AES_3 2023

Speciale 89 STRUMENTI E PROCESSO Automazione e Strumentazione n Aprile 2023 non ha raggiunto il pieno successo commerciale. In alcuni settori dell’industria di processo come quello della sicurezza alimentare, lo sviluppo dei biosensori offre un metodo semplice ed economico per raccogliere dati selettivi in tempo reale. I biosensori si basano su un trasduttore che genera un segnale fisico-chimico risultante dall’interazione dell’analita (sostanza da determinare tramite analisi chimica) con un elemento biologico. Il segnale fisico- chimico viene quindi convertito in un segnale elettrico. Sono altamente specializzati e possono rilevare segnali standard da parametri di processo come la temperatura o il pH. Lo sviluppo dei biosensori è iniziato negli anni 60 del ventesimo secolo. Da allora è stata sviluppata un’ampia gamma di dispositivi, come i biosensori del DNA, gli immunosensori, i biosensori enzimatici, tis- sutali, termici, piezoelettrici, magnetici e ottici. Il loro vantaggio principale è la maggiore stabilità e sensibilità rispetto ai metodi tradizionali di rilevamento dei dati. Una classe rilevante di biosensori è quella basa su MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) realiz- zati con tecnologie di microfabbricazione. I biosensori MEMS incorporano un componente biologico e un tra- sduttore fisico-chimico. Sfruttano inoltre l’elevata selet- tività e sensibilità dei materiali biologicamente attivi. Molto consolidato è anche l’uso di sensori nel moni- toraggio ambientale: sensori di temperatura, sensori di movimento PIR (Passive InfraRed), sensori di prossi- mità, sensori capacitivi, induttivi e ottici sono ampia- mente diffusi per analizzare la qualità dell’aria, dell’ac- qua, del suolo, l’inquinamento acustico e atmosferico, il consumo energetico. Per quanto riguarda lo sviluppo di biosensori per l’am- biente le più recenti innovazioni coinvolgono disposi- tivi estremamente versatili basati su differenti elementi di riconoscimento biologico-chimici (aptameri, enzimi, anticorpi, cellule) e diversi principi di trasduzione (luminescenza chimica, fluorescenza, plasmonica, elet- trochimica, piezoelettrica). Sensori Virtuali Un sensore virtuale è un software o una porzione di codice che elabora le informazioni disponibili attraverso sensori fisici, interpretando più segnali di uscita e parametri di processo. Sono in grado di prevedere i valori di parametri come temperatura, pressione, umidità e velocità. Un sensore virtuale aiuta a conoscere le proprietà di un prodotto o le condizioni di un processo utilizzando modelli matematici. Questi modelli matematici uti- lizzano le letture di altri sensori fisici per calcolare la proprietà o la condizione stimata. Questi sensori sono fatti per misurare valori che possono essere misurati in modo estremamente difficile, costoso o addirittura impossibile dai sensori fisici convenzionali. Nell’industria di processo i sensori virtuali sono utiliz- zati in combinazione con tecniche di Intelligenza Artifi- ciale e IoT in modo da progettare macchinari e impianti senza ricorrere a complessi prototipi. Questo approccio consente anche di ottimizzare i processi e di monitorarli a distanza fornendo dati in modo tempestivo. n I biosensori, già impiegati in ambito alimentare, utilizzano un trasduttore con un elemento biologico, che genera un segnale fisico-chimico poi convertito in elettrico