Articoli con tag sensori

La tecnologia italiana che protegge la Gioconda

A partire dalla fine degli anni ’80, nell’ambito del Laboratorio di Tecnologia del Legno dell’Università di Firenze (attualmente afferente al Dipartimento GESAAF), è stato costituito un gruppo di ricerca che si occupa in particolare dello studio e della conservazione dei manufatti lignei di interesse storico artistico ed archeologico.
Fra varie altre attività i Tecnologi del legno fiorentini partecipano fin dal 2004 a un gruppo internazionale di ricerca che sta curando lo studio e la periodica verifica dello stato di conservazione del supporto ligneo della “Gioconda“, di Leonardo da Vinci, nel Museo del Louvre. La Gioconda è infatti dipinta su un’unica tavola di legno di pioppo di circa 79 x 53 cm, spesso circa 13 mm.La tavola dipinta (Fig. 1) è contenuta in un telaio (châssis-cadre), che a sua volta viene inserito nella grande cornice intagliata visibile dal pubblico, ed è mantenuta leggermente forzata contro lo châssis-cadre da quattro traverse di legno che appoggiano contro la faccia posteriore. Una fessura lunga circa 11 centimetri che parte dal bordo superiore e raggiunge la fronte della Gioconda, attraversando l’intero spessore della tavola, risale probabilmente ai primi decenni di esistenza del dipinto.

Figura 1 - Vista del fronte e del retro della tavola su cui è dipinta la Gioconda, montata nel proprio telaio (châssis-cadre).

Il prof. Luca Uzielli ed i suoi collaboratori dell’Università di Firenze, al fine di studiare il comportamento igromeccanico della Gioconda, hanno progettato e realizzato un sistema automatico che misura e registra con continuità l’andamento nel tempo delle deformazioni e delle forze esercitate contro il telaio che la contiene, in conseguenza delle piccole ma inevitabili fluttuazioni dell’umidità dell’aria nella vetrina climatizzata. Le apparecchiature di misura e di registrazione dei dati sono installate con modalità totalmente non invasive sullo châssis-cadre, in corrispondenza del retro della tavola dipinta.
I risultati di queste misurazioni automatiche, assieme a quelli di misurazioni manuali eseguite ogni anno, in occasione dell’apertura della vetrina, consentono di tenere sotto controllo lo stato di deformazione e di sollecitazione meccanica della tavola dipinta.
Nel corso della più recente apertura, avvenuta il 22 ottobre 2013, il sistema dei sensori è stato migliorato ed ampliato con quattro mini-celle di carico realizzate dalla ditta italiana Deltatech; tali celle sono inserite nelle traverse di legno che mantengono la tavola dipinta leggermente forzata contro lo châssis-cadre, e misurano in tempo reale le forze (complessivamente dell’ordine di qualche decina di Newton) esercitate dalle traverse stesse sulla tavola.

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Sensori in Fibra Ottica. Il progetto di ricerca dell’Università degli Studi del Sannio.

La diffusione della tecnologia delle fibre ottiche ha permesso l’utilizzo della componentistica standard (ad elevate prestazioni e dai costi contenuti) destinata alle telecomunicazioni per la creazione di sensori altamente performanti, basati su reticoli di Bragg, capaci di monitorare molteplici parametri anche simultaneamente: temperatura, pressione, forza, flusso, radiazioni, livelli di liquidi, ph, spostamento, umidità, vibrazioni, deformazione, rotazione, velocità, campi magnetici, campi elettrici, campi acustici, accelerazione. Le rivelazioni di queste grandezze avvengono attraverso sensori che possono essere posti anche a decine di chilometri dal punto in cui avviene la misurazione.
Le fibre ottiche, quindi, oltre ad essere un mezzo consolidato per i sistemi di comunicazione, forniscono una tecnologia all’avanguardia per la realizzazione di sensori affidabili e di facile integrazione con strutture ed ambienti di ogni genere. Le fibre ottiche possono operare come sonde di misura per indagini puntali altamente localizzate, come pure costituire reti di sensori distribuiti nell’ambiente o inglobati in materiali.

Università degli Studi del Sannio.

Al di la di queste importanti caratteristiche, i vantaggi sono innumerevoli: immunità alle interferenze elettromagnetiche, biocompatibilità, tempi di risposta rapidi, semplicità nella multiplazione dei punti di misura, resistenza alla corrosione e quindi possibilità di applicazione in ambienti ostili, capacità di monitorare contemporaneamente più parametri e soprattutto le loro piccole dimensioni li rendono minimamente intrusivi.
La realizzazione di nuovi dispositivi in fibra ottica richiede competenze multidisciplinari nella progettazione optoelettronica, nell’identificazione e definizione dei materiali in grado di offrire le proprietà ottiche necessarie e nella messa a punto di tecnologie efficienti di fabbricazione in grado di assicurare la precisione richiesta. Il notevole sforzo che è stato prodotto dalla comunità scientifica nello sviluppo di dispositivi multifunzionali miniaturizzati sembra essere carente proprio nella capacità di gestire in maniera simultanea i differenti aspetti scientifici e tecnologici: l’optoelettronica, la scienza ed ingegneria dei materiali e lo sviluppo e l’ottimizzazione delle opportune tecnologie di manifattura.
A tal riguardo è interessante segnalare la realtà del gruppo di ricerca di Optoelettronica e Sensori del Dipartimento di Ingegneria dell’Università degli Studi del Sannio, guidato dal professor Antonello Cutolo. Il gruppo di ricerca ha già ricevuto importanti riconoscimenti internazionali nel campo della sensoristica optoelettronica, dimostrando il proprio livello di eccellenza.
I risultati della ricerca svolta presso l’ateneo sannita hanno portato innovazione nella fabbricazione di dispositivi sensoriali avanzati in fibra ottica impiegabili nel monitoraggio chimico, biologico e ambientale. I notevoli successi ottenuti dalla collaborazione con Finmeccanica, Cnr e altre realtà d’avanguardia hanno permesso che i sensori sviluppati presso l’Università del Sannio trovino già impiego in ambiente sottomarino e siano sperimentati in infrastrutture ferroviarie, in aereomobili e nell’acceleratore di particelle del Cern di Ginevra.
Il prof. Antonello Cutolo, fra i massimi esperti italiani di optoelettronica, è coordinatore di un ambizioso progetto di aggregazione di competenze nazionali finalizzato alla creazione di un laboratorio di eccellenza, in grado di concentrare competenze scientifico-tecnologiche attraverso una stretta e strutturale collaborazione tra imprese industriali e mondo della ricerca pubblica, al fine di sviluppare una infrastruttura tecnologica abilitante basata su componenti optoelettronici sub-micrometrici innovativi.
La creazione di questo centro di eccellenza offre alle aziende italiane di accedere ai risultati della ricerca prodotta all’interno di una struttura che aggregherà competenze tecniche e scientifiche che derivano da anni di esperienza nell’utilizzo della fibra ottica nella sensoristica.

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Energy Harvesting

La rapida evoluzione dei dispositivi elettronici, dalla nascita della nanoelettronica ad oggi, ha permesso la crescita della potenza di calcolo disponibile su oggetti di dimensioni sempre minori. Oggigiorno, le batterie sono la predominante fonte di energia elettrica per i sistemi compatti low power, specialmente per i dispositivi elettronici portabili. Nonostante la notevole crescita dalla loro durata media, esse sono ancora soggette a degradazione nel tempo e rappresentano un limite per la durata del sistema. 

Sebbene la nascita delle batterie a basso costo abbia favorito la diffusione dei sistemi portatili, esse attualmente ne ritardano l’ulteriore espansione poiché la loro sostituzione e il loro smaltimento non sono possibili nella maggior parte delle applicazioni a cui i moderni dispositivi wireless sono destinati. Inoltre, la densità di energia spesso è insufficiente a garantire un’adeguata autonomia, nonostante la ricerca sia indirizzata verso lo sviluppo di nuove tecnologie e di nuovi materiali che incrementino la densità di energia delle batterie riducendone le dimensioni. 

Si capisce, quindi, come nasca il bisogno di cercare metodi alternativi di alimentazione dei dispositivi. L’approccio ad oggi più interessante per la risoluzione di questo tipo di problemi è quello di far produrre al dispositivo stesso l’energia di cui ha bisogno. 

L’energy harvesting (conosciuto anche come power harvesting o energy scavenging) è il processo attraverso il quale si cattura energia da fonti esterne (energia solare, energia termica, energia cinetica da vibrazioni, …) e la si trasforma in energia elettrica utilizzabile da dispositivi elettronici. Un decennio di ricerca in questo campo ha condotto alla nascita di tecniche efficienti per la raccolta e la conversione di piccoli quantitativi di energia ricavati dall’ambiente. In parallelo, lo sviluppo di nuove tecniche di gestione della potenza e la nascita di microprocessori capaci di ottimizzare i consumi hanno fatto crescere l’interesse per nuove applicazioni in cui i dispositivi autoalimentati sono fondamentali.

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Nuova tecnologia per realizzare dispositivi GaAs a basso costo

La nuova tecnologia denominata rubber stamping consente di creare facilmente celle fotovoltaiche, transistor e sensori infrarossi

Fonte: http://spectrum.ieee.org

Un gruppo di ricercatori, guidato da John Rogers, dell’Università di Illinois a Urbana-Champaing ha inventato un modo meno costoso di realizzare dispositivi – fra cui celle solari e telecamere infrarossi – utilizzando semiconduttori composti, notoriamente molto più costosi ma anche decisamente più efficienti del Si. Tale metodo, presentato sulla rivista Nature, prevede la crescita di stacks di film sottili di semiconduttore, il prelievo di tali film uno alla volta ed la stampa degli stessi su substrati a basso costo (es.: silicio, vetro).

FLEXIBLE PHOTOVOLTAIC: Transfer printing makes a 10-by-10 array of gallium arsenide solar cells on flexible plastic possible. Credit: John Rogers, University of Illinois at Urbana-CHampaign

FLEXIBLE PHOTOVOLTAIC: Transfer printing makes a 10-by-10 array of gallium arsenide solar cells on flexible plastic possible. Credit: John Rogers, University of Illinois at Urbana-CHampaign

Come è noto, il silicio è attualmente il semiconduttore più utilizzato in microelettronica per la realizzazione di chips ed altri dispositivi; tuttavia, quando è necessario ottenere prestazioni elevate in termini di efficienza, si ricorre a semiconduttori composti quali l’arseniuro di gallio o il nitruro di gallio. Le celle fotovoltaiche realizzate con GaAs, ad esempio, sono tra le più efficienti in assoluto, essendo in grado di convertire circa il 40% dell’energia solare in energia elettrica (il valore massimo raggiunto dal silicio si attesta intorno al 20%). Il problema ad oggi riscontrato per tali composti è il costo: un wafer di 6″ di GaAs ha un costo di circa 200$, l’equivalente in silicio di circa 40$.

Il nuovo processo sviluppato dai ricercatori dell’Università di Illinois, che di fatto utilizza una tecnica di stampa a trasferimento (transfer printing), consente di massimizzare l’utilizzo del GaAs e di depositare film sottili su substrati di qualsiasi tipo, quali anche fogli sottili in materiale plastico, aprendo la strada all’effettiva realizzazione di celle solari flessibili.

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Home Sensor Startup Snapped Up

Fonte: www.technologyreview.com

Belkin buys Zensi, which makes sensors to track domestic energy and water usage.

By Kate Greene

If you knew how much electricity your plasma television used or how much water your dishwasher drank at different times of day, would you change your habits to conserve more and spend less on utilities? Researchers at the University of Washington, Duke University, and Georgia Tech believe that you might. Several years ago they invented sensors that could track the electricity consumption and water usage throughout an entire building via a single point on each system. In 2008, the researchers founded a company called Zensi to commercialize the technology, and last week, they sold that company to Belkin, an electronics hardware manufacturer.

A line of easy-to-install sensors for homes could be commercially available within the next year, says Shwetak Patel, professor of computer science and engineering at the University of Washington, and co-inventor of Zensi’s sensors. Data from such sensors could lead to itemized utility bills–and customers who are more aware of the energy sinks in their homes, he says.

Right now it’s impossible for a consumer to get an accurate gauge of energy use without deploying numerous expensive sensors. But cost reductions in key technologies have made the concept of watching every device in a home more feasible, says Ivo Steklac, executive vice president of sales and strategy at Tendril, a Boulder, CO-based, energy-monitoring startup. The key technologies are high-speed analog-to-digital conversion devices, digital signal processing algorithms, low-power communications, and ubiquitous Internet access and connectivity, Steklac says.

The concept behind Zensi’s technology is simple: a single sensor is plugged into a wall outlet, where it “listens” to the high-frequency electrical noise produced in the wiring when different devices are turned on. Each electrical device has a signature that is unique to the kind of device it is, its brand, and its location within a house. This information, in turn, reveals its energy consumption. MIT professor Fred Schweppe, and others tested a similar idea more than a decade ago. In the case of plumbing, a sensor is connected to the hose spigot on the side of a house. When a toilet is flushed or a sink is turned on, the sensor detects the characteristic change in pressure.

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STMicroelectronics Makes 3-Axis Digital Gyroscope With One Sensor

Fonte: http://spectrum.ieee.org

Yaw, pitch, and roll, all from one MEMS element

By Willie D. Jones

25 March 2010—Nowadays, a phone that doesn’t know where it is or where it’s going can’t really call itself ”smart.” To orient themselves properly, smartphones require not just GPS capability but also an electronic compass, an accelerometer, and increasingly, digital gyroscopes.

Credit: STMicroelectronics

Credit: STMicroelectronics

The point of a gyroscope is to sense any change in an object’s axis of rotation. Up until now, gyroscopes measured movement around the three axes with three sensors—one for pitch, one for yaw, and another for roll. At most, two of these sensors would be combined on a single die. The best you could do was, say, match up a 3- by 5- by 1-millimeter yaw sensor with a 4- by 5- by 1-mm sensor that would detect pitch and roll. But on 15 February, STMicroelectronics unveiled  a 4- by 4- by 1-mm gyroscope whose single sensing structure tracks all three angular motions. It’s a triumph of microelectromechanical systems (MEMS) engineering.

”Cellphone companies continually demand smaller size, less power, and lower cost,” says Jay Esfandyari, MEMS product marketing manager at ST. ”The aim now is to eventually shrink the [gyroscopes] significantly in the near future, down to about the [3-mm square] average footprint of accelerometers” typically used in smartphones.

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Il più piccolo sensore autonomo mai realizzato

Fonte: http://lescienze.espresso.repubblica.it

Il punto di forza del nuovo dispositivo è il fatto di utilizzare un processore convenzionale che ne dovrebbe favorire la diffusione commerciale

Un sensore alimentato a energia solare di 9 millimetri cubi realizzato presso l’Università del Michigan ha guadagnato il primato di più piccolo dispositivo in grado di sfruttare l’energia ambientale mai costruito.

Processore, cella solare e batteria sono tutti contenuti in un involucro di 2,5×3,5×1 millimetri, quindi 1000 volte più piccolo di un analogo dispositivo disponibile sul mercato attualmente.

Utilizzabile per produrre impianti biomedicali e sistemi di monitoraggio ambientali, potrebbe migliorare l’efficienza delle reti di sensori riducendo al contempo i costi.

Uno dei punti di forza del dispositivo, come sottolineano i ricercatori che l’hanno presentato all’International Solid-State Circuits Conference di San Francisco, è il fatto di utilizzare un processore convenzionale, l’ARM Cortex-M3, con architettura a 32 bit, che dovrebbe favorire la sua diffusione commerciale. Esso è attualmente il microcontroller più parco nel consumo di energia elettrica disponibile sul mercato (il microcontrollore è un dispositivo alternativo al microprocessore, dotato di minore potenza ma anche capace di consumi nettamente inferiori).

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Bendable Magnetic Interface

Fonte: Technology Review

A sensing surface developed by Microsoft researchers offers new ways to use computers.

By Duncan Graham-Rowe (Technology Review)

Computer users have been typing on keyboards and clicking on mice for more than 20 years. An experimental new interface under development at Microsoft could give them a completely new way to use their system.

Multi-touch and motion-sensing devices have recently emerged from research labs, offering new ways to operate computers. Microsoft’s experimental tactile interface takes things further still, letting users interact by squashing, stretching, rolling, or rubbing.
Bladder control: Manipulating a magnetic fluid on top of the researchers' "sensor tile" (top) offers a novel way to control a computer. The interface can be used to sculpt virtual shapes (bottom). Credit: Microsoft

Bladder control: Manipulating a magnetic fluid on top of the researchers' "sensor tile" (top) offers a novel way to control a computer. The interface can be used to sculpt virtual shapes (bottom). Credit: Microsoft

At the base of the new device a “sensor tile” produces magnetic multiple fields above its surface. By detecting disturbances to these fields, the system can track the movement of a metal object across its surface, or the manipulation of a bladder filled with iron filings or a magnetic fluid. A user can drag a ball bearing across the surface to move a cursor across a computer’s screen, or manipulate a ferrous fluid-filled bladder to sculpt 3D virtual objects.

Stuart Taylor of Microsoft Research Cambridge in the U.K. says that the surface can easily be reconfigured to allow for different forms of input. Working with Microsoft colleagues and with Jonathan Hook at Newcastle University, Taylor created arrays of 64 magnetic coils, each wrapped in a coiled wire, within a 100-square-centimeter sensor tile. “In essence, these are modeled on an electric guitar setup,” says Taylor. “If you disrupt the field, this causes a current to be induced in the coil.”

The researchers have also experimented with applying currents to the coils to induce physical effects on the objects placed on top of the sensor tile. This could allow an input device to also provide haptic force-feedback, says Taylor.  continua a leggere…

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