Il lavoro dell’ingegnere elettronico non si limita alla progettazione di circuiti o dispositivi, può estendersi alla ricerca scientifica, allo sviluppo di nuove soluzioni tecnologiche e alla collaborazione tra università e impresa. Ce lo ha raccontato Enrico Boni, ingegnere elettronico e docente presso l’Università di Firenze, in questa intervista per la Società Italiana di Elettronica. Il prof. Boni affianca all’attività accademica quella imprenditoriale dimostrando come l’ingegneria elettronica possa contribuire allo sviluppo di nuove tecnologie in diversi ambiti.
“Fin da ragazzo mi è sempre piaciuto smontare le cose, non solo elettroniche ma anche meccaniche. La curiosità di capire come funzionano gli oggetti è stata il punto di partenza. Ho iniziato a documentarmi e ho capito che l’elettronica è un mondo estremamente interessante, perché permette di controllare molti degli aspetti della nostra vita moderna attraverso dispositivi tecnologici che negli ultimi anni hanno avuto uno sviluppo praticamente senza limite. Questo è ciò che rende l’elettronica così affascinante: i dispositivi riescono a fare cose sempre più complesse e svolgere funzioni che fino a pochi anni fa sarebbero state impensabili. Spesso si pensa che tutto questo sia merito dell’informatica e della programmazione. In parte è vero: l’ingegneria informatica si occupa infatti della programmazione dei sistemi. Tuttavia, alla base di tutto c’è il sistema elettronico che rende possibile questa elaborazione. Con un certo rammarico bisogna riconoscere che questa componente fondamentale rimane spesso nascosta, perché le persone vedono soltanto il livello informatico. È quindi importante far passare un messaggio chiaro, soprattutto ai ragazzi che stanno scegliendo il proprio percorso universitario: l’elettronica non è qualcosa di irraggiungibile o incomprensibile. In realtà i sistemi elettronici, anche i più complessi, sono costruiti a partire da unità molto semplici, come il transistor o la porta logica. Proprio perché l’essere umano non costruisce direttamente sistemi complessi: costruisce invece sistemi complessi mettendo insieme tanti elementi semplici. Studiare come funzionano questi elementi e come combinarli è proprio il lavoro dell’ingegnere elettronico. L’ingegneria elettronica paga però uno scotto importante: spesso non si vede. Banalmente, tutti utilizziamo uno smartphone per telefonare oppure usiamo programmi di scrittura per studiare o lavorare. Invece il transistor, che è il componente fondamentale di tutti questi sistemi, viene utilizzato e studiato principalmente da chi lavora nell’elettronica. Per questo motivo l’elettronica non ha lo stesso rilievo, sia dal punto di vista della percezione quotidiana sia talvolta anche nell’insegnamento scolastico. Potrebbe invece avere molto senso introdurre alcuni concetti di elettronica già alle scuole superiori, magari collegandoli alla fisica. Oggi l’approccio all’elettronica nella scuola è spesso diverso, se non addirittura assente”.
Il prof. Boni ha fondato tre spin-off in diversi settori dell’ingegneria elettronica, un’esperienza che gli permette di conoscere da vicino anche la dimensione industriale di questo campo.
“Ho fondato il primo spin-off nel 2012 e riguarda la progettazione di sistemi a ultrasuoni più orientati al settore industriale che a quello biomedico. Gli ultrasuoni, infatti, non vengono utilizzati solo in medicina, possono servire anche per analizzare la struttura interna dei metalli e di altri materiali, permettendo di effettuare controlli non distruttivi e verifiche di qualità nei processi industriali. Gli altri due spin-off, invece, sono più legati al settore dei droni e della robotica. Uno sviluppa droni marini a guida autonoma, utilizzati per il monitoraggio ambientale e per attività di sicurezza e sorveglianza lungo le coste. L’altro si occupa di robotica autonoma, progettando sistemi capaci di muoversi e operare in modo indipendente. La mia attività imprenditoriale è un esempio di come l’ingegnere elettronico, soprattutto nel campo dell’elettronica digitale, possa lavorare in ambiti molto diversi tra loro. Dall’ecografo al drone, fino al robot autonomo, tutti questi sistemi condividono una componente fondamentale, l’elettronica e i sistemi digitali che li controllano. È proprio questa base comune che permette di trasferire competenze e tecnologie da un’applicazione all’altra”.
L’elettronica digitale nei sistemi ecografici
Il prof. Boni porta avanti progetti di ricerca su sistemi ecografici con caratteristiche innovative, collaborando con istituti di ricerca internazionali che utilizzano le tecnologie elettroniche per sperimentazioni in ambito biomedico e per lo sviluppo di nuove modalità di imaging ultrasonografico.
“L’obiettivo è contribuire alla realizzazione di macchine ecografiche di nuova generazione, capaci di produrre immagini sempre più precise e di visualizzare dettagli morfologici con maggiore qualità. Uno dei grandi vantaggi dell’ecografia è che non utilizza radiazioni ionizzanti, e quindi non comporta rischi per i pazienti. Tuttavia, sviluppare questi sistemi richiede un intenso lavoro di studio e progettazione elettronica: i circuiti devono garantire prestazioni molto elevate per gestire ed elaborare segnali digitali complessi in modo rapido e accurato”.
L’ingegnere elettronico che lavora su sistemi ecografici deve conoscere molto bene la fisica della propagazione degli ultrasuoni. A questa competenza si affianca una solida preparazione nella progettazione di elettronica digitale.
“Un sistema a ultrasuoni funziona emettendo onde ultrasonore tramite un trasduttore e ricevendo l’eco di ritorno dai tessuti. Questo eco viene captato dalla sonda sotto forma di segnale elettrico analogico, poi convertito in digitale ed elaborato attraverso una catena di digital signal processing. All’interno di questi sistemi lavorano diverse figure di ingegneri elettronici con competenze complementari. C’è, ad esempio, chi si occupa della progettazione hardware, realizzando i circuiti stampati su cui vengono montati tutti i componenti elettronici. Questo richiede la capacità di progettare lo schema elettrico, realizzare il layout della scheda (lo sbroglio) e ottimizzare le prestazioni del circuito: competenze che si apprendono durante il corso di laurea e spesso si approfondiscono con la tesi. Accanto ai progettisti hardware ci sono poi gli ingegneri che programmano i dispositivi digitali presenti sulle schede. Molti di questi sistemi utilizzano dispositivi programmabili chiamati FPGA, che vengono configurati a un livello molto vicino all’hardware. Questo tipo di programmazione richiede conoscenze specifiche, tipicamente insegnate nei corsi di elettronica. Esistono inoltre altri dispositivi, sempre di competenza dell’ingegnere elettronico, come i processori digitali e i microcontrollori, che vengono programmati con linguaggi più simili a quelli utilizzati nei computer tradizionali. Tuttavia, rispetto alla programmazione ad alto livello tipica dell’informatica, gli ingegneri elettronici sono spesso orientati verso modalità di programmazione più vicine all’hardware necessarie per ottenere sistemi efficienti e ad alte prestazioni”.
Secondo il prof. Boni, l’ecografia si sta progressivamente orientando verso l’imaging tridimensionale. Ma ottenere immagini in 3D di alta qualità richiede sistemi ecografici estremamente complessi, che tenderebbero ad avere costi molto elevati e quindi difficilmente sostenibili dal punto di vista commerciale.
“Per questo motivo, una delle principali direzioni della ricerca è trovare soluzioni che permettano di ottenere immagini 3D di qualità sfruttando i continui progressi delle tecnologie elettroniche. La potenza di elaborazione dei sistemi elettronici, infatti, cresce rapidamente e consente di sviluppare architetture sempre più efficienti, capaci di gestire grandi quantità di dati e algoritmi avanzati di elaborazione del segnale. L’obiettivo è quindi rendere l’ecografia tridimensionale sempre più accessibile, migliorando la qualità delle immagini senza aumentare in modo significativo il costo delle apparecchiature”.
Dal suo osservatorio tra università e industria, il professor Boni sottolinea quanto sia critico il calo delle iscrizioni al corso di laurea in ingegneria elettronica per il futuro del settore.
“Questo fenomeno si riflette direttamente sul mercato del lavoro, dove oggi è sempre più difficile trovare ingegneri elettronici qualificati. La presenza femminile, poi, rimane ancora limitata. Per questo motivo è importante far conoscere meglio ai giovani, e alle giovani, le opportunità offerte dall’ingegneria elettronica. Questo è un settore che, pur rimanendo spesso invisibile, è alla base di molte delle tecnologie che utilizziamo ogni giorno e continua a offrire ampi spazi di ricerca, innovazione e sviluppo in ambiti che vanno dal biomedicale alla robotica, fino ai sistemi autonomi”.
