“L’ingegnere elettronico è una figura chiave dell’innovazione tecnologica e può contribuire a migliorare la qualità della vita. Eppure, questo ruolo strategico e il suo impatto sulla società non sono sempre percepiti dai giovani che si apprestano a scegliere il proprio percorso universitario”.
In questa intervista per la Società Italiana di Elettronica, il professore Bruno Andò, Presidente del Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica dell’Università di Catania, racconta gli sviluppi della ricerca nel campo della sensoristica e l’importanza dell’orientamento per informare i giovani sulle opportunità offerte dal percorso universitario.
“Mi occupo di sensoristica e di sistemi multisensoriali intelligenti, supportati anche da algoritmi di intelligenza artificiale, per la misurazione di grandezze fisiche e biofisiche. La mia attività di ricerca si concentra sia sulla progettazione e realizzazione di sensori innovativi sia sulla progettazione di sistemi multisensoriali. In questi ultimi, più sensori vengono integrati e affiancati da opportune tecniche di elaborazione del segnale per l’estrazione di informazioni affidabili e immediatamente fruibili. L’obiettivo finale è sempre quello di migliorare la qualità della vita delle persone. Un settore particolarmente importante, ad esempio, è quello dell’invecchiamento attivo e del benessere, nell’ambito del quale sviluppiamo soluzioni di domotica assistiva per anziani e persone con disabilità. Attraverso l’utilizzo di sensori ambientali e/o indossabili è possibile monitorare parametri biofisici e comportamentali, anche a distanza, ottenendo informazioni sullo stato di salute degli utenti e individuando eventuali variazioni nel tempo delle loro abitudini comportamentali. L’obiettivo non è semplicemente rilevare un evento dopo che si è verificato, ad esempio una caduta, ma prevenirlo. Attraverso un monitoraggio continuo della postura e dell’equilibrio durante la giornata è possibile, infatti, fornire indicazioni utili all’utente o al personale sanitario per prevenire potenziali situazioni a rischio. Analogamente, è possibile osservare parametri geriatrici indiretti, come le abitudini alimentari e l’utilizzo degli spazi abitativi, per esempio la frequenza e le modalità con cui una persona utilizza la cucina, il frigorifero o il bagno, perché anche queste informazioni sono indicatori dello stato di salute e del grado di autonomia dell’individuo. Stiamo lavorando anche su applicazioni dedicate alla malattia di Parkinson, collaborando con specialisti neurologi, per supportare sia la diagnosi sia il follow-up clinico attraverso dispositivi indossabili a basso costo in grado di effettuare un monitoraggio continuo, anche in ambiente domestico”.
Per rendere possibili queste applicazioni, è necessario sviluppare sensori sempre più affidabili, economici, miniaturizzati e adattabili ai diversi contesti d’uso.
“Accanto allo sviluppo di applicazioni per il monitoraggio della salute e del benessere, la ricerca si concentra anche sulle tecnologie che rendono possibile lo sviluppo di questi sistemi. Un esempio è la prototipazione rapida di sensori, ad esempio mediante tecniche di stampa a getto d’inchiostro. Utilizziamo tecnologie simili a quelle delle comuni stampanti per realizzare dispositivi elettronici su supporti flessibili, come carta o materiali plastici. Questo approccio consente di realizzare rapidamente prototipi di sensori ed elementi elettronici flessibili e adattabili a superfici diverse, con costi ridotti e tempi di sviluppo molto più brevi rispetto alle tecnologie tradizionali. In pratica, è possibile concepire un dispositivo, progettarlo digitalmente e realizzarlo in pochissimo tempo. Un ruolo fondamentale è svolto dai materiali utilizzati per i substrati e per gli inchiostri funzionali, che possono essere semplicemente conduttivi oppure sensibili alle grandezze che si desidera misurare. La scelta e la combinazione dei materiali possono conferire ai sensori caratteristiche e funzionalità differenti. I materiali conduttivi tradizionali, ad esempio, possono modificare le proprie caratteristiche elettriche in funzione di parametri come temperatura e umidità. Con materiali funzionali più avanzati, invece, è possibile realizzare sensori in grado di misurare alcune caratteristiche di molecole, proteine e altre grandezze chimiche, aprendo nuove possibilità soprattutto in ambito biomedicale. Un esempio concreto di questa attività è lo sviluppo di sensori ibridi con doppia uscita, elettrica e ottica, realizzati su substrati trasparenti che, oltre a consentire la realizzazione di metodologie di trasduzione elettrica, risultano compatibili con l’impiego di soluzioni ottiche. Questa configurazione offre vantaggi in termini di affidabilità e robustezza e trova applicazione anche per il monitoraggio di target di interesse nel settore biomedicale, come ad esempio una specifica proteina. Attraverso un’opportuna funzionalizzazione dello strato sensibile è infatti possibile rendere il sensore selettivo, permettendogli di riconoscere uno specifico target rispetto ad altri che potrebbero essere presenti nella soluzione analizzata. Parallelamente, una delle sfide più importanti è sviluppare soluzioni che siano non solo performanti, ma anche sostenibili e a basso impatto ambientale”.
Molti di questi sistemi, e in particolare i dispositivi indossabili, devono essere autonomi sia dal punto di vista energetico sia dal punto di vista dell’elaborazione dei dati per estrarre informazioni solide e adeguate al contesto in cui si applicano.
“L’utilizzatore finale, ad esempio un medico, non ha bisogno di grandi quantità di dati grezzi, ma di informazioni sintetiche, affidabili e clinicamente significative. Per questo motivo sviluppiamo sistemi multisensoriali che, grazie ai segnali forniti da diversi sensori e a opportune tecniche di elaborazione (data fusion), consentono la sintesi di un’informazione caratterizzata da elevata ridondanza e affidabilità. Accanto agli algoritmi tradizionali basati su regole e/o modelli fisici, utilizziamo anche tecniche di intelligenza artificiale e di machine learning per affrontare la complessità che caratterizza alcuni contesti applicativi particolarmente sfidanti. Grazie all’aumento della capacità di calcolo, oggi è possibile integrare questi algoritmi direttamente nei dispositivi indossabili effettuando una pre-elaborazione locale che riduce il volume dei dati da trasmettere e comporta vantaggi in termini di consumo energetico, di banda di comunicazione e, soprattutto, di affidabilità del sistema. In questo modo il nodo sensoriale è in grado di fornire direttamente informazioni che sono immediatamente fruibili. Rimane di fondamentale importanza la qualità del dato fornito dal sensore, motivo per cui la valutazione dell’affidabilità delle misure rappresenta una componente essenziale della ricerca”.
Un aspetto su cui il prof. Andò vuole volgere l’attenzione è il ruolo delle discipline di base nella formazione dell’ingegnere elettronico.
“Le studentesse e gli studenti del primo anno di ingegneria elettronica si confrontano con insegnamenti che, in un primo momento, possono apparire lontani dalle applicazioni finali. In realtà, tutte le tecnologie di cui parliamo, dai circuiti elettronici, ai sistemi intelligenti e ai sensori biomedicali, si fondano sulla comprensione approfondita della matematica, della fisica, della chimica e delle altre discipline di base. Per questo il mio consiglio è quello di affrontare lo studio di queste materie considerandole necessarie per sviluppare le competenze specialistiche che si acquisiranno durante gli anni successivi del percorso. Per quanto riguarda l’orientamento universitario, ritengo sia fondamentale intervenire già durante il terzo e il quarto anno delle scuole superiori, quando gli studenti iniziano a maturare le proprie scelte. A tale scopo vengono organizzate numerose attività di orientamento nelle scuole per spiegare cosa significa intraprendere un percorso universitario, ad esempio in Ingegneria Elettronica, quali competenze si acquisiscono e come queste possano essere valorizzate nel mondo del lavoro. Accogliamo inoltre gli studenti nei nostri laboratori, consentendo loro di osservare direttamente le attività sperimentali e di comprendere concretamente cosa significhi studiare e fare ricerca in ambito universitario. Comunicare queste opportunità in anticipo è essenziale, affinché le studentesse e gli studenti possano operare la scelta migliore per il loro percorso di studi universitario.”
