AS_407_2018

PRESSIONE E LIVELLO speciale Ottobre 2018 Automazione e Strumentazione 80 Miniaturizzazione Se parliamo di miniaturizzazione dei sensori il riferimento principale è rappresentato dai Mems (Micro Electro-Mechanical Systems) che integrano elementi meccanici in un substrato di silicio dalle dimensioni tipiche di 1 - 10 µm, combinando la capacità computazionale della microelettronica con quella di controllo di micro- sensori e microattuatori. La compatibilità intrin- seca dei dispositivi Mems con l’elettronica Cmos semplifica i cicli di progettazione e accelera il time-to-market . Tipicamente assicurano un con- sumo di energia molto più efficiente rispetto ad altre soluzioni. Nel corso degli ultimi decenni sul mercato è stato immesso un numero impres- sionante di micro-sensori di ogni genere, inclusi quelli per la misura di livello e pressione. Oltre alla sinergia con la microelettronica, è di grande interesse l’integrazione tra le tecnologie Mems, fotonica, nanosistemi e nanotecnologie. Questa visione allargata della tecnologia Mems per cui microsensori, microattuatori, microelettronica e altre tecnologie possono essere integrate in un singolo microchip, rappresenta un’innovazione con ricadute enormi. Di fatto sta già permettendo lo sviluppo di prodotti intelligenti con aumentata capacità computazionale. La tecnologia Mems ha raggiunto elevatissimi livelli di integrazione anche nei sistemi embed- ded. Le architetture system-on-chip derivate hanno permesso l’integrazione di molte fun- zioni chiave per la sensoristica quali l’harvesting, il sensing infrarosso, l’autodiagnostica, il condi- zionamento di segnale e le interfacce digitali. Intelligenza Oggi per sensore intelligente si intende anzitutto un dispositivo in grado di sfruttare l’enorme potenziale dell’IoT con i bassi consumi, le inter- facce digitali, il cloud computing, le piattaforme Arduino, Node.js, BLE, NFC e altre tecnologie in grado di identificare modelli su grandi quantità di dati per generare informazioni utili . I sen- sori intelligenti assicurano un flusso continuo di dati verso l’ambiente di progettazione, il sistema di visualizzazione e i sistemi di controllo. Tutto questo permette di abbreviare i tempi di commer- cializzazione, migliorare l’utilizzo degli asset e ottimizzare la gestione dei rischi. Connettività di rete e Big Data sono aspetti chiave che caratte- rizzano il binomio IoT-sensoristica. Un esempio evidente è quello del settore automo- tive, dove i principali costruttori stanno iniziando a usare le informazioni dei sensori acquisite da un gran numero di veicoli sulle strade per migliorare i servizi e lo sviluppo di nuovi prodotti. In altri mercati consumer i costruttori stanno iniziando a imbrigliare la potenza delle piattaforme IoT per migliorare le prestazioni di prodotti e aziende grazie alle informazioni ottenute con la raccolta dei dati dei clienti con applicazioni vanno dalla domotica alla sicurezza, dalle apparecchiature elettromedicali al controllo dell’energia e agli elettrodomestici. Laddove occorrono dispositivi avanzati per monitorare contemporaneamente più varia- bili , il consolidamento di sensori ed elettronica di supporto abbatte i costi e semplifica le instal- lazioni. Piattaforme di sviluppo integrate age- volano la realizzazione di prodotti intelligenti supportati di sensori pronti per essere connessi all’IoT. Alla base di questo nuovo livello di intel- ligenza c’è un ecosistema che comprende micro- controllori , FPGA e applicazioni wireless (es. Bluetooth Smart, ZigBee, 6LoWPAN, sub - 1 GHz, RF4CE) in grado di coniugare bassi con- sumi e prestazioni elevate. Mobilità Altra tendenza in atto da tempo nell’ambito delle misure è quella dei sensori collegati in mobilità che comunicano reciprocamente tramite WSN (Wireless Sensor Network). Oggi molte industrie stanno aggiungendo servizi di IoT alle WSN al fine di introdurre un ulteriore grado di intelli- genza nei sistemi e migliorare le attività produt- tive e le potenzialità di monitoraggio. Uno dei fattori più importanti nella progetta- zione di WSN è quello di garantire una connet- tività permanente tra le coppie di origine-desti- nazione. Nelle reti WSN di tipo Mesh i sensori intelligenti distribuiscono i dati in modo coo- perativo con altri nodi, conducendo le informa- zioni verso una direzione dove possono essere Figura 2 - Un modello tridimensionale di Mems (fonte: Nanoscale Systems)