Gruosso e il passaggio dalla meccatronica alla digitronica

Il concetto di meccatronica compie 50 anni, inteso nella sua originale accezione come unione di meccanica ed elettronica, con un termine coniato nel 1971 da Tetsuro Mori, ingegnere della Yaskawa. Se meccanica ed elettronica si incontrano dando vita all’automazione, il loro convergere con informatica e tecnologie digitali oggi realizza il passaggio alla digitronica, come dice Giambattista Gruosso, del Dipartimento di elettronica e informazione del Politecnico di Milano.

“Oggi con IoT, big data e sistemi di controllo, macchine e impianti diventano essi stessi dei sensori, in grado non solo di raccogliere dati dai componenti interni alla macchina ma anche informazioni dal mondo esterno – spiega Gruosso -. Punto chiave di questa convergenza tra meccanica, elettronica e informatica, che con buona ragione può farci parlare di digitronica – o di cosiddetti sistemi cyber fisici -, è la capacità di automatizzare sistemi meccanici e al contempo renderli sensorizzati e intelligenti, proiettandoli verso un ulteriore orizzonte che è quello di una loro autonomia decisionale. Si fa oggi tanto parlare di guida autonoma, ma la tendenza attuale di tutte le componenti dell’automazione è di rendere i sistemi autonomi, ossia in grado di percepire ciò che avviene nel mondo e di agire in conseguenza e senza intervento di un operatore”.

Per Gruosso, dunque, la digitronica – o anche meccatronica digitale – serba in sé questa sfida, rendere le macchine autosufficienti, dalla manutenzione predittiva alle produzioni auto-configurabili.

“Oggi i temi dello smart manufacturing e di Industria 4.0 sono sempre più familiari, e iniziano a vedersi soluzioni implementate sempre più degne di nota – prosegue Gruosso -. L’industria del futuro si fonda proprio sull’interdisciplinarità: si va dai sistemi meccanici (elementi meccanici, macchine, macchine di precisione), ai sistemi elettronici (microelettronica, elettronica di potenza, tecnologia dei sensori e degli attuatori) fino alle tecnologie informatiche (automazione, teoria dei sistemi, ingegneria del software e l’intelligenza artificiale). Il sistema nervoso di tale integrazione è la connettività, ruolo svolto in modo egregio dai bus di campo, che consolidano la loro posizione e nello stesso tempo ampliano la loro gamma estendendo le potenzialità anche attraverso le tecnologie dell’Internet industriale. L’IIoT (Industrial Internet of Things) diventa quindi una nelle nuove frontiere dei sistemi meccatronici”.

I concetti propri dell’automazione vengono quindi sempre più ibridati e influenzati da quelli tipici del mondo digitale, aprendosi a sistemi cloud proprietari dotati di capacità di analisi, di predizione delle prestazioni e dello stato di salute del sistema. Il tutto grazie ad algoritmi di Intelligenza Artificiale, che infondono quel supplemento di intelligenza nella meccatronica necessario a compiere il salto verso l’autonomia decisionale dei sistemi e delle macchine.

“Proprio l’intelligenza artificiale, anche integrata nei sistemi meccatronici, è una delle frontiere più promettenti – spiega il professore -: un sistema ‘digitronico’ è dotato di tre caratteristiche principali che sono la capacità di misurare e osservare, la capacità di calcolo e quella di attuazione. Queste ultime due sono oggi molto più performanti rispetto a qualche anno fa, per cui è possibile dotare i sistemi non solo di semplici logiche di funzionamento, ma anche di elaborate funzioni di calcolo in grado di prevedere comportamenti o di permettere altresì la collaborazione tra macchine differenti. Anche i sistemi di visione sono fondamentali in questo processo di trasformazione, in quanto da un lato abilitano misurazioni sempre più efficaci e veloci, dall’altro incrementano la quantità di informazioni a disposizione per creare sistemi meccatronici aumentati“.

L’apparato ‘digitronico’ stesso porterà quindi dentro di sé tutte le informazioni necessarie al suo stesso funzionamento. Ancora oltre, questi sistemi potranno interagire tra loro, scambiandosi informazioni e suddividendosi il lavoro, anche dal punto di vista del calcolo e del controllo.

“In altre parole non si parla di costruire solamente un sistema nervoso grazie al ricorso a tecnologie che provengono dal mondo dell’informatica, ma anche creare una forma di intelligenza distribuita che faccia diventare i processi autonomi e in grado di autoregolarsi – continua Gruosso -. I sistemi digitronici hanno davanti a sé anche questa sfida: saper sfruttare al massimo le performance di calcolo dei sistemi moderni per svolgere funzioni sempre più complesse e articolate. Mettere in rete questi sistemi va quindi oltre la mera connettività, verso la loro capacità di interoperare tramite sistemi di controllo distribuito e di frontiera – o edge computing. I sistemi meccatronici che si trovano sul bordo (sensori, sistemi di visione, processori) generano infatti dati che sono diversi, variegati, possono essere sani o deteriorati, ed è necessario effettuare su di essi alcune operazioni. Diventa sempre più consolidata l’idea che questa fase venga fatta direttamente sulla periferia, sul macchinario o sul sensore, che dotato di capacità di calcolo può essere parte attiva del processo di raccolta ma anche di controllo”.

Nel decentralizzare alcuni di questi calcoli e analisi, i sistemi digitronici diventano quindi parte attiva del processo e non solo generatori passivi di dati. Questo genere di architettura deve abilitare il controllo distribuito, cioè la possibilità di non avere più un decisore centralizzato per tutte le azioni che devono essere fatte, ma permettere che la maggior parte delle funzioni avvengano a livello di singolo dispositivo.

“La digitronica sarà però anche molto di più, in quanto a essere raccolti e messi a disposizione delle operazioni di elaborazione non saranno solo i dati di processo, ma anche dati su come l’operatore interagisce con il macchinario – conclude Gruosso -. La realtà aumentata integrata con i sistemi automatici permetterà agli operatori di avere istruzioni e informazioni in tempo reale, cosi come la robotica collaborativa integrata con i sistemi meccatronici cambierà il modo di lavorare offrendo un prezioso supporto agli addetti, svolgendo al loro posto compiti ripetitivi e pesanti. E ancora andando oltre il perimetro della fabbrica, anche i clienti finali potranno interagire con il prodotto meccatronico per fornire al produttore informazioni utili sul suo modo di uso. La digitronica offre così l’occasione per una interazione sempre più complessa con tutti gli attori del processo“.