempio, è una tecnologia matura e molto versatile, viene utilizzata in svariati settori con performance quanto meno interessanti. Nel mondo industriale, in quello medico o estetico sono utilizzati per tagliare, saldare o marcare, così come per rimuovere i tatuaggi o per gli interventi agli occhi. Un settore in forte crescita, oltre il 9% annuo secondo le ultime stime, in continua evoluzione, in cui l’Italia presenta player importanti
come Prima Industria. Un ambito a “caccia” di sempre maggior precisione e quindi di riduzione di sprechi e di minor consumo di energia. Non è solo una
questione di risparmio però, la maggior precisione e a rapidità aprono, infatti, a nuovi scenari applicativi e quindi a nuove importanti opportunità industriali.
Lithium Lasers è un'azienda fondata nel 2019 e accreditata come Spin-off del Politecnico di Milano dal 2020. L'azienda ha sviluppato una tecnologia laser
solida e innovativa, diventando la prima azienda italiana a produrre laser a impulsi ultracorti.

Questi laser emettono pacchetti di luce concentrati, garantendo un'altissima precisione in molte applicazioni scientifiche e industriali all'avanguardia. Tra
queste rientrano l'imaging funzionale (un insieme di tecniche utilizzate per visualizzare e misurare l'attività biologica all'interno di tessuti e organi in vivo che si concentra su processi dinamici come il flusso sanguigno, il metabolismo e l'attività neurale), la spettroscopia ultraveloce e le lavorazioni di materiali molto resistenti anche per la meccanica di alta precisione.

Lithium Laser utilizza laser a impulsi ultracorti con impulsi che durano da pochi femtosecondi a 10 picosecondi che quando colpiscono il bersaglio causano un’esplosione del materiale senza provocare alterazioni termiche. In virtù dell’intensità di picco estremamente elevata i laser USP (Ultrashort Pulse) consentono microlavorazioni raffinate senza provocare crepe su metalli, ceramiche, compositi e vetri. Non solo, queste lavorazioni sono facilmente riproducibili e non alterando termicamente il materiale non lo indeboliscono.
Per questo sono utilizzati con successo in quegli ambiti dove precisione dimensionale e tolleranze sono più strette. Uno di questi è l’ambito aerospaziale dove i laser servono per la produzione di microcomponenti
e per la marcatura di componenti in polimero rinforzato con fibra di carbonio, un materiale composito chiave nel settore. Non è così un caso che Primo
Space (vc concentrato sul settore areospaziale) abbia finanziato gli sviluppi imprenditoriali della start up con 1,5 milioni di euro su un round da 2 milioni, per permettere l’accelerazione del processo di industrializzazione e commercializzazione, oltre che avviare la pianificazione di una nuova linea di laser UV che sarà lanciata nei prossimi anni.

Interessante inoltre è il modello di business e la tipologia di investimento che i venture capital stanno facendo su Lithium, dal momento che la tecnologia
non prevede un banale plug & play, bensì un’attenta integrazione nei sistemi produttivi e quindi tanta progettazione e una forte targettizzazione sulle esigenzedel cliente. Questo vuol dire che Lithium non si pone come una start up destinata ad avere una crescita esponenziale, tipo ambiente digitale, con un go to market rapido, piuttosto invece, come un abilitatore di funzionalità
estremamente raffinate, molto ricercate e in continuo rapporto di forte integrazione e collaborazione con le più importanti aziende di automazione. È da queste o da qualche grande player che ci si aspetta una acquisizione
(anche relativamente rapida) visti i grandi vantaggi e le grandi performance prospettate.

Un ecosistema di cavi

Energia, laser e poi robotica, un altro trend furibondo in cui l’Italia vanta un’importante tradizione e che si sta sviluppando incrociandosi con quello che sono altri caratteri distintivi delle nostre PMI: l’integrazione di sistema e la capacità di occupare delle nicchie dall'alto valore aggiunto. La Sant’Anna di Pisa e la Federico II rappresentano indubbiamente due eccellenze nel mondo della robotica, e proprio da questi ecosistemi culturali arrivano Mediate e Oversonic.

Mediate spera di ripetere il successo della pisana MMI, che ha recentemente ricevuto un finanziamento da oltre 100 milioni di dollari dagli Stati Uniti, si occupa di robotica collaborativa e in particolare di sicurezza sul lavoro.
L’idea parte dalla considerazione che la presenza di un operatore può alterare il campo magnetico intorno al robot, sia esso un braccio robotico, un AMR o AGV. Nasce così HEXtraSense un materiale sensorizzato,
che diventa una sottilissima pelle capacitiva che ricopre
il robot, o comunque lo integra, costringendolo a
fermarsi ogni volta che il campo magnetico viene alterato
dalla presenza dell’operatore, salvaguardandone
la sicurezza. Interruzione del campo elettromagnetico
che viene captata a una distanza di 20-25 cm, mentre
il tempo computazionale di reazione, e quindi di blocco,
va dai 10 agli 11 millisecondi.
Una soluzione, a detta degli interessati, semplice, che
si può “facilmente installare”, lavorando anche in retrofitting,
e che si propone come alternativa ai sistemi
ottici o alle barriere di protezione, in modo da donare
più libertà di azione ai robot e agli operatori.
Dal micro al macro, dalla “pelle capacitiva” super sottile,
a Oversonic, il robot antropomorfo che nasce dalla
scuola del professore Bruno Siciliano della Federico II.
Tante le caratteristiche che lo rendono interessante:
lavora sul concetto di empatia che si risolve con un
volto e quindi una faccia, oltre che con un’intelligenza
artificiale appositamente progettata. Una soluzione
quella antropomorfa che spinge gli operatori a guardare
il robot negli occhi – atto funzionale al riconoscimento
facciale, conditio sine qua non per poter dare
delle istruzioni vocali allo strumento.
Non solo, ma le dimensioni “umane” sono anche la condizione
necessaria per poter interagire e lavorare nei
magazzini e negli impianti industriali già “abitati” dagli
uomini e quindi avere la certezza che l’inserimento dei
robot non debba comportare delle revisioni infrastrutturali
e quindi degli “aggiustamenti” logistici.
Oversonic, il robot umanoide cognitivo, è stato progettato
per operare nell’ambito dell’industria meccanica
e plastica, dell’industria chimica, dell’automazione
industriale e della logistica, in contesti ostili e gravosi
per la salute psico-fisica degli operatori.
Con la sua flessibilità di utilizzo e la sua facilità di interazione
RoBee, questo il nome del primo modello
realizzato, si distingue così come soluzione d’avanguardia
per l'asservimento alle macchine di automazione
industriale (gestione della programmazione di
produzione e controllo dei processi produttivi) e la
movimentazione di prodotti in modalità cognitiva
(con funzionalità di pick & place personalizzabile e rilevamento
parametri ambientali).
È autonomo anche nel movimento, che avviene su
ruote, cosa che gli permette di integrarsi perfettamente
sia con le linee sia con gli AGV/AMR eventualmente
già presenti nell'impianto. Ovvio, per chiudere il cerchio
pensare allo sviluppo di robot antropomorfi dedicati
all'assistenza medica, anche perché l'intelligenza
artificiale e la capacità di ripetere all'infinito alcuni
movimenti possono anche rappresentare delle funzionalità
importanti in alcuni processi di cura. Non è un
ambito in cui si sia ancora cimentato, ma i punti di
contatto sembrano molti visto che tradizionalmente
anche sul mercato giapponese il robot antropomorfo e
il concetto di empatia vanno di pari passo con le pratiche
assistenziali, ma al momento è una pagina ancora
da scrivere.