“Viviamo nell’epoca dell’intelligenza artificiale e delle tecnologie digitali, ma se venissero a mancare le risorse e le tecnologie elettroniche che le sostengono, lo sviluppo stesso di questi sistemi rallenterebbe drasticamente”.

Con questa riflessione si apre l’intervista del Prof. Michele Riccio, ingegnere elettronico e docente presso l’Università Federico II di Napoli, realizzata per la Società Italiana di Elettronica. Nel corso della conversazione, il prof. Riccio ripercorre le tappe principali della sua attività di ricerca, soffermandosi in particolare sul tema dell’affidabilità dei componenti elettronici che garantisce sicurezza, efficienza e continuità di funzionamento alle applicazioni che spaziano dalle auto elettriche ai sistemi di trasporto e industriali.

“Ho iniziato realizzando sistemi di misura e caratterizzazione basati sulla termografia all’infrarosso. In pratica utilizzavamo immagini nel campo degli infrarossi per osservare la distribuzione di temperatura interna di componenti e circuiti elettronici e studiarne l’affidabilità, un tema cruciale in numerosi settori industriali. Tra i primi progetti affrontati ci sono stati i transistor utilizzati nelle prime auto elettriche. L’obiettivo era garantire test di validazione con zero fallimenti sui campioni provati, mentre, sul veicolo, un’affidabilità attesa dell’ordine di pochi guasti per miliardo di ore per le funzioni critiche. È ragionevole aspettarsi che un componente elettronico non fallisca quando si trova a bordo di un’auto in movimento o all’interno di un sistema di trazione ferroviaria. In questi contesti, sottolinea, ogni elemento deve rispettare standard di sicurezza estremamente elevati. Tutte le parti del sistema devono raggiungere livelli di affidabilità massimi, compresa l’elettronica. L’evoluzione tecnologica degli ultimi anni ha introdotto nuovi materiali e nuovi dispositivi: ora le densità di potenza che sono chiamate a gestire i componenti elettronici sono sempre più elevate e temperature sempre più estreme, rendendo ancora più importante il tema dell’affidabilità. Da qui il passaggio a un secondo ambito di ricerca: la modellistica numerica e la simulazione. L’evidenza sperimentale da sola non basta. Se non si affianca una componente teorica e simulativa che permetta di comprendere i fenomeni fisici osservati, non si chiude il cerchio. Attraverso lo sviluppo di modelli numerici avanzati, il mio lavoro è stato quello di replicare ciò che avviene nella realtà e prevedere il comportamento di nuove tecnologie e nuovi dispositivi nelle applicazioni reali. Questi strumenti ci hanno consentito di creare le giuste basi teoriche per lo sviluppo di componenti sempre più efficienti e performanti”.

Il prof. Riccio sottolinea che l’affidabilità non è una proprietà del singolo componente isolato, ma il risultato di una progettazione integrata di dispositivo, circuito e sistema.

“Esistono dei test industriali standard per validare i componenti elettronici in condizioni di funzionamento estreme e quindi quantificare i limiti di funzionamento sicuro: io ho lavorato principalmente su test di corto circuito, commutazione su carico induttivo e test in valanga. In tutte queste tecniche standard, ho introdotto l’utilizzo innovativo delle immagini termiche per poter ricostruire i meccanismi fisici di rottura interni ai dispositivi elettronici: diodi, transistor, celle solari ecc. I modelli numerici compatti hanno poi permesso di utilizzare i dati provenienti da misure elettriche e termiche per la implementazione di ambienti di simulazione in grado di supportare le fasi di sviluppo sia dei componenti elettronici che dei circuiti nei quali essi venivano utilizzati. Inoltre, la connessione tra componenti elettronici ed il circuito/sistema che li utilizza è estremamente intima. Una buona progettazione non può prescindere dalla conoscenza profonda dei meccanismi fisici alla base dei componenti. Solo così è possibile progettare minuziosamente il dimensionamento di potenza, tensioni, correnti, perdite, isolamento, sicurezza alta tensione, raffreddamento, sensori di monitoraggio e tutte le parti in generale che concorrono di concerto ad un funzionamento sicuro ed affidabile.

Per descrivere il ruolo dell’ingegnere elettronico in questo settore, il Prof. Riccio distingue due grandi ambiti.

“Il primo riguarda la progettazione dei singoli componenti. L’ingegnere elettronico deve essere in grado di progettare i dispositivi che si trovano alla base dei circuiti. Il secondo riguarda invece la realizzazione dei sistemi che utilizzano quei componenti. Pensiamo a un’auto elettrica: come si fa a prelevare energia dalle batterie e trasferirla al motore? È qui che entra in gioco, ad esempio, l’ingegnere elettronico. Prima progetta il componente, poi il circuito che lo utilizza e infine l’intero sistema che permette di manipolare e gestire l’energia in maniera efficace. I casi di applicazione sono però numerosissimi: basti pensare al problema altrettanto sentito e delicato che riguarda la gestione sicura ed efficiente dell’elettronica di potenza che serve ad alimentare i grandi data center utilizzati per l’intelligenza artificiale. Un processo nel quale il tema dell’affidabilità diventa dominante in una innovazione continua”.

L’affidabilità è un requisito tecnico, ma anche una responsabilità progettuale che accompagna ogni fase dello sviluppo, dal singolo dispositivo fino al sistema nel suo insieme. L’ingegnere elettronico è quindi una figura abilitante, decisiva nello sviluppo delle tecnologie più innovative ma spesso rimane invisibile.

“L’ingegnere elettronico è una figura che, per la rapidità con cui la tecnologia evolve, deve essere in grado di aggiornarsi costantemente e di interpretare i cambiamenti, mantenendo saldo il legame tra innovazione, sicurezza e applicazione reale. Per questo motivo, se si guarda al futuro della formazione, una delle principali sfide sia per le università che per gli studenti è quella di rimanere al passo con la rapidità del cambiamento tecnologico. Il mondo corre a una velocità enorme e alcuni contenuti che uno studente impara oggi rischiano di diventare obsoleti già nel momento in cui conclude il proprio percorso di laurea. Ecco perché la vera competenza non consiste soltanto nell’acquisire conoscenze tecniche, ma nel mantenere la capacità di aggiornarsi continuamente e adattarsi all’evoluzione delle tecnologie, inquadrando il problema da un punto di vista ingegneristico. Oggi i ragazzi hanno a disposizione una quantità enorme di informazioni, ma non sempre riescono a collegare un determinato percorso di studi agli sbocchi lavorativi che offre. In questo contesto, l’ingegneria elettronica soffre di un problema di percezione. Infatti, pur essendo una disciplina fondamentale e abilitante per molte delle tecnologie contemporanee, appare meno attraente rispetto ad altri ambiti. L’ingegneria elettronica paga il fatto di essere meno visibile rispetto ad altre discipline. Quando uno studente vede un robot, ad esempio, ne rimane affascinato mentre l’elettronica, rimane nascosta all’interno dei dispositivi e per questo fatica a stimolare la curiosità. Le nuove generazioni, inoltre, sono nate in un mondo già completamente digitalizzato. Non hanno vissuto la rivoluzione elettronica e tecnologica degli ultimi decenni. Per loro tutto ciò che c’è dietro a uno smartphone, a un computer o a un sistema intelligente è quasi scontato. A questo si aggiunge una percezione ancora fortemente legata al mondo maschile, che continua a rappresentare una barriera culturale per molte studentesse”.