Le nuove frontiere della meccatronica
Un gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria meccanica e strutturale presenta alcuni progetti
Intervista di Marinella Daidone a Mauro Da Lio

Il professor Mauro Da Lio ci ha parlato di alcuni progetti sviluppati dal gruppo di ricerca in meccatronica presso il Dipartimento di Ingegneria meccanica e strutturale.

Professor Da Lio, ci può spiegare di cosa si occupa la meccatronica?
La meccatronica è un’evoluzione moderna dell’ingegneria meccanica e si dedica allo studio di sistemi meccanici intelligenti, in particolare tutti quei prodotti industriali definiti “smart” o appunto “intelligenti”. Il campo della meccatronica si estende oggi anche a molti prodotti tradizionali che cambiano radicalmente funzionalità attraverso l’uso di nuove tecnologie, di materiali innovativi, dell’automazione di sistemi intelligenti di produzione, gestione e controllo.

Quali sono stati gli stimoli per sviluppare la ricerca in meccatronica presso il Dipartimento di Ingegneria meccanica e strutturale?
Il gruppo di ricerca in meccatronica è nato l’anno scorso per soddisfare un’esigenza duplice: sviluppare il settore della meccanica innovativa e fornire le fondamenta per quello che nel contempo è stato realizzato a livello di corso di studio e cioè la laurea specialistica in Ingegneria meccatronica, che si affianca a quella in Ingegneria dei materiali, completando così l’offerta formativa delle lauree specialistiche nel settore industriale.

Quali sono i principali progetti di ricerca in atto in questa materia presso il Dipartimento?
In questo momento abbiamo quattro grandi filoni di ricerca attivati grazie a finanziamenti di tipo europeo, ministeriale o provenienti da rapporti di collaborazione con imprese.
Una ricerca rilevante, per esempio, frutto di una collaborazione interuniversitaria ( http://www.dinamoto.it ), riguarda il settore della dinamica del veicolo: alcune persone del nostro dipartimento si sono occupate di meccanica del veicolo da quasi un decennio, soprattutto di dinamica dei motocicli. Abbiamo avuto collaborazioni con aziende molto importanti come Harley Davidson, Aprilia, Ducati.
Inizialmente l’attività di ricerca era finalizzata alla modellistica dinamica, e in particolare a come si comportano i veicoli in risposta alle azioni del pilota. L’evoluzione della ricerca ha riguardato il settore dei controlli e la modellistica dei piloti per arrivare all’aspetto più innovativo ossia alla possibilità di realizzare i cosiddetti piloti artificiali e quindi a strumenti capaci di realizzare la guida autonoma o automatica.

Come mai ha citato proprio il settore motociclistico?
A differenza di altri tipi di veicoli, per valutare le prestazioni di un motociclo non è possibile prescindere dalla presenza del pilota, visto che senza questo cadrebbe. Quindi noi abbiamo dovuto inventarci un pilota, insieme al veicolo, per valutare realisticamente le caratteristiche di manovrabilità e maneggevolezza.
Per valutare le prestazioni di un veicolo in maniera sensata occorre farlo guidare da un pilota “bravo”, ovvero “ottimo” e quindi in pratica abbiamo trovato che l’applicazione di tecniche di controllo ottimo, in particolare la risoluzioni di problemi di tempo minimo, ci consentiva di valutare in maniera oggettiva le prestazioni. Per fare un esempio, quando viene realizzato un prototipo di un veicolo per le competizioni e viene provato in pista, il criterio di base è il tempo che il veicolo impiega per compiere un giro. Noi siamo in grado di risolvere lo stesso problema da un punto di vista di simulazione e quindi valutare in questo modo oggettivamente le prestazioni del veicolo in termini di manovrabilità e maneggevolezza.
In seguito abbiamo scoperto che questo metodo può essere utilizzato anche per pianificare in maniera automatica manovre particolarmente efficienti ed è quello su cui stiamo lavorando; è un progetto di ricerca molto interessante perché apre la strada ad applicazioni alla guida che non sono tanto lontane da noi: probabilmente tra un decennio potremo avere veicoli che guidano da soli.

Di quali altri filoni di ricerca vi state occupando?
Il secondo settore di ricerca è svolto in collaborazione col Dipartimento di Fisica e riguarda la ricerca sulle onde gravitazionali nell’ambito del progetto LISA: è una missione spaziale che farà volare una formazione di tre satelliti. La misura accurata dello spostamento relativo di masse rivelatrici poste dentro i satelliti consentirà di osservare le onde gravitazionali.

Qual è il vostro contributo al progetto LISA?
Il nostro apporto riguarda l’ingegneria dei sistemi. Infatti, ognuno di questi satelliti, dalle masse rivelatrici, ai sistemi di controllo, attuazione, ecc. è anche un sistema meccatronico. Per esempio, la dinamica della massa di prova investita dalle onde gravitazionali, il sistema di attuatori elettrostatici che servono a controllarne la posizione, il sistema di controllo della posizione e di inseguimento da parte del satellite, configurano il tutto come un sistema tipicamente “meccatronico”.
Il nostro contributo è soprattutto al livello di progettazione concettuale sia dal punto di vista scientifico che ingegneristico. Attraverso i risultati delle nostre attività definiamo il lavoro di progettazione di dettaglio degli altri gruppi industriali europei e centri di ricerca che partecipano al progetto. La collaborazione che si è creata con il gruppo LISA del Dipartimento di Fisica rappresenta una bella esperienza e ritengo che l’ateneo, grazie a questo tipo di collaborazioni interdisciplinari, si presenti molto bene, con gruppi di ricerca di eccellenza, nei confronti del mondo scientifico, dell’ESA (Agenzia Spaziale Europea) e dei contraenti industriali europei.

Ci sono altri progetti interessanti a cui state lavorando?
Certo, vorrei citarne altri due. Il primo è il progetto MEPROMEC di formazione e ricerca che è svolto in collaborazione con il CNR-ITIA (Istituto di tecnologia e automazione industriale del CNR) di Milano, che riguarda applicazioni di robotica e macchine automatiche per la produzione industriale. Alcuni neolaureati trentini usufruiranno di un contratto di ricerca per un anno e saranno successivamente impegnati presso la Facoltà di Ingegneria di Trento, il CNR o presso aziende trentine. Un’altra area di ricerca riguarda l’energia intelligente, un settore storico dell’ingegneria meccanica che con l’avvento di nuove tecnologie si sta radicalmente trasformando: stiamo passando da macchine per la produzione dell’energia che erano piuttosto “stupide” a sistemi estremamente sofisticati dotati di strumenti di diagnostica, condition monitoring o life management. Si tratta di macchine che cominciano ad avere una specie di “sistema nervoso” all’interno e che sono completamente sensorizzate. Ci sono dei modelli di interpretazione dello stato della macchina che consentono di sapere come sta la macchina, come è stata utilizzata e permettono di gestirne la vita operativa. Anche in questo settore la meccatronica sta dando un contributo rilevante.

Nelle foto, in alto a destra Mauro Da Lio, a sinistra: macchina di misura delle caratteristiche di pneumatici di motocicletta; in basso a destra: prototipo di motociclo a tre ruote rollanti (autore dell'elaborato Francesco Biral).

Dipartimento di Ingegneria meccanica e strutturale
 
Il Dipartimento di Ingegneria meccanica e strutturale svolge attività di ricerca di carattere progettuale, sperimentale e teorico, riguardante il comportamento meccanico, sia statico che dinamico, delle strutture e dei sistemi complessi di strutture e dei materiali. L’attività di ricerca occupa quindi un ampio spettro delle aree tipiche dell’ingegneria civile ed industriale e delle loro metodologie analitiche: meccanica teorica e matematica applicata; ingegneria strutturale; ingegneria geotecnica; ingegneria dell’edilizia e delle infrastrutture; macchine a fluido; disegno industriale; impianti; meccanica applicata; meccatronica; fisica delle superfici; matematica.
Le attività di ricerca applicata vengono svolte in Laboratori di misure (prove materiali, geotecnica, tecnologie speciali, macchine) e Laboratori di modellazione e calcolo (meccanica computazionale, disegno industriale, edilizia industriale).

Direttore: Davide Bigoni
Sede: Via Mesiano 77, I-38100 Trento
e-mail: bigoni@ing.unitn.it
http://www.ing.unitn.it/dims/