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Utilizzare sensori in fibra ottica per monitorare le reti idriche contro gli sprechi: la rivista internazionale Sensors ha pubblicato i risultati della sperimentazione al Politecnico di Milano che punta a ottimizzare la rete idrica.
 
I ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale hanno sperimentato l’uso di sensori distribuiti in fibra ottica (DFOS) basati sulla tecnologia Stimulated Brillouin Scattering (SBS) per il monitoraggio delle reti di condotte idriche su lunghe distanze. Alla base di questa tecnologia c’è la comune ed economica fibra ottica per le telecomunicazioni (che porta internet nelle nostre case) in grado di misurare deformazioni al centesimo di millimetro.
 

Gli studiosi hanno lavorato su tubazioni in Polietilene ad Alta Densità (HDPE), oggi le più comunemente impiegate per la realizzazione di impianti di distribuzione. Avvolgendo e fissando il cavo sensore in fibra ottica sulla superficie esterna del tubo, hanno verificato la capacità di rilevare deformazioni legate ad anomalie di pressione lungo una condotta, come quelle causate proprio da perdite d’acqua.
 
La sperimentazione si è articolata in due fasi. “Nella prima – spiegano i ricercatori- abbiamo valutato la sensibilità del layout sensoristico su una tubazione in HDPE sollecitata con pressione statica. Superata positivamente questa prima fase, ci si siamo quindi concentrati sul rilevamento dell’anomalia di pressione prodotta da una perdita in un circuito di tubazioni con acqua corrente. I risultati ottenuti hanno restituito complessivamente un riscontro positivo sull’uso dei DFOS, confermando la possibilità di identificare e localizzare perdite idriche anche molto contenute”.
 
Nel futuro, la tecnologia sperimentata verrà ulteriormente sviluppata verso una produzione a livello industriale di tubi in HDPE “nativamente intelligenti”, in cui i DFOS sono integrati nella superficie della condotta durante il processo di estrusione.
Lo studio, firmato Manuel Bertulessi, Daniele Fabrizio Bignami, Ilaria Boschini, Marina Longoni, Giovanni Menduni e Jacopo Morosi, è disponibile a questo link.
 
Lo spreco della risorsa idrica costituisce una problematica a livello globale, acuita sempre più dall’impatto dei cambiamenti climatici sulla catena idrologica. In Italia, oltre un terzo dell’acqua immessa nella rete di distribuzione nazionale viene dispersa, secondo dati ISTAT del 2022. Il monitoraggio diffuso e la manutenzione efficiente dell’infrastruttura sono pertanto due azioni strategiche e urgenti.

Fonte: Le Scienze

Si sono recentemente concluse le attività del progetto FORMOSA (FunctiOnal aiRcraft MOveable SurfAces), nato nel 2020 per riprogettare le superfici di controllo dell’ala del convertiplano civile NextGen Civil TiltRotor (NGCTR-TD), prodotto da Leonardo. 

Il convertiplano è un velivolo ibrido che combina le caratteristiche dell’elicottero con quelle di un aeroplano. L’architettura dei convertiplani è caratterizzata da due rotori, posti alle estremità delle ali, che possono ruotare permettendo al velivolo di decollare (e atterrare) in direzione verticale e, una volta completata la manovra di decollo, ruotare in avanti per trasformarsi in eliche, producendo la spinta per il volo, come avviene su un classico aeroplano ad elica. 

Il progetto, coordinato dal Prof. Vincenzo Muscarello (Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali) e finanziato dal programma europeo Clean Sky 2, ha permesso di ridurre il carico delle scie sulle ali in modalità elicottero (-9% rispetto al progetto originale) permettendo la riduzione del consumo di carburante durante le manovre di decollo e atterraggio verticale. Inoltre, è stato ottenuto un notevole miglioramento delle prestazioni in rollio durante il volo in modalità aeroplano, grazie alla riduzione del 25% del time-to-bank, il tempo necessario per raggiungere l’angolo di virata richiesto.

Il convertiplano civile NextGen Civil TiltRotor è un dimostratore tecnologico progettato da Leonardo nell’ambito del programma europeo Clean Sky 2 nato per soddisfare, tra l’altro, le crescenti esigenze di mobilità aerea in aree urbane densamente popolate, offrendo l’opportunità di decollare e atterrare in verticale come un elicottero, assieme alle alte velocità e la capacità di coprire grandi distanze tipica degli aeroplani.

Il consorzio FORMOSA (FunctiOnal aiRcraft MOveable SurfAces) è costituito da un gruppo di giovani ricercatori del Politecnico di Milano e da un team di ingegneri della ditta portoghese CEiiA (Centre of Engineering and Product Development).

Biometanolo da biogas, ma anche da biomasse legnose. Questa la sfida vinta dal Politecnico di Milano e la Fattoria Autonoma Tabacchi S.C. 

Si tratta della tecnologia BIGSQUID (Biogas-to-liquid) ed è stata presentata il 13 luglio a Roma durante l’Assemblea annuale di Confagricoltura “Da oltre 100 anni immaginiamo il futuro. Con le imprese agricole per la crescita dell’Italia”.

A idearla il Centre for Sustainable Process Engineering Research (SuPER) diretto dal Professor Flavio Manenti, Ordinario di Impianti Chimici del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” e brevettata dal Technology Transfer Office (TTO) tutti del Politecnico di Milano. La tecnologia BIGSQUID è stata proposta per ingegnerizzazione ed industrializzazione a Fattoria Autonoma Tabacchi S.C., presieduta dal Dr. Fabio Rossi.

Si tratta di una risposta tecnologica alternativa al biogas e al biometano. Opzione interessante sopratutto se si guarda alla prossima scadenza degli incentivi degli attuali impianti a biogas, i quali non potranno essere convertiti a produzione di biometano.

LA CAPACITÀ DELL’IMPIANTO

L’impianto su cui è stata sviluppata la tecnologia è situato nella Località Giove di Città di Castello (PG). La struttura è in grado di produrre fino a 4.500 ton/anno di biometanolo. Si tratta di una fonte energetica che può essere impiegata come “fuel avanzato per la decarbonizzazione dei trasporti agricoli e industriali, nonché come biochemical carbon negative (-88%) per intrappolare la CO₂ e in tutti i derivati del metanolo come pannelli truciolari, polimeri, vernici e colle” spiega in una nota il Politecnico.

PROSPETTIVE DI UTILIZZO

Secondo i ricercatori la tecnologia BIGSQUID potrebbe portare un grande contributo alla transizione green. “Se applicata a un terzo degli impianti italiani (circa 600) si potrebbero produrre fino a 3 milioni di ton/anno di biometanolo. 1 milione di ton/anno andrebbe a coprire l’attuale fabbisogno nazionale per essere immesso sul mercato in sostituzione del metanolo fossile importato, decarbonizzando totalmente uno dei principali settori industriali. Un surplus di 2 milioni di ton/anno potrebbe essere esportato o utilizzato come additivo sostitutivo nelle benzine per renderle più ecocompatibili” fanno sapere dal Politecnico.

Fonte: Canale Energia

Gli impianti eolici offshore, sui quali sono riposte grandi aspettative per la decarbonizzazione del sistema elettrico, portano vantaggi ambientali per tutto il loro ciclo di vita. È quanto emerge da uno studio pubblicato sulla rivista Sustainable Production and Consumption, in cui i ricercatori del Politecnico di Milano hanno analizzato i potenziali impatti ambientali di un impianto eolico offshore galleggiante in fase di autorizzazione al largo della Sicilia.

Nell’analisi sono state incluse le fasi di approvvigionamento dei materiali, trasporto dei componenti, assemblaggio e installazione con imbarcazioni specializzate, manutenzione durante la fase operativa, smontaggio e fine vita.

Complessivamente, i risultati dell’analisi forniscono un’indicazione di massima, utile a prendere consapevolezza sui carichi ambientali di un sistema di generazione di elettricità da fonte rinnovabile e confrontarlo con altre fonti energetiche.

Dal confronto dei risultati, per 1 GWh di energia prodotta dal parco eolico con la medesima quantità di energia prelevata dalla rete elettrica nazionale, gli impatti complessivi dell’eolico risultano significativamente ridotti per quasi la totalità delle categorie di impatto analizzate: rispetto alla categoria “cambiamento climatico” il beneficio è pari ad una riduzione degli impatti del 92%, mentre si osserva un peggioramento solo per la categoria “esaurimento delle risorse abiotiche” (+95%). Inoltre, i risultati dimostrano che gli investimenti in termini di emissioni di gas a effetto serra ed energia verrebbero ripagati velocemente dall’evitata generazione di energia da fonti fossili, rispettivamente in 2 e 3 anni.

La letteratura scientifica è ancora carente quando si tratta di analisi del ciclo di vita (LCA) di parchi eolici offshore, con turbine di grande taglia (oltre 15 MW) installate su strutture galleggianti, che rispecchiano i recenti sviluppi del settore e le attuali tendenze di mercato. Tuttavia, per valutarne la reale sostenibilità ambientale, è significativo analizzare le tecnologie di generazione elettrica da fonti rinnovabili anche in ottica di ciclo di vita.

A firmare questo lavoro, Mario Grosso, docente di Gestione e Trattamento Rifiuti, Lucia Rigamonti, docente di metodologie per il life cycle thinking e Gaia Brussa, ricercatrice al Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale.

Il progetto QUID (Quantum Italy Deployment) è la realizzazione italiana della European Quantum Communication Infrastructure (EuroQCI), promossa dalla Commissione Europea con l’obiettivo di creare un’infrastruttura europea per la comunicazione quantistica.

Nel corso del progetto saranno integrate le infrastrutture di comunicazione esistenti, in fibra ottica o in aria, e dotate di sistemi di distribuzione quantistica di chiavi crittografiche (QKD), che copriranno buona parte del territorio nazionale; allo stesso tempo, QUID promuove lo sviluppo delle aziende italiane che producono sistemi e servizi per la comunicazione quantistica a diverse categorie di utenti.

Lo scopo principale di QUID è lo sviluppo di nodi in reti di comunicazione quantistica metropolitane (QMANs), collegate tra loro attraverso l’Italian Quantum Backbone, infrastruttura che copre il territorio italiano e che distribuisce, con stabilità e accuratezza senza precedenti, segnali di tempo e frequenza campione, usando fibre ottiche commerciali. In ogni QMAN verranno effettuati scambi di chiave quantistica tra un nodo e l’altro utilizzando sistemi QKD a variabili discrete; distanze superiori a quelle metropolitane verranno coperte utilizzando dei nodi “trusted” o innovative tecniche di Twin-Field QKD (con nodi “untrusted”).

QUID unirà, inoltre, siti importanti per il collegamento tra la comunicazione in fibra ottica e il segmento spaziale del QCI europeo.

Accanto a queste attività di tipo infrastrutturale, QUID pone grande attenzione allo sviluppo dei metodi per l’erogazione ottimale dei servizi di comunicazione quantistica.

Infine, QUID lascia spazio allo sviluppo di tecniche innovative legate alla QKD, per l’incremento della frequenza di trasmissione, per l’utilizzo di nuovi tipi di fibre ottiche e per la trasmissione in aria.

Il consorzio QUID riunisce le aziende italiane leader nel settore, i principali Istituti di ricerca coinvolti nella comunicazione quantistica, sia per il segmento terrestre che per il segmento spaziale, e le università impegnate nell’innovazione e nella formazione.

La presenza delle aziende che producono dispositivi QKD, gestiscono reti di telecomunicazioni e servizi sia terrestri che spaziali, e che offrono soluzioni integrate di sicurezza informatica, permetterà di collegare agevolmente i sistemi QKD nelle reti di comunicazione sul territorio nazionale.

Il consorzio, guidato dall’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM), è composto, oltre che dal Politecnico di Milano, da: Agenzia Spaziale Italiana (ASI), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Coherentia, Thales Alenia Space – Italia, QTI, Leonardo, ThinkQuantum, Tim SpA, Telsy, Telespazio, Consorzio TOP-IX, Università degli studi dell’Aquila, Università La Sapienza, Università degli Studi di Napoli Federico II, Università degli Studi di Padova, Università degli Studi di Trieste.

Controllare la forma di una goccia è una scoperta rivoluzionaria e ci permetterà presto di fabbricare dispositivi a tecnologia liquida in ambito farmaceutico e ambientale. Mediante l’incapsulazione di un liquido in un altro, saranno possibili applicazioni quali il rilascio controllato di farmaci, i processi di emulsificazione e, ad esempio, la bonifica di fuoriuscite di inquinanti liquidi come il petrolio.

I ricercatori del Politecnico di Milano in collaborazione con l’Università Aalto di Helsinki e l’Università di Oxford, hanno condotto uno studio sul controllo di forma di gocce costituite da una miscela di acqua e di una proteina (idrofobina).

“Se una goccia di fluido puro, ed esempio di sola acqua, mantiene sempre la sua forma iniziale durante l’evaporazione, queste gocce fatte di una miscela acqua-idrofobina mostrano invece sorprendenti cambiamenti di forma durante l’evaporazione”

afferma Pierangelo Metrangolo del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del Politecnico.

“L’idrofobina – inizialmente disciolta nell’acqua raggiunge infatti la superficie libera della goccia nel corso dell’evaporazione e inizia ad auto-assemblarsi per creare un film sottile che incapsula la goccia e permette di controllarne la forma grazie ad una particolare combinazione delle condizioni di gravità e delle proprietà chimiche e meccaniche del soluto che è svelata e descritta da un modello matematico”

continua Pasquale Ciarletta del Dipartimento di Matematica del Politecnico.

Questa ricerca dimostra l’importanza di un approccio multidisciplinare per stimolare l’innovazione: l’interazione fra matematica e chimica ha permesso la comprensione di un nuovo fenomeno fisico ed il suo trasferimento tecnologico per ingegnerizzare materiali innovativi che rivoluzioneranno diverse applicazioni industriali.

La collaborazione degli autori dello studio Pasquale Ciarletta, Pierangelo Metrangolo e Davide Riccobelli, è stata finanziata dal progetto NewMed di Regione Lombardia per creare metodi e materiali innovativi per la medicina di precisione e personalizzata. 

I risultati di questi studi sono stati pubblicati dalla prestigiosa rivista scientifica Physical Review Letters.

Per maggiori informazioni
Lo studio pubblicato online
Life Sciences @polimi

Realizzare reti neurali estremamente efficienti utilizzando chip fotonici che elaborano segnali luminosi è possibile. Lo ha dimostrato uno studio del Politecnico di Milano, condotto insieme all’Università di Stanford e pubblicato dalla prestigiosa rivista Science. 

 Le reti neurali sono strutture di calcolo distribuito ispirate alla struttura di un cervello biologico e mirano ad ottenere prestazioni cognitive paragonabili a quelle umane ma con tempi estremamente ridotti. Queste tecnologie sono oggi alla base di sistemi di apprendimento automatico e intelligenza artificiale in grado di percepire l’ambiente e adattare il proprio comportamento analizzando gli effetti delle azioni precedenti e lavorando in autonomia. Sono utilizzate in molti campi di applicazione, come il riconoscimento e sintesi vocale e di immagini, i sistemi di guida autonoma e realtà aumentata, la bioinformatica, il sequenziamento genetico e molecolare, le tecnologie di high performance computing. 

Rispetto agli approcci di calcolo convenzionali, per svolgere funzioni complesse le reti neurali hanno bisogno di essere inizialmente addestrate (“training”) con un’elevata quantità di informazioni note attraverso le quali la rete si adatta apprendendo dall’esperienza. Il training è un processo estremamente costoso dal punto di vista energetico e con il crescere della potenza di calcolo i consumi delle reti neurali crescono molto rapidamente, raddoppiando ogni circa sei mesi.  

I circuiti fotonici costituiscono una tecnologia molto promettente per le reti neurali perché permettono di realizzare unità di calcolo ad alta efficienza energetica. Da anni il Politecnico di Milano lavora allo sviluppo di processori fotonici programmabili integrati su microchip di silicio di dimensioni di pochi mm2 per applicazioni nel campo della trasmissione e dell’elaborazione dei dati, ed ora questi dispositivi sono stati impiegati per la realizzazione di reti neurali fotoniche.  

“Un neurone artificiale, come un neurone biologico, deve compiere operazioni matematiche molto semplici, come somme e moltiplicazioni, ma in una rete neurale costituita da molti neuroni densamente interconnessi, il costo energetico di queste operazioni cresce esponenzialmente e diventa rapidamente proibitivo. Il nostro chip integra un acceleratore fotonico che permette di svolgere i calcoli in modo molto rapido ed efficiente, sfruttando una griglia programmabile di interferometri di silicio. Il tempo di calcolo è pari al tempo di transito della luce in un chip di pochi mm, quindi parliamo di meno di un miliardesimo di secondo (0.1 nanosecondi)”. Afferma Francesco Morichetti, Responsabile del Photonic Devices Lab del Politecnico di Milano.  

“I vantaggi delle reti neurali fotoniche sono noti da tempo, ma uno dei tasselli mancanti per sfruttarne pienamente le potenzialità era l’addestramento della rete. È come avere un potente calcolatore, ma non sapere come usarlo. In questo studio siamo riusciti a realizzare strategie di addestramento dei neuroni fotonici analoghe a quelle utilizzate per le reti neurali convenzionali. Il “cervello” fotonico apprende velocemente e accuratamente e può raggiungere precisioni confrontabili a quelle di una rete neurale convenzionale, ma con un notevole risparmio energetico e maggiore velocità. Tutti elementi abilitanti le applicazioni di intelligenza artificiale e quantistiche.” Aggiunge

Oltre alle applicazioni nel campo delle reti neurali, il dispositivo sviluppato può essere utilizzato come unità di calcolo per molteplici applicazioni in cui sia richiesta elevata efficienza computazionale, ad esempio per acceleratori grafici, coprocessori matematici, data mining, crittografia e computer quantistici. Il Politecnico di Milano collabora a questa attività di ricerca con il Photonic Devices Lab e con Polifab, il centro di micro e nanotecnologie dell’Ateneo. 

Lo Studio: https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade8450