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Le tecnologie elettroniche del futuro

Hashtag keywords: #electronics #HMI #maker #fabLab #interactiveDesign #generativeArt #evolvableHardware #microcontrollore #Arduino #microPC #RaspberryPi #FPGA #sensors #actuators #TateoBlog #TILLL

Sommario. Nell’immaginario comune il cuore dell’era digitale coincide con l’informatica. Eppure, senza l’elettronica, nulla di ciò che oggi definiamo “intelligente”, “connesso” o “automatico” potrebbe esistere. È infatti l’elettronica a costituire il ponte essenziale tra i sistemi di calcolo e il mondo fisico, consentendo alle macchine di percepire l’ambiente, comunicare e interagire con noi. Sebbene sia una disciplina storicamente consolidata, l’elettronica sta vivendo una nuova stagione, alimentata da movimenti emergenti e da tecnologie trasversali: dai maker ai FabLab, dalla robotica all’Internet of Things, fino alla crescente integrazione con l’intelligenza artificiale, il machine learning e le frontiere dell’elettronica quantistica e sostenibile. Queste contaminazioni stanno trasformando il settore, rendendolo sempre più creativo, accessibile e interdisciplinare. Un esempio emblematico è rappresentato dall’Elettronica Evolutiva, che applica ai circuiti gli stessi principi degli algoritmi evolutivi studiati nell’Intelligenza Artificiale. Parallelamente, la convergenza tra hardware e software sta rendendo sempre più semplice personalizzare il comportamento dei dispositivi elettronici, grazie alla diffusione di micro-controllori come Arduino e di single-board computer come Raspberry Pi. L’elettronica contemporanea non è soltanto in evoluzione: è il motore stesso dell’innovazione, la forza che abilita e amplifica le tecnologie del futuro.

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Article content index.

Indice dei contenuti dell'articolo.

The topics treated in this article are summarized below by means of the list of the titles of its paragraphs.

Gli argomenti trattati in questo articolo vengono di seguito sintetizzati mediante l'elenco dei titoli dei suoi paragrafi.

§1. Human-Machine Interface (HMI).

      Interfaccia uomo-macchina (HMI).

§2. Makers and Fab Lab.

      Artigiani Digitali e Laboratori di Fabbricazione digitale.

§3. Evolvable electronics hardware.

      Elettronica Evolutiva.

§4. Hardware programming.

      Programmazione dell'Hardware

§5. Events dedicated to Electronics.

      Eventi dedicati all'elettronica.

§6. The interaction between the electronics devices and field: the Sensors and the Actuators.

      L'interazione dei dispositivi elettronici con il campo: i Sensori e gli Attuatori.

      §6.1 Process sensors.

              Sensori di processo.

§7. More generally.

      Più in generale.

§8. Stay up to date.

      Rimani aggiornato.

§9. Let's keep in touch.

      Teniamoci in contatto.

§10. Something about me, the founder and author of Tateo~Blog Project.

      Qualcosa su di me, il fondatore e sull'autore del progetto Tateo~Blog.

Spero che tu trovi qualcosa di interessante all'interno, qualcosa che sia affine ai tuoi argomenti preferiti ed al tuo modo di pensare. Buona lettura.

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updated July 30, 2022

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§1. Human-Machine Interface (HMI).

Interfaccia uomo-macchina (HMI).

  Uno dei ruoli più importanti che recentemente è stato assunto dalla tecnologia elettronica è quello della realizzazione delle interfacce tra l'uomo e le macchine. Questa tecnologia ha subìto negli anni una evoluzione con l'obiettivo di rendere queste interfacce sempre più naturali per l'uomo. Questa ricerca di forme di interazione nuove tra l'uomo e le macchine, in particolare quella basate sull'uso dei calcolatori elettronici, ha favorito la nascita di nuove discipline, come per esempio l’Interactive Design, dedicata alla realizzazione di applicazioni innovative per i settori dell'arte e della progettazione. 

  La tecnologia elettronica per la realizzazione di interfacce tra l'uomo e le macchine ha subito recentemente anche l'influenza della neonata tecnologia mobile prospettando per il futuro realizzazioni di interfacce persino indossabili. 

  Se ti interessa approfondire l'applicazione dell'elettronica per la realizzazione di interfacce uomo-macchina, ti invito a proseguire la consultazione del sezione Learning di Tateo's Interdisciplinary Lifelong Learning (TILLL) con la lettura del seguente articolo che ho dedicato appositamente all'approfondimento di quest'argomento.

Human-Machine Interface.

Interfaccia Uomo-Macchina.

( EL.1 )

 

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§2. Makers and Fab Lab.

Artigiani Digitali e Laboratori di Fabbricazione digitale.

  Tra le applicazioni che potrebbero aprire nuove ed interessanti opportunità professionali merita sicuramente attenzione il l’artigianato digitale (maker) ed i laboratori di fabbricazione digitale (Fab Lab). Ti invito a consultare l’analisi di queste applicazioni, nell'articolo seguente:

Digital Artisans and Digital Manufacturing Laboratories.

Artigiani Digitali e Laboratori di Fabbricazione digitale.

( EL.2 )

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§3. Evolvable electronics hardware.

Elettronica Evolutiva.

Spesso i dispositivi elettronici si trovano a funzionare in situazioni differenti da quelle per cui sono stati progettati. In questi casi farebbe comodo se il dispositivo potesse adattarsi automaticamente alle nuove condizioni. Casi specifici possono essere quelli della gestioni dei guasti o quello della razionalizzazione delle risorse critiche. Nell'articolo seguente analizzo l’applicazione all’hardware dell’approccio euristico ispirato al fenomeno naturale della evoluzione.

The evolvable hardware.

L’hardware evolutivo.

( EL.3 )

Lo stesso approccio euristico visto per far evolvere l’elettronica di un circuito è applicato in generale anche per la ottimizzazione di algoritmi e per la risoluzione di problemi complessi. Se vuoi approfondire la tecnica euristica degli algoritmi genetica che sta alla base di questa applicazione, ti invito a consultare l'articolo seguente che ho dedicato appositamente a questo proposito.

Artificial Intelligence based on Evolutionary Algorithms.

Intelligenza Artificiale basata su Algoritmi Evoluzionistici.

( AI.1.3.1.3 )

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§4. Hardware programming.

Programmazione dell'Hardware

  Esistono diversi modi per programmare le schede elettroniche al fine di costruire robot oppure dispositivi indossabili (wearable devices), per gestire impianti di luci o per sintetizzare la musica, per automatizzare la casa oppure per costruire giochi. Si può operare in modo intimo cablando la logica direttamente nella scheda, così come avviene nella programmazione delle FPGA. Oppure si può operare a livelli crescenti di astrazione passando per la programmazione dei micro-controllori (per esempio PIC e Arduino) e raggiungendo livelli che si avvicinano all'informatica, ossia alla programmazione dei calcolatori elettronici per mezzo di linguaggi ad alto livello. La programmazione a più alto livello è rappresentata ad esempio dalla programmazione delle single board PC.

  Micro-controllori e microcomputer. Attualmente in particolare, la mia attenzione è concentrata verso la tecnologia dei micro-controllori e dei single-board computer. I prodotti che mi sono proposto di studiare sono anche quelli più diffusi: 

§ Arduino per i micro-controllori
§ Raspberry Pi per i single-board

 Se ti interessa approfondire questi argomenti ti invito a consultare l'articolo seguente che ho dedicato alla presentazione del micro-controllore e del microcomputer più famoso, e di alcuni progetti interessanti che ambiscono ad unire in un unico prodotto le caratteristiche peculiari dei due.

Hardware programming.

Programmazione dell'hardware.

( EL.4 )

  FPGA, VHDL e Verilog. Ma, se la tendenza nel corso degli anni è stata quella di ridurre il gap tra uomo e macchina (computer) definendo linguaggi di programmazione sempre più astratti e ad alto livello, cosa rende interessante e conveniente la programmazione dell'hardware? La programmazione dell'hardware, come per esempio quella degli FPGA, è potente in quanto l'esecuzione del programma attraverso la propagazione dei segnali elettrici nella rete cablata avviene parallelamente in contrasto rispetto alla natura sequenziale della esecuzione dei programmi nei micro-controllori. I linguaggi più utilizzati per la programmazione delle FPGA sono il VHDL ed il Verilog.

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§5. Events dedicated to Electronics.

Eventi dedicati all'elettronica.

Qual'è il modo migliore per rimanere aggiornati sulle ultime novità in merito ad una tecnologia? Sarete d'accordo con me che il metodo migliore per prendere coscienza di quello che offre il mercato, per incontrare ed ascoltare gli esperti del settore, per toccare con mano le applicazioni ed i prodotti, è quello di frequentare fiere del settore, conferenze e convegni. Se non si ha la possibilità di frequentare fisicamente questi eventi, è comunque una buona abitudine quella di passare in rassegna le recensioni presenti in rete e che ne raccontano le principali novità.
Se vuoi conoscere le più recenti fiere, congressi, workshop dedicate al mondo dell’elettronica, quelle che hanno avuto luogo recentemente, e quelle programmate nell'immediato futuro, ti invito a proseguire la consultazione di Tateo-Blog con la lettura del seguente articolo in cui raccolgo e tengo aggiornati i principali eventi di elettronica che si sono appena tenuti oppure che sono programmati nell'immediato futuro.

Events dedicated to Electronics.

Eventi dedicai all'elettronica.

( EL .5 )

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§6. The interaction between the electronics devices and field: the Sensors and the Actuators.

L'interazione dei dispositivi elettronici con il campo: i Sensori e gli Attuatori.

  L'uomo fin dalle sue origini ha avuto bisogno di interagire con l'ambiente in cui vive, fondamentalmente utilizzando i suoi "sensi" che erano indispensabili per scongiurare i pericoli, per procacciarsi il cibo, per costruirsi un riparo. Inoltre utilizzava i suoi arti ed i suoi muscoli per intervenire sull'ambiente che lo circondava per renderlo più confortevole e sicuro.

  Con il trascorrere del tempo e con l'evolversi della tecnologia, l'uomo ha cercato sempre più di delegare i suoi compiti alle macchine, richiedendo alle macchine sia di percepire in sua vece le informazioni dall'ambiente, sia di attuare al suo posto le azioni di intervento su di esso..

  L'uomo, delegando alle macchine compiti man mano più complessi e sofisticati, ha potuto sollevarsi dal compito di svolgere lavori faticosi e ripetitivi, avendo il tempo e l'energia per concentrandosi sullo svolgimento di attività a più alto profilo, per le quali sono necessarie facoltà come l'intelligenza, l'intuito, e la coscienza, di cui le macchine sono sprovviste.

  Ma come realizzare questi dispositivi? Alla stessa stregua di noi umani, anche i dispositivi elettronici, per interagire con gli oggetti contenuti nel loro dominio di azione, hanno bisogno di componenti che acquisiscono informazioni da tali oggetti, e di componenti che intervengono su di essi attuando delle azioni risultanti dalla elaborazione dei dati acquisiti.

  Sensori. I dispositivi che acquisiscono informazioni sono detti sensori. I sensore sono dispositivi che, trovandosi in contatto con il sistema da misurare, sono in grado di interagire con esso rilevando la grandezza fisica da misurare, e modificando, in funzione di essa, una loro proprietà, in modo che la misura possa interpretata da chi deve fruirne, sia che esso l'uomo, sia che esso sia un sistema delegato ad eseguire la misura oppure un controllo automatico. Si pensi ad esempio al dinamometro che modifica la sua lunghezza in funzione del peso a cui è sottoposto, oppure al termistore che modifica la sua resistenza elettrica in funzione della temperatura a cui è sottoposto.

  Attuatori. I dispositivi che, analogamente agli arti ed i muscoli degli umani, esercitano delle azioni sono detti attuatori. Un attuatore è un dispositivo che trasforma una azione di controllo in un’azione fisica sul processo oggetto del controllo. Un esempio di attuatore è il motore elettrico che movimenta il giunto di un robot, generando la coppia meccanica richiesta dall’unità elettronica di controllo. Gli attuatori quindi rappresentano la ‘muscolatura’ di un sistema di automazione.

  Applicazioni. Tra le applicazioni dei sensori rientrano, oltre ai sistemi di misura e di controllo, i dispositivi ‘intelligenti’, la robotica, la bioingegneria. Tra le applicazioni degli attuatori rientrano i sistemi automatici di regolazione, ed i manipolatori robotici.

Hashtag keywords: #senses #sensors #actuators #measurement #control

Resources for deep and insights.

(1) Sensore, Treccani

(2) Sensore, Wikipedia

(3) Attuatore, Treccani

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§6.1 Process sensors.

Sensori di processo.

I sensori sono da sempre ampiamente impiegati per garantire l’analisi ed il controllo continuo dei processi industriali di produzione. Attualmente i sensori,  grazie all’adozione della digitalizzazione e delle tecnologie industriali 4.0, stanno ricoprendo un ruolo sempre più centrale all’interno della moderna fabbrica intelligente (Smart factory). In particolare il loro ruolo è diventato fondamentale nelle nuove metodologie di manutenzione preventiva e per il controllo e manutenzione da remoto.

Di seguito analizziamo i sensori che con maggiore frequenza sono utilizzati nell'industria di processo.

 - Misura delle vibrazioni lungo i tre assi ortogonali e FFT. È una delle soluzioni più utilizzate per il condition monitoring delle macchine, o per implementare sistemi di protezione basate su intelligenza artificiale e cloud computing.

 - Sonde per la misurazione di umidità, punto di rugiada e biossido di carbonio.

 - Sensori di misura di portata, consumo e temperatura dei fluidi liquidi, utilizzati peril monitoraggio dei circuiti di raffreddamento e per l’individuazione di perdite al loro interno.

 - Sensori di pressione per tutti i fluidi, liquidi come acqua e refrigeranti, oppure gassosi come i gas.

 - Sensori di livello, utilizzati per il monitoraggio dei serbatoi. Per le applicazioni che riguardano processi produttivi di industrie chimiche, farmaceutiche o alimentari, i sensori di livello sono costruiti interamente in acciaio inossidabile, adatto per solventi, diluenti e liquidi ad alte temperature, fino a 180 gradi celsius.

 - Sensori di pressione, fluid free oppure con liquido di riempimento. Quelli privi di liquido di riempimento sono particolarmente adatti per applicazioni in atmosfere potenzialmente esplosive. Il liquido utilizzato nei modelli basati sulla trasmissione idraulica della pressione dipende dalla particolare applicazione: miscela di sodio e potassio per operare oltre i 500 gradi celsius, olio diatermico per applicazioni medicali o alimentari, mercurio in ambienti con temperature fino a 400 gradi celsius ed in osservanza della direttiva europea 2011/65/UE.

 - Sensori di conducibilità, utilizzato per esempio per misurare la purezza dell'acqua. Per esempio nei sistemi di filtrazione dell'acqua, l'aumento del valore di conducibilità può indicare che i filtri necessitano di manutenzione. Lo stesso sensore se utilizzato nel monitoraggio dei circuiti di raffreddamento può rilevare l'aumento della mineralizzazione dell'acqua affinché si mettano in atto le i provvedimenti per prevenire il danneggiamento delle tubature.

 - Trasduttori piezoelettrici, utilizzati per misure dinamiche di pressione a elevata temperatura (fino a 700 °C) e in condizioni ambientali gravose.

 - Sensori a triangolazione laser, utilizzati per la misura dinamica di spostamento, distanza e posizione all'interno di ambienti industriali. Il sensore, basato su tecnologia ottica a triangolazione laser genera un minuscolo spot di misura. Quanto più piccolo è lo spot di misura tanto più piccoli possono essere i dettagli misurati dal sensore. La tecnologia a triangolazione laser viene usata nelle applicazioni in cui è richiesta la massima precisione, come per esempio nel campo dell'automazione industriale, nella produzione di veicoli, nella stampa 3D, nei macchinari a controllo numerico, e nella robotica.

Hashtag keywords: #electronics #automation #sensors #automation #industrialProcess  #industry40 #smartFactory #preventiveMaintenance #remoteControl #remoteMaintenance #conditionMonitoring #artificialIntelligence #cloudComputing 

Resources for deep and insights.

1. Progettare 445, Rassegna sensori di processo. Protagonisti della smart factory

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updated August 20, 2022 

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§7. More generally.

Più in generale.

In questo articolo, che è il principale dell'area tematica dedicata all'Elettronica (a breve EL), abbiamo parlato dell'uso dell'elettronica per realizzare efficaci interfacce uomo-macchina, dei moderni fenomeni dei Makers e del Digital Manufacturing, del concetti innovativi della tecnologia elettronica, come l'hardware evolutivo, dei principali metodi disponibili per la programmazione dell'hardware, e di sensori e attuatori. Come avrete notato, in corrispondenza dei vari paragrafi, sono presenti collegamenti ipertestuali che rimandano ad altri articoli di quest'area tematica per una trattazione più approfondita degli argomenti trattati.

Oltre ai collegamenti ad articoli di questa stessa area tematica, ove possibile, sono stati proposti anche collegamenti ipertestuali per un'estensione interdisciplinare della trattazione degli argomenti trattati. 

Infatti, vorrei ricordarvi che uno degli obiettivi principali del progetto “Tateo Interdisciplinary LifeLong Learning” (TILLL) è, per l'appunto, l'interdisciplinarietà. Quindi, se volete sapere quali sono le altre aree tematiche di TILLL che affiancano quella dedicata alla "Elettronica", allora permettetemi di suggerirvi la lettura del seguente articolo che, essendo dedicato all'intera sezione "Learning" del progetto TILLL, le elenca tutte.

The “Learning” section of the Tateo's Interdisciplinary Lifelong Learning Project.

La sezione “Learning” del progetto di Apprendimento Continuo Interdisciplinare di Tateo.

>>> TB.1 <<<

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updated June 4, 2022 

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§8. Stay up to date.

Rimani aggiornato.

Se sei interessato agli argomenti trattati nell'articolo corrente e vuoi essere informato sui miei aggiornamenti più recenti che trattano di essi, allora ti invito a registrarti sulla seguente pagina Facebook e bacheca Pinterest che ho dedicato appositamente per la condivisione delle modifiche più recenti apportate all'area tematica corrispondente di TILLL~Learning (>).

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updated June 4, 2022

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§9. Let's keep in touch.

Teniamoci in contatto.

  Spero che questo articolo, appartenente alla sezione Learning (>) del progetto Tateo's Interdisciplinary Lifelong Learning (TILLL) (>), ti sia piaciuto e che le note e le osservazioni che ho raccolto al suo interno soddisfino i tuoi interessi. 

  Se vuoi rimanere aggiornato sull'evoluzione del progetto TILLL, allora ti invito a seguire i prossimi aggiornamenti che vengono pubblicati sul Blog di TILLL e sulle pagine social dedicate alla community TILLL.

  (>) Tateo-Blog, official blog of TILLL project

  (>) LinkedIn page dedicated to TILLL project

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§10. Something about me, the founder and author of Tateo~Blog Project.

Qualcosa su di me, il fondatore e sull'autore del progetto Tateo~Blog.

Innanzitutto ti ringrazio per aver visitato una delle pagine del mio blog. Mi chiamo Giovanni Battista Tateo (brevemente Bat) e sono il fondatore e l'autore di un progetto Lifelong Learning Interdisciplinare di cui il blog Tateo~Blog (:::) ne è il mezzo di condivisione. Sono stato in principio un esperto di Informatica, e in seguito sono diventato un Ingegnere Elettronico, specializzato in Automazione Industriale. Sono un appassionato di Intelligenza Artificiale, Realtà Virtuale, Simulazione, e sono un esperto di Visione Artificiale applicata all'Automazione Industriale. Attualmente, ed a partire dall'anno 2016, sono impiegato come Proposal Engineer presso la società Mer Mec S.p.A. (:::). Precedentemente, a partire dal 2004, sono stato impiegato, sempre presso la stessa società, come Progettista di Sistemi di Visione Artificiale e di Algoritmi di Elaborazione delle Immagini, applicati in particolare alla Diagnostica Ferroviaria. Sono un sostenitore e promotore dell'apprendimento permanente, dei social network e della condivisione delle conoscenze tramite il web. Se vuoi ulteriori dettagli su di me, visita la pagine About Me (:::).

  Riferimenti per contattarmi. In seguito puoi trovare i miei riferimenti personali che puoi utilizzare se vuoi contattarmi personalmente, ed i collegamenti ai miei account social che puoi utilizzare per seguirmi e rimanere in contatto con me tramite le reti di social media.

Eng. Tateo Giovanni Battista

    - e-mail: tateogb@libero.it (send e-mail)

    - phone / WhatsApp : (+39) 388 8419726

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Originally published June 13, 2020,

updated August 14, 2022 

into the Learning section of

TILLL

the Lifelong and Interdisciplinary Learning project of Giovanni Battista Tateo