Progettazione di materiali e sistemi intelligenti per l’industria (Resp. Brusa-Delprete)

Lo sviluppo recente della meccatronica strutturale, come intersezione e integrazione tra la meccanica, l’elettronica, i controlli e l’informatica, fornisce all’innovazione dei sistemi industriali un potente strumento di evoluzione, grazie alla realizzazione di strumenti, anche elementari, di intelligenza artificiale per rendere adattativi (capaci di una reazione alle variate condizioni di esercizio) e talora autonomi (capaci di una generazione di potenza in proprio) i sistemi.

Una prima categoria include l’impiego dei materiali intelligenti, così definiti per la capacità di convertire l’energia, in genere per accoppiamento elettromeccanico diretto o inverso, ovvero termomeccanico diretto e inverso, anche termoelettrico, da una forma ad altra con funzione di: generazione di azioni di controllo (attuazione), di rilevamento e misura di grandezze fisiche (sensorizzazione), di estrazione di energia (energy harvesting). Una seconda categoria riguarda la realizzazione di sistemi multifisici che utilizzano varie forme di accoppiamento tra domini fisici differenti (meccanico, termico, elettrico, magnetico, ottico) per il loro funzionamento e come tali si inquadrano nei sistemi meccatronici.

L’unità di ricerca sviluppa a studia i sistemi meccatronici di media e piccola grandezza realizzati a supporto dell’attività industriale, ovvero come sistemi industriali intrinseci. In questo ambito si occupa di:

• Sistemi di rilevamento automatico del danno o dei difetti in componenti in linea di produzione (sistemi con sensori distribuiti, metodi ottici ed elettromeccanici);
• Reti di monitoraggio distribuito e remoto di macchine tramite elementi connessi in rete: progettazione di "Smart bearing" come nodo di rete per attività diagnostica e prognostica;
• Sistemi di generazione autonoma di potenza, anche basati su materiali intelligenti e relativo danneggiamento.

Le tecnologie oggetto di indagine sono:

• Microsistemi elettromeccanici (MEMs) per la Radio Frequenza (RF) e sensorizzazione del macchinario e dei sistemi;
• Energy harvester piezoelastici per il recupero di energia da vibrazione strutturale;
• Monitoraggio della temperatura e della risposta dinamica dei sistemi tramite fibre ottiche.

Fig.1 Esempi di microstrutture realizzate per circuiti RF come microinterruttori e microcondensatori a configurazione variabile.

Fig.2 Banco di caratterizzazione di fibre ottiche per misure termiche.

Fig.3: Convertitori di energia da vibrazione in carica elettrica tramite strati di materiale piezoceramico incollati sulla superficie, studio agli elementi finiti della propagazione di frattura in presenza di accoppiamento elettromeccanico, passivo (force driven) e attivo (voltage driven).