“L’elettronica è un elemento fondamentale in tutti gli ambiti tecnologici. Quando si vuole realizzare qualcosa, bisogna prima pensarla, progettarla e poi concretizzarla: è in questa fase che entrano in gioco l’elettronica e la programmazione, che ci permettono di trasformare un’idea in un sistema funzionante”.
La passione per le tante applicazioni dell’elettronica è stato il primo aspetto che la Professoressa Maide Bucolo, Docente presso il Dipartimento di Elettrica, Elettronica e Informatica dell’Università di Catania, ha voluto sottolineare all’inizio di questa intervista per la Società Italiana di Elettronica.
La professoressa Bucolo ha raccontato della sua forte predisposizione per la matematica che, dopo il diploma, l’ha orientata verso gli studi dell’ingegneria per poi specializzarsi attraverso un dottorato in Ingegneria Elettronica e dei Sistemi di Controllo, con un focus sui controlli automatici.
“Ho iniziato occupandomi di sistemi elettronici complessi, insiemi di unità non lineari che interagiscono tra loro, cercando di capire come i comportamenti delle singole parti influenzino l’intero sistema. La non linearità, infatti, spesso comporta un alto livello di impredicibilità nell’evoluzione delle dinamiche. Parallelamente, ho coltivato un forte interesse per le applicazioni in ambito biomedicale, un settore in cui la complessità dei sistemi biologici si sposa perfettamente con l’approccio ingegneristico nello studio dei sistemi complessi”.
Dall’elettronica alla microfluidica
Attualmente le attività di ricerca delle professoressa Bucolo si concentrano su due direzioni principali:
“Il primo ambito riguarda lo sviluppo di interfacce cervello-macchina per il controllo di sistemi robotici. In particolare, abbiamo studiato i segnali provenienti dalla corteccia cerebrale per comprendere meglio i processi cognitivi legati al pensiero, alle intenzioni motorie e a possibili condizioni patologiche. L’obiettivo finale è utilizzare queste informazioni per controllare un robot “AlterEgo”, sviluppato presso l’Università di Pisa, capace di muoversi in ambienti domotici. Si tratta di un robot pensato per assistere persone con difficoltà motorie, in modo da permettergli di interagire con lo spazio domestico”.
Riuscire a gestire il controllo del robot tramite segnali neurali per il miglioramento della qualità di vita di pazienti con gravi compromissioni motorie è la vera sfida della ricerca scientifica. Le interfacce cervello-macchina che spesso vengono associate ad applicazioni ludiche o comportamentali, in questo caso assumono un significato profondamente inclusivo e orientato al benessere delle persone.
“Il secondo ambito di ricerca riguarda, invece, lo sviluppo di dispositivi portatili per l’analisi automatizzata di campioni biologici. Si tratta di sistemi miniaturizzati che, attraverso sensori e componenti elettronici integrati, permettono di effettuare analisi rapide ed economiche. Il potenziale di questi dispositivi va oltre l’ambito biomedico: una volta sviluppata la tecnologia di base, possiamo adattarli anche ad applicazioni ambientali, ad esempio per rilevare la presenza di microplastiche o inquinanti in campioni liquidi. Al momento stiamo concentrando le nostre attività sullo studio dei comportamenti delle cellule ma ci stiamo preparando anche per aprirci verso le altre direzioni”.
Questi progetti si collocano nell’ambito dello studio dei processi microfluidici dove due fluidi immiscibili o fluidi e particelle scorrono all’interno di microcanali.. La principale criticità nella microfluidica è che l’aumento della complessità geometrica richiede una conoscenza sempre più precisa della dinamica delle bolle di fluido che si formano o della posizione delle particelle nel fluido. Ad oggi, i meccanismi che governano i flussi in ingresso e che determinano specifici schemi temporali e dinamici delle bolle e delle particelle, così come la loro stabilità, sono difficili da prevedere e controllare in tempo reale al variare delle condizioni di ingresso.
“Nel nostro lavoro utilizziamo microchip di dimensioni molto ridotte, progettati con micro-canali o micro-camere nei quali viene introdotto un fluido che contiene cellule. Per inserire le cellule in modo preciso all’interno di questi micro-spazi, impieghiamo delle pompe che regolano la quantità del campione e ne controllano gli spostamenti. A gestire questo processo è un microcontrollore che invia i comandi alle pompe, stabilendo quando e con quale intensità attivarsi. In questo modo, il sistema diventa completamente automatizzato, riducendo al minimo l’intervento manuale dell’operatore e aumentando precisione, ripetibilità ed efficienza”.
L’obiettivo del gruppo di ricerca della professoressa Bucolo è sviluppare sistemi portatili a basso costo che permettano, in modo automatico, sia la rilevazione della vitalità cellulare sia la classificazione di cellule cancerogene.
“Si tratta di due direzioni differenti, fondate su principi fisici distinti, ma accomunate da un medesimo approccio progettuale: ideazione del dispositivo, sviluppo dell’elettronica integrata e analisi del campione. Abbiamo progettato dispositivi in grado di osservare il campione, spostarlo all’interno del chip, acquisire immagini al microscopio e, da queste, estrarre le informazioni necessarie per guidarne il movimento. In questo modo realizziamo un sistema elettronico miniaturizzato, automatico e intelligente. Un aspetto per noi fondamentale è l’impiego di tecnologie non invasive: il nostro obiettivo è evitare qualsiasi alterazione delle cellule durante l’analisi, per garantire l’affidabilità dei risultati e preservare le caratteristiche biologiche dei campioni”.
L’ingegneria elettronica e i giovani
Tra le competenze fondamentali che la professoressa Bucolo cerca di trasmettere ai suoi studenti e alle sue studentesse ci sono senza dubbio la determinazione, l’impegno e la buona volontà. Una volta acquisito un metodo di studio efficace, è possibile affrontare con successo qualsiasi ambito dell’ingegneria. È una consapevolezza che ogni professionista dovrebbe sviluppare, soprattutto in un contesto in cui la formazione è, oggi più che mai, un processo continuo e necessario.
“Ai giovani, più che trasmettere solo nozioni tecniche, dovremmo offrire vere opportunità professionali, che li incuriosiscano e li avvicinino al mondo dell’ingegneria elettronica. In questo modo, la parte tecnica non viene più percepita come qualcosa di astratto o lontano, ma come uno strumento concreto per capire e agire. Potremmo spiegare concetti complessi, come quelli della fisica, partendo da strumenti pratici come il giroscopio, senza necessariamente entrare subito nei dettagli tecnici di come è fatto un sensore. Per esempio, durante il periodo del Covid, abbiamo acquistato dei robot e li abbiamo spediti direttamente a casa degli studenti che stavano lavorando alle loro tesi, per permettere loro di avere comunque un’esperienza pratica. Certo, seguire a distanza non è come essere in laboratorio, ma hanno apprezzato molto questo approccio più dinamico e coinvolgente. Forse, alla fine, siamo proprio noi docenti a dover cambiare il modo di insegnare guardando alle esigenze dei giovani come nuove sfide educative”.
