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Tutorial AUTOMAZIONE OGGI 90 | OTTOBRE 2022 AUTOMAZIONE OGGI 441 La crescita dei veicoli autonomi Il mondo nel 2030 e oltre potrebbe essere per- corso da molti milioni di veicoli autonomi, che tramite la comunicazione in rete, circoleranno con diversi gradi di coordinamento per rendere i trasporti e la logistica il più efficienti possibile. Tali veicoli potranno includere auto autonome che spostano le persone tra le loro case e i luo- ghi di lavoro o le scuole, e camion autonomi o droni che consegnano le merci. Ogni vei- colo connesso a una rete futura sarà dotato di molti sensori, tra cui telecamere, scanner laser, schiere di sensori a frequenza THz per l’imaging 3D, odometria e sistemi di misura dello sposta- mento inerziali. Gli algoritmi dovranno fondere rapidamente i dati provenienti da più fonti e prendere decisioni rapide su come controllare il veicolo, tenendo conto di una mappa gene- rata localmente dell’ambiente circostante, del luogo in cui si trova e della loro posizione in tale ambiente. Affinché le flotte di veicoli autonomi o semi-autonomi possano funzionare in modo efficiente e sicuro, le reti wireless 6G dovranno garantire un’altissima affidabilità, oltre a basse latenze e a un’elevata larghezza di banda. I requisiti tecnici Le reti wireless del futuro dovranno suppor- tare un’ampia varietà di requisiti tecnici, tal- volta in conflitto tra loro. Si prevede che il 6G sarà il primo standard wireless che richiederà collegamenti iperveloci con un throughput di picco che supererà il terabit al secondo (Tbps). I casi d’uso del 6G, come l’automazione di fab- brica tramite reti wireless, richiederanno servizi molto sofisticati, come la comunicazione ad altissima affidabilità e bassissima latenza, la lo- calizzazione ad alta risoluzione (a livello centi- metrico) e la sincronizzazione tra dispositivi ad alta precisione (entro 1 μs). Si prevede che i requisiti di affidabilità e latenza del 6G siano diversi e specifici per ogni caso d’uso. Uno dei casi più estremi è proprio quello del controllo industriale, dove è consentito un solo bit errato su un miliardo di bit trasmessi con una latenza di 0,1 ms. Si prevede anche che il traffico di dati e il numero di oggetti connessi aumenteranno in modo sostanziale per il 6G. La densità dei dispositivi potrebbe crescere fino a centinaia di dispositivi per metro cubo. Ciò comporta il rispetto di requisiti molto rigorosi sull’efficienza spettrale spaziale e sulle bande di frequenza richieste per garantire la con- nettività. Le prime reti 5G commerciali hanno iniziato a lavorare nelle bande di frequenza inferiori a 6 GHz per le applicazioni mobili e nello spettro delle onde millimetriche per sup- portare servizi di accesso wireless a Internet da postazioni fisse. L’attenzione per le nuove tec- nologie hardware delle reti 5G si è focalizzata sull’adozione del nuovo spettro a onde millime- triche, dapprima nella regione dei 24-40 GHz e successivamente fino a frequenze portanti di 100 GHz. Per le reti 6G si valuterà anche l’uti- lizzo di bande di frequenza ancora maggiori, sulle quali è necessaria ancora molta ricerca, ad esempio per lo sviluppo di hardware e algo- ritmi di acquisizione e inseguimento flessibile di segnali trasmessi con fasci multipli e senza visibilità diretta tra antenna trasmittente e rice- vente. L’utilizzo di lunghezze d’onda ancora più corte, nello spettro al di sopra dei 100 GHz, con- sentirà di aumentare la velocità di trasmissione dei dati, ma anche di ottenere una precisione angolare e di rilevamento mai vista prima per le applicazioni di imaging e radar. D’altro canto, le esigenze hardware, i limiti e le opportunità per le comunicazioni a bassa velo- cità e a basso costo richieste dai sistemi di rile- vamento avanzati di massa a ridotto consumo energetico dovranno anch’esse essere studiate attentamente su una scala senza precedenti. Lo spazio fisico necessario per i ricetrasmettitori radio si ridurrà radicalmente con l’aumentare della frequenza: una schiera di 1.000 antenne elementari necessaria per ottenere la diretti- vità e il guadagno richiesti potrebbe occupare meno di 4 cm 2 a 250 GHz. La superficie degli attuali dispositivi mobili potrebbe ospitare di- verse decine di migliaia di antenne. Questi requisiti porteranno ad affrontare nuove sfide tecnologiche, con l’elettronica di controllo che diventerà probabilmente molto più grande rispetto alle antenne. Le antenne di grandi di- mensioni, oggi necessarie per ottenere un raggio d’azione adeguato alle comunicazioni o al rile- vamento a distanza, si trasformeranno in schiere di piccoli elementi straordinariamente sottili. Le antenne di nuova generazione potrebbero garantire una maggiore sicurezza, indirizzando i fasci radioelettrici solo sugli obiettivi corretti, ma allo stesso tempo saranno più soggette a problemi di disallineamento di cui i circuiti di controllo elettronico dovranno tenere conto. Ma probabilmente le sfide maggiori da affrontare dal punto di vista tecnologico sono quelle legate al contenimento del consumo energetico. Ad esempio, per le applicazioni di rilevamento tra- mite sensori che trasmettono a bassa velocità è necessario trovare soluzioni a energia zero, prive di batteria autonoma e con raccolta di ener- gia latente dall’ambiente circostante. All’altro estremo delle prestazioni richieste, per velocità di trasmissione dati di picco estremamente ele- vate, i sistemi elettronici di elaborazione dei se- gnali a banda larga richiederanno senza dubbio enormi miglioramenti nell’efficienza energetica per essere economicamente sostenibili. Infine, sicurezza, privacy e affidabilità sono requisiti sempre più importanti da prendere in considera- zione. Il 6G dovrà essere iper-sicuro, con requisiti esigenti per gli utenti industriali e di fascia alta e, allo stesso tempo, dovrà essere a basso costo e di bassa complessità per le applicazioni Internet of Things (IoT) di nuova generazione. È possibile che un numero cospicuo di utenti accetteranno una versione alternativa della realtà Foto fonte Shutterstock