Lavoriamo insieme: Come l'industria e il mondo accademico possono unirsi per promuovere la sostenibilità
Come possiamo sfruttare il potenziale del controllo automatico per sbloccare la prossima generazione di tecnologie per le nostre comunità? È chiaro che all'orizzonte si profilano enormi progressi, con importanti implicazioni per i settori quotidiani, dalla mobilità alla produzione. Ma c'è ancora un divario troppo grande tra la ricerca fondamentale e la pratica industriale.
Questo è il problema che ha spinto la ricercatrice di NCCR Automation Silvia Mastellone, in collaborazione con Alex van Delft (la cui carriera spazia dalla gestione industriale alla ricerca), a scrivere il libro The Impact of Automatic Control Research on Industrial Innovation: Enabling a Sustainable Future. L'idea è nata da una task force della Federazione Internazionale del Controllo Automatico (IFAC), creata per riunire il mondo accademico e quello industriale, e si è sviluppata in due direzioni. In primo luogo, verso un'agenda di ricerca applicata definita per guidare i ricercatori a soddisfare le esigenze del mondo reale che possono portare a grandi passi avanti verso l'innovazione e la sostenibilità. In secondo luogo, verso una metodologia proposta (la "culla dell'innovazione") per consentire la messa in pratica di grandi idee e formulare domande di ricerca guidate da specifici requisiti tecnologici.
Stessi interessi, motivazioni diverse
I ricercatori e le ricercatrici in automazione sono impegnati con passione a trovare nuove soluzioni alle sfide scientifiche e tecniche. Le stesse sfide si pongono agli ingegneri e alle ingegnere e ai manager degli impianti industriali, dove l'innovazione è fondamentale. Ma i fattori trainanti di queste due situazioni sono molto diversi. Mentre le persone impegnate nella ricerca possono seguire la loro ispirazione (e le loro idee dirompenti) su un lungo arco di tempo, nelle aziende i miglioramenti sono spesso incrementali, guidati dai numeri e orientati a soluzioni a breve termine.
Nel loro libro, Silvia e Alex delineano un modello che definiscono "culla dell'innovazione", un quadro di riferimento per il processo di innovazione vero e proprio che attinge da entrambe le parti. La raccomandazione per i ricercatori e le ricercatrici, il cui lavoro parte dalla ricerca fondamentale per arrivare all'applicazione, è di utilizzare approcci come il design thinking o le metodologie agili per accelerare i risultati e mettere a fuoco le loro esplorazioni. Per l'industria, dove l'innovazione parte dalle esigenze dell'utente finale e si dirige verso obiettivi di ricerca, il consiglio è di tradurre sistematicamente le richieste dei clienti in problemi di ricerca.
Dove possiamo arrivare?
Assumendo questa prospettiva - innovazione per il mondo reale, alimentata dalla curiosità per le grandi prospettive - possiamo sperare di accelerare la trasformazione. Il libro esamina i progressi nell'infrastruttura dei dati, nella mobilità, nella produzione, nella conversione di energia e altro ancora, indicando le direzioni future per l'automazione e suggerendo modi in cui l'industria può andare oltre ciò che sta già facendo.
I gemelli digitali ne sono un ottimo esempio. L'idea ha catturato l'immaginazione di professionisti in campi diversi come l'edilizia e la biologia, e ha dimostrato il suo valore nell'ingegneria dello Space Shuttle. Un gemello digitale non è solo un modello: replica le condizioni esatte di un bene specifico del mondo reale. Ogni evento, ogni utilizzo del bene viene registrato nel gemello. L'uso dei gemelli digitali rappresenta quindi un ottimo modo per valutare la possibilità di volare dopo le missioni, soprattutto in considerazione dell'estensione della durata di vita e delle maggiori esigenze della prossima generazione di veicoli spaziali. Ogni dettaglio della storia di quel veicolo specifico può essere incorporato e utilizzato per tracciare il suo stato attuale: quali parti possono essere sottoposte a stress, da sostituire o rinforzare, e così via. Questo elimina le congetture, riducendo i costi e migliorando la sicurezza.
Questo è un caso in cui un problema concreto affrontato all'interno di un'industria ha scatenato numerose domande di ricerca nel mondo accademico. I gemelli digitali sono oggi impiegati in un'ampia varietà di processi produttivi, inaugurando la nuova rivoluzione industriale (la cosiddetta Industria 4.0). In Svizzera, ad esempio, è frequente trovare aziende relativamente piccole, dotate di apparecchiature obsolete, che subiscono un lento ammodernamento, pur sfornando prodotti altamente innovativi. Questo apre nuove ed entusiasmanti direzioni di ricerca, come viene esplorato nel capitolo "Robotica e automazione della produzione", a cui contribuiscono Alisa Rupenyan ed Efe Balta dell’NCCR Automation. Come descrivono, in un campo così concreto, la ricerca diventa entusiasmante e sperimentale: si può lavorare direttamente con le macchine, non solo con la teoria, e ottenere risultati molto tangibili.
Allo stesso modo, i dispositivi di conversione di potenza al centro dei processi industriali, della mobilità elettrica e dei sistemi energetici sono tecnologie tradizionali che devono affrontare una nuova serie di sfide operative. I ricercatori e le ricercatrici possono trovare ispirazione in queste applicazioni, con il loro ricco potenziale di innovazione nel campo del controllo automatico. Interconnettendo il mondo elettrico e quello meccanico, il funzionamento di questi dispositivi è messo a dura prova dalla natura incerta e dinamica della rete e del processo, nonché dai nuovi requisiti introdotti dall'evoluzione delle tecnologie di generazione dell'energia.
Naturalmente l'attuale transizione energetica comporta anche una maggiore complessità, poiché le fonti rinnovabili introducono una serie di incertezze. Allo stesso tempo, mentre la rete diventa sempre più guidata dai dati, i processi meccanici sono più sofisticati e impegnativi. Inoltre, con l'evoluzione dei componenti standard (come il carburo di silicio che sostituisce il silicio negli interruttori a semiconduttore), questi dispositivi diventano più veloci e più efficienti e offrono un enorme potenziale per migliorare l'efficienza, l'affidabilità e le prestazioni dei sistemi di mobilità, energia e produzione. Se consideriamo la seconda parte della culla dell'innovazione, questo indica la responsabilità dell'industria nel tradurre le esigenze contingenti in problemi di ricerca più ampi: le pressioni immediate create da questa transizione energetica possono essere sfruttate per ottenere un impatto molto più grande, in diversi ambiti.
Colmare il divario porta al progresso
Tutti questi esempi sono per loro natura interdisciplinari e sottolineano l'importanza della collaborazione. Silvia parla di "effetto NCCR" nel far nascere questo libro: è grazie all'NCCR Automation che i co-autori si sono riuniti. "L'NCCR Automation crea un microcosmo in cui ricercatori e ricercatrici di estrazione interdisciplinare si incontrano per dare vita a una visione comune di innovazione per un futuro sostenibile", afferma Silvia.
Il prossimo passo? Silvia e le persone che collaborano con lei hanno in programma di organizzare sessioni di esercitazione alle conferenze sul controllo per presentare i risultati ottenuti e incoraggiare i ricercatori e le ricercatrici a cercare opportunità di applicazione delle loro idee nel mondo reale. Questa campagna è iniziata alla European Control Conference di Stoccolma a giugno 2024, e la prossima sessione è prevista alla IEEE Conference on Automation Science and Engineering. Anche i workshop industriali che di solito fanno parte delle conferenze (e che a volte sono gestiti dal NCCR Automation) sono fondamentali per creare legami concreti tra le due parti, costruire quella culla di innovazione e incoraggiare le attività imprenditoriali che portano la ricerca fuori dal laboratorio.
Gli scienziati che perseguono grandi idee hanno il tempo di esplorare un percorso senza sapere esattamente dove possa portare. L'industria ha obiettivi concreti e un approccio più strutturato alla ricerca. Lavorando insieme, il quadro generale può informare il perseguimento di soluzioni più urgenti e guidare l'innovazione pratica che è veramente trasformativa. Per saperne di più su tutte le possibilità, ordinate la vostra copia qui.
