“L’ingegneria elettronica è una chiave strutturale della società contemporanea. Riveste un ruolo fondamentale nell’innovazione continua degli strumenti di raccolta, trasmissione ed elaborazione dell’informazione che la pervadono, la caratterizzano e che usiamo in tutti gli ambiti della vita quotidiana”.
A parlare è il Prof. Daniele Caviglia, professore ordinario presso il Dipartimento di Ingegneria Navale, Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni dell’Università di Genova, dove è anche Coordinatore della laurea Magistrale in Electronic Engineering. In questa intervista per la Società Italiana di Elettronica ha condiviso il suo punto di vista sul ruolo dell’ingegnere elettronico nella società del futuro.
“La mia passione per l’elettronica è nata durante l’estate tra la seconda e la terza media, grazie a due bellissimi regali. Il primo era un libro di fantascienza, “Il secondo libro dei robot” di Isaac Asimov, che mi condusse per mano a conoscere i suoi robot dotati del “cervello positronico”, capaci di imitare le capacità cognitive del cervello umano. Il secondo era una scatola di montaggio della Philips. Dentro c’erano tre transistor al germanio e tutti i componenti per costruire una grande varietà di circuiti, senza bisogno di saldature. Anni dopo, una volta conseguita la maturità scientifica, la scelta di come proseguire fu naturale: l’Ingegneria Elettronica era la mia strada. In tutti questi anni ho avuto l’opportunità di occuparmi di argomenti estremamente vari e…posso dirlo? Mi sono davvero divertito!
Già il progetto sviluppato per la tesi era molto interessante: si trattava di un generatore di forme d’onda arbitrarie pensato per la stimolazione di cellule biologiche, come gli osteoblasti, al fine di stimolarne la crescita. Subito dopo, grazie a una borsa di studio presso quella che era l’SGS/ATES ad Agrate Brianza, mi occupai della modellistica dei transistor MOS in regime di sottosoglia per lo sviluppo di circuiti a basso consumo per pacemaker. Con questo spunto iniziai a occuparmi di progettazione microelettronica sia nel senso più stretto del termine, sia ampliando l’interesse allo sviluppo di strumenti e tecniche innovative a suo supporto.
Uno dei filoni più significativi del mio lavoro, iniziato nella seconda metà degli anni ’80, è stato lo sviluppo di reti neurali artificiali su tecnologia integrata, sia analogica che digitale, applicate a contesti molto diversi tra loro. Per esempio, ho lavorato al riconoscimento ottico dei caratteri nei manoscritti, a un sistema per valutare la qualità dell’asfalto per ottimizzare alcuni parametri come la frenata dei veicoli, allo sviluppo di un sistema di riconoscimento in tempo reale dei difetti nei laminati piani.
Il risultato più significativo di quegli anni fu la realizzazione in tecnologia analogica di un chip che comprendeva al suo interno un percettrone multistrato (che ancora oggi è un elemento fondamentale delle moderne tecnologie di Intelligenza Artificiale) nelle cui sinapsi era incluso sia l’algoritmo di elaborazione diretta dei dati, sia quello per l’apprendimento dei pesi tramite retropropagazione dell’errore.
Un altro filone di ricerca condotto in parallelo negli stessi anni era legato allo sviluppo di circuiti per sistemi di diagnostica innovativa come ecografi a ultrasuoni e tomografi a risonanza magnetica”.
L’elettronica per la gestione delle emergenze
Il Prof. Caviglia ha poi raccontato dello spin-off fondato sulla base di un’idea innovativa che consentisse il monitoraggio in tempo reale delle precipitazioni. Lo scopo del progetto fu quello di realizzare uno strumento a basso costo, e quindi di possibile ampia diffusione, per integrare e potenziare i sistemi tradizionali di monitoraggio, come i pluviometri o i radar meteorologici usati dalla Protezione Civile.
“L’idea dello spin-off nacque in seguito all’alluvione che colpì Genova il 4 novembre 2011. Qualche settimana dopo partecipai a una presentazione sulle cause dell’esondazione del rio Fereggiano: emerse che nel bacino interessato non erano presenti pluviometri e il radar meteorologico del Monte Settepani non era operativo. Di conseguenza, i decisori locali, incaricati della gestione dell’emergenza, si trovarono privi di dati aggiornati su quanto stesse realmente accadendo. In quell’occasione ci fu rivolto un invito provocatorio: ‘Ma voi, ingegneri elettronici, non potreste inventare un sistema in grado di fornire dati in tempo reale?’ Da questa sfida nacque l’idea, ispirata dall’osservazione che il segnale della TV satellitare si interrompe durante i temporali più intensi. Questo avviene perché la pioggia attenua il segnale a microonde che trasporta l’immagine. Misurando l’attenuazione del segnale ricevuto tramite le comuni antenne paraboliche, è quindi possibile stimare l’intensità della pioggia che sta cadendo nel tratto di atmosfera tra parabola e satellite. Abbiamo quindi sviluppato un sistema hardware/software che, sulla base dei dati raccolti da una rete di antenne di questo tipo opportunamente posizionate sul territorio, consente di generare mappe di precipitazione in tempo reale, aggiornate ogni minuto. Queste mappe sono pensate per supportare le decisioni operative, come chiudere un sottopasso, bloccare una strada, evacuare un’area a rischio. Dopo il deposito di alcuni brevetti, nel 2014 abbiamo fondato lo spin-off e da allora sono stati sviluppati molti progetti, diversi dei quali ancora in corso e molti altri in preparazione”.
Il Prof. Caviglia ha poi raccontato di un’altra iniziativa ancora pensata per applicazioni di sicurezza: uno spin-off focalizzato sullo sviluppo di piattaforme per sciami di droni dedicate al monitoraggio degli incendi. Questa attività è tradizionalmente svolta da operatori a terra e presenta numerosi rischi con margini di intervento ristretti. L’obiettivo del progetto è quello di automatizzare e rendere più sicure queste operazioni, utilizzando flotte di droni coordinati in grado di monitorare l’evoluzione del fuoco in tempo reale, con maggiore precisione e affidabilità.
“L’idea vincente di questa piattaforma risiede nella capacità di garantire la continuità operativa del drone. Normalmente, al termine di una missione, il drone deve fermarsi per ricaricare la batteria, restando inutilizzato anche per decine di minuti. Invece, nel nostro sistema, una piattaforma interviene in modo automatico, e tramite un braccio robotico rimuove la batteria scarica e la sostituisce con una carica. In questo modo, il drone può atterrare, ricevere una batteria carica e ripartire in pochi minuti. Allo stesso modo, è possibile sostituire anche il “payload”, ovvero lo strumento o il materiale necessario al drone per compiere la nuova missione. Un’altra operazione molto specifica che viene svolta in questa fase è quella del “precision landing” del drone, ovvero effettuare l’atterraggio con grande accuratezza, sfruttando sistemi a radiofrequenza per la localizzazione e per il controllo del posizionamento. È un sistema brevettato, con applicazioni promettenti in contesti operativi complessi come il monitoraggio di incendi, di infrastrutture critiche, la ricerca di dispersi, o l’individuazione di specie aliene invasive.
Agli ingegneri elettronici del futuro
Il racconto del Prof. Caviglia lascia intravedere come l’ingegneria elettronica rappresenti una vera e propria chiave di volta nel processo di continua e rapidissima innovazione tecnologica della società contemporanea. Proprio per questo, l’ingegnere elettronico rappresenta una figura professionale trasversale, capace di operare in contesti diversi e, di conseguenza, particolarmente richiesta dal mondo del lavoro.
“Per affrontare con successo le sfide dell’ingegneria elettronica è fondamentale seguire un buon percorso formativo, che includa tutte le competenze utili per operare in questo settore in continua evoluzione. Un’ottima preparazione di base nelle discipline come matematica e fisica è indispensabile perché è su di essa che si possono costruire i “castelli di conoscenza” delle materie più specialistiche.
Un aspetto importantissimo è imparare un metodo di studio efficace, che consenta di continuare ad apprendere anche dopo la laurea. In un ambito così dinamico, la formazione continua è necessaria per restare aggiornati ed essere in grado di contribuire alla grande partita dell’innovazione, ciascuno nel suo ambito, sia esso quello della robotica, dell’informatica, delle telecomunicazioni e di tutti gli altri che da questi prendono spunto e forza. Potremmo tracciare questo percorso: le competenze acquisite consentono di capire i problemi, la fantasia e la creatività possono immaginare soluzioni, e infine le competenze e l’impegno consentono di realizzarle nella vita quotidiana. La fantascienza evocata all’inizio della mia “avventura elettronica” sta diventando realtà e noi ne siamo protagonisti”.
