“La tecnologia di oggi è il risultato di un intreccio di competenze sempre più complesse. Nessuno, da solo, può rivoluzionare un settore: è fondamentale unire competenze complementari e integrate per generare innovazione. L’ingegnere elettronico, ad esempio, deve collaborare con biomedici, fisici, biologi e medici per sviluppare soluzioni all’avanguardia e affrontare le sfide del futuro”.
È il messaggio che emerge dall’intervista che il Prof. Massimo Barbaro, docente dell’Università di Cagliari, ha recentemente rilasciato per la Società Italiana di Elettronica.
Il Prof. Barbaro è un ingegnere elettronico con un dottorato in ingegneria elettronica e informatica che ha maturato un’importante esperienza nel campo dell’elettronica e della microtecnologia, specializzandosi nella progettazione di circuiti integrati per sensori intelligenti, capaci di elaborare dati in autonomia.
“Durante il dottorato mi sono occupato di sensori di immagine, retina artificiale e sistemi neuromorfici, adottando un approccio all’acquisizione delle immagini che integra, direttamente su silicio, strutture di elaborazione ispirate al funzionamento della retina umana”.
Dopo il dottorato, si è occupato di elettronica per rilevazione di biomolecole tramite sensori in silicio. Si tratta di sensori che misurano interazioni del DNA riuscendo a misurare la presenza di una sequenza di DNA in un campione confrontandola con un campione noto e fornendo una risposta immediata in forma elettronica.
I circuiti integrati e le interazioni con il DNA
Il Prof. Barbaro ha spiegato che, tradizionalmente, il riconoscimento delle sequenze di DNA avviene attraverso metodi ottici. Lo sviluppo dell’ingegneria elettronica, invece, ha sviluppato un approccio innovativo basato esclusivamente su tecnologie elettroniche.
“Si tratta di sensori in grado di misurare direttamente la reazione biomolecolare che avviene quando una sequenza di DNA si lega alla sua complementare. Questo processo genera un fenomeno elettrico rilevabile da un sensore integrato. Il principale vantaggio di questa tecnologia è la possibilità di effettuare misurazioni dirette, senza dover ricorrere a sistemi ottici come le telecamere, utilizzati nell’approccio tradizionale. L’obiettivo è sviluppare dispositivi portatili in grado di analizzare il DNA ovunque, non solo in laboratorio, ma anche in contesti come ambulanze o aeroporti. Un sensore integrato di questo tipo potrebbe, ad esempio, essere impiegato per eseguire test rapidi in aeroporto durante una pandemia, e potrebbe analizzare contemporaneamente migliaia di campione nello stesso momento”.
Insieme al suo gruppo di ricerca, il Prof. Barbaro sta lavorando alle applicazioni dell’elettronica in ambito biomedicale, concentrandosi in particolare sull’elettronica impiantabile. Il team sta sviluppando dispositivi in grado di essere impiantati nel corpo umano e di operare in autonomia, creando interfacce dirette tra il sistema neurale e dispositivi esterni.
“Abbiamo lavorato nel campo delle neuroprotesi, dispositivi che si collegano direttamente al sistema nervoso per interpretare l’intenzione del paziente. Attraverso la microelettronica impiantabile, queste protesi rilevano i segnali elettrici che viaggiano nel sistema nervoso e li utilizzano per controllare il movimento dell’arto artificiale. Ma l’aspetto più innovativo è la possibilità di restituire al cervello un ritorno sensoriale, generando sensazioni artificiali simili a quelle naturali. Una volta impiantato, il dispositivo viene integrato nel corpo, ricucito, alimentato in modalità wireless e monitorato a distanza. Parallelamente, stiamo lavorando anche su soluzioni indossabili, una sfida ancora più complessa, poiché richiede di stimolare il nervo in profondità utilizzando correnti applicate dall’esterno del corpo”.
Il Prof. Barbaro ha aggiunto che questa tecnologia potrebbe essere applicata anche per percepire sensazioni provenienti dal mondo virtuale, realizzando sistemi di realtà virtuale che generano sensazioni naturali attraverso la stimolazione sensoriale, permettendo un’interazione diretta e immersiva.
Le competenze dell’ingegnere elettronico
L’ingegnere elettronico che lavora in questo è una figura che si occupa dello sviluppo di circuiti per sistemi integrati con funzionalità avanzate, adattandoli a contesti estremi.
“Nel caso dell’elettronica impiantabile, è fondamentale progettare dispositivi a bassissimo consumo energetico, poiché devono operare all’interno del corpo con un dispendio minimo di energia. Inoltre, è necessaria una competenza specifica nella progettazione di sistemi di trasmissione wireless dell’energia, ad esempio tramite accoppiamento induttivo. Anche la comunicazione rappresenta una sfida: tecnologie come Wi-Fi o Bluetooth non sono adatte, poiché le frequenze utilizzate non attraversano facilmente i tessuti biologici. Per questo, è essenziale sviluppare circuiti ottimizzati per garantire una trasmissione efficiente. Un altro aspetto cruciale è la programmabilità e la versatilità dei dispositivi. Se un ingegnere biomedico vuole sperimentare diverse modalità di stimolazione o monitorare parametri per regolare la sensazione generata, l’ingegnere elettronico deve progettare circuiti facilmente programmabili e controllabili, garantendo flessibilità e facilità d’uso”.
Il Prof. Barbaro ci ha raccontato delle tante iniziative pensate dall’Università di Cagliari per avvicinare i giovani allo studio dell’ingegneria ancor prima di arrivare all’università.
“L’Università di Cagliari ha sviluppato un programma ricco di attività informative sul corso di laurea in Ingegneria Elettronica, Informatica e delle Telecomunicazioni. Solitamente, in autunno apriamo le porte dei nostri laboratori e, successivamente, organizziamo eventi satellite nelle scuole, per raggiungere anche le realtà più distanti che potrebbero avere difficoltà a spostarsi. In questo modo, siamo in grado di avvicinare i giovani alle opportunità offerte dal nostro corso, superando le barriere logistiche. Il programma include quattro Open Day: uno presso l’Università e tre nelle scuole dell’isola. Inoltre, offriamo corsi pratici ed esperienziali, dove gli studenti possono immergersi in attività come la costruzione e il controllo di robot o la creazione di dispositivi pseudo-medicali, come ad esempio un sistema per misurare il battito cardiaco tramite un LED. Queste esperienze pratiche consentono di comprendere concretamente cosa significhi sviluppare un sistema e utilizzare strumenti semplificati, avvicinando i partecipanti al mondo dell’ingegneria in modo coinvolgente e interattivo”.
