La termografia per rompere la catena dell’infezione

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L’idea del monitoraggio della temperatura di massa non è una novità. La sua introduzione e il suo maggiore utilizzo è stato richiesto a causa delle epidemie localizzate causate dai virus SARS, MERS ed Ebola. In considerazione degli elevati rischi per la salute che questi virus comportano, alcuni paesi hanno già iniziato alcuni anni fa ad utilizzare scanner termici negli aeroporti e in altri punti di arrivo, al fine di ostacolare almeno la diffusione delle malattie. In seguito al Covid-19, questo metodo è al momento sempre più utilizzato in tutto il mondo.

La febbre è solitamente un sintomo di una malattia infettiva. Anche se l’aumento della temperatura non è necessariamente causato dal Coronavirus, è comunque un’indicazione che è necessario un esame più approfondito. Se tale sintomo viene riscontrato in un viaggiatore, è possibile eseguire test mirati e adottare ulteriori misure immediate.

Veloce e senza contatto
Uno dei principali vantaggi della misurazione della temperatura mediante termocamere è l’idoneità al monitoraggio di massa. Oltre ad essere senza contatto, la procedura richiede solo pochi secondi e può essere automatizzata. Ciò significa che può essere impiegata negli aeroporti, ai controlli di frontiera o in altre situazioni “chiuse” senza che la libertà di movimento ne venga significativamente limitata o che un gran numero di persone debba sottoporsi a procedure complicate. Anche la Corea del Sud, ad esempio, ha adottato questo metodo durante le elezioni parlamentari del 15 aprile 2020: la temperatura corporea di ogni elettore è stata misurata prima che entrasse nel seggio elettorale. Questo potrebbe essere il motivo per cui il Paese è riuscito a controllare il Coronavirus particolarmente bene rispetto al resto del mondo.

L’angolo interno della palpebra è il punto più adatto sul viso di una persona per una misurazione della temperatura rapida e relativamente affidabile. A differenza della fronte, ad esempio, che può raffreddarsi notevolmente a causa del sudore, la temperatura nell’angolo dell’occhio è estremamente costante. Essa può essere determinata utilizzando la radiazione a infrarossi emessa dalla superficie del corpo. La maggior parte delle termocamere cattura questa radiazione in modo simile alle normali fotocamere digitali utilizzando un sensore di immagine fino ad un milione di pixel.

Ogni pixel è un minuscolo bolometro, un ricevitore termico che misura pochi micrometri quadrati. Con uno spessore di solo 150 nanometri, esso viene riscaldato dalla radiazione termica in meno di 10 millisecondi di circa un quinto della differenza di temperatura tra quella dell’oggetto e la sua stessa temperatura. La somma di questi valori viene utilizzata per calcolare il profilo di temperatura sulla superficie catturata. In una rappresentazione visuale, questo produce un’immagine termica con le note sfumatura di colore: più luminoso è il colore, maggiore è la temperatura.

Pixel termici e misurazioni
Oltre al bolometro, ci sono altri metodi per la misura ottica e senza contatto della temperatura. Alcuni tipi di sensori rilevano ad esempio la lunghezza d’onda della radiazione e ne ricavano la temperatura. I bolometri e il rilevamento della lunghezza d’onda non vengono utilizzati solo per la misurazione clinica della temperatura negli esseri umani. Un’altra applicazione comune è la ricerca di perdite di temperatura nell’isolamento degli edifici. L’immagine termica colorata indica immediatamente dove si perde il calore – o il freddo nel caso dell’aria condizionata.

Un’applicazione molto meno conosciuta ma diffusa per la termografia è il controllo di qualità. Che si tratti di metallo, plastica o vetro – una temperatura impostata con precisione durante le fasi di trattamento termico è spesso un fattore decisivo per la qualità di un prodotto. Questo è il motivo per cui processi come la laminazione a caldo o la tempra del vetro sono spesso monitorati mediante termocamere. Nel caso delle celle solari, la termografia rivela danni alla struttura identificando “punti caldi” ad alto consumo di energia. La termografia gioca anche un ruolo chiave nella tecnologia di sicurezza. Una scansione termica può, ad esempio, rendere visibili componenti surriscaldati molto prima che questi raggiungano una condizione critica.

Nella ricerca atmosferica e spaziale, viene utilizzato un metodo completamente diverso: il fotorilevatore a infrarossi a pozzo quantico (QWIP – quantum well infrared photodetector). Esso è costituito da strati alternati semiconduttori estremamente sottili ed utilizza un effetto quantico. Gli strati limitano gli stati quantomeccanici che una particella può assumere. Le onde infrarosse in arrivo influenzano lo stato e da questo è possibile ottenere immagini significative. Queste immagini sono caratterizzate da “colori” ad altissima risoluzione.

Esistono anche dispositivi che non utilizzano la radiazione termica disponibile, ma fanno invece uso di un’illuminazione attiva. Una sorgente di luce a infrarossi illumina la scena osservata allo stesso modo di una normale lampada fotografica: la termocamera diventa un dispositivo di visione notturna. Questo metodo viene utilizzato, ad esempio, nelle operazioni antiterrorismo in stanze buie. La luce a infrarossi rimane invisibile agli individui mirati.

Ottiche nel movimento motorizzato
Indipendentemente dal metodo utilizzato, le onde elettromagnetiche devono sempre essere “raccolte”, raggruppate e dirette per essere misurate e trasformate in immagini. Questo avviene essenzialmente nello stesso modo della fotografia convenzionale in luce visibile. Vengono utilizzati gli stessi elementi ottici: gli obiettivi vengono spostati per la messa a fuoco e lo zoom, i diaframmi vengono impostati, i filtri vengono posizionati e gli otturatori azionati. Nel caso del bolometro ampiamente utilizzato, i pixel termici devono inoltre essere ricalibrati a brevi intervalli in modo che i punti con la stessa temperatura abbiano nell’immagine la stessa luminosità. A tale scopo, la maggior parte dei dispositivi dispone di un otturatore nero che viene spostato automaticamente davanti al sensore al fine di regolare tutti i pixel allo stesso valore. Più velocemente si muove l’otturatore, più breve sarà il tempo durante il quale non sarà possibile eseguire la misura.

Per consentire la messa a fuoco e lo zoom, i dispositivi ottici sono spesso dotati di micromotori DC a spazzole con commutazione a metalli preziosi della serie 1524 … SR. Questi raggiungono valori prestazionali estremamente elevati con requisiti di spazio minimi. I motori che misurano 8-10 mm di diametro vengono utilizzati nei casi in cui gli azionamenti devono adattarsi a microlenti minuscole. Ad esempio, i motori passo-passo del tipo DM0620, in combinazione con una vite conduttrice integrata, sono ideali per spostare filtri e otturatori. Faulhaber offre anche una vasta gamma di motori, nonché riduttori, encoder e altri accessori abbinati. Essi forniscono la soluzione ottimale per quasi tutte le applicazioni. I componenti di azionamento possono essere trovati in molti dispositivi ottici convenzionali dove sono stati testati e comprovati con successo per molti anni. Ciò vale anche per l’allineamento automatico e motorizzato delle telecamere su supporti pan-tilt. I motori passo passo Faulhaber compatti e a bassa vibrazione sono concepiti in particolare per questo tipo di applicazioni.

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