Addio a fili e batterie: i sensori si caricano di luce e calore

Indossabili, sotto schermo per le impronte digitali, (iper)connessi. E ora anche liberi da fili e da batterie, oltre che a bassissimo costo. Sono solo alcune delle caratteristiche dei sensori di ultima generazione - le ultime, sviluppate proprio nei laboratori dell'ateneo bresciano.

Si chiamano FreeSENSE e sono sensori senza fili e senza batteria. Si ricaricano recuperando energia dall'ambiente circostante. A progettarli è l'unità di ricerca del Laboratorio Sensori e MEMS del dipartimento di Ingegneria dell'Informazione all'Università degli Studi di Brescia, coordinata dal prof. Vittorio Ferrari insieme ai colleghi prof. Marco Ferrari e dr. Marco Baù.

Un gruppo che da più di venti anni sta lavorando per sviluppare sistemi elettronici sempre più sofisticati, con un occhio alla rapida evoluzione delle tecnologie digitali e l'altro sempre puntato sulle esigenze del mondo del lavoro. L'abolizione di cavi e fili è un mantra di tutto il mondo 4.0, ma la sperimentazione di nuove fonti di energia sostitutive alla batteria per alimentare il sistema elettronico dei sensori rappresenta un aspetto assolutamente innovativo.

«Con i sistemi che noi studiamo, l'energia viene presa dall'ambiente circostante - spiega il prof. Ferrari -: dalle vibrazioni, dalla luce, dal calore… Il principio, applicatoper esempio a un motore, consente di convertire l'energia dal calore direttamente in elettricità per alimentare i sensori». Al momento, questi sensori sono stati testati in alcune aziende partner, ma i loro vantaggi sono evidenti: alto risparmio energetico, riduzione dei costi, monitoraggio dei macchinari sempre in tempo reale. Ma non solo. C'è un altro elemento di novità nella ricerca del gruppo e riguarda la lettura dei dati di sensori passivi, cioè senza batterie.

I metodi di lettura finora più utilizzati sono sottoposti ad alcune importanti limitazioni, come la dipendenza dai cavi oppure dall'obbligo di mantenere una distanza fissa tra lettore e sensore. Il che li rende spesso impraticabili in un ambiente di lavoro. Il team ha quindi progettato un sistema elettronico capace di leggere i sensori indipendentemente dalla distanza e dal movimento. I sensori vengono stampati su etichette adesive, che possono essere applicate su vari tipi di macchinari industriali. Un lettore invia tramite antenna un segnale al sensore dell'etichetta, il quale rimanda i dati misurati. Questi vengono poi visualizzati su un palmare.

Risultato? Leggere i dati diventa possibile in modo totalmente contactless. E praticamente for free: il costo delle ingegnose etichette sensorizzate è infatti quasi pari a zero. Gli sviluppi non finiscono qui: «Per ora esiste un prototipo di lettore, sottoforma di piccola scatola - illustrano i docenti -. Ma l'obiettivo è riuscire a integrare il sistema all'interno dei cellulari e trasformarlo in una app».

Da un'elettronica complessa a una tecnologia fruibile da chiunque: facile da usare nelle aziende, dove l'operatore può ricevere sul cellulare tutti i parametri e le grandezze fisiche che gli servono, ma semplice e immediata anche al di fuori della fabbrica. Per esempio si immagina già un'applicazione nel settore del food (e i primi test hanno già dato risultati promettenti): «Se le etichette sensorizzate venissero applicate all'interno delle confezioni del cibo, chiunque dall'esterno potrebbe ottenere informazioni sullo stato di conservazione di un determinato prodotto andando a far la spesa con la app».

La lettura senza contatto targata UniBs ha già richiamato l'attenzione di poli di ricerca internazionali. Fra questi, il centro di meccatronica di Linz in Austria, l'Università di Tampere in Finlandia per il settore biomedicale, e la City University di Hong Kong, con i quali il laboratorio sta sperimentando nuove soluzioni per la misurazione contactless.