tecnologie di punta per il territorio bergamasco6. sistemi di identificazione e tracciabilita’...
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TECNOLOGIE DI PUNTA PER IL
TERRITORIO BERGAMASCO
2
www.cisalpino.euTechnology Foresight
EXECUTIVE SUMMARY: Metodologia delle Ricerca
Interviste e mail
Imprese Prov. di Bergamo
Confindustria Bergamo
Università e enti di ricerca
Brevetti
Database Espacenet
2.891 imprese tedesche
177.159 brevetti 2007-2012
Finanziamenti europei
Database Cordis
72 progetti finanziati
7° programma quadro
Investimenti VC
Database Zephyr
638 imprese con
investimenti di VC nel mondo
www.cisalpino.euTechnology Foresight
EXECUTIVE SUMMARY: Banche dati
2.891 imprese tedesche
in meccatronica
(NACE: Automazione,
Macchine per l’industria e
Macchine ed appar. elettrici
ed elettronici)
Analisi di 177.159
brevetti nel 2007-2012
(IPC, claim, abstract,
citazioni ed estensioni)
Lista 24 tecnologie ad alta
intensità di brevettazione
www.european-patent-office.org
7° Programma quadro
dell’Unione Europea:
Analisi per “argomento”
dei progetti (Innovazione,
Robotica, Transfer.
Tecnologico, Elettronica,
Tecnologie dei materiali,
Applicazioni ICT,
Tecnologie di rete..)
Identificazione di 72 in
meccatronica con
finanziamenti a PMI
Classificazione dei
progetti per tecnologia
Studio dei portafogli
di investimento dei
Venture Capitalist
(banca dati Zephyr con
oltre 40.000 imprese
finanziate al mondo)
Identificazione di 638
imprese finanziate nel
2007-2012 in
meccatronica (definita
come per analisi
brevettuale)
Classificazione delle
imprese per tecnologia
http://cordis.europa.eu
www.cisalpino.euTechnology Foresight
EXECUTIVE SUMMARY: Tecnologie di Punta
Attrattività Brevetti UE & VC Interv.
1. Sist. meccatronici autonomi (Robot autonomi mobili) 1.00 0.75 1.00 1.002. Sistemi di diagnostica per macchine 0.94 0.95 0.81 0.833. Micro-montaggio e movimentazioni (micro-attuatori) 0.89 0.71 0.74 1.004. Micro-elettroerosione (EDM) 0.86 0.82 0.52 1.005. Tecnologia piezo-elettrica 0.85 0.71 0.77 0.836. Sistemi di identificazione e tracciabilità 0.84 0.81 1.00 0.507. Monitoraggio nel campo civile (monit. strutturale) 0.75 0.55 1.00 0.508. Sist. di moviment. e di attuaz. larga e piccola scala 0.71 0.41 0.72 0.839. Sistemi di controllo-veicoli 0.67 0.72 0.47 0.6710. Sistemi di immagazzin. trasporto e packaging 0.64 0.59 0.50 0.6711. Tecnologie ottiche laser 0.63 1.00 0.22 0.5012. Strumenti ottici per analisi dei materiali 0.60 0.78 0.19 0.6713. Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-CT) 0.59 0.82 0.46 0.3314. Moderni materiali compositi 0.58 0.59 0.66 0.3315. Test ed analisi dei materiali 0.53 0.76 0.21 0.5016. Tecnologie di misurazione 0.52 0.65 0.11 0.6717. Trattamenti criogenici su materiali metallici 0.45 0.32 0.41 0.5018. SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) 0.34 0.27 0.65 0.0019. Saldatura per attrito 0.33 0.56 0.00 0.3320. Laser al silicio 0.28 0.39 0.38 0.0021. Laser a cascata quantica 0.28 0.17 0.60 0.0022. Accessori ottimizzazione lavorazioni alle macchine 0.23 0.47 0.00 0.1723. Remote Laser Welding (RLW) 0.21 0.32 0.27 0.0024. Plasma a freddo 0.05 0.13 0.00 0.00
www.cisalpino.euTechnology Foresight
EXECUTIVE SUMMARY: Attrattività e Dinamicità
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Din
am
icit
à
Attrattività
1. Sistemi meccatronici autonomi
2. Sistemi di diagnostica per macchine
3. Micro-montaggio e movimentazioni
4. Micro-elettroerosione (EDM)
5. Tecnologia piezo-elettrica
6. Sistemi di identificazione e tracciabilità
7. Monitoraggio nel campo civile
8. Sistemi di moviment. e attuazione
9 .Sistemi di controllo-veicoli
10. Sist. di immagaz. trasporto packaging
11. Tecnologie ottiche laser
12. Strumenti ottici analisi dei materiali
13. Micro-tomografia computerizzata
14. Moderni materiali compositi
15. Test ed analisi dei materiali
16. Tecnologie di misurazione
17. Trattamenti criogenici (su metalli)
18. SOFC
19. Saldatura per attrito
20. Laser al silicio
21. Laser a cascata quantica
22. Accessori ottimizzazione lavorazioni
23. Remote Laser Welding (RLW)
24. Plasma a freddo
3
OBIETTIVI DEL PROGETTO E DESCRIZIONE
DELLA METODOLOGIA DI TECHNOLOGY FORESIGHT
IDENTIFICAZIONE DELLE TECNOLOGIE DI PUNTA
PER IL TERRITORIO BERGAMASCO TRAMITE
METODOLOGIE QUANTITATIVE E INTERVISTE
ANALISI DELLE 24 TECNOLOGIE PRIORITARIE
p. 7
p. 13
p. 67
PARTE PRIMA: Introduzione
PARTE SECONDA: Metodologia
PARTE TERZA: Tecnologie prioritarie
INDICE
4
5
1. SISTEMI MECCATRONICI AUTONOMI (Robot autonomi mobili) p.71
2. SISTEMI DI DIAGNOSTICA PER MACCHINE p.77
3. MICRO-MONTAGGIO E MOVIMENTAZIONI (attraverso micro-attuatori) p.83
4. MICRO-ELETTROEROSIONE (EDM, Electrical Discharge Machining) p.89
5. TECNOLOGIA PIEZO-ELETTRICA p.95
6. SISTEMI DI IDENTIFICAZIONE E TRACCIABILITA’ p.101
7. MONITORAGGIO NEL CAMPO CIVILE E PALAZZI STORICI (strutturale) p.107
8. SISTEMI DI MOVIMENTAZIONE E ATTUAZIONE su larga e piccola scala p.113
9. SISTEMI DI CONTROLLO-VEICOLI p.120
10. SISTEMNI DI IMMAGAZZINAMENTO, TRASPORTO E PACKAGING p.122
11. TECNOLOGIE OTTICHE LASER p.124
12. STRUMENTI OTTICI PER ANALISI DEI MATERIALI p.126
13. MICRO-TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA A RAGGI X (m-CT) p.128
14. MODERNI MATERIALI COMPOSITI p.130
15. TEST ED ANALISI DEI MATERIALI p.132
16. TECNOLOGIE DI MISURAZIONE p.134
17. TRATTAMENTI CRIOGENICI SU MATERIALI METALLICI p.136
18. SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) p.138
19. SALDATURA PER ATTRITO p.140
20. LASERD AL SILICIO p.142
21. LASER A CASCATA QUANTICA p.144
22. ACCESSORI PER OTTIMIZZAZIONE LAVORAZIONI ALLE MACCHINE p.146
23. REMOTE LASER WELDING (RLW) p.148
24. PLASMA AL FREDDO p.150
TECNOLOGICHE DI PUNTA
6
7
Introduzione
1. Obiettivi del progetto
2. Technology Foresight
3. Focus meccatronica
4. Fasi del progetto
PARTE PRIMA: INTRODUZIONE
8
L’obiettivo del progetto di ricerca è identificare “tecnologie di punta” di maggior
attrattività per il territorio bergamasco
Promosso dalla Pro Universitate Bergomensi, il progetto rientra tra le azioni
strategiche previste dall’Accordo siglato tra la Conferenza dei Rettori delle Università
italiane (CRUI) e Confindustria, con l’obiettivo di rafforzare il rapporto tra Università e
Imprese
I risultati dell’indagine offrono l’opportunità di:
Promuovere la collaborazione fra imprese e l’interazione delle stesse con gli
enti di ricerca
Favorire la collaborazione in termini di attività di R&S, facilitando lo sviluppo di
servizi tecnici, finanziari e logistici adeguati
Canalizzare opportunità di finanziamento
Favorire l’analisi di campi di applicazione innovativi
Tecnologie di punta
Pro Universitate Bergomensi
Accordo Quadro CRUI-Confindustria
Contribuire alla crescita della partecipazione italiana ai programmi europei di Ricerca e Sviluppo e ampliare la
collaborazione tra imprese e università
L PROGETTO
OBIETTIVI DEL PROGETTO
9
Con il termine ‘Technology Foresight’ si intende una pluralità di attività mirate ad
individuare trend evolutivi di una determinata tecnologia
Il Technology Foresight è un processo di stimolo alla produzione di una visione strategica
che sia al tempo stesso condivisa ed ancorata alla realtà
Il carattere partecipativo rende queste tecniche di sempre più crescente interesse,
grazie alla collaborazione con le imprese stesse
La Commissione Europea promuove il Technology Foresight come modello di
innovazione e strumento di cooperazione sistematica, di sviluppo delle capacità e della
prospettiva scientifica e tecnologica a livello europeo, nazionale e regionale
Approccio prospettico
Interazione in rete
(istituzioni, industria e università)
« La prospettiva a livello regionale può fungere da catalizzatore per creare iniziative e condizioni
favorevoli all’innovazione […] Può essere utilizzata per controllare le prestazioni e suggerire
miglioramenti […] Inoltre, la prospettiva regionale può contribuire significativamente all'esito positivo del
processo di allargamento dell’UE, aiutando le regioni degli Stati membri e dei paesi candidati a trovare il
proprio posto nello scenario economico europeo del futuro »
Commissione Europea
L PROGETTO
TECHNOLOGY FORESIGHT
10
Lo Studio coinvolge le imprese sul territorio bergamasco e si dedica come primo
ambito di applicazione al mondo della meccatronica:
Rappresenta la nuova frontiera della meccanica: sistemi e prodotti che integrano
in modo sinergico l’automatica, l’elettronica e l’informatica
Copre un vasto campo di applicazioni industriali: dalla robotica,
all’automazione industriale, all’automotive ed agli azionamenti elettrici
Numerosi campi di applicazione
« La meccatronica è il tavolo su cui si gioca la partita per il futuro di tutto il settore meccanico, un
settore che complessivamente vale il 36% del PIL del Paese, con oltre due milioni di addetti »
Luigi Galdabini
Presidente di Ucimu, Associazione dei costruttori italiani di macchine utensili, robot, automazione, e di Efim, Ente Fiere Italiane Macchine (2012)
FOCUS MECCATRONICA
11
La meccatronica è un settore di punta per il rafforzamento dell’innovazione e della
promozione internazionale delle imprese, in linea con i trend Europei
È un’area decisiva per lo sviluppo industriale locale: nel corso del 2012, le imprese
italiane nel campo della meccatronica hanno identificato i mercati esteri come principali
mercati di sbocco (Fonte: Federmacchine)
La meccatronica a Bergamo risulta di assoluto rilievo tra le merci esportate verso la
Germania (Fonte: ISTAT 2012):
Macchinari e impianti (527 milioni di euro)
Mezzi di trasporto (354 milioni di euro)
Prodotti chimici (390 milioni di euro)
Articoli in gomma e materie plastiche (322 milioni di euro)
Prodotti in metallo (293 milioni di euro)
Meccatronica rilevante per l’Europa
Meccatronica rilevante per Bergamo
FOCUS MECCATRONICA
12
La realizzazione del presente progetto si suddivide in sei fasi illustrate di seguito:
Figura 1 - Fasi del progetto di Foresight
FASI
1. Definizione degli obiettivi
2. Impostazione e validazione delle metodologie
3. Analisi quantitative e qualitative
4. Condivisione della “lista di tecnologie”
5. Studio delle singole tecnologie di punta
6. Presentazione
FASI DEL PROGETTO
13
Metodologia
1. Descrizione della metodologia
2. Attività di Brevettazione
3. Finanziamenti Europei
4. Investimenti di Venture Capitalist
PARTE SECONDA: METODOLOGIA
14
BrevettiFinanziamenti
EuropeiVenture
Capitalist
Interviste e email
LISTA 24 TECNOLOGIE PRIORITARIE PER IL TERRITORIO BERGAMASCO
Database
Espacenet
LISTA
TECNOLOGIE
CANDIDATE
Database
Cordis
Database
Zephyr
DEFINIZIONE DELLA METODOLOGIA
15
L’attività di Technology Foresight implica sia tecniche quantitative e metodi di
previsione, sia un processo partecipativo volto a favorire l’interazione tra i diversi
attori del tessuto sociale
Coerentemente con la letteratura economica, diverse metodologie sono potenzialmente
adottabili, ciascuna con propri limiti e vantaggi
Al fine di cogliere sia aspetti deterministici legati agli sviluppi tecnologici sia gli aspetti
socio-economico-politici, il presente studio adotta sia metodologie quantitative sia
qualitative
Metodologie
quantitative e qualitative
« Il trasferimento tecnologico università-industria dipende non solo dalle caratteristiche delle
università ma dal territorio stesso […] »
Erik Lehmann
Docente di Business Administration presso l’Università di Augsburg
Autore di pubblicazioni internazionali in Imprenditorialità, Innovazione e Tecnologia
L PROGETTO
DEFINIZIONE DELLA METODOLOGIA
16
Attività di brevettazione
L’analisi dell’attività brevettuale costituisce un importante strumento di esame per
l’attività innovativa a livello di Paese o azienda stessa, condiviso da molti studi in
letteratura economica (Jaffe and Trajtenberg, 2002)
Proteggere l’innovazione ricorrendo alla brevettazione è infatti indice di aspettative da
parte delle imprese in termini di ritorni economici legati allo sfruttamento
commerciale dell’invenzione brevettata
Brevetti
Metodologie QUANTITATIVE
DESCRIZIONE DELLA METODOLOGIA
« Il sapere è la moneta dell'economia globale »
Máire Geoghegan-Quinn
Commissario europeo responsabile
per la ricerca, l'innovazione e la scienza
L PROGETTO
17
Finanziamenti Europei
Competitività e globalizzazione spingono le imprese e le istituzioni a sviluppare sempre
più network e collaborazioni
Un’attenta analisi dei Progetti di Ricerca e Sviluppo recentemente finanziati dall’Unione
Europea e dei Bandi pubblicati nell'ambito del 7° Programma Quadro permette di
identificare i trend tecnologici verso cui ‘punta’ l’Unione Europea
Significativo è infatti il pacchetto di finanziamenti legati al 7˚Programma Quadro:
8,1 miliardi di Euro: il più grande mai presentato
di cui 1,2 miliardi dedicati alle piccole e medie imprese
Investimenti di Venture Capitalist
Infine, indicatore indiretto ma certamente significativo di tecnologie prioritarie è dato
dall’analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist
Questi soggetti investono proprio capitale in imprese ad alto potenziale di crescita
durante le loro prime fasi di vita. I Venture Capitalist possiedono capitale azionario di
queste imprese che, generalmente, hanno originalità tecnologiche o fanno parte di settori
altamente tecnologici
Finanziamenti
Europei
Venture
Capitalist
DESCRIZIONE DELLA METODOLOGIA
18
Oltre alle metodologie quantitative, sono stati effettuati incontri con esperti di proprietà
intellettuale e di finanziamento e di politiche dell’innovazione:
David B. Audretsch - Indiana University
Thomas Chemmanur – M.I.T. Boston
Paolo Ernesto Crippa - Jacobacci & Partners
Douglas J. Cumming - York University
Marcel Hülsbeck – Universität Witten/Herdecke
Arif Khurshed - Università di Manchester
Erik Lehmann – CCSE
Mario Levis – Cass Business School di Londra
Albert Link - University of North Carolina
Sergio Lorenzi – Soluzioninventive
Sergio Mascheretti - ITM Consulenza
Nashid Nabian – Università di Harvard
Gian Paolo Pasini - Avvocati Associati Franzosi Dal Negro Pensato Setti
Jay R. Ritter - Università della Florida
Mario Salerno - Fondazione Filarete
Donald Siegel - State University of New York
Manuel Trajtenberg - Tel Aviv University
Charles W. Wessner - U.S. National Academies
Marco Wilkens - Università di Augsburg
Interviste con
esperti di attività
di brevettazione e
di finanziamento e
politiche
dell'innovazione
Incontri ed interviste
METODOLOGIA DESCRIZIONE DELLA METODOLOGIA
19
A valle dello studio volto all’individuazione della lista di tecnologie prioritarie per il
territorio bergamasco, sono stati inoltre coinvolti referenti tecnologici sulle diverse
tecnologie risultati dall’analisi di technology foresight
Parallelamente alle analisi quantitative, lo studio coinvolge le aziende associate a
Confindustria Bergamo al fine di condividere gli ambiti di applicazione delle tecnologie di
punta
Lo studio procede con frequenti incontri con i funzionari di Confindustria Bergamo
A seguito dell’identificazione della lista di tecnologie prioritarie tramite le analisi
quantitative e il parere di esperti internazionali, si coinvolge il territorio tramite invio di
email (fine Novembre 2012) e l’incontro con i componenti della Commissione
Innovazione di Confindustria Bergamo (16 Aprile 2013), al fine di raccogliere
indicazioni che contribuiscono a definire le priorità per il territorio bergamasco
Condivisione con
Confindustria
Bergamo
TECNOLOGIE PER IL TERRITORIO BERGAMASCO
20
Il legame tra attività brevettuale e spese in R&S presenta spesso una correlazione
positiva suggerendo l’opportunità di utilizzare indicatori brevettuali come proxy
dell’attività innovativa (Jaffe and Trajtenberg, 2002)
La prima metodologia quantitativa utilizzata è l’Analisi Brevettuale. Il campione di
imprese è ottenuto mediante il database ORBIS (Database globale con informazioni per
oltre 60 milioni di società)
Il Paese scelto come benchmark tecnologico è la Germania
Storicamente la Germania detiene il primato in termini di spese in ricerca e
sviluppo (R&S) rispetto ai principali Pesi Europei (in termini percentuali di spesa
interna lorda)
In termini comparativi, la Germania è tradizionalmente un riferimento tecnologico chiave
in tema di innovazione. In particolare, forte è il legame tra l’economia tedesca e
quella orobica:
in Lombardia l’8,7% dell’export e il 9,3% dell’import è con la Germania
le percentuali sono ancora più alte per la Provincia di Bergamo: nel 2011 la
Germania rappresenta il 18.2% di export e il 23.5% di import della Provincia
l’interscambio Bergamo-Germania registra infatti, nel 2011, 2,25 miliardi di export
e 1,98 miliardi di import, un incremento di 14% in export e del 10% in import
rispetto all’anno 2010 (Fonte ISTAT, 2012)
ATTIVITÀ DI BREVETTAZIONE
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Sulla base dei criteri selezionati (imprese tedesche con brevetti) il campione oggetto
d’analisi è di 2.891 imprese per il periodo che va dal 2007 a luglio 2012, per un totale di
177.150 brevetti registrati dal 2007 al 2012 (banca dati Orbis)
L’analisi si concentra sui seguenti comparti:
Automazione
Macchine per l’industria
Macchine ed apparecchi elettrici ed elettronici
La selezione delle imprese in ambito meccatronico fa riferimento al codice Nace Rev. 2
(Classificazione delle Attività Economiche in ambito Europeo)
Evidenziamo di seguito i codici selezionati per l’analisi e tra parentesi riportiamo il
corrispettivo codice Ateco 2007:
28 Manufacture of machinery and equipment (28 Fabbricazione di macchinari ed
apparecchiature)
26.20 Manufacture of computers and peripheral equipment (26.20.00 Fabbricazione di
computer e unità periferiche)
27.11 Manufacture of electric motors, generators and transformers (27.11.00
Fabbricazione di motori, generatori e trasformatori elettrici)
28.23.09 Fabbricazione di macchine ed altre attrezzature per ufficio (esclusi computer
e periferiche)
33.20 Installation of industrial machinery and equipment (33.20 Installazione di
macchine e apparecchiature industriali)
Fasi dell’analisi brevettuale
Selezione della
popolazione di imprese
tedesche in meccatronica
Analisi brevettuale
(2007-Luglio 2012)
Aree tecnologiche ad alta
intensità di brevettazione
METODOLOGIA: Brevetti
22
Le Banche dati utilizzate per la ricerca di informazioni sui brevetti sono:
1. ORBIS: mediante la sezione “Patents”, la cui fonte di informazione è PATSTAT, un
database contente brevetti a livello mondiale e gestito dall’Ufficio Brevetti Europeo
(EPO – European Patent Office)
2. ESPACENET: una delle banche dati più completa tramite la quale si possono
ricercare più di 70 milioni di brevetti in tutto il mondo, dal 1836 ad oggi
Per ogni brevetto, vengono effettuate differenti tipologie di analisi:
1. Famiglie brevettuali (Patent Family)
un insieme di applicazioni di un brevetto o pubblicazioni in diversi Paesi che riflette
la volontà strategica di estendere internazionalmente il proprio sviluppo
tecnologico. La così detta ‘priority’ rappresenta la prima applicazione effettuata in
un Paese, ed estesa poi ad altri Paesi
L’analisi delle famiglie brevettuali permette di individuare tecnologie che si rivelano
importanti grazie a:
INPADOC Patent Family: analisi della sigla di pubblicazione
Analisi dei Paesi ovvero delle estensioni: più paesi in una stessa famiglia, più
investimento e importanza ha la tecnologia brevettata
Stato di vita: la durata di un brevetto è limitata nel tempo, e durante la sua vita il
brevetto è soggetto al pagamento di tasse di mantenimento, pena la decadenza
Famiglie brevettuali
http://www.european-patent-office.org
METODOLOGIA: Brevetti
23
2. Citazioni backward e forward
Documenti (brevettuali o non) che sono citati o che citano il brevetto in esame
L’analisi delle citazioni permette di identificare i documenti, e quindi le aree tecnologiche
con un alto impatto. In particolare, un’analisi differenziata per anno consente di
evidenziare quali tecnologie siano persistenti e quali siano di recente rilevanza:
Più una tecnologia è citata più si rivela ricercata da altri e quindi importante
La citazione rilevante è effettuata in particolare dalle citazioni nei “rapporti di
ricerca”
La citazione viene normalizzata per l’età del brevetto, ovvero l’analisi evidenzia il
tasso di citazione relativamente all’anno di pubblicazione
3. Procedura di concessione ed opposizione o lite
L’analisi della lettera che segue il numero di pubblicazione permette di evidenziare quali
tecnologie abbiano attrattività:
a) Brevetto con esame concesso, indice di una tecnologia che si presume abbia i
requisiti di brevettazione
b) Brevetto opposto da terzi considerato come ostacolo importante
c) Brevetto litigato, ovvero tecnologia importante e usata per detenere monopolio
Citazioni
http://www.wipo.org
METODOLOGIA: Brevetti
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La tabella seguente riporta in dettaglio le sigle ed il loro significato:
Figura 2 - Procedura di concessione
Sigla di
pubblicazione Significato
A Document Applicazione brevettuale Europea dopo 18 mesi dalla sua presentazione all’Ufficio Brevetti Europeo (European Patent Office, EPO), o 18 mesi dopo la data di prima applicazione (priority date)
A1 Applicazione brevettuale Europea (con rapporto di ricerca)
A2 Applicazione brevettuale Europea (senza rapporto di ricerca – non disponibile alla data di pubblicazione)
A3 Rapporto di ricerca
A4 Rapporto di ricerca supplementare
(A8, A9) Correzioni (titolo, pagina, ristampa) dell’applicazione brevettuale Europea (secondo gli standard ST 50, WIPO, Organizzazione Mondiale per la Proprietà Intellettuale - World Intellectual Property)
B Fascicolo brevettuale (European patent specifications)
B1 Fascicolo brevettuale – brevetto concesso (granted patent)
B2 Nuovo fascicolo brevettuale rettificato (amended patent)
B3 Fascicolo brevettuale con limitazione dopo opposizione (after limitation procedure)
(B8, B9) Correzioni (titolo, pagina, ristampa)
Procedura di
concessione
http://www.epoline.org
METODOLOGIA: Brevetti
25
4. Distribuzione negli anni e geografica
L’analisi delle estensioni brevettuali e della frequenza di deposito negli anni (che può
essere effettuata sia per macro-classe o classe tecnologica sia per richiedente) ha la
finalità di evidenziare quando una certa tecnologia ha avuto un impulso ed i Paesi dove
essa è rilevante.
L’analisi brevettuale classifica i brevetti per aree tecnologiche mediante l’utilizzo del
sistema di classificazione tecnologica alfanumerico ECLA (European
Classification Codes) che viene assegnato a ciascun brevetto. In assenza di esso, viene
usato il codice di classificazione internazionale (International Patent Code – IPC)
Più precisamente, sono così definite:
1. Macro-classe tecnologica: prima lettera del codice europeo
2. Classe tecnologica: prime tre lettere del codice
Individuate le classi tecnologiche più rilevanti (es. frequentemente brevettate ) lo step
successivo si focalizza sull’identificazione di parole chiave:
Parole più ricorrenti nelle rivendicazioni indipendenti
Parole più ricorrenti nel titolo / abstract
Analisi temporale e
geografica
METODOLOGIA: Brevetti
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La seguente Tabella descrive i parametri utilizzati nella metodologia di analisi brevettuale
(Wartburg, Teichert and Rost 2005, No and Park 2010, OuYang and Weng 2011,
Karvonen and Kässi, 2012)
Figura 3 - Parametri analisi brevettuale
Descrizione Codice Proxy
Parole ricorrenti nel titolo del brevetto e nell’abstract, che contiene una concisa descrizione dell’invenzione
Claim 1, Title, Abstract
Parole chiave
International Patent Classification: codice identificativo utilizzato dal Patent Offices Worldwide
IPC code Classificazione brevettuale
European Classification System: estensione del IPC,viene utilizzato dallo European Patent Office
ECLA code Classificazione brevettuale
La prima applicazione in una nazione Priority number Patent family
Estensioni di un brevetto in diverse nazioni (stessa priority)
INPADOC Patent Family
Famiglia brevettuale
Identifica tutti i brevetti che condividono direttamente o indirettamente almeno una priorità (escluse priority non-attive)
INPADOC Patent Family
Famiglia brevettuale (Estensioni)
Documenti citati nel brevetto o che citano il brevetto in esame,
nel rapporto di ricerca: possono essere self-citation o non; possono essere di letteratura brevettuale o non
Cited documents Citazioni backward
Data di pubblicazione Publication data Informazioni di filtro
Parametri d'analisi
METODOLOGIA: Brevetti
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Per ogni classe tecnologica, l’analisi brevettuale consente quindi di rispondere a:
1) Attività brevettuale:
Quali tecnologie sono giovani e dinamiche? Es. classe tecnologica con un trend
crescente di brevettabilità
2) Attività per classe tecnologica negli anni:
Quali tecnologie sono persistenti nel tempo e verso quali ci stiamo spingendo?
3) Distribuzione geografica:
Dove le diverse tecnologie sono persistenti nel tempo e verso quali Paesi le
tecnologie si stanno spingendo?
4) Maggiori player ed interesse del mercato:
Competitor importanti e maturi o piccole nuove imprese?
5) Classificazione delle tecnologie in base alle citazioni ricevute:
Quali sono le tecnologie con un più alto potenziale?
Aree tecnologiche ad
alta intensità di
brevettazione
« Il trasferimento tecnologico università-industria è funzione della capacità di brevettare certi
tipi di tecnologie ed innovazioni, la loro commercializzazione e le licenze »
Marcel Hülsbeck
Professore alla Universität Witten/Herdecke, è stato consulente strategico e PR organizzativo di prestigiose imprese (Siemens, HypoVereinsbank, SGL Carbon)
METODOLOGIA: Brevetti
28
Figura 4 - Composizione dell’attività di brevettazione dal 2007 a luglio 2012
0.15%0.29%
0.74%1.04%1.06%
1.57%1.69%
2.01%2.27%
3.12%3.20%
3.54%3.60%
4.35%5.19%5.24%
5.67%5.89%
6.28%6.81%6.92%
7.56%9.13%
12.66%
0 2 4 6 8 10 12 14
Plasma a freddo
Lasera a cascata quantica
SOFC
Trattamenti criogenici su materiali metallici
RLW: Remote Laser Welding
Laser al silicio
Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala
Micro-montaggio e movimentazioni
Accessori per ottimizzazione lavorazioni alle macchine
Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici
Saldatura per attrito
Moderni materiali compositi
Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging
Tecnologie di misurazione
Tecnologia piezo-elettrica
Sistemi di controllo-veicoli
Sistemi meccatronici autonomi
Test ed analisi dei materiali
Strumenti ottici per analisi dei materiali
Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-CT)
Micro-elettroerosione (EDM)
Sistemi di identificazione e tracciabilità
Sistemi di diagnostica per macchine
Tecnologie ottiche laser
1%
La metodologia di analisi brevettuale ha come oggetto d’analisi 177.159 brevetti dal 2007 a luglio 2012 di aziende tedesche nel
campo della meccatronica
METODOLOGIA: Brevetti
29
In conclusione, l’analisi brevettuale identifica come:
1. Rilevanti la Tecnologia ottica laser, i Sistemi di diagnostica per macchina, la
Micro-elettroerosione, la Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-CT), i
Sistemi di Identificazione e tracciabilità, gli Strumenti ottici per l’analisi dei
materiali, i Sistemi meccatronici autonomi (Robot autonomi mobili) ed infine la
tecnologia Test ed Analisi dei Materiali
2. Dinamiche le tecnologie legate a Micro-montaggio e micro movimentazione,
Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala, Trattamenti
criogenici su materiali metallici, Accessori per ottimizzazione lavorazioni alle
macchine, Sistemi meccatronici autonomi (Robot autonomi mobili), Micro-
Elettroerosione (m-EDM), Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging e
la tecnologia SOFC
RISULTATI DA ANALISI BREVETTUALE
30
Per l’identificazione delle tecnologie emergenti si è fatto ricorso sia
All’acquisizione da parte di esperti accademici ed industriali di informazioni
riguardo alle possibili tecnologie esistenti
All’analisi dei progetti tecnologici dal Portale Europeo per le attività di Ricerca e di
Sviluppo (CORDIS)
Il database CORDIS contiene i progetti tecnologici che la Commissione Europea ha
scelto di finanziare, poiché considerati di importanza strategica per il futuro
La ricerca dei progetti tecnologici sul portale ha previsto le seguenti fasi:
1. Ricerca e selezione di progetti relativi al settore meccatronico pubblicati
sulla banca dati oltre l’anno 2007;
2. Analisi delle specifiche tecnologie core del progetto
3. Clusterizzazione in classi tecnologiche similmente alla precedente
analisi brevettuale sulla base di parole chiave
I progetti in CORDIS possono essere filtrati per “Tema” (“Argomenti” del progetto). La
selezione dei progetti relativi al settore meccatronico si basa sull’analisi di tali Argomenti
del progetto. Per esempio, sono stati considerati progetti con “Argomenti” quali
Innovazione, Robotica, Trasferimento tecnologico, Elettronica Microelettronica,
Tecnologie dei materiali - Nanotecnologie e Nanoscienze, Applicazione delle tecnologie
dell'informazione e della comunicazione - Informazioni, Media - Tecnologie della rete
Fasi della metodologia
Selezione dei Progetti di R&S
recentemente finanziati
dall’Unione Europea e nell'ambito
del 7˚ Programma Quadro
Analisi dei progetti
Lista aree tecnologiche su cui
punta l'UE
http://cordis.europa.eu
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
31
La ricerca e selezione dei progetti tecnologici sul portale europeo ha portato all’analisi di
72 progetti e ad un loro raggruppamento nelle seguenti aree tecnologiche:
Figura 5 - Numero di Bandi europei per classe tecnologica
0 2 4 6 8 10 12 14
RLW: Remote Laser Welding
Trattamenti criogenici su materiali metallici
Laser al silicio
Micro-elettroerosione (m-EDM)
Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-CT)
Sistemi di movimentazione e di attuazione
Lasera a cascata quantica
Moderni materiali compositi
SOFC
Tecnologia piezo-elettrica
Sistemi di diagnostica per macchine
Sistemi meccatronici autonomi
Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
32
Figura 6 - Distribuzione delle aree tecnologiche dei 72 Bandi Europei
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
Monitoraggio nel
campo civile e
palazzi storici
Sistemi
meccatronici
autonomi
Altre tecnologie:
Sistemi di
diagnostica
per macchine
Tecnologia
piezo-elettrica
Moderni materiali
compositi
SOFC
Sistemi di
movimentazione
e di attuazione su
larga e piccola
scala
Laser a
cascata
quantica
15%
8%
10%
12%
14%8%
7%7%
19%
Micro-EDM
Micro-
tomografia computerizzat
a raggi X
Trattamenti
criogenici
Laser al silicio
RLW
4%
4%
3%
3%1%
33
Figura 7 - Distribuzione delle nazionalità dei coordinatori dei Bandi Europei
Figura 8 - Tipologia ente dei coordinatori dei Bandi Europei
Germania
21%
Gran
Bretagna
15%
Italia
14%
Spagna
11%
Belgio
10%
AustriaDanimarca
Francia
Altro
17%
Università
36%
Ricerca
31%
Industria
33%
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
4% 4%
11%
4%
34
Di seguito presentiamo il risultato dettagliato delle analisi dei progetti tecnologici che
la Commissione Europea ha scelto di finanziare, raggruppando i progetti tecnologici
per classe tecnologica, e mettendo in evidenza i seguenti aspetti:
breve descrizione della classe tecnologica
principali applicazioni della classe tecnologica
costo medio dei progetti appartenenti a questa classe tecnologica
nazionalità e tipologia dell’ente coordinatore
nazionalità e tipologia dei partecipanti al Bando
Ciascuna classe tecnologica è stata individuata sulla base delle parole chiave ricorrenti
nei 72 progetti analizzati
Nome Bando/Progetto
Definizione Classe Tecnologica
Parole chiave della Tecnologia prioritaria
Breve descrizione della tecnologia
Applicazioni
Costo del progetto
Nome dell’ente coordinatore del progetto
Nazionalità dell’ente coordinatore
Tipologia dell’ente coordinatore
Partecipanti al bando: Tipologia ente
Partecipanti al bando: Nazionalità
Schema dell’analisi dei
Finanziamenti Europei
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
35
Per ogni classe tecnologica, si riportano le informazioni sopracitate, e si presenta
per alcune classi tecnologiche uno tra i progetti che fanno parte della classe
tecnologica in esame, a titolo esemplificativo
Come prima classe tecnologica rilevante risulta la tecnologia piezoelettrica: ben 7
progetti tecnologici sono dedicati all’impiego, sviluppo e miglioramento della stessa
Tecnologia piezo-elettrica Classe tecnologica Materiali avanzati
Breve descrizione Permette di creare elettricità dalla pressione, sfruttando le proprietà di alcuni cristalli, capaci di generare differenza di potenziale quando sono soggetti a una deformazione meccanica
Principali applicazioni Costruzione di componenti e dispositivi elettrici (sensori, attuatori, trasformatori e trasduttori). Gli studi si stanno spostando verso:
Miglioramento della tecnologia: 1. Ottenimento di attuatori multistrato piezoelettrici con
componenti più affidabili e con un costo di produzione minore, in grado di sostenere condizioni estreme, come temperature e pressioni elevate
Impiego di tale tecnologia nel settore della sicurezza: 1. Utilizzo di polimeri con proprietà piezoelettriche in
substrati di tessuti/calzature per la sicurezza; 2. Protezione dell’udito per lavoratori esposti ad alti livelli di
rumori (sensori che consentano di percepire allarmi e parole ma riducendo in modo significativo rumori dannosi)
Numero di progetti europei 7 progetti europei
Costo medio dei progetti 2.626.341€
Coordinatore - Tipologia di ente Università: 1 (14,28%) Istituto di ricerca: 3 (42,8%) Industria: 3 (42,8%)
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
36
A titolo esemplificativo, si riporta di seguito uno tra i progetti analizzati ed appartenenti a
tale classe tecnologia (Tecnologia piezo-elettrica):
Acronimo del progetto: 3PLAST
Classe tecnologica Materiali avanzati
Tecnologia prioritaria Tecnologia piezoelettrica
Breve descrizione Migliorare le proprietà degli attuatori piezoelettrici per consentirne l’utilizzo agli utenti finali in svariate applicazioni. In particolare, sviluppare attuatori in grado di sostenere temperature e pressioni elevate
Principali applicazioni Auto-controllo della macchina, interfaccia uomo-macchina, sicurezza
Costo del progetto 3.191.373 €
Coordinatore Startseite Fraunhofer-Gesellschaft
Coordinatore - Nazionalità Germania
Coordinatore - Tipologia di ente Istituto di ricerca
Partecipanti al bando 8 partecipanti
Tipologia partecipanti Università: 1 (12,5%) Istituto di ricerca: 1 (12,5%) Industria: 6 (75%)
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
37
Riportiamo nelle sezioni seguenti, le altre classi tecnologiche risultanti dall’analisi dei
progetti tecnologici europei
Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-CT)
Classe Tecnologica Microlavorazioni
Breve descrizione
La microtomografia (m-CT) è una tecnica di visualizzazione microscopica 3-dimensionale non invasiva basata sulla ricostruzione volumetrica di radiografie alla scala del micron. Le ricostruzioni volumetriche ottenute sono completamente digitalizzate e posso successivamente essere elaborate per ottenere innumerevoli informazioni: misure e dimensioni del campione, costituzione massica (cavità e occlusioni), segmentazioni di diversi materiali sia solidi che fluidi (distinzione nel volume acquisito delle diverse fasi e loro interazione).
Principali applicazioni
Gli studi si stanno spostando verso: Studi dell'effetto della microstruttura sull'acqua e stato soluto,
consistenza e proprietà ottiche e difetti interni di cibo Superamento dei limiti delle tecniche convenzionali: le analisi
dei materiali con scala nano-metrica coprono attualmente metodi distruttivi della sonda e metodi 2D. Le ricerche stanno progredendo verso la X-tomografica computerizzata a raggi in scala nano-metrica, che consentano un’analisi della struttura in 3D, senza la distruzione della sonda
Tali miglioramenti favoriranno, ad esempio, un controllo automatico per parti sinterizzate mediante tecniche non distruttive per il miglioramento della qualità produttiva
Numero di progetti europei 3 progetti europei
Costo medio dei progetti 2.867.430 €
Coordinatore - Tipologia di ente Università: 2 (66,6%) Istituto di ricerca: 0 (0%) Industria: 1 (33,3%)
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
38
Un progetto analizzato ed appartenente a tale classe tecnologia è il seguente:
Acronimo del progetto: HI-MICRO Classe tecnologica Microlavorazioni
Tecnologia prioritaria Tecnologia micro-EDM
Breve descrizione Utilizzo della tecnologia micro-EDM unita ad altre nuove tecnologie (quali la micro-ECM, la micro-foratura, e la tomografia computerizzata) per la realizzazione di elementi ad inserimento per utensili con migliori capacità di gestione termica e migliore precisione ed accuratezza
Principali applicazioni Macchine utensili
Costo del progetto 5.150.145 €
Coordinatore Katholieke Universitet Leuven
Tipologia partecipanti Università: 2 (33%) Istituto di ricerca: 0 0%) Industria: 6 (66%)
Tecnologia micro-EDM Classe tecnologica Microlavorazioni
Breve descrizione Rimozione del materiale tramite scariche elettriche tra utensile e pezzo (necessariamente elettro-conduttivo) nelle lavorazioni di micro-foratura e di micro-fresatura
Principali applicazioni
Industria aerospaziale (fori di raffreddamento per turbine, propulsori satellitari), tecnologia medica (impianti, micromotori),
meccanica di precisione (orologi) , ingegneria ed elettrica Gli studi si stanno spostando verso:
Lavorazione di materiali “difficili”, quali ad esempio la ceramica, l’acciaio, il diamante Realizzazione di elementi ad inserimento per utensili con migliori capacità di gestione termica e di precisione
Numero di progetti europei 3 progetti europei
Costo medio dei progetti 2.653.716 €
Coordinatore - Nazionalità Locale: 1 (25%) Internazionale: 3 (75%)
Coordinatore - Tipologia di ente Università: 3(75%) Istituto di ricerca: 0 (0%) Industria: 1 (25%)
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
39
Sistemi meccatronici autonomi
Classe tecnologica Sistemi meccatronici autonomi
Breve descrizione
I sistemi meccatronici autonomi consistono in sistemi “intelligenti” (self-learning) che operano in totale autonomia ed indipendenza dall’intervento umano e sono in grado di migliorare la mobilità, la percezione dell’ambiente, la manipolazione di prodotti e di prendere decisioni di fronte ad eventi incerti. Tali sistemi sono caratterizzati da software ad altissima intensità e da attuatori, che consentono al robot di navigare e capire un determinato ambiente.
Principali applicazioni
Gli studi si stanno spostando verso:
Lo sviluppo di una tecnologia per la navigazione autonoma in ambienti complessi; es. attività di manipolazione subacquee di un veicolo sottomarino autonomo (AVU)
Lo sviluppo di robot autonomi in tre settori importanti di applicazione: robot swarms, cloud computing e e-mobility.
Lo sviluppo di sistemi flessibili di manipolazione, che consentano la manipolazione di oggetti di piccole dimensioni
Lo sviluppo di robot che consentano l’auto-assemblaggio
Numero di progetti europei 10 progetti europei
Costo medio dei progetti 3.806.701 €
Coordinatore - Tipologia di ente Università: 9(90%) Istituto di ricerca: 0 (0%) Industria: 1 (10%)
« Le Braccia meccaniche sono una tecnologia chiave per tutta la meccatronica attuale e del
futuro »
Nashid Nabian
Docente di Urban informatics ad Harvard e ricercatrice al MIT di Boston
esperta di nuove tecnologie e «Smart city»
L PROGETTO
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
40
Sistemi di diagnostica di macchine
Classe tecnologica Sistemi di diagnostica di macchine
Breve descrizione
I sistemi di diagnostica di macchine consistono in sistemi di controllo in grado di monitorare determinati parametri del processo di lavorazione, che consentono di monitorare successivamente la qualità della produzione e dello stato della merce di produzione.
Principali applicazioni
Gli studi si stanno spostando verso: Lo sviluppo sistemi intelligenti di auto-ottimizzazione di controllo
in grado di analizzare una vasta gamma di parametri del processo di lavorazione ed adattare automaticamente il funzionamento della macchina in tempo reale, evitando interruzioni di produzione ed anomalie.
Lo sviluppo di sistemi intelligenti di controllo per altre macchine, come ad esempio una nave. Alcune ricerche si focalizzano nello sviluppo di un sistema di strumentazione che permetta di migliorare la sicurezza delle navi e ridurre i costi operativi.
Per lo sviluppo di tali sistemi di diagnostica delle macchine, è fondamentale il continuo miglioramento di sensori caratterizzati da funzioni avanzate.
Numero di progetti europei 9 progetti europei
Costo medio dei progetti 3.383.029 €
Coordinatore - Tipologia di ente Università: 3(33,3%) Istituto di ricerca: 3 (33,3%) Industria: 3 (33,3%)
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
41
Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici
Classe tecnologica Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici
Breve descrizione Monitoraggio per la progettazione di manufatti e infrastrutture destinati all'uso civile, quali edifici civili ed industriali, ponti e ferrovie, strutture in zone sismiche ed infrastrutture di trasporto.
Principali applicazioni
Gli studi si stanno spostando verso: Utilizzo di strutture in acciaio per la realizzazione di edifici
industriali; tale studio consentirà il superamento dei limiti del calcestruzzo, materiale utilizzato oggigiorno per la realizzazione di edifici. Tale soluzione potrebbe essere interessante nelle aree sismiche, e potrebbe permettere il raggiungimento di nuovi obiettivi di efficienza energetica (con riduzione di CO2); inoltre studi si concentrano sul comportamento dell’acciaio in condizioni di incendio.
Lo sviluppo di nuovi potenti sistemi di strumentazione per il monitoraggio delle vibrazioni di strutture di ingegneria civile (ponti, edifici, ad esempio dighe); ne è un esempio il sistema SHM (Structural Health Monitoring).
Numero di progetti europei 13 progetti europei
Costo medio dei progetti 1.156.300 €
Coordinatore - Tipologia di ente Università: 3(23,1%) Istituto di ricerca: 6 (46,15%) Industria: 4 (30,77%)
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
42
La tecnologia di Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici si traduce a livello
urbanistico in tecnologie di punta per architetture interattive e digitalmente
adattate:
1. Tecnologie partecipative
2. Tecnologie di monitoraggio urbano dal basso verso l’alto
Grande attualità ha l’argomento Smart Cities, con la pubblicazione di diversi bandi
nazionali al riguardo. Il concetto di “Smart Cities” si basa sul fatto che il digitale e le
tecnologie di telecomunicazione hanno integrato materiali ed informazioni con l’obiettivo
di percepire le dinamiche della città in tempo reale e rendere disponibili queste
informazioni ai cittadini e alle parti istituzionali
« Smart cities come comunità intelligenti che tendono a soluzioni integrate e sostenibili, in
grado di offrire energia pulita e sicura a prezzi accessibili ai cittadini, riducendo i consumi e
creando nuovi mercati »
Günter Oettinger
Commissario europeo per l'Energia
L PROGETTO
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
43
Sistemi di movimentazione o di attuazione su larga o piccola scala Classe tecnologica Sistemi di movimentazione o di attuazione
Breve descrizione L’intelligenza artificiale, è diventata il campo di ricerca e innovazione tecnologica di maggior interesse negli ultimi anni. Le ricerche riguardano sempre più applicazioni di robotica e macchine automatiche per la produzione industriale, dotate di sensori intelligenti e intercambiabili.
Principali applicazioni Alcune ricerche attuali sono: Robot che consentano una lucidatura automatica su superfici
libere: le attuali tecniche di lucidatura automatiche sono quasi non applicabili su elementi con superfici a forma libera e tali superfici sono fino ad oggi effettuate manualmente. Nella fabbricazioni di utensili è stato stimato che il 50% del tempo di fabbricazione è dato alla lucidatura.
Tecniche affidabili per il monitoraggio dei parametri di lavorazione più critiche nelle macchine utensili, come il taglio di carico, le vibrazioni e il consumo energetico. Tali tecniche consentiranno di ottimizzare in tempo reale l’intero processo di produzione in base a produttività/costi criteri.
Numero di progetti europei 5 progetti europei
Costo medio dei progetti 3.093.694 €
Coordinatore - Tipologia di ente Università: 0 (0%) Istituto di ricerca: 2 (40%) Industria: 3 (60%)
« Micro e nano scala sono il futuro dell’attuazione. Il futuro va verso diversi meccanismi di
attuazione, ovvero mediante cambiamento di posizione, di forma e/o di caratteristiche
chimiche e meccaniche degli oggetti, da sensori fissi a sensori in movimento »
Nashid Nabian Docente di Urban informatics ad Harvard e ricercatrice al MIT di Boston
esperta di nuove tecnologie e «Smart city»
L PROGETTO
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
44
Trattamenti criogenici Classe tecnologica Materiali Avanzati
Breve descrizione Il trattamento criogenico consiste in un processo tecnologico utilizzato per migliorare le proprietà di una vasta gamma di materiali. Tale trattamento avviene portando il materiale al di sotto della temperatura di -88°C. Nell’industria moderna l’impiego di tale trattamento è in continua espansione ed utilizzato in numerose applicazioni. Questo fenomeno consente di aumentare la vita utensile dell’utensile.
Principali applicazioni L’impiego di tali trattamenti per aumentare la resistenza all'usura in
utensili da taglio o stampi, per aumentare la resistenza alla corrosione e all’erosione.
Studi sono rivolti all'’impiego di tale fenomeno per aumentare la resistenza all'usura di componenti di autoveicoli, che possono portare a riduzioni di peso.
Numero di progetti europei 2 progetti europei
Costo medio dei progetti 1.465.020 €
Coordinatore - Tipologia di ente Università: 0 (0%) Istituto di ricerca: 2 (100%) Industria: 0 (0%)
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
45
Compositi Classe tecnologica Materiali Avanzati
Breve descrizione I compositi sono materiali ottenuti combinando due o più componenti in modo che il prodotto finale abbia proprietà diverse da quelle dei singoli costituenti. L’idea di base dei compositi è quella di ottimizzare, in termini di caratteristiche meccaniche e leggerezza, le prestazioni dei materiali cosiddetti convenzionali.
Principali applicazioni Gli studi si stanno spostando verso: L’utilizzo di materiali FGM (Functionally graded materials). I
materiali FGM sono materiali a gradiente di funzionalità, ovvero sono compositi realizzati combinando materiali diversi. Tale unione consente una variazione di composizione della struttura in modo “graduale”. Ricerche stanno elaborando nuovi processi che permettono di superare tradizionali difetti come la criccatura (sia durante l'essiccazione che il riscaldamento), la de-laminazione e la debolezza (porosità).
L’utilizzo di compositi a matrice polimerica (PMC) per la costruzione di macchine utensili. Anche se risultati sembrano essere già raggiunti, studi si concentrano per ottenere prestazioni ottime delle macchine tecnologiche.
L’utilizzo di compositi polimerici con fibre corte (SFC), utilizzati per produrre parti complesse delle macchine (flange, inserti) che servono ai componenti meccanici dell’interfaccia (ad esempio motori, guide, mandrino).
Numero di progetti europei 6 progetti europei
Costo medio dei progetti 4.193.279 €
Coordinatore - Tipologia di ente Università: 1(16,7%) Istituto di ricerca: 1 (16,7%) Industria: 4 (66,7%)
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
46
Tecnologia SOFC (Solide Oxide Fuel Cells) Classe tecnologica Microlavorazioni
Breve descrizione Le pile a combustibile ad ossido solido (SOFC) sono dispositivi elettrochimici che producono energia elettrica usando carburanti basati su idrocarburi. Un sistema a ossido solido utilizza un materiale ceramico (zirconia drogata con ossido d’ittrio) che consente all'ossigeno di raggiungere il combustibile (in genere idrogeno, idrocarburi e dil monossido di carbonio). Tale tecnologia è in grado di lavorare ad altissime temperature (800/1000°C), molto più alte di quelle polimeriche.
Principali applicazioni Gli studi si stanno spostando verso: L’uso dell’ossido solido come una sorta di unità di energia
ausiliaria (APUs) per gli automezzi. Una SOFC ad alta temperatura potrebbe produrre tutta l'energia elettrica necessaria per avere motori più piccoli ed efficienti.
Pile SOFC a bassa temperatura (500-600 °C) che permetterebbero l'impiego di materiali metallici con migliori caratteristiche meccaniche e di conducibilità termica, riducendone anche il costo.
Superamento di limiti attuali: le pile SOFC sono costituite da materiali ceramici, quindi piuttosto fragili; l’obiettivo è quello di permettere l’impiego di materiali metallici con migliori caratteristiche di conducibilità e di affidabilità, riducendone il costo.
Lo sviluppo di una nuova struttura SOFC maggiormente robusta e poco costosa, denominata IT SOFC, operanti a media temperatura, tra 600 e 800 °C.
Sviluppi futuri guardano alle pile SOFC che disaccoppiano le sollecitazioni termiche entro la pila stessa e allo stesso tempo permettono un ottimale tenuta e contatto
Numero di progetti europei 6 progetti europei
Costo medio dei progetti 6.502.256 €
Coordinatore - Tipologia di ente Università: 0(0%) Istituto di ricerca: 2 (33,4%) Industria: 4 (66,7%)
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
47
Tecnologia laser infra-red a cascata quantica Classe tecnologica Microlavorazioni
Breve descrizione Il laser a cascata quantica (QCL) è un laser a semiconduttore che emette radiazione elettromagnetica nel medio infrarosso; tale laser che emette nella gamma di lunghezza d'onda di 3-4 micron. Il 3-4 micron di lunghezza d'onda è di fondamentale importanza tecnologica per una vasta gamma di applicazioni.
Principali applicazioni Gli studi si stanno spostando verso:
Il controllo della concentrazione di gas prodotti in determinati processi industriali. Il medio infrarosso assorbe la luce di monossido di carbonio, metano, ammoniaca, anidride solforosa, è possibile rilevare la presenta di tali composti chimici anche in percentuali ridotte. Questo porta a molte potenziali applicazioni in settori quali la diagnostica clinica (analisi del respiro), monitoraggio dei processi, controllo di inquinamento interno ed esterno.
L’impiego di tale tecnologia per la diffusione di sensori laser in
monitoraggio on-line delle impurità nel campo delle nanotecnologie e chimica ed altre applicazioni industriali.
Superamento dei limiti attuali: i laser a cascata quantica hanno raggiunto un certo grado di maturità, ma sono ancora inferiori alle loro controparti del vicino infrarosso, in termini di intensità del rumore e ad alte prestazioni modulazione della velocità. La ricerca intende superare tali limiti.
Numero di progetti europei 5 progetti europei
Costo medio dei progetti 2.370.581 €
Coordinatore - Tipologia di ente Università: 3(60%) Istituto di ricerca: 1 (20%) Industria: 1 (20%)
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
48
La tecnologia RLW (Remote Laser Welding) Classe tecnologica Microlavorazioni
Breve descrizione La tecnologia RLW è una tecnologia composta da tre elementi: un fascio laser, un robot industriale e un sistema di scansione laser. Lo scanner consente di ridurre i tempi morti fra una saldatura e la successiva. Il robot consente un facile posizionamento dello scanner intorno alle parti da saldare, in modo da eliminare le operazioni di re-posizionamento del pezzo.
Principali applicazioni Gli studi si stanno spostando verso: L’utilizzo di laser RLW per la saldatura di lamiere di acciaio
nell’assemblaggio automobilistico; ricerche si focalizzano su come
ottenere un accurato controllo del gap tra parte e parte durante le operazioni di giunzione; altri studi pongono l’attenzione su come riconfigurare le architetture del sistema di assemblaggio per potere introdurre la tecnologia RLW
L’impiego di tale tecnologia per la fabbricazione di elettrodomestici e nelle industrie di produzione in serie.
Numero di progetti europei 1 progetto europeo
Costo medio dei progetti 6.687.036 €
Coordinatore - Tipologia di ente Università: 1(100%) Istituto di ricerca: 0 (0%) Industria: 0 (0%)
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
49
Laser al silicio Classe tecnologica Microlavorazioni
Breve descrizione Il laser al silicio è una tecnologia recente, e consiste nell’utilizzo di un materiale come il silicio (che si pensava fosse un pessimo conduttore di luce), per poter emettere un potente raggio di luce. Negli ultimi anni enormi sono stati i progressi, come lo sviluppo di una versione migliorata di tale laser in grado di funzionare in modo continuo sui chip.
Principali applicazioni Gli studi si stanno spostando verso:
Superamento dei limiti attuali: ricerche attuali stanno progredendo per utilizzare il laser al silicio in dispositivi CMOS. Gli attuali laser al silicio, infatti, generano troppo calore per essere impiegati per
tali dispositivi. L’impiego di tale tecnologia per le tecniche di costruzione dei
microprocessori (che potrebbero venire ancor più miniaturizzati), e per la costruzione di apparecchiature elettroniche. Tale tecnologia potrà inoltre consentire una riduzione dei costi di realizzazione.
Numero di progetti europei 2 progetti europei
Costo medio dei progetti 2.055.510 €
Coordinatore - Tipologia di ente Università: 2 (100%) Istituto di ricerca: 0 (0%) Industria: 0 (0%)
METODOLOGIA: Finanziamenti Europei
50
In conclusione, l’analisi dei finanziamenti europei identifica come:
1. Trend tecnologici verso cui ‘punta’ l’Unione Europea, le tecnologie in
particolare relative a: Sistemi di identificazione e tracciabilità, Sistemi di controllo
(veicoli, Sistemi di movimentazione o di attuazione su larga o piccola scala),
Tecnologia piezo-elettrica, Trattamenti criogenici su materiali metallici, Strumenti
ottici per analisi dei materiali, Moderni materiali compositi, e Sistemi di
immagazzinamento, trasporto e packaging
2. Rilevanti ma con un peso minore, le tecnologie legate a: Micro-tomografia
computerizzata a raggi X (m-CT), Laser al silicio, Saldatura laser a remoto
(Remote Laser Welding, RLW), Plasma a freddo, e le Pile ad ossidi solidi (Solide
Oxide Fuel Cells, SOFC)
RISULTATI DA ANALISI FINANZIAMENTI EU
51
Le base dati utilizzata è Zephyr con oltre 40.000 imprese finanziate dai Venture
Capitalist (VC) e Private Equity (PE) a partire dal 2000
Il campione oggetto d’analisi comprende aziende nelle quali hanno investito i Venture
Capitalist nel periodo dal 2007 a luglio 2012, nel campo della meccatronica, ed è
costituito da 638 imprese a livello globale
La selezione delle aziende target presenti nel portafoglio di Venture Capitalist in ambito
meccatronico fa riferimento al codice Nace Rev. 2 (Classificazione delle Attività
Economiche in ambito Europeo) come segue. Riportiamo inoltre tra parentesi il
corrispettivo codice Ateco 2007:
28 Manufacture of machinery and equipment nec (28 Fabbricazione di macchinari ed
apparecchiature nca)
26.20 Manufacture of computers and peripheral equipment (26.20.00 Fabbricazione di
computer e unità periferiche)
27.11 Manufacture of electric motors, generators and transformers (27.11.00
Fabbricazione di motori, generatori e trasformatori elettrici)
28.23.09 Fabbricazione di macchine ed altre attrezzature per ufficio (esclusi computer
e periferiche)
33.20 Installation of industrial machinery and equipment (33.20 Installazione di
macchine e apparecchiature industriali)
METODOLOGIA: Venture Capitalist
52
L’analisi quantitativa dei così detti portafogli dei Venture Capitalist permette di
individuare, mediante un’analisi più dettagliata delle aziende nelle quali tali soggetti
investono il proprio capitale (‘target’), una lista di classi tecnologiche su cui puntano tali
soggetti
Analogamente alla metodologia applicata per i Finanziamenti Europei, si effettua la
clusterizzazione in classi tecnologiche sulla base di parole chiave analizzando la
descrizione della tecnologia cui è dedicata l’azienda target in esame
Fasi della metodologia
Selezione ed Analisi dei
portafogli di
investimento dei
Venture Capitalist
Analisi delle
tecnologie delle
aziende appartenti al
portafoglio in esame
Lista aree
tecnologiche su cui
puntano i Venture
Capitalist
« La maggior parte delle aziende nelle quali i Venture Capitalist hanno
investito capitale e che si quotano per la prima volta nel mercato dei capitali
sono per la maggior parte appartenenti a settori tecnologici »
Mario Levis
Professore di Finanza alla Cass Business School (City University London) a Londra
Direttore del Centro Private Equity (CPEC, Cass Private Equity Center)
L PROGETTO
METODOLOGIA: Venture Capitalist
53
Figura 9 – Composizione tecnologica delle aziende nelle quali investono i Venture Capitalist
Sistemi meccatronici
autonomi
Sistemi di
movimentazione e di
attuazione su larga e
piccola scala
Sistemi di
identificazione e
tracciabilità
Sistemi di
immagazzinamento,
trasporto e packaging
Sistemi di controllo-
veicoli
Micro-elettroerosione
(EDM)
Micro-montaggio e
movimentazioni Altre tecnologie
Il campione è costituito da 638 finanziamenti da parte di Venture Capitalist in
imprese ad alta tecnologia. Nel grafico sotto riportato si mostra il singolo peso percentuale
che hanno le principali classi tecnologiche
METODOLOGIA: Venture Capitalist
32%
8%
18%
10%
% 17%
12%
13%
4% 3%
54
Di seguito si riporta l’elenco completo delle classi tecnologiche:
Figura 10- Percentuale di investimenti Venture Capitalist per classe tecnologica
0,25%
0,25%
0,25%
0,50%
0,50%
1,00%
2,50%
2,75%
3,01%
3,01%
3,26%
3,51%
7,77%
10,02%
11,53%
18,29%
31,60%
0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00% 35,00%
Moderni materiali compositi
SOFC
Laser al silicio
Sistemi di diagnostica per macchine
Tecnologie di misurazione
Trattamenti criogenici su materiali metallici
Strumenti ottici per analisi dei materiali
Test ed analisi dei materiali
Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-CT)
Tecnologie ottiche laser
Micro-montaggio e movimentazioni (attraverso micro-attuatori)
Micro-elettroerosione (EDM, Electrical Discharge machining)
Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala
Sistemi di controllo-veicoli
Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging
Sistemi meccatronici autonomi (Robot autonomi mobili)
Sistemi di identificazione e tracciabilità
METODOLOGIA: Venture Capitalist
55
Figura 11 - Distribuzione geografica delle aziende tecnologiche nelle quali investono
i Venture Capitalist (Primi 8 Paesi)
USA
Regno Unito
Germania
Francia
Israele
Spagna
Canada CinaAltri paesi
« Gruppi di Venture Capitalist che investono in una stessa azienda portano a tassi di crescita
significativamente più alti »
Erik Lehmann docente di Business Administration presso l’Università di Augsburg. Autore di numerose
pubblicazioni internazionali in Imprenditorialità, Innovazione e Tecnologia
L PROGETTO
METODOLOGIA: Venture Capitalist
11%
% 17%
6%
% 17%
11%
% 17%
56%
% 17%
4%
% 17%
3%
% 17%
3%
% 17%
3%
% 17%
2%
% 17%
12%
% 17%
56
Figura 12 - Distribuzione geografica delle aziende tecnologiche nelle quali investono
i Venture Capitalist (Dettaglio)
Legenda Paese
Finanziamenti da parte di
Venture Capitalist in aziende
con tecnologie di punta
Legenda Paese
Finanziamenti da parte di
Venture Capitalist in aziende con
tecnologie di punta
Numero %
Numero %
Primi 8 Paesi
USA 357 56.0
Altri Paesi
Irlanda 4 0.6
Regno Unito 72 11.3 Giappone 3 0.5
Germania 38 6.0 Australia 2 0.3
Francia 27 4.2 Austria 2 0.3
Israele 22 3.4 Nuova Zelanda 2 0.3
Spagna 17 2.7 Singapore 2 0.3
Canada 16 2.5 Taiwan 2 0.3
Cina 14 2.2 Bulgaria 1 0.2
Altri Paesi
Svezia 13 2.0 Isole Cayman 1 0.2
India 8 1.3 Croazia 1 0.2
Olanda 8 1.3 Danimarca 1 0.2
Italia 6 0.9 Corea 1 0.2
Norvegia 6 0.9 Polonia 1 0.2
Svizzera 6 0.9 Tailandia 1 0.2
Belgio 4 0.6 Totale 638 100
http://www.aifi.it
METODOLOGIA: Venture Capitalist
57
Di seguito riportiamo alcuni casi analizzati:
Tecnologia ottiche laser
Società Vixar, Inc. Impresa Statunitense
Venture Capital Phoenix Venture Partners
Descrizione
Produzione di componenti ottici basati su laser semiconduttori del tipo VCSEL (Vertical-cavity surface-emitting laser) oltre alla tecnologia LED. Assembla dispositivi e sensori entro diversi campi d’applicazione, dal medicale all’automotive, ai prodotti di ufficio.
Casse Tecnologica Tecnologie ottiche
Tecnologia del plasma a freddo
Società Sub-One Technology
Venture Capital Chevron Venture Capital (US)
Descrizione Tecnologia avanzata per rivestimento di superfici interne. Ionizzazione del gas mediante tre steps (1) pulizia, (2) adesione, (3) rivestimento. Plasma ad una più alta densità con applicazione diretta alle parti.
Casse Tecnologica Materiali
« I Venture Capitalist, così come gli imprenditori, sanno bene cosa è meglio per l’azienda; ciò
può differenziare dagli obiettivi delle banche d’investimento » (Financial Times, 28 Aprile 2012)
Jay R. Ritter
Professore di Finanza all’Università della Florida
Testimone al Congresso americano sul finanziamento dell’innovazione
L PROGETTO
METODOLOGIA: Venture Capitalist
58
Sistemi meccatronici autonomi
Società HARVEST AUTOMATION INC. (USA)
Venture Capital LIFE SCIENCES PARTNERS BV (Venture capital - Olanda) MASSACHUSETTS TECHNOLOGY DEVELOPMENT CORPORATION (Venture capital – USA)
Descrizione Sviluppatore di robot mobili per tecnologie di movimentazione del materiale che automatizza funzioni preposte all’uomo (Innovazione robotica)
Casse Tecnologica Sistemi meccatronici autonomi
Sistemi di identificazione e tracciabilità
Società TECHSIGNO SRL (Italia)
Venture Capital Business angel - privati
Descrizione Sviluppatore di lettore intelligente di dispositivi. ll lettore UFOID è un terminale compatto e facile da usare in grado di gestire RFID in tre modi diversi
Classe tecnologica Sistemi di identificazione e tracciabilità
Micro-montaggio e micro-movimentazioni (micro-attuatori)
Società ENECSYS LTD (Inghilterra)
Venture Capital GOOD ENERGIES LTD (Venture capital - Inghilterra)
Descrizione Sviluppatore di micro-inverter per l'efficienza energetica e di sistemi di monitoraggio di matrice fotovoltaica
Casse Tecnologica Micro-montaggio e micro-movimentazioni
METODOLOGIA: Venture Capitalist
59
In particolare, le potenzialità legate all’identificazione a radiofrequenza (RFiD, Radio
Frequency Identification) sono elevate e l’attenzione si sta spostando verso Tag RFiD
attivi. Questi, a differenza di RFiD passivi, hanno energia propria, una più lunga distanza
di lettura e possono integrare sensori ausiliari. Più controllo, più sicurezza e riduzione dei
costi di gestione sono i principali impatti positivi legati a questa tecnologia
Sistemi di identificazione e tracciabilità
Società ASK SA (Francia)
Venture Capital CDC INNOVATION SAS (Venture capital investment services - Francia)
Descrizione Produttore di tecnologia senza contatto e RFID
Casse Tecnologica Sistemi di identificazione e tracciabilità
« La distribuzione del monitoraggio e del controllo è un fattore rilevante tra le nuove
tecnologie […] Non solo a livello macchine ma anche a livello uomo […] Si necessita di sensori
localizzati sugli utenti stessi […] C’è un forte trend da tecnologie di RFiD passivi ad attivi »
Nashid Nabian
Docente di Urban informatics ad Harvard e ricercatrice al MIT di Boston
esperta di nuove tecnologie e «Smart city»
L PROGETTO
METODOLOGIA: Venture Capitalist
60
In conclusione, l’analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist identifica
come:
1. Tecnologie ad alto potenziale di crescita, quelle relative a: Tecnologie ottiche
laser, Sistemi di diagnostica per macchine, Sistemi di controllo – veicoli,
Test/analisi di materiali, Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici (controllo
edifici, verificare vibrazioni di ponti etc.), Sistemi di immagazzinamento, trasporto
e packaging
2. Rilevanti ma con un peso minore, le tecnologie legate a: Laser al silicio, Saldatura,
Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-CT), Laser a cascata quantica,
Micro-elettroerosione (EDM, Electrical discharge machining), Micro-montaggio e
micro-movimentazioni (e.g. attraverso micro-attuatori), Plasma a freddo, Sistemi
di movimentazione o di attuazione su larga o piccola scala, Trattamenti criogenici
su materiali metallici, Sistemi meccatronici autonomi (per svolgere funzioni
preposte all’uomo), Strumenti ottici per analisi dei materiali, e Saldatura laser
remota (Remote Laser Welding, RLW)
RISULTATI DA ANALISI VENTURE CAPITALIST
61
I risultati ottenuti dalle analisi delle tre metodologie (Analisi brevettuale, Finanziamenti
Europei, Investimenti Venture Capitalist) sono utilizzati come variabili per la generazione
di indici in grado di stabilire la “priorità” delle tecnologie valutate
Sono stati misurati due indicatori: un primo indicatore (Attrattività) è focalizzato sulle
caratteristiche attrattive della tecnologia; un secondo indicatore (Dinamicità) pesa la
natura dinamica della stessa. Considerando entrambi gli indicatori, si è giunti alla
valutazione delle tecnologie prioritarie
Di seguito è riportato dettagliatamente il significato di ogni singolo indicatore e le formule
utilizzate per il relativo calcolo
L’indicatore di Attrattività vuole valutare la natura attrattiva di ogni tecnologia. Per
raggiungere tale obbiettivo sono stati utilizzati tre sotto-indicatori normalizzati:
Persistenza brevettuale
FinanziamentiEU/InvestimentVC
Opinioni esterne
L’indicatore di Attrattività è il risultato della media aritmetica dei suddetti sotto-indicatori.
I risultati ottenuti sono stati normalizzati per facilitare la valutazione
Indicatore di Attrattività
VALUTAZIONE TECNOLOGIE PRIORITARIE
62
AZIONE TECNOLOGIE PRIORIT Persistenza brevettuale: è calcolato, per ogni singola classe tecnologica, come radice
quadra della somma tra il numero di brevetti e il rapporto tra numero di citazioni e gli
anni passati dalla pubblicazione (ovvero gli anni utili per una possibile citazione dello
stesso). Il campione di riferimento conta 177.159 brevetti pubblicati dal 2007 sino a
luglio 2012
Finanziamenti europei (Unione Europea) e Investimenti di Venture Capitalist:
calcolato come radice quadra della somma dei seguenti sotto-indici normalizzati:
Finanziamenti europei: calcolato come numero di finanziamenti europei
appartenenti alla classe tecnologica in esame
Venture Capitalist: calcolato come numero di bandi appartenenti alla classe
tecnologica in esame
L’analisi è basata su 72 bandi e 638 Deals
Interviste e email: calcolato secondo una scala di intensità da 0 a 3 (0=tecnologia poco
attrattiva, 3=tecnologia molto attrattiva): 2 punti sono assegnati in base ai giudizi
espressi da esperti internazionali; 1 punto è assegnato in base alle risposte ricevute via
mail dalla Commissione Innovazione di Confindustria Bergamo
I tre sotto-indicatori utilizzati per il
calcolo dell’indice di Attrattività
Persistenza
brevettuale
Finanziamenti EU e
Investimenti VC
Interviste e email
VALUTAZIONE TECNOLOGIE PRIORITARIE VALUTAZIONE TECNOLOGIE PRIORITARIE
63
L’indicatore di Dinamicità vuole valutare il tasso di crescita e di diffusione di ogni
specifica tecnologia negli anni. E’ calcolato sulla base dell’incremento nell’intensità
brevettuale. Nello specifico è definito come il rapporto del numero dei brevetti di una
specifica classe tecnologica pubblicati tra il 2010 e il 2012 sul numero di brevetti della
medesima classe pubblicati tra il 2007 e il 2009
Indicatore di Dinamicità
VALUTAZIONE TECNOLOGIE PRIORITARIE
64
Attrattività Brevetti Fin. UE + Inv VC Qualitativo
1. Sistemi meccatronici autonomi (Robot autonomi mobili) 1.00 0.75 1.00 1.00
2. Sistemi di diagnostica per macchine 0.94 0.95 0.81 0.83
3. Micro-montaggio e movimentazioni (attraverso micro-attuatori) 0.89 0.71 0.74 1.00
4. Micro-elettroerosione (EDM, Electrical Discharge Machining) 0.86 0.82 0.52 1.00
5. Tecnologia piezo-elettrica 0.85 0.71 0.77 0.83
6. Sistemi di identificazione e tracciabilità 0.84 0.81 1.00 0.50
7. Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici (monitoraggio strutturale) 0.75 0.55 1.00 0.50
8. Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala 0.71 0.41 0.72 0.83
9. Sistemi di controllo-veicoli 0.67 0.72 0.47 0.67
10. Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging 0.64 0.59 0.50 0.67
11. Tecnologie ottiche laser 0.63 1.00 0.22 0.50
12. Strumenti ottici per analisi dei materiali 0.60 0.78 0.19 0.67
13. Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-CT) 0.59 0.82 0.46 0.33
14. Moderni materiali compositi 0.58 0.59 0.66 0.33
15. Test ed analisi dei materiali 0.53 0.76 0.21 0.50
16. Tecnologie di misurazione 0.52 0.65 0.11 0.67
17. Trattamenti criogenici su materiali metallici 0.45 0.32 0.41 0.50
18. SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) 0.34 0.27 0.65 0.00
19. Saldatura per attrito 0.33 0.56 0.00 0.33
20. Laser al silicio 0.28 0.39 0.38 0.00
21. Laser a cascata quantica 0.28 0.17 0.60 0.00
22. Accessori per ottimizzazione lavorazioni alle macchine 0.23 0.47 0.00 0.17
23. Remote Laser Welding (RLW) 0.21 0.32 0.27 0.00
24. Plasma a freddo 0.05 0.13 0.00 0.00
INDICE DI ATTRATTIVITA’
65
1
2
3
4
5
67
8
9
10
11
12
13
1415
16
17
18
19
20
21
22
23
24
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Din
amic
ità
Attrattività
Tecnologie di punta
Legenda:
1 - Sistemi meccatronici autonomi (Robot autonomi mobili)2 - Sistemi di diagnostica per macchine3 - Micro-montaggio e movimentazioni 4 - Micro-elettroerosione (EDM)5 - Tecnologia piezo-elettrica6 - Sistemi di identificazione e tracciabilità7 - Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici 8 - Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala9 - Sistemi di controllo-veicoli10 - Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging11 - Tecnologie ottiche laser12 - Strumenti ottici per analisi dei materiali13 - Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-CT)14 - Moderni materiali compositi15 - Test ed analisi dei materiali16 - Tecnologie di misurazione17 - Trattamenti criogenici su materiali metallici18 - SOFC19 - Saldatura per attrito20 - Laser al silicio21 - Laser a cascata quantica22 - Accessori per ottimizzazione lavorazioni alle macchine23 - Remote Laser Welding (RLW)24 - Plasma a freddo
INDICI DI ATTRATTIVITA’E DINAMICITA’
66
67
Tecnologie di punta
PARTE TERZA: TECNOLOGIE
68
Per ciascuna delle tecnologie di punta identificate, si presentano schede
tecnologiche scritte coinvolgendo esperti attivi nella ricerca e nell’utilizzo delle
tecnologie sia a livello industriale che universitario
Le schede presentano per tutte tecnologie prioritarie (1) la descrizione della
tecnologia, le applicazioni, lo stato di sviluppo e gli obiettivi strategici; (2) i risultati
dello studio di Technology Foresight, distinti per analisi di attività di
brevettazione, dei finanziamenti europei e degli investimenti di Venture Capitalist; (3)
gli spunti di attrattività per il territorio bergamasco, valutandone l’impatto e lo
stato di diffusione
La redazione delle singole schede tecnologiche ha previsto incontri ed interviste con
esperti attivi nella ricerca e nell’utilizzo delle tecnologie sia a livello industriale che
universitario
Nella pagina a fianco sono riportati i nomi degli esperti intervistati. Le interviste sono
state condotte anche da Marco Doneda e Jessica Mazzola, studenti dell’Università degli
Studi di Bergamo, nell’ambito dello studio dell’economia del cambiamento tecnologico
Schema delle schede per ogni singola
tecnologia di punta
1.Descrizione della tecnologia
Applicazioni
Stato di sviluppo
Obiettivi strategici
2.Risultati dello studio di Technology Foresight
Brevettazione
Finanziamenti Europei
Investimenti Venture Capitalist
3.Attrattività per il territorio bergamasco
Impatto
Stato di diffusione
SCHEDE TECNOLOGICHE
69
Sergio Baragetti – Università degli Studi di Bergamo
Massimiliano Bestetti – Politecnico di Milano
Ivo Boniolo – E-shock
Mario Boschini – SIAD
Rossano Ceresoli - Fassi Gru
Stefano Dentella – SIAD
Gianluca D’Urso – Università degli Studi di Bergamo
Rosalba Ferrari – Università degli Studi di Bergamo
Maurizio Gherardi - Elatech
Pierluigi Gritti – SIAD
Roberto Locatelli - SIAD
Giancarlo Maccarini - Università degli Studi di Bergamo
Paolo Magni- Fondazione Politecnico
Carlo Mapelli – Politecnico di Milano
Michele Mazzola – Bodycote Trattamenti Termici
Cristina Merla – Università degli Studi di Bergamo
Giovanni Miragliotta – Politecnico di Milano
Nashid Nabian – Università di Harvard
Sara Perotti – Politecnico di Milano
Silvia Pietralunga – Politecnico di Milano
Roberto Pinto – Università degli Studi di Bergamo
Fabio Previdi – Università degli Studi di Bergamo
Paolo Righettini – Università degli Studi di Bergamo
Giacomo Rota – SIAD
Maurizio Santini – Università degli Studi di Bergamo
Cristiano Spelta – Università degli Studi di Bergamo
Roberto Strada – Università degli Studi di Bergamo
Maurizio Vedani- Politecnico di Milano
INTERVISTE CON ESPERTI
70
1. SISTEMI MECCATRONICI AUTONOMI (Robot autonomi mobili) p.71
2. SISTEMI DI DIAGNOSTICA PER MACCHINE p.77
3. MICRO-MONTAGGIO E MOVIMENTAZIONI (attraverso micro-attuatori) p.83
4. MICRO-ELETTROEROSIONE (EDM, Electrical Discharge Machining) p.89
5. TECNOLOGIA PIEZO-ELETTRICA p.95
6. SISTEMI DI IDENTIFICAZIONE E TRACCIABILITA’ p.101
7. MONITORAGGIO NEL CAMPO CIVILE E PALAZZI STORICI (strutturale) p.107
8. SISTEMI DI MOVIMENTAZIONE E ATTUAZIONE su larga e piccola scala p.113
9. SISTEMI DI CONTROLLO-VEICOLI p.120
10. SISTEMNI DI IMMAGAZZINAMENTO, TRASPORTO E PACKAGING p.122
11. TECNOLOGIE OTTICHE LASER p.124
12. STRUMENTI OTTICI PER ANALISI DEI MATERIALI p.126
13. MICRO-TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA A RAGGI X (m-CT) p.128
14. MODERNI MATERIALI COMPOSITI p.130
15. TEST ED ANALISI DEI MATERIALI p.132
16. TECNOLOGIE DI MISURAZIONE p.134
17. TRATTAMENTI CRIOGENICI SU MATERIALI METALLICI p.136
18. SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) p.138
19. SALDATURA PER ATTRITO p.140
20. LASERD AL SILICIO p.142
21. LASER A CASCATA QUANTICA p.144
22. ACCESSORI PER OTTIMIZZAZIONE LAVORAZIONI ALLE MACCHINE p.146
23. REMOTE LASER WELDING (RLW) p.148
24. PLASMA AL FREDDO p.150
INDICE SCHEDE TECNOLOGICHE
71
1.Sistemi meccatronici autonomi
72
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Un robot autonomo mobile è una struttura meccanica “intelligente” (self-learning) che opera in totale autonomia ed
indipendenza dall’intervento umano, in grado di muoversi in ambienti più o meno strutturati (indoor, outdoor). Lo spostamento
di tale sistema è consentito dai vari apparati di locomozione (ruote o zampe) e da un sistema sensoriale, che gli consente di
conoscere l’ambiente circostante
Un robot autonomo mobile è costituito da:
sistemi di elaborazione e calcolo (teleguida via radio o via cavo)
sensori che consentono l’esplorazione del mondo circostante
attuatori, che consentono di compiere azioni di movimentazione e manipolazione
Perché avvenga il movimento, un robot mobile è costituito da tre moduli:
un world modeller (con il compito di creare una mappa del mondo utilizzando le informazioni acquisite da uno o più sensori)
il path planner (con lo scopo di effettuare la pianificazione della traiettoria)
il sistema di navigazione (in grado di garantire che la traiettoria reale si avvicini il più possibile a quella pianificata)
Applicazioni
L’utilizzo di sistemi meccatronici autonomi è possibile in molti campi, per esempio aiutando l’uomo in ambienti dove gli sarebbe
pericoloso o impossibile agire
nelle catene industriali (per lo stoccaggio di merci in magazzini automatizzati): gli AGV (Autonomous Guided Vehicles) sono
in grado di trasportare oggetti, in modo automatico, fra le varie catene di montaggio
per scopi domestici (pulizie di ambienti)
per operazioni chirurgiche minimamente invasive
per la protezione civile ed la sorveglianza dell’ambiente
per applicazioni militari (per disinnesco di ordigni) e per l’esplorazione spaziale e subacquea
1.Sistemi meccatronici autonomi
73
Sviluppo
Alla fine degli anni ’90 sono stati sviluppati i primi modelli commerciali di sistemi meccatronici autonomi sia per uso domestico
che uso industriale. Ad oggi, la produzione di sistemi automatici mobili è diffusa in tutto il mondo
I robot autonomi mobili per uso industriale sono nati con il fine di sopperire alle mancanze dei manipolatori fissi, dotati di
limitato spazio di movimento: i robot mobili, infatti, sono in grado di spostarsi nell’ambiente circostante senza limiti. Tali robot
sono dotati di unità di elaborazione e calcolo a bordo, superando i limiti dei robot guidati a distanza (teleguidati) da un
operatore umano
I robot autonomi mobili attuali operano in scenari semplificati e sono strutture di tipo semplice. Tuttavia, le applicazioni di
destinazione sono ambienti 3D complessi con risorse remote, e richiederebbero la costruzione di strutture multistrato di vario
tipo, attualmente non realizzabili con le conoscenze attuali. I limiti attuali nell’impiego efficace di robot autonomi mobili sono
pertanto le problematiche in merito al tema di localizzazione, pianificazione del moto e controllo dello stesso
Obiettivi strategici
I robot autonomi mobili consentono di ottenere dei vantaggi economici (riduzione dei costi, operazioni in un primo momento
adibiti all'uomo svolti successivamente dalle macchine), benefici a livello di sicurezza per l’uomo, consentono di aiutare l’uomo
in operazioni complesse e difficili (spostamento carichi pesanti), facilitano l’uomo nello svolgimento delle operazioni quotidiane
(utilizzo domestico)
A livello di processo, nel settore industriale, è possibile ridefinire il layout che include la spedizione e la ricezione, la
produzione, e lo stoccaggio della merce, per ottenere così un utilizzo efficace di robot autonomi mobili, come gli AGV
(Autonomous Guided Vehicles)
1.Sistemi meccatronici autonomi
74
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Gli Indicatore di Persistenza Brevettuale (pari a 0.75 su scala 0-1, con circa 4.000 brevetti osservati) e di Dinamicità (0.85 su
scala 0-1) evidenziano come la classe tecnologica “Sistemi Meccatronici Autonomi” sia caratterizzata da una forte intensità
brevettuale ed un trend crescente di brevettabilità negli anni 2007-2012
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica
B Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione
Classe tecnologica B67, B25, B23 Apertura/chiusura barattoli, bottiglie, gestione di liquidi e fluidi in generale; sistemi di tubazioni Utensili o dispositivi per il fissaggio, sblocco, collegamento; Manipolatori; Azionamento manuale di strumenti portatili di pinzatura; Combinazione di strumenti o strumenti multiuso
Codici Specifici B25-J, B25-B, B23-D, B23-B, B23-Q
Robot; connector; tool flange; electromechanical switching unit; sensor
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dall’analisi dei Venture Capitalist è emerso come questi ultimi considerino la classe tecnologica "Sistemi meccatronici autonomi
un'area ad alto contenuto di innovazione. Su 638 deals, sono state identificate 69 aziende attive nella produzione di tale
tecnologia
Un’azienda target individuata è l’azienda inglese HARVEST AUTOMATION INC. (Mobile robots for material handling technology
developer). Harvest Automation si occupa di progettazione di piccoli robot innovativi per applicazioni agricole. Tali robot
risultano essere di notevole interesse nel settore agricolo, data la vertiginosa diminuzione dei lavoratori disponibili degli ultimi
anni. Tali robot mobili consentono ai coltivatori di creare una forza lavoro sostenibile: lavorano tranquillamente e in modo
sicuro assieme alle persone e sono in grado di eseguire una serie di compiti manuali
L’azienda ORBOTIX INC. produce le famose palle telecomandate tramite Bluetooth. Diventata famosa ormai negli Stati Uniti, è
da diversi mesi disponibile anche in Italia. Tale palla robotica si può controllare e muovere semplicemente toccando od
oscillando il proprio smartphone. Nonostante tale invenzione sia utilizzata come semplice gioco, rappresenta un prodotto
altamente innovativo, essendo un robot mobile “intelligente”
1.Sistemi meccatronici autonomi
75
Analisi dei Finanziamenti Europei
I finanziamenti comunitari in questa tecnologia sono importanti. Si identificano infatti 10 bandi finanziati recentemente
dall’Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati. Qui sotto alcuni esempi
Progetto Descrizione
ASCENS 10/2010 –09/2014
Sviluppare sistemi caratterizzati da software ad altissima intensità, quali rete di sensori, griglie di potenza, "sciami" di robot.
Tra i componenti principali, si identificano: (1) un massivo numero di nodi e loro interazione, (2) operazioni in ambiente deterministico e non-, con diverse topologie di rete, (3) flessibilità, ovvero adattabilità a variazioni ambientali e/o a specifiche richieste. Studio di robot con software ad alta intensità in tre settori importanti di applicazione: sciami di robot, il cloud computing e mobilità elettrica. Il potenziale impatto di tali sistemi autonomi implica una necessaria ottimizzazione della loro modellizzazione, progettazione e programmazione
FIRST 02/2010 –07-2013
Integrazione dei manipolatori robotici e dei robot mobili con applicazioni reali al fine di costruire le basi per una nuova generazione di robot autonomi per la manipolazione mobile che possano in modo flessibile soddisfare esigenze complesse di manipolazione e trasporto. I componenti principali di tale tecnologia consistono in (1) robot con ambiente di programmazione che permetta anche ad un utente non esperto di effettuare manipolazioni complesse, (2) concetti di inferenza probabilistica e di apprendimento dei processi di manipolazione grazie all'esperienza. Lo sviluppo di sistemi di manipolazione flessibile e mobile rappresenta un'area promettente per il futuro, grazie alla combinazione del successo dei robot di manipolazione insieme alla flessibilità di robot a componenti mobili. Da un lato molti processi industriali si basano sulla affidabilità e robustezza dei manipolatori robotici. Dall'altro lato, i robot mobili hanno portato a sistemi dedicati a controllare e verificare la sicurezza e affidabilità degli spostamenti
SELFASSEMBLING ROBOT 01/2008- 12/2009
Valutare l'utilità di sistemi autonomi per l'auto-assemblaggio in ambienti sconosciuti o non-strutturati. In particolare, tali sistemi includono (1) meccanismi che permettano ai componenti robotici di effettuare auto-riparazioni e auto-repliche, (2) meccanismi che permettano ai root di spostarsi e manipolare differenti oggetti, e allo stesso tempo, aggiungere o rifiutare determinati component.
SFLY 01/2009-12/2012
Realizzazione di micro-elicotteri finalizzati al monitoraggio, sorveglianza di sicurezza, ispezione, esplorazione, mappatura anche in ambienti chiusi. I principali componenti includono (1) la progettazione di micro-elicotteri, (2) mappatura e navigazione 3D, (3) basso potere comunicativo vincolato da ambienti chiusi
ACROBOTER 01/2007-03/2010
Sviluppare tecnologie robotiche che possano essere utilizzate in ambienti privati o di lavoro, che permettano la manipolazione di piccoli oggetti in modo autonomo o in stretta collaborazione con l'uomo. Velocità e manipolazione 3D sono i principali aspetti di questo progetto. Tali sistemi robotici sono finalizzati al superamento di ostacoli e ad una manipolazione anche lungo la traiettoria verticale dello spazio
1.Sistemi meccatronici autonomi
76
ATTRATTIVITA’ PER IL TERRITORIO BERGAMASCO
Impatto
• Economico-produttivo: l’utilizzo di robot autonomi mobili nelle varie applicazioni consente l’ottenimento di una maggiore
efficienza nei diversi settori (ospedaliero, industriale, dei trasporti, domestico) con una conseguente riduzione dei costi
• Competitivo: consente la riduzione dei costi vivi nella movimentazione dei prodotti, la riduzione dei costi di movimentazione
e consente la movimentazione efficiente a lunga distanza
• Sociale: impatto positivo a livello di sicurezza. Tali robot possono essere impiegati in ambienti pericolosi in sostituzione
dell’uomo, garantendo una riduzione dei rischi per lo stesso
Stato di Diffusione
Al momento attuale le conoscenze per le singole componenti dei robot mobili sono molto elevate, sia per quanto riguarda il
lato software che per il lato hardware
Per esempio, i sistemi di navigazione sono variegati e includono l’utilizzo di sistemi laser, telecamere, radar e strumentazioni
gps. Fondamentalmente le conoscenze per la produzione di vari sistemi mobili automatici sono sufficienti per la produzione di
tali strumenti. Dal lato software si possono avere miglioramenti per garantire una maggiore autonomia decisionale ed
indipendenza per i prodotti: ad esempio, nuove ricerche si focalizzano sullo sviluppo di una strategia cooperativa tra robot
autonomi mobili, per realizzare le attività di ricerca
Per questo tipo di tecnologia per i prossimi anni/decenni si prevede un incremento maggiore della diffusione oltre che a livello
industriale (già largamente diffusi come nel caso di AVG) anche in ambito domestico. Infatti, si prevede che nei prossimi anni
molte famiglie adotteranno robot mobili intelligenti per uso domestico per arrivare nel prossimo decennio ad una diffusione del
circa 30% delle famiglie
Altro campo di sviluppo della robotica è la micro-robotica che studia robot mobili con dimensioni molto ridotte
Attività di ricerca in quest’ambito sono svolte dall’Università degli Studi di Bergamo presso i laboratori al Kilometro Rosso
(riferimenti prof. Paolo Righettini e Roberto Strada)
1.Sistemi meccatronici autonomi
77
2.Sistemi di diagnostica per macchine
78
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
I sistemi di diagnostica di macchine consistono in sistemi di controllo in grado di monitorare determinate caratteristiche della
macchina sorvegliata, consentendo di fornire informazioni significative per il monitoraggio della qualità della produzione e dello
stato della merce
Si stanno affermando sistemi “intelligenti” per la diagnostica di macchine, ovvero sistemi intelligenti di auto-ottimizzazione di
controllo, in grado di analizzare una vasta gamma di parametri monitorati e adattare automaticamente il funzionamento della
macchina stessa in tempo reale, al fine di svolgere le prestazioni ottimali. Per rendere possibile l’ottimizzazione ed il controllo
del processo è necessario valutare differenti componenti del “sistema intelligente” stesso
Per sviluppare un sistema di monitoraggio intelligente per la lavorazione è necessario tenere in considerazione differenti temi
chiave (Abellan-Nebot e Subirón, 2010), fra cui:
la tipologia di sensori: esistono sul mercato sensori avanzati ed innovativi, che soddisfino requisiti di non intrusività,
flessibilità e robustezza. Tali sensori vengono impiegati per rilevare grandezze fisiche come la forza, le vibrazioni, il suono,
la potenza e le emissioni acustiche. Sensori “intelligenti” (smart), includono la capacità di auto-taratura, di auto-diagnostica
e la capacità decisionale
l’elaborazione del segnale: natura analogica (amplificatori, filtri, convertitori di tensione/frequenza) e di natura digitale
(basata su algoritmi di auto calibrazione)
quali features dovrebbe descrivere il segnale: l’analisi dei segnali può essere effettuata nel dominio del tempo (indice del
valore efficace (RMS) e della frequenza (indice PDS)
individuazione delle caratteristiche individuate più significative
individuazione del modello di AI (Artificial Intelligence) migliore, tenendo in considerazione variabili quali la precisione del
modello desiderato, la conoscenza e la natura del processo
Applicazioni
I sistemi di diagnostica innovativi vengono impiegati per:
il controllo delle prestazioni e dello stato di funzionamento delle macchine utensili
il monitoraggio di altre macchine, come ad esempio il controllo di una nave: recenti ricerche si focalizzano nello sviluppo di
un sistema di strumentazione che permetta di migliorare la sicurezza delle navi e ridurne cosi i costi operativi
2.Sistemi di diagnostica per macchine
79
Sviluppo
Negli anni ‘80 furono introdotti in ambito industriale i primi strumenti di intelligenza artificiale (come i sistemi esperti (Expert
Systems), rete neurale artificiale (NN) e la Fuzzy logic) e solo alla fine degli anni 90’ tali sistemi, con l’avvento dell’IFD
(Intelligent field device) vennero impiegati per la prima volta per il monitoraggio ed il controllo delle macchine stesse
I principali limiti delle tecnologie di diagnostica tradizionale sono:
possibilità di operare esclusivamente con la macchina off-line senza possibilità di monitorare e rilevare l’errore in tempo
reale
incapacità di star al passo coi recenti sviluppi innovativi nel campo della progettazione delle macchine utensili e della
lavorazioni di nuovi materiali
necessità di sistemi di monitoraggio e controllo più affidabili, robusti e versatili
Obiettivi strategici
Prodotto: i sistemi di diagnostica per macchine avanzati consentono di ottenere informazioni utili in merito alle condizione di
attrezzature per le persone che ne hanno bisogno in modo tempestivo (operatori, manutentori e tecnici, manager e
fornitori)
Processo: l’utilizzo di sistemi di diagnostica avanzati consente di diagnosticare i guasti nelle fasi iniziali di sviluppo,
consentendo una più efficace pianificazione della manutenzione e evitando possibili danni non solo al macchinario ma
all'intero processo produttivo. La progettazione dei sistemi di controllo di lavorazione è strettamente correlata alle
caratteristiche specifiche del processo di lavorazione: la selezione del sistema di sensori, le caratteristiche sensoriali e
l’approccio di modellazione sono specifici della realtà aziendale stessa
2.Sistemi di diagnostica per macchine
80
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
La classe tecnologica “Sistemi di Diagnostica per macchine” si colloca come seconda tecnologia prioritaria sulle 24 osservate
per intensità brevettuale, con circa 6.600 brevetti. Buon livello di dinamicità negli anni (Valore indicatore di Dinamicità: 0.63
su una scala 0-1)
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica
F; B; G Ingegneria meccanica, macchine e motori; Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione; Strumentazione per misurazione e controllo
Classe tecnologica F16; B60; G01 Misure generali per il funzionamento efficace di macchine/impianti: dispositivi di sicurezza, isolamento termico, dispositivi di aerazione, giunti di trasmissione; veicoli in generale; misurazione e testing
Codici Specifici B60-R, B60-T; G01-N, G01-C, G01-R
A device and a method for controlling a coupling system; a pressure control valve having a magnet coil; image sensor pixel; light guide to eliminate the need for micro-lens; A software is installed in the
control device to calculate the maximum fuel quantity from the information for protecting the components of the internal combustion engine; chromatograph, analysis of the compounds; a coupling sensor; The sensor arrangement is used for detecting magnetic field components; a plurality of sensor units which respectively have different sensitivities to radiation and detect applied radiation
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Scarso interesse da parte dei Venture Capitalist nell’investire in aziende produttrici di tale tecnologia (identificate
esclusivamente due aziende target su un totale di 638 deals osservati)
2.Sistemi di diagnostica per macchine
81
Analisi dei Finanziamenti Europei
Dai risultati dell'Analisi dei Finanziamenti Europei si osserva come il Settimo programma quadro per il finanziamento alla
ricerca includa diversi progetti di ricerca inerenti alla classe tecnologica "Sistemi di diagnostica per macchine" (individuati 9
bandi finanziati dall’Unione Europea su un totale di 72 bandi)
Progetto Descrizione
ADACOM 10/2008–09/2012
Sviluppare un sistema per il controllo adattivo durante le operazioni di taglio metallico (fresatura, tornitura, foratura) mediante sistemi di sensori ed attuatori per il controllo della produzione in linea finalizzato ad ottimizzare le qualità dei componenti e/o parti. I campi d'applicazione vanno dall'automotive, all’elettronica al settore delle macchine per stampaggio. In particolare, si prevede la separazione dei singoli componenti del sistema in un sistema di monitoraggio modulare. Tale modularizzazione permette prima di tutto di adattare i differenti moduli massimizzando la flessibilità richiesta da differenti operazioni meccaniche. Un secondo step prevede inoltre la realizzazione di un sistema centrale che gestisca differenti processi al fine di incorporare la flessibilità dal punto di vista di selezionare differenti situazioni produttive, differenti macchine utensili e differenti pezzi da lavorare
AIMACS 08/2010 –07/2013
Sviluppare sistemi di controllo adattivi intelligenti in grado di auto-ottimizzarsi. Tali sistemi analizzano e monitorano continuamente un ampio range di parametri di lavorazione, e automaticamente adattano in real-time il macchinario alle sue performance ottimali tenendo in considerazione le continue variazioni delle condizioni cui è sottoposto il macchinario, anomalie produttive, variazioni nelle performance dell'impianto e cambiamenti random nei piani produttivi. In tal modo, si superano le attuali inefficienze legate a numerose variabili poco o del tutto non prevedibili che portano a sovraccarichi, condizioni instabili e danni non solo al macchinario ma a tutto il processo produttivo.
EU HARCO 07/2010- 06/2013
Raggiungere soluzioni strutturali che siano efficaci dal punto di vista dei costi, grazie ad una nuova classe di Componenti Intelligenti, appartenenti alle applicazioni delle macchine utensili e, basate su strumenti di adattamento modulare (Plug-and-produce Modular Adaptronic) che integrano attuatori/sensori intelligenti e multi-funzionali capaci di performare molteplici funzionalità. L’idea base è la progettazione e lo sviluppo di una sorta di elementi frattali e gerarchici (non solo hardware meccanico ma anche software e controller) da raggruppare (plugged-in) per formare moduli di livello maggiore al fine di controllare le vibrazioni, le variazioni termiche etc.
MOSYCOUSIS 10/2011-09/2013
Sviluppare sistemi intelligenti di monitoraggio basati sulle Emissioni Acustiche (Acoustic Emission – AE). L’emissione acustica è un fenomeno transitorio di generazione di onda elastica in materiali sotto stress. Quando un materiale viene cioè soggetto a stress ad un determinate livello, rilascia rapidamente energia sotto forma di onda elastica che può essere captata da trasduttori posti su di esso. Sebbene l’emissione acustica possa essere prodotta da qualsiasi sistema sotto movimento, la principale fonte è senza dubbio la macchina rotante. L’introduzione di tale tecnologia permette di minimizzare (eliminare) fallimenti inaspettati nella produzione industriale, riducendo significativamente i costi legati alla sostituzione di parti, manodopera e costi di inattività. Avere una corretta previsione della manutenzione richiesta, permette di ridurre i costi operative, eliminare i difetti e
massimizzare la produzione. In particolare, per le piccolo medie imprese (PMI) a fronte di un semplice dispositivo a prezzo accessibile si otterrebbero risultati ottimi in termini di soddisfazione produttiva, minimizzando fallimenti critici della strumentazione.
2.Sistemi di diagnostica per macchine
82
ATTRATTIVITA’ PER IL TERRITORIO BERGAMASCO
Impatto
Economico-produttivo: aumento della produttività e riduzione dei costi
Competitivo: le imprese manifatturiere negli ultimi anni devono sempre più far fronte a crescenti richieste di una maggiore
qualità del prodotto, una maggiore variabilità dello stesso ed una riduzione del costo. Per proteggersi dalla concorrenza
globale nuove tecnologie di monitoraggio delle macchine utensili consentono: (1) l’identificazione dei guasti e dei
malfunzionamenti che hanno causato i fuori controllo, (2) la riduzione degli scarti di lavorazione, (3) l’aumento della
disponibilità operativa della macchina, riducendo i tempi di inattività della macchina (Mean-Time-To-Diagnose ridotti fino al
97%), (4) la riduzione dei requisiti di formazione degli operatori nell’utilizzo della macchina (mantenimento delle
conoscenze specialistiche anche con il turnover del personale, più veloce curva di apprendimento per il personale addetto
alla manutenzione)
Sociale: aumento del livello di sicurezza dell’operatore (il degrado di alcuni componenti soggetti a danneggiamento o
usurare è tenuto sotto controllo) e dell’ambiente
Stato di Diffusione
Sistemi di diagnostica per macchine avanzati vengono sempre più impiegati a livello industriale e sono attualmente molto
diffusi
Negli ultimi anni molte sono le ricerche focalizzate nell’individuare nuove o più sofisticate metodologie per lo sviluppo di sistemi
intelligenti di monitoraggio delle lavorazioni completamente autonomi. Attualmente non esiste una linea guida chiara al
riguardo: anche se il tema è conosciuto a livello universitario e di ricerca, a livello commerciale sono pochi gli strumenti
disponibili. Le principali ragioni sembrano essere la difficoltà nell’usare tali metodi
Nel prossimo futuro si pensa si riuscirà a sviluppare algoritmi e metodi completamente autonomi dall’intervento degli
operatori, i quali dovranno esclusivamente fornire al sistema dati di input
2.Sistemi di diagnostica per macchine
83
3.Micro montaggio e movimentazioni
84
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Con il termine micro-handling e micro-assembly si fa riferimento a tutte quelle “tecnologie abilitanti” della micro-meccanica
che consentono di progettare sistemi in grado di orientare, afferrare e fissare oggetti e strumenti di manipolazione nello spazio
microscopico. Tali oggetti microscopici possono essere oggetti artificiali o oggetti naturali (ad esempio le cellule degli
organismi)
La realizzazione di sistemi che adempiono ai compiti di micro-assembly e micro-handling richiedono tecnologie in grado di
osservare parti dalle dimensioni molto ridotte, la movimentazione di oggetti microscopici, ed infine lo spostamento di tali parti
Lo strumento più diffuso è quello delle micro – pinze, che consente un’impugnatura di micro - oggetti con un sistema di presa
passivo o attivo (sistema con uno o più gradi di libertà, dotato di sensore). Varie sono le tipologie di micro – pinze, che
differiscono le une dalle altre dal principio di azionamento utilizzato: forza elettrostatica, effetto termico, principio magnetico,
ceramiche piezoelettriche. Quest’ultima è il principio di funzionamento più impiegato, offrendo numerosi vantaggi quali
l’elevata velocità e l’ottimo grado di risoluzione. Sono in forte sviluppo le pinzette ottiche (optical tweezers), che consentono la
micromanipolazione senza contatto fisico. Tale sistema è basato sull’impiego di un raggio laser focalizzato in grado di muovere
ed intrappolare micro particelle
Applicazioni
I Sistemi di micro-movimentazione e micro-manipolazione si stanno sviluppando in diversi ambiti applicativi:
nel campo medicale (microchirurgia, la chirurgia mini-invasiva, la chirurgia robotizzata: esempio interventi di chirurgia
endovascolare, prelevare campioni di tessuti biologici, chirurgia oftalmica)
in ambito industriale (stazioni di assemblaggio miniaturizzate, micro-robot per l’ispezione e la manutenzione di impianti
industriali, automazione delle valvole, attuatori rotatori, wireless sensor-actuator networks (WSAN), servizi per la
condivisione delle informazioni, agitatori, cinghie di trasmissione, moto riduttori)
per l’analisi dei materiali (micro-attuatori elettromagnetici e micro-sensori per l’analisi di materiale composito come
materiali ceramici, micro-fibre, manipolazione di cellule)
per il montaggio di strumenti ottici (interruttori, connettori, montaggio di lenti sulla punta di fibre ottiche)
nelle lavorazioni agricole (micro macchine agricole, gli ants (“formiche”))
3.Micro-montaggio e movimentazioni
85
Sviluppo
Le basi di questa tecnologia sono nate all’inizio degli anni novanta, con il passaggio dalle tecnologie tradizionali di
manipolazione (“macro”) allo sviluppo delle micro-manipolazioni. Fino ad ora, la miniaturizzazione è stata guidata da una
generale diminuzione di volume del prodotto
Recentemente, il principale obiettivo è diventato quello di aumentare il numero di funzionalità di un prodotto di piccole
dimensioni. Tale passaggio ha portato ad una ridefinizione dei requisiti ed alla necessità di nuovi approcci e soluzioni per la
manipolazioni di micro - parti, creata dai diversi compiti da svolgere e dai diversi ambienti in cui i micro-manipolatori devono
operare
Ad esempio, la micro-manipolazione implica problemi relativi alla coordinazione ed alla visualizzazione dello scenario di lavoro:
attualmente, nella micro-manipolazione le informazioni sono filtrate da uno o più microscopi con orientamento fisso ed hanno
limitate prestazioni in termini di ingrandimento e profondità di campo. Inoltre, il numero di DOF (Degree of Freedom) di una
micro mano deve essere spesso un compromesso tra le esigenze di destrezza e la necessità di evitare l’occlusione della zona di
visualizzazione. Nuovi modelli dedicati devono essere inoltre introdotti per le forze di adesioni
In futuro, ci si aspetta che le funzionalità realizzate usando tecnologie micro e nano verranno integrate in modo da costruire
prodotti multifunzionali integrati
Obiettivi strategici
Obiettivo principale dei nuovi sistemi di micro-handling è quello di ottenere un buon bilanciamento tra caratteristiche di
efficienza, affidabilità e precisione
Attualmente esistono tecniche di micro movimentazione in grado di assemblare micro oggetti con elevata velocità, tramite
impiego di micro-pinze avanzate. Tuttavia, attualmente, se la precisione risulta essere un requisito fondamentale, la velocità
del processo dovrà essere necessariamente adeguata, per aumentare l’affidabilità del processo
3.Micro-montaggio e movimentazioni
86
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Buona intensità brevettuale negli anni, con circa 1.500 brevetti individuati (Indicatore relativo alla Persistenza Brevettuale:
0.71 su scala 0-1). Tale tecnologia è quella che ha subito negli anni un aumento maggiore dell’intensità brevettuale, se
paragonata alle ventiquattro tecnologie prioritarie individuate (Valore Indicatore di Dinamicità: 1 su scala da 0-1),
confermando la forte tendenza degli ultimi anni nell’interesse verso tecnologie che rendano possibile la produzione di micro-
prodotti
Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica
B
Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione
Classe tecnologica B66, B23 Sistemi di movimentazione, dispositive di sollevamento Strumenti macchina; Utensili; lavorazioni metalliche
Codici Specifici B23-P19
Assembling or disassembling parts; Aligning parts to be fitted together (using remote centre compliance devices, sensing means, oscillating/vibrating/rotating movements)
Brevetto Descrizione
Multi-degree-of micro-actuator
(2011)
L’invenzione fornisce un micro-attuatore multidimensionale di alta precisione con le seguenti caratteristiche: semplice, piccolo e leggero, utilizza una bassa tensione di guida, ed ha un basso consumo di potenza. Il motore elettro-magnetico multi-asse, essendo costituito da più motori mono- assiali, avendo un grande volume ed una grande pesantezza, non è
mai stato possibile utilizzarlo in sistemi leggeri e maneggevoli Implantable ocular microapparatus to ameliorate glaucoma or an ocular overpressure causing disease (2008)
La presente invenzione è applicabile a chirurgia oftalmica e si riferisce al miglioramento o l'eventuale guarigione di alta pressione intraoculare relativa a glaucoma. Attualmente, quando la terapia e la chirurgia non funzionano, vengono utilizzati degli impianti (nella forma di bypassa noto nel settore come "shunt") con valvole passive che drenano il liquido intraoculare (umore acqueo) all'esterno attraverso tubi e piastre. Tuttavia, uno dei difetti di tali impianti è la dimensione dell’impianto non abbastanza piccolo (inferiore a 1 cm). Lo scopo dell’invenzione è quella di miniaturizzare l’impianto. L’invenzione è un micro-impianto impiantabile nell’occhio, comprendente una micro valvola controllata da un sensore di pressione intraoculare
3.Micro-montaggio e movimentazioni
87
Brevetto Descrizione
Gimbaled scanning micro-mirror apparatus (2009)
L’utilizzo di micro-specchi movimentati porterebbe ad una serie di vantaggi nei sistemi di scansione ottica. Gli apparati di micro-scansione che utilizzano la tecnologia “GIMBALED SCANNING MICRO-MIRROR” godono di migliori performance rispetto ai sistemi classici. In particolare questa tecnologia, attraverso l’uso di un singolo micro specchio micro movimentato con più gradi di libertà, permette la riduzione della dimensione dei chip e la semplificazione dei sistemi ottici utilizzati per la micro scansione
Three dimensional (3D) robotic micro electro mechanical systems (MEMS) arm and system (2009)
L’utilizzo di micro sistemi meccanici (MEMS) mobili guida la ricerca in molti campi. Per esempio nel biomedicale, nel micro-manifatturiero, nella micro-idraulica e nella micro-metrologia i sistemi MEMS mobili stanno introducendo numerose innovazioni tecniche e questo brevetto ne è solo un esempio. In particolare questo brevetto parla della realizzazione di un micro tool, di dimensioni inferiori a 2mm, con la capacità di raggiungere e afferrare un micro oggetto, di dimensioni sopra ai 300μm
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dall’Analisi dei portafogli dei Venture Capitalist è emerso come gli investitori di capitale di rischio riconoscano solo
limitatamente il potenziale innovativo di questa classe tecnologica (identificate dall'analisi solo 9 aziende target inerenti alla
tecnologia "Micro-montaggio e movimentazione" su 638 finanziamenti di VC)
Analisi dei Finanziamenti Europei
Dei 72 bandi finanziati osservati dall’Unione Europea, nessuno si riferisce a questa classe tecnologica
3.Micro-montaggio e movimentazioni
88
ATTRATTIVITA’ PER IL TERRITORIO BERGAMASCO
Impatto
Economico - produttivo: possibilità di realizzare nuove lavorazioni più efficienti rispetto a quelle tradizionali ad un minor
costo
Competitivo: micro - robotica impiegata sempre di più per minimizzare il lavoro umano, in particolare tecnologie di micro -
montaggio e movimentazione consentono di ottenere risultati di maggiore precisione (es: robotica impiegata per trovare un
barcode in un libro)
Sociale: impatto sulla salute umana (es: impiego di micro pinze per la manipolazione di cellule biologiche in ambiente
liquido con caratteristiche di biocompatibilità), impatto sulla sicurezza umana (es: nuovo sistema robotizzato marino in
grado di eseguire ispezioni, catturare piccoli oggetti come viti o dadi, dotato di sensori per determinare la posizione del
robot; in futuro applicato in ambienti pericolosi come quello nucleare); miglioramento della vita umana
Stato di Diffusione
Negli ultimi anni vi è stato un incremento delle applicazioni che richiedono la manipolazione e l’assemblaggio di pezzi con
dimensioni comprese tra un range di pochi micrometri e circa un millimetro
Poiché la micro-manipolazione ed il micro-assemblaggio sono un’importante condizione per l’industrializzazione della tecnologia
di micro-robot, e vista l’enorme richiesta e l’elevata attenzione scientifica, ci si aspetta che l’andamento del mercato di tale
settore sarà molto promettente nel prossimo futuro
3.Micro-montaggio e movimentazioni
89
4. Micro-elettroerosione (EDM)
90
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
La micro-elettroerosione (Micro-EDM, Electrical Discharge Machining) è un processo termoelettrico senza contatto, che utilizza
scariche elettriche per erodere materiali conduttori. Tale processo viene ampiamente applicato per la creazione e la produzione
di accurati e complessi componenti strutturali tridimensionali (di dimensioni minime che arrivano fino a 10 μm), difficilmente
riproducibili tramite le tecnologie più convenzionali.
La lavorazione si attua avvicinando a vicenda un elettrodo (l’utensile) al pezzo in lavorazione, entrambi generalmente immersi
in un mezzo liquido dielettrico. L’avvicinamento fra i due, causa l’innesco delle scariche elettriche tra gli elettrodi, e l’energia
termica rilasciata viene applicata efficacemente per rimuovere il materiale desiderato dal pezzo in lavorazione, attraverso la
fusione e l’evaporazione delle stesse. La presenza del fluido dielettrico serve per essere elettricamente isolante ed eliminare
simultaneamente le parti del materiale solidificato nel gap tra gli elettrodi ed il materiale in lavorazione
Applicazioni
Le principali applicazioni della tecnologia micro-EDM sono la micro fresatura 3D per la realizzazione di features a geometria
complessa, la micro foratura e la lavorazione di materiali “difficili” da lavorare con tecnologie convenzionali (quali carburo di
tungsteno, titanio). Rilevante precisare come la tecnologia micro-EDM sia particolarmente adatta alla realizzazione di prototipi,
non prestandosi bene alla produzione di massa
Esempi di applicazione in:
ambito industriale: ad esempio, iniettori per motori diesel e a benzina, connettori per fibre ottiche, connettori per
elettronica, piccoli pistoni di comando, micro stampi per injection moulding, matrici per elettronica, micro meccanica
ambito medicale: lavorazione di componenti dell’ingegneria medica
orologeria
4.Micro-elettroerosione (EDM)
91
Sviluppo
Le prime applicazioni di micro lavorazione EDM sono state attuate negli anni '90, usate per sviluppare componenti medici non
invasivi e micro meccanismi per la farmaceutica e la micro-chimica. Il processo è stato lento,
ragione per la quale la domanda è limitata a università e centri di ricerca
La tecnologia EDM ha superato la ormai nota elettroerosione convenzionale. Differenze significative fra le due stanno sia nella
dimensione degli elettrodi che nel MRR (Material Removal Rate), molto più piccoli nella micro-EDM
La tecnologia in oggetto copre alcuni gap delle tecnologie più tradizionali in termini di riduzione delle dimensioni delle feature
lavorate (scala micrometrica) e in termini di materiali difficilmente lavorabili con tecnologie convenzionali
Solo per alcune lavorazioni risulta essere una tecnologia di produzione di massa: per tutte le altre, invece, i tempi di
lavorazione ne limitano l’applicazione a prototipi o a produzioni speciali in piccola serie
Obiettivi strategici
Prodotto: la possibilità di dressare gli elettrodi e di utilizzare l’unità a filo per il taglio conferiscono a questa macchina una
grande flessibilità, seppure limitata alla lavorazione di materiali elettro conduttivi
La tecnologia micro-EDM permette di realizzare micro-feature complesse e fori ad alto rapporto di forma, garantisce
un’altissima qualità superficiale oltre che l’assenza di bave (le operazioni di finitura non sono necessarie), garantisce la
lavorabilità di materiali ad alta durezza e difficili da lavorare con tecnologie tradizionali. Inoltre, è possibile realizzare
lavorazioni in automatico garantendo angoli vivi di entrata e uscita dei fori oltre che la possibilità di effettuare il dressing
degli utensili con molteplici dimensioni e geometrie realizzabili. L’angolo di attacco della lavorazione non è un fattore critico
Processo: il processo è molto costoso e lento se confrontato con le tecnologie di asportazione di truciolo convenzionali (es.
fresatura) ma permette di realizzare features e micro fori anche ad alto rapporto di forma altrimenti irrealizzabili. Inoltre la
possibilità di effettuare il dressing degli elettrodi permette di rendere ancora più customizzata l’offerta al cliente
4.Micro-elettroerosione (EDM)
92
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Osservando i risultati ottenuti dall’analisi brevettuale, si nota come la classe “Micro-EDM” presenti un’intensità innovativa
medio-alta, con circa 5.000 brevetti, ed un medio alto livello di dinamicità (Indicatore di Persistenza Brevettuale con valore
pari a 0.82 ed Indicatore di Dinamicità 0.79 su scala 0-1)
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica
B Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione
Classe tecnologica B23 Strumenti macchina; Utensili; lavorazioni metalliche
Codici Specifici
B23-H1, B23-H7, B23-H9, B23-H11, B23-P15
Electrical discharge machining; Machining specially adapted for treating particular metal objects
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dai risultati dell'Analisi si osserva come solo un numero limitato di investitori di capitale di rischio riconosca come importante
fonte di guadagno di capitale le aziende che si riferiscono alla classe tecnologica "Micro-elettroerosione" (10 delle aziende
target nelle quali i Venture Capitalist investono fanno riferimento a tecnologie correlate con la tecnologia EDM su 638
finanziamenti di VC)
Un esempio di azienda finanziata da Venture Capitalist è la statunitense GMZ ENERGY INC. (Nanotechnology-based thermo-
electric materials developer)
4.Micro-elettroerosione (EDM)
93
Analisi dei Finanziamenti Europei
Si identificano 3 bandi finanziati recentemente dall’Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati
Progetto Descrizione progetto
Hi-MICRO 09/2012–08/2015
Realizzare un approccio innovativo per la progettazione, produzione e controllo qualità di utensili con inserti o punte sostituibili per ottenere una svolta significativa nella produzione di massa di precisione di micro-parti 3D, attraverso l'utilizzo della tecnologia micro-EDM, insieme ad altre tecnologie di produzione, quali la "Produzione Additiva" (AdditiveManufacturing), la micro lavorazione elettrochimica (micro-ECM, Micro Electro-Chemical Machining), la micro-foratura la metrologia ed i metodi di controllo di qualità, come la tomografia computerizzata e la olografia digitale (tecnologia quantitativa e non invasiva di acquisizione ed elaborazione di dati). Le maggiori ricadute sono legate alle performance della strumentazione industriale di produzione di massa ad alta precisione di micro-parti 3D, attraverso anche alla produzione modulare di utensili con inserti o punte sostituibili con migliori capacità di gestione termica, lo sviluppo di sistemi di movimentazione e di strumentazione di controllo qualità (direttamente sulla linea produttiva e/o sul macchinario), alta precisione e accuratezza per assicurare la produzione di
prodotti con tolleranze significativamente ridotte
MICMA3 06/2008 –05/2010
Identificare nuove tecnologie che permettano un'accurata e precisa micro-produzione di micro-componenti ceramici. Nonostante i materiali ceramici (Al2O3, ZrO2, SiC, Si3N4) abbiano ricevuto una crescente attenzione negli anni recenti, e costituiscano un contributo sostenibile per la crescita e lo sviluppo, manca ad oggi un uso estensivo nelle industrie per la mancanza di efficienti tecnologie in grado di fornire componenti ad alta precisione e senza difetti. Il progetto identifica la tecnologia EDM, insieme alla fresatura ad alta velocità (High Speed Milling - HSM) come le tecnologie prioritarie su cui investire. In particolare, la tecnologia EDM supera le così dette (near/net shape manufacturing) emerge come tecnologia attrattiva ed efficiente per la lavorazione di materiale ceramico a scala micrometrica grazie alla fase di conduzione elettrica
4.Micro-elettroerosione (EDM)
94
ATTRATTIVITA’ PER IL TERRITORIO BERGAMASCO
Impatto
Economico-produttivo: la lavorazione consente di ottenere benefici economici dalle lavorazioni dei materiali, ottenute
dall’aumento della qualità dei pezzi e dalla riduzione degli scarti
Competitivo: la tecnologia micro-EDM permette di entrare in settori in cui le dimensioni dei componenti sono fattori chiave
di successo (come il settore medicale, elettronica, automotive). Inoltre permette di rispondere alla crescente esigenza di
miniaturizzazione dei componenti, oltre che la realizzazione di una produzione di alta precisione. Tutti questi elementi sono
considerati fattori chiave in grado di assicurare la futura competitività alle aziende in numerosi settori. Nel dettaglio, sviluppi
relativi al processo di micro-elettroerosione (per garantire la produzione di microcomponenti e microstrutture) potrebbero
essere decisivi per affrontare la crescente concorrenza degli Stati Uniti e del Sud-Est Asiatico. Per tali ragioni, le imprese
dell’Unione Europea devono essere in grado di garantire la loro posizione in questa tecnologia chiave
Stato di Diffusione
Già esistente all’estero, nell’ambito R&D la tecnologia micro-EDM è diffusa in numerosi centri di ricerca europei che si occupano
di microlavorazioni
Il livello di diffusione della tecnologia di micro-elettroerosione nella Provincia di Bergamo non è particolarmente elevato,
essendo molto diffusa su scala macro ma ancora poco conosciuta sul caso micro metrico. Con riferimento a Bergamo è
disponibile la macchina Sarix SX 200 per micro-EDM presso i laboratori dell’Ateneo (riferimento prof. Gianluca D’Urso).
L’Università di Bergamo è attiva in questo ambito nel progetto REMS (Rete Lombarda di Eccellenza per la Meccanica
Strumentale e Laboratorio Esteso), finanziato da Regione Lombardia (4 milioni di Euro). Il progetto mira a introdurre l’utilizzo
di materiali avanzati (compositi ed in prospettiva nanomateriali, in sostituzione dei materiali “tradizionali”) e di tecnologie
innovative di produzione (Near Net Shape, tecnologie micromeccaniche) nei propri processi produttivi, al fine di ridurre i pesi e
aumentare le prestazioni delle parti meccaniche dei velivoli e le prestazioni tecniche ed economiche delle lavorazioni. I risultati
applicativi di questa attività di ricerca possono determinare forti impatti sulle capacità tecnologiche delle PMI lombarde, sia
quelle appartenenti alla filiera dell’aeronautica e dell’aerospazio, sia quelle di altri comparti dell’industria metalmeccanica (in
particolare produttori di componentistica con una varietà di utilizzi in una molteplicità di altri settori)
Tale sistema si sta espandendo in tutti quei settori nei quali sono richieste lavorazioni con alto livello di accuratezza, con
particolari di dimensioni micrometriche e dove vi è la richiesta di lavorazione di materiali difficili da realizzare con le tecnologie
tradizionali
4.Micro-elettroerosione (EDM)
95
5.Tecnologia piezo-elettrica
96
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
La piezoelettricità dei materiali (elettricità della pressione) consiste in una proprietà di alcuni cristalli di sviluppare cariche
elettriche sulla superficie quando soggetti ad una deformazione meccanica tramite una pressione od un pensionamento (effetto
piezoelettrico diretto). Al contrario, se tali cristalli vengono sottoposti ad un campo elettrico, manifestano loro stessi una
deformazione (effetto piezoelettrico inverso). Vi sono in natura alcune sostanze che presentano tali proprietà, come il quarzo e
la tormalina; attualmente nei dispositivi moderni vengono impiegati cristalli artificiali, quali il solfato di litio ed i piezo-ceramici
(titanio di piombo, titanio di bario)
Effetto piezoelettrico diretto: quando viene applicata una trazione o una decompressione esterna al cristallo, vi è un’alterazione
della separazione tra i siti contenenti le cariche positive e negative, portando all’originarsi di una polarizzazione elettrica sulle
superfici opposte del cristallo (le cariche di segno opposto si posizionano sulle facce opposte). Tramite un collegamento fra le
due facce ed un circuito esterno, si genera corrente piezoelettrica
Effetto piezoelettrico indiretto: quando si applica una differenza di potenziale al cristallo, esso si espande o si contrae in date
direzioni
Applicazioni
La tecnologia dei materiali piezoelettrici è utile per una vasta gamma di applicazioni:
sensori (sfruttano l’effetto diretto): di pressione, di forza, di flusso, urto, livello, moto
attuatori (sfruttano l’effetto indiretto): valvole, pompe, posizionatori, interruttori, separatori/filtri, trasduttori ultrasonici
conversione di energia (da energia meccanica in energia elettrica): generatori ad alto voltaggio
micro-assemblaggio e micro-movimentazione (micro-pinze, micro-attuatori e micro-sensori)
monitoraggio di strutture ed edifici (riduzione delle vibrazioni e del rumore)
in ambito musicale (pick-up piezoelettrici per chitarre elettro-acustiche, microfoni)
in ambito medico (piezosurgery, sonde ecografiche)
altro (orologi, testine delle stampanti, scansione di microscopi)
5.Tecnologia piezo-elettrica
97
Sviluppo
L’effetto piezoelettrico è stato scoperto nel 1880 dai fratelli Jaques e Pierre Curie. La prima reale applicazione della
piezoelettricità su dispositivi è stata sperimentata da Langevin durante la prima guerra mondiale (1917), che costruì un primo
rilevatore marino ultrasonico (sonar). Tra le due guerre mondiali vennero concepite la maggior parte delle classiche
applicazioni di materiali piezoelettrici (microfoni, accelerometri, segnale, etc), ma i materiali al tempo ne limitavano le
prestazioni e lo sfruttamento commerciale. Nel 1940, si introdussero tre passi fondamentali: la scoperta del processo di
polarizzazione, l’importanza della ferroelettricità e nuovi materiali con una elevata costante dielettrica (es: materiali ceramici
ferroelettrici tra cui il titanio di bario BaTiO3 ed il zirconato titanato di piombo (PZT)). Tali scoperte, permisero la diffusione a
livello industriale dei prodotti piezo-elettrici
Le ricerche svolte negli anni sulla tecnologia piezoelettrica, seppur svolte in tutto il mondo, videro inizialmente la supremazia di
gruppi industriali statunitensi, che si assicurarono una marcia in più del settore con un’intensa attività brevettuale. Tale
supremazia, fu messa in discussione dalla nascita di industrie giapponesi (intorno al 1951), generate dall’attiva cooperazione
tra industria ed università, con prodotti a basso costo, tra cui macchine fotografiche, computer e apparecchiature mediche. Il
successo dell’industria giapponese ha attirato l’attenzione dell’industria in tutto il mondo: dal 1980 vi è stato un grande
aumento del numero di pubblicazioni in Russia, in Cina, in India ed in tutto il resto del mondo
Si pensa che la piezoelettricità potrà essere la strada per l’energia del futuro: per produrre elettricità si potranno sfruttare i
movimenti che comprimono materiali e superfici: conosciuti sono le strade “piezoelettriche” testate in Israele (Innowattech),
Stazioni metropolitane di Londra e Tokyo, con lo scopo di produrre elettricità tramite il transito dei veicoli o persone.
Attualmente si sta valutando se l’utilizzo di tale tecnologia è fattibile a livello di costi e di resa
Obiettivi strategici
Prodotto: in ambito dei dispositivi piezoelettrici, l’obiettivo è ottenere prodotti economici con basso consumo, alta
affidabilità, e facilità di produzione. In ambito energetico, l’obiettivo strategico è quello di produrre energia rinnovabile
green ed a basso costo
Processo: sensori piezoelettrici avanzati vengono impiegati per controllare il processo di lavorazione e l’usura delle
macchine. L’obiettivo dell’uso di tali sensori è quello di rendere il processo di lavorazione dei vari prodotti più efficiente,
riducendo i tempi morti dovuti all'usura ed alla rottura delle macchine utensili
5.Tecnologia piezo-elettrica
98
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Dai risultati dell’Analisi Brevettuale si osserva come la classe tecnologica “Tecnologia piezo-elettrica” vanti un’elevata intensità
di brevettazione. Alla buona intensità brevettuale si aggiunge inoltre un altro dato indicativo, quello del dinamismo brevettuale
(Indicatore di Dinamicità rilevato pari a 0.65 su scala 0-1)
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica
H, F, G, B
Elettricità (H); Strumentazione per misurazione e controllo (G), Ingegneria meccanica, illuminazione, riscaldamento, armi e motori(F), Esecuzione di operazioni/trasporto (B)
Classe tecnologica F02, H01, G01, F04, B41
Elementi elettrici di base (H01); Motori a combustione (valvole, lubrificanti) (F02); Stampa, macchine per scrivere (B41); Macchine volumetriche per liquidi; pompe per liquidi o fluidi (F04)
Codici Specifici HO1-L41, H02-N2, B05-B17, B41-J2, F02-D414, B81B, F02M5
Piezo-electric devices in general: details of piezo-electric or electrostrictive devices, (H01-L41); Processes or apparatus specially adapted for the assembly, manufacture or treatment of piezo-electric or electrostrictive devices or of parts (H01l41/22); Electric machines in general using piezo-electric effect, electrostriction or magnetostriction (H02N2) etc.
Brevetto Descrizione Piezoelectric thin film, piezoelectric element, and manufacturing method thereof (2012)
La presente invenzione riguarda un film piezoelettrico sottile, un elemento piezoelettrico, un elemento di produzione dello stesso, una testina di emissione del liquido ed un motore ultrasonico. In particolare, l’invenzione consiste nello sviluppare un film sottile piezoelettrico: (1) senza piombo (il materiale piezoelettrico impiegato è il BiFeO3); (2) con alte proprietà piezoelettriche ottenute grazie ad un controllo della struttura cristallina (vengono mescolate una struttura romboedrica ed una struttura tetragonale)
Piezoelectric clamping device (2011)
La presente invenzione riguarda utensili elettrici e, più in particolare, a dispositivi di bloccaggio per elettroutensili. Diverse realizzazioni sono discusse nel brevetto. Una prima realizzazione consiste in un dispositivo di bloccaggio comprendente un elemento di serraggio ed un elemento piezoelettrico: l'elemento di serraggio è accoppiato ad un albero di uscita del motore (mandrino). L’elemento piezoelettrico si oppone al primo membro di serraggio ed è configurato per passare da un primo stato ad un secondo stato in risposta ad essere accoppiato ad una sorgente di energia elettrica
5.Tecnologia piezo-elettrica
99
Analisi degli investimenti di Venture Capitalist
Dall'analisi degli investimenti Venture Capitalist emerge come la classe tecnologica relativa alla "Tecnologia piezo-elettrica" sia
di basso interesse per gli investitori di capitale di rischio (nessuna azienda target individuata su 638 finanziamenti di VC)
Analisi dei Finanziamenti Europei
Dall'Analisi dei Finanziamenti Europei è emerso come la Commissione Europea abbia deciso di finanziare diversi progetti di
ricerca relativi a tale tecnologia (si identificano 7 bandi finanziati recentemente dall’Unione Europea su un totale di 72 bandi
analizzati nel periodo 2007-2012)
Progetto Descrizione PI (03/2012-05/2015)
Lo scopo del progetto è quello di aumentare la visibilità e la diffusione al pubblico della ricerca inerente la tecnologia piezoelettrica, tramite l’organizzazione di workshop, tutorial e corsi industriali. In particolare, Pi ha sviluppato competenze importanti in merito a materiali piezoelettrici privi di piombo
TIIWS (07/2011-06/2013)
L’obiettivo del progetto è quello di introdurre l’intelligente in prodotti ad uso quotidiano: l’approccio consiste nell’introdurre materiali funzionali (polimeri avanzati con proprietà piezoelettriche) all’interno di determinati prodotti (quali potrebbero essere abbigliamento e calzature) che fungano, oltre che da semplice indumento, anche da sensori. Tali sensori dovrebbero aver lo scopo di monitorare i parametri vitali dei soggetti che operano in condizioni difficili ed ambienti pericolosi, come ad esempio i primi soccorritori, i vigili del fuoco, i muratori, etc
PIEZOSELEX (12/2010-11/2012)
Il progetto ha come obiettivo quello di attenuare il problema dell’ipoacusia da rumore (NIHL, Noise-Induced Hearing Loss) sul posto di lavoro, malattia professionale causa di riduzione della produttività giornaliera lavorativa, richieste di indennizzo e potenziale prepensionamento. L’utilizzo di materiali piezoelettrici potrebbe essere un buon vantaggio rispetto a ai classici “tappi per le orecchie”: potrebbe consentire di eliminare tutti i rumori al di sopra dei 75dB, ma anche filtrare e permettere l’ascolto solo di intervalli specifici di frequenze sonore (esempio: parole o segnali di
avvertimento). Infine, l’utilizzo di materiale piezoelettrico potrebbe eliminare la necessità di utilizzo delle batterie, ottenendo cosi implicazioni positive sull’ambiente
5.Tecnologia piezo-elettrica
100
ATTRATTIVITA’ PER IL TERRITORIO BERGAMASCO
Impatto
Economico-produttivo: aumento della produzione di energia elettrica ed una conseguente diminuzione dei costi della stessa,
impiego di dispositivi piezo-elettrici in grado di garantire un monitoraggio migliore delle strutture ed una conseguente
diminuzione dell’usura delle stesse
Competitivo: l’impiego di materiale piezoelettrico per accumulare energia elettrica in loco potrebbe consentire ad un paese
di ottenere vantaggi economici rilevanti rispetto ai competitor
Sociale: data l’elevata proprietà piezoelettrica, i materiali a base di piombo sono quelli stati più sfruttati negli anni,
nonostante l’alta tossicità di tale materiale. Con l’aumento della consapevolezza ambientale, negli ultimi anni si è posta
l’attenzione ad un nuovo tipo di materiale ecologico piezoelettrico senza piombo, che si pensa sostituirà i materiali a base di
piombo, attualmente i più diffusi e sfruttati negli ultimi anni
Stato di Diffusione
Il report “World Piezoelectric Device Market”, pubblicato da Acmite Market Intelligence nel giugno 2011, riporta l’andamento
del mercato negli ultimi 20 anni e indica un trend del prossimo futuro. Secondo tale report, il mercato dei dispositivi
piezoelettrici ha sperimentato una forte crescita negli ultimi due decenni, e una sostenuta crescita durante la crisi economica
globale. Sarà testimone di una forte crescita anche nei prossimi anni, ed in alcuni mercati si parla addirittura di crescita
raddoppiata. La domanda globale di dispositivi piezoelettrici è stata valutata in circa 14,8 miliardi dollari nel 2010
Le piezoceramiche sono il più grande gruppo di materiale per i dispositivi piezoelettrici. Il settore industriale e manifatturiero è
ancora il più grande mercato delle applicazioni per dispositivi piezoelettrici, seguiti dall’industria automobilistica. Tuttavia la
richiesta più forte proviene dal settore medico e delle telecomunicazioni
5.Tecnologia piezo-elettrica
101
6.Sistemi di identificazione e tracciabilità
102
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
I sistemi di identificazione e tracciabilità consistono in sistemi atti a facilitare il riconoscimento in ogni momento di oggetti,
merci, veicoli e persone. Una delle tecnologie maggiormente promettenti degli ultimi anni è il RFID (Radio Frequency
Identification), metodo di identificazione automatica che sfrutta segnali a radiofrequenza
Il sistema di identificazione e tracciabilità RFID è costituito da tre elementi fondamentali:
un apparecchio di lettura e/o scrittura (reader): una piccola antenna metallica ed un microchip connesso all’antenna, il tutto
ancorato ad un supporto adesivo trasparente (tale accoppiamento prende il nome di Inlay)
Uno o più etichette RFID (o tag o Transponder)
Sistema informativo di gestione dei dati per il trasferimento dei dati da e verso i lettori
I tag RFID possono essere di tre tipologie: attivi, semi-attivi e passivi
I tag attivi sono alimentati da batterie, che offrono una maggiore portata al segnale radio e una maggiore distanza di lettura
I tag semi-attivi hanno una sorgente di alimentazione che non serve però ad alimentare i circuiti radio, ma funzioni aggiuntive
come sensori di temperatura o movimento
I tag passivi non hanno alcuna fonte di alimentazione interna; per attivare i circuiti, i tag passivi traggono la potenza
necessaria dalle onde radio inviate dal reader che li interroga ed induce una corrente all’antenna
Applicazioni
I sistemi di identificazione e tracciabilità (RFID) trovano impiego in ambito industriale:
per la tracciabilità della logistica e della Supply Chain (identificazione e verifica della presenza di specifici oggetti in
magazzino)
nella manutenzione degli impianti (monitoraggio delle condizioni delle macchine quali pompe, riduttori, motori)
nella meccanica strumentale (per il monitoraggio della deformazione di edifici in cemento)
Altri ambiti di interesse sono l’abbigliamento, l’alimentare, il riconoscimento di merci in pronta consegna o anche sistemi per
seguire un prodotto durante tutto il suo ciclo di vita
6.Sistemi di identificazione e tracciabilità
103
Sviluppo
La tecnologia “Sistemi di identificazione e tracciabilità” rende obsoleti prodotti come barcode bidimensionali e
quadridimensionali (QRCODE)
Questa tecnologia si presta a relazioni con nuove tecnologie emergenti, come ad esempio la possibilità di applicarla in strutture
intelligenti idealmente caratterizzate da IOT oppure la possibilità di impiegarla tramite sensori di identificazione RFID
(soprattutto usando tag attivi)
I paesi con maggiore sviluppo ed utilizzo dell’RFID sono in particolar modo gli Stati Uniti, seguiti dai paesi europei. Di notevole
importanza è lo sviluppo di tale tecnologia in Giappone ed il forte interesse verso la stessa da parte di paesi asiatici emergenti,
come Cina ed India
I principali limiti che a volte possono presentarsi nell’uso di tale tecnologia riguardano:
la difficoltà di trasmissione attraverso alcuni materiali (ad esempio l’interazione con prodotti metallici o liquidi). Limite
attualmente superato da recenti scoperte e brevetti
la difficoltà di utilizzo per pezzi di grandi dimensioni (in tal caso sono necessari grandi sistemi di rilevazione e di lettura
dei tag, che non andrebbero ad agevolare l’identificazione dell’oggetto)
Nonostante i benefici siano ragguardevoli in termini di ottimizzazione dei flussi di lavoro che nella diminuzione dei costi, le PMI
sono ancora scettiche nell’adozione del sistema RFID, principalmente per l’elevato costo dell’implementazione e per una
problematica di asimmetria informativa
Obiettivi strategici
Prodotto: il singolo oggetto a cui è allegato un tag (attivo o passivo) diventa potenzialmente un prodotto, con associato un
“elenco/manuale” di dati relativamente a tutte le caratteristiche del suo ciclo di vita: dall’origine, alle lavorazioni, alla
qualità, alla destinazione ed ai materiali
Processo: si può seguire il prodotto lungo tutta la sua supply chain, quindi integrare tutti i processi e lavorazioni che
avvengono
6.Sistemi di identificazione e tracciabilità
104
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
I risultati emersi dall'analisi dei dati brevettuali mostrano come la classe tecnologica relativa ai "Sistemi di identificazione e
tracciabilità" sia caratterizzata da una forte intensità brevettuale, con circa 5.400 brevetti rilevati fra gli anni 2007-2012.
L'Indicatore di Dinamicità evidenzia come rispetto alle tecnologie prioritarie in esame, il dinamismo brevettuale relativo a tale
classe tecnologica sia medio (valore pari a 0.5 su scala 0-1)
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica
G Strumentazione per misurazione e controllo
Classe tecnologica G06 Calcolo computazionale
Codici Specifici G06-K19, G06-K7, G06-Q30, G06-Q10
RFID tag for a metallic Unit Load Device (ULD) pallet; identification information; data transmission; transaction system that reads data in wireless mode; IC tag and a sensor node for quality measurement
Brevetto Descrizione brevetto
Large-scale network deployment collocation method model of RFID reading device Anno: 2009
L'invenzione descrive una soluzione per l’implementazione su larga scala della tecnologia RFID. Il modello introdotto è dotato di un modulo di corrispondenza tra il reader d il middleware, così da indurre il middleware in una migliore gestione del reader su larga scala. Quando il modello è in uso, l'assegnazione e l'efficienza della gestione del lettore su larga scala possono essere migliorate, la complessità del middleware può essere ridotto, e la distribuzione di rete, disposizione, controllo e gestione del lettore su grande scala sono più convenienti
RFID tag with LF wake up function for ULD palette Anno: 2008
L’invenzione è una soluzione nell’utilizzo dell’RFID per ottenere informazioni in tempo reale circa la disponibilità e la posizione degli ULD (Unit Load Device), permettendo un più efficiente carico e scarico degli aeromobili ed una riduzione degli ULD persi Il tag RFID, posizionato nel pallet ULD (include un processore ed una memoria) si attiva in risposta ad un segnale di sveglia in una banda LF inviata dal reader ed esegue la comunicazione dati con lo stesso
6.Sistemi di identificazione e tracciabilità
105
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dai risultati ottenuti dall'analisi delle 638 imprese globali finanziate dai Venture Capitalist si nota come questi ultimi ritengano
la classe tecnologica "Sistemi di identificazione e tracciabilità" un settore ad elevato potenziale di sviluppo e crescita (circa 166
deal su un totale di 638 identificati)
Fanno riferimento a tecnologie correlate con la tecnologia Sistemi di identificazione e tracciabilità aziende come:
la francese ASK SA (Contactless and RFID technology manufacturer)
la statunitense NETPOSA TECHNOLOGIES LTD (Integrated video surveillance application solutions developer)
l’israeliana PANORAMIC POWER LTD (Energy consumption visualisation technology developer)
la statunitense CARECAM INNOVATIONS (Video-based care documentation system developer
la svizzera POKEN SA (NFC-based online digital information collection and exchange device developer)
la statunitense TENSILICA INC. (System-on-Chip (SoC) design technology developer)
la svedese BIOSERVO TECHNOLOGIES AB (Artificial tendors and other special sensors manufacturer)
la statunitense LUMEDYNE TECHNOLOGIES INC. (Displacement sensor developer, Energy harvester developer)
la statunitense TRUMEDIA TECHNOLOGIES INC. (LCD display manufacturer, Real-time automated facial recognition-based
audience measurement solutions provider)
Wide Dynamic Range (WDR) camera and video processing equipment manufacturer)
la statunitense CENTICE CORPORATION (Computational sensors developer)
la statunitense PENTALUM TECHNOLOGIES INC. (Pulse wind LiDAR (Light Detection and Ranging))
Analisi dei Finanziamenti Europei
Non sono stati identificati bandi europei relativi a questa tecnologia
6.Sistemi di identificazione e tracciabilità
106
ATTRATTIVITA’ PER IL TERRITORIO BERGAMASCO
Impatto
Economico-produttivo: per i clienti aumenta la possibilità di integrazione a monte da parte del cliente; inoltre, rispetto alla
concorrenza, migliora l’efficienza produttiva
Competitivo: permette di abbattere fortemente i costi di logistica nel tempo e di allargare i confini del settore della
tracciabilità, creando possibili interazioni con quello della sicurezza e della qualità
Sociale: può essere utilizzato a fini di controlli di sicurezza come già avviene in alcune realtà di asili e scuole giapponesi o
americane
Stato di Diffusione
Le conoscenze riguardanti questa tecnologia a livello globale sono abbastanza diffuse. Attualmente la ricerca è orientata verso:
la possibilità di ottenere una comunicazione in presenza di metalli o liquidi, il superamento della limitata capacità di
immagazzinamento dei dati, l’aumento della distanza di ricezione e di emissione di radiofrequenze. Tali soluzioni sono
oggigiorno raggiungibili grazie all’ampia gamma di tag presenti sul mercato, specifici per ogni particolare esigenza di utilizzo
La possibile espansione e sviluppo di questa tecnologia riguarda soprattutto l’interazione con sistemi intelligenti caratterizzati
da sensori e altre tecnologie; il trend futuro si associa all’Internet of things, macchine che si relazionano e collaborano tra di
loro col fine di migliorare la vita dell'uomo
6.Sistemi di identificazione e tracciabilità Sistemi di identificazione e tracciabilità 6.Sistemi di identificazione e tracciabilità
107
7.Monitoraggio nel campo civile
108
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Il sistema di monitoraggio di infrastrutture, anche denominato SHM (Structural Health Monitoring), consiste in un processo
atto ad identificare informazioni sulle strutture sottoposte a sollecitazione, in maniera da valutarne l’efficienza. Tali strutture da
monitorare sono sia di tipo naturale, come ad esempio terremoti, vento, vulcani, sia destinate all'uso civile, come ad esempio
palazzi, case, edifici, ponti, ferrovie, navi, componenti aereo-spaziali
Tecnologie recenti permettono l’inserimento di sensori all’interno delle strutture analizzate che diventano “intelligenti”, ovvero
in grado di fornire direttamente all’utente informazioni sullo stato di sollecitazione delle stesse
Il monitoraggio strutturale prevede la misura delle grandezze da rilevare, in continuo o con un intervallo di tempo prestabilito,
attraverso l’utilizzo di sensori sofisticati, posti in posizioni prestabilite, che forniscono informazioni sullo stato di deformazione.
Tecniche innovative prevedono l’aggiornamento in rete di un database in grado di fornire un quadro aggiornato in tempo reale
dello stato delle costruzioni monitorate
Applicazioni
I nuovi sistemi di monitoraggio strutturale, sono stati progettati per l’impiego:
in ambito civile (ponti, edifici, opere d’arte, dighe)
nell’ambito dei trasporti aerei, data la necessità sempre maggiore per le compagnie aeree di creare velivoli aerei in grado di
diminuire i costi operativi, mantenendo lo stesso livello di sicurezza (per garantire l’integrità della struttura del velivolo si è
diffusa sempre più una branca della SHM chiamata IVHM (Integrate Vehicle Health Monitoring), che si occupa dello stato di
strutture esclusivamente di velivoli aerei)
in ambito industriale (per la salvaguardia di attrezzature e macchinari di grandi dimensioni: per maggiori dettagli vedi
scheda tecnologica “Sistemi di Diagnostica di Macchine”)
7.Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici
109
Sviluppo
La tecnica di monitoraggio strutturale (SHM) è aumentata potenzialmente in sostituzione delle ispezioni visive non distruttive
(NDE), che solitamente richiedevano l’intervento di un professionista addestrato per ispezionare la struttura in esame, facendo
lievitare enormemente i costi del servizio di monitoraggio. Tecniche tradizionali di monitoraggio impiegate sono ad esempio
ultrasuoni, l’emissione acustica, la tomografia. Tuttavia tali tecniche risultavano essere troppo costose
Recentemente stanno prendendo piede tecniche più innovative per i compiti di monitoraggio strutturale, che prevedono la
creazione di strumenti economici e lo sviluppo di tecnologie SHM autonome, che consentano alla struttura di diventare
“intelligente”, ovvero in grado di fornire direttamente all’utente informazioni sullo stato di sollecitazione della stessa
Negli ultimi anni, una delle tecnologie emergenti che ha avuto un grande impatto è la tecnologia Smart Wireless Sensor
Network (WSSN): recenti sensori intelligenti wireless (sensori senza fili) vengono inseriti all’interno della struttura ed offrono
una soluzione innovativa a lungo termine, una facile/veloce installazione ed una semplice gestione dei dati ad un costo
inferiore rispetto ai tradizionali sistemi di monitoraggio
Obiettivi strategici
Prodotto: ottenimento di prodotti di piccole dimensioni e di basso costo, in grado di rilevare vibrazioni e deformazioni
Processo: a seconda se i sensori avanzati impiegati sono inseriti all'interno o all'esterno della struttura, è necessario
eseguire specifiche modifiche alla struttura. L’obiettivo è quello di inserire una minor quantità possibile di sensori funzionali
7.Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici
110
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
La classe tecnologica “Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici" è caratterizzata da una alta intensità brevettuale in
confronto alle tecnologie in esame, con un valore dell'Indicatore di Intensità Persistenza Brevettuale pari a 0.74 su scala 0-1).
Presenta un medio livello di dinamicità negli anni 2007-2012 (Valore indicatore di Dinamicità: 0.52 su una scala 0-1)
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica
B, E, G Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione; Costruzioni; Strumentazione per misurazione e controllo
Classe tecnologica B82; E02; G08 Nanotecnologie; ingegneria idraulica, fondazioni; segnalazione
Codici Specifici B82-B; E02-D; G08-B
Micro system hardware, and can be used in producing sensors based on tunnel effect to convert displacement into electric signal in monitoring data processing systems that serve to forecast, diagnose and control the effects of impact waves and acoustic oscillations exerted onto various structures, vehicles, industrial buildings and structures, as well as to control temperature, develop supersensitive mikes; Method for monitoring of building under action of disturbances from displacement of its foundation includes reception, processing and assessment of controlled parameters from sensors installed onto building, which characterize current condition of the building, and prediction of further possible operation by detection of time resource available until critical value of controlled parameters is achieved; fire detectors as sensor devices used in both public buildings, and in private buildings. The invention relates to a detection device comprising an image-producing sensor element for emitting image data, and an optical element mounted upstream of the sensor element, which together form a camera system
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
I risultati emersi dall'analisi degli investimenti Venture Capitalist mostrano come la classe tecnologica relativa al "Monitoraggio
nel campo civile e palazzi storici" sia di basso interesse per gli investitori di capitale di rischio (nessuna azienda target
individuata su 638 finanziamenti di VC nel periodo 2007-2012)
7.Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici
111
Analisi dei Finanziamenti Europei
Il monitoraggio nel campo civile è l’ambito tecnologico con maggiori finanziamenti europei. Si riportano di seguito quattro
progetti (su 13 per questa tecnologia) recentemente finanziati dall’Unione Europea
Progetto Descrizione
SHM (Structural Health Monitoring) 07/2007- 06/2016
Sviluppare un sistema di monitoraggio in tempo reale delle vibrazioni e di valutazione delle condizioni, ovvero il così detto Structural Health Monitoring (SHM) di sistema, applicabile ad esempio ad un ponte sospeso. L’utilizzo di sensori GPS e di sensori rotazionali, lo sviluppo di algoritmi in grado di elaborare dati in real-time sono i principali componenti di questa tecnologia innovativa Uno degli obiettivi primari del sistema SHM sarà quello di rilevare i danni dopo i terremoti. I sistemi di identificazione dei danni sfruttano (1) cambiamenti nella frequenza naturale del ponte durante il terremoto, (2) la presenza di deformazioni permanenti. Si effettuano analisi di dati di risposta a sollecitazioni e si confrontano i dati di risposta sotto due diverse condizioni (ad esempio pre e post sollecitazione)
ROBUST 07/2007 –06-2016
Ristrutturazione e miglioramento degli edifici esistenti grazie a tecnologie avanzate nel campo dell’acciaio quali l’over-cladding, ovvero il sovra-rivestimento o l’estensione tetto-cima (roof-top extension), al fine di ridurre per esempio perdite di calore
FS (Fire safety of industrial hall - valorisation project) + EUROBUILD 07/2007- 06/2052
Nuove proposte per la sicurezza anti-incendio applicabili sono state messe in luce in diversi Paesi (Francia, Spagna e Belgio) e potrebbero comportare significative perdite di quota di mercato per l’industria dell’acciaio. L’industria siderurgica deve essere pronta a fornire forti argomentazioni di nuove tecnologie e soluzioni per evitare l’introduzione di requisiti troppo restrittivi dal punto di vista di sicurezza anti-incendio. Questi due progetti si pongono appunto l’obiettivo di identificare tali soluzioni, strutture in acciaio in relazione ai requisiti di resistenza al fuoco e di diffondere quei fattori chiave che influenzano la prossima generazione di edifici in acciaio
7.Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici
112
ATTRATTIVITA’ PER IL TERRITORIO BERGAMASCO
Impatto
Economico-produttivo: notevole risparmio economico. Ponti, edifici, opere d’arte sono diventati sempre maggiormente
esposti a problemi come l’instabilità aeroelastica, le oscillazioni dovute dal vento e le vibrazioni generate dai carichi
applicatici. Ad esempio, nei paesi moderni i ponti hanno raggiunto la loro vita di progetto e devono essere sostituiti: il
rapporto del Federal Highway Administration del 2006 dimostra come solo negli USA vi siano più di 149.000 ponti che
necessitano di essere ristrutturati
Competitivo: sistemi di infrastrutture civili sono preziosi beni nazionali che devono essere mantenuti per garantire la
prosperità economica
Sociale: aumento del livello di sicurezza pubblica per gli utenti (es: aumento dei sistemi di sensori IVHM (Integrate Vehicle
Health Monitoring) inseriti negli ultimi anni sugli aerei di linea commerciale)
Stato di Diffusione
Le tecnologie relative al monitoraggio nel campo civile nei prossimi anni avranno un grande sviluppo, anche in virtù dei forti
finanziamenti comunitari su queste tematiche
Ad esempio, la tecnologia WSSN (Wireless Smart Sensor Networks, fin dagli inizi, è stata definita dal MIT (Massachussets
Institute of Technology) una delle prossime dieci tecnologie emergenti che cambieranno il mondo (Cull David, 2003). Tale
tecnologia è ancora emergente, ma recentemente si sta espandendo esponenzialmente, consentendo a questi dispositivi di
essere implementati ed utilizzati per ottenere informazioni utili dai più svariati ambienti
Parallelamente allo sviluppo di tale tecnologia, influisce sullo stato di diffusione il continuo interesse per sistemi di sensori
miniaturisti che utilizzano MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems). Tali sensori risultano adatti, oltre che per edifici e
strutture civili, per la misurazione di parametri anche come l’inquinamento, frane e l’esplorazione planetaria
7.Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici
113
8.Sistemi di movimentazione e attuazione
114
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
La definizione di sistemi di movimentazione o di attuazione su larga o piccola scala fa riferimento a tutte quelle macchine di
robotica avanzata ed industriale, dotate di sensori intelligenti ed intercambiabili, con spiccate caratteristiche di autonomia,
programmabili mediante software multinazionali, impiegate in ambito industriale per la movimentazione di materiali, di attrezzi
ed altri mezzi di produzione
Esempi di tali robot sono: robot di pallettizzazione (es. a testa magnetica), robot di carico-scarico-macchine, robot pick-and-
place, robot di verniciatura
Le macchine di robotica sono costituite da:
un insieme di organi di locomozione (ruote, gambe meccaniche)
organi di manipolazione (utensili, braccia meccaniche)
un sistema sensoriale, in grado di interagire con l’ambiente esterno
un sistema di controllo, atto a governare il movimento della struttura
Applicazioni
Le innovazioni chiave di tale tecnologia vengono impiegate principalmente in ambito industriale, tra cui l’automobilistico,
l’aeronautico, plastico, etc.
I tipici compiti dei robot industriali avanzati sono:
movimentazione di materiali (vasta gamma di unità di raccolta e posizionamento per la movimentazione di qualsiasi tipo di
prodotto, da merci leggere di piccole dimensioni (quali bottiglie di plastica) fino ad applicazioni più pesanti nel settore
automobilistico (es. sostiene carichi fino a 50 kg)
operazioni tecnologiche: manipolazione del pezzo in lavorazione tramite un utensile. Si includono operazioni di saldatura,
verniciatura, asportazione di truciolo ed altre
operazioni di ispezione: operazioni di carico/scarico e manipolazione di un dispositivo d’ispezione
operazioni di assemblaggio: montaggio di componenti, utilizzo in operazioni ripetitive
Ulteriori ambiti in cui vengono applicati i robot sono l’assistenza domiciliare ed in ambito medicale, sia per l’intervento medico
che per la riabilitazione motoria
8.Sistemi di movimentazione e attuazione
115
Sviluppo
La ricerca attuale in merito ai robot avanzati “intelligenti” è attualmente in corso. Per i robot di terza generazione la ricerca è
ancora in corso, data la necessità di trovare soluzioni ottimizzanti per il sistema di pianificazione della traiettoria del
manipolatore (traiettoria senza collisioni/evitando gli ostacoli, traiettoria liscia, sistema di calcolo intelligente in grado di
ottimizzare operazioni di pick and place gestendo più elementi nel minor tempo e spazio)
La richiesta di robot industriali è sempre elevata: dati relativi al 2011 (fonte: WorldRobotics) mostrano come le vendite di
robot industriali sono aumentate del 38% a livello globale
I paesi principali che hanno visto una forte crescita delle vendite di robot avanzati industriali sono la Cina, gli Stati Uniti e la
Germania
Obiettivi strategici
L’impiego di robot avanzati consente di ottimizzare la qualità e le caratteristiche dei prodotti da realizzare; inoltre ha permesso
una maggiore automazione del lavoro, aumentandone l’efficienza
8.Sistemi di movimentazione e attuazione
116
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Dall’Analisi Brevettuale si evidenza come la classe tecnologica “Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola
scala” sia caratterizzata da una media intensità di brevettazione. Significativo è il risultato dell’Indicatore di Persistenza
Brevettuale (valore pari a 0.96 su scala 0-1) che mostra una variabilità elevatissima tra gli anni 2007-2012, rispecchiando un
sempre maggiore interesse da parte del mercato di tecnologie che rendano possibile una maggiore automazione ed efficienza
nelle lavorazioni
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica B Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione
Classe tecnologica B66 Sistemi di movimentazione, dispositivi di sollevamento
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dai risultati ottenuti dall'analisi delle 638 imprese globali finanziate dai Venture Capitalist si nota come questi ultimi ritengano
la classe tecnologica "Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala" un settore con medio-alto potenziale
di sviluppo e crescita (circa 27 deal su un totale di 638 identificati)
Di seguito alcuni nomi delle aziende target (che fanno riferimento a tecnologie correlate con la tecnologia Sistemi di
movimentazione o di attuazione) nelle quali i Venture Capitalist investono:
la spagnola GMTK MULTI-PROCESS MACHINING SA (Machine tools manufacturer)
la tedesca AUTOLOADER GMBH (Automated baggage handling system developer)
la francese SGM ALPI (Warehousing and storage loading device manufacturer)
la coreana ROBOTEVER INC (Robot manufacturer, Robot software plarform services)
la belga HIGH WIND NV (Wind turbine robotics-based installation equipment manufacturer and technology developer)
l’australiana INVERT ROBOTICS LTD (Robot manufacturer, Robotic inspection technology researh and development services)
la statunitense PERSIMMON TECHNOLOGIES CORPORATION (Direct drive atmospheric and vacuum robotics developer)
l’israeliana COREFLOW LTD (Aeromechanical solutions developer)
la francese ALDEBARAN ROBOTICS SA (Humanoid robot developer)
l’indiana PRECISION AUTOMATION AND ROBOTICS INDIA LTD (Automation and robotics technology developer)
8.Sistemi di movimentazione e attuazione
117
Analisi dei Finanziamenti Europei
Si identificano 5 bandi finanziati recentemente dall’Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati
Progetto Descrizione
POLIMATIC 06/2010 –05/2013
Rafforzare la competitività dell'industria europea degli utensili, superando i limiti attuali legati agli stampi ed alle finiture (grazie all'automatizzazione dei processi di lucidatura mediante laser). Entrambi i processi permettono ad oggi di ottenere livelli di rugosità bassi, ma ancora critici sono tali processi se applicati a superfici a forma libera. I principali componenti di questa tecnologia di punta includono (1) lo sviluppo di processi che permettano una rugosità pari a 0.05 µm su superfici a forma libera, (2) lo sviluppo di conoscenze legate al CAM-NC per rendere le nuove tecnologie utilizzabili dagli utenti finali e (3) lo sviluppo di nuove metrologie per superfici lucidate Questa tecnologia è particolarmente rilevante poiché dal 12 al 15% dei costi di produzione e dal 30 al 50% del tempo produttivo sono allocati ai processi di lucidatura. Le tecnologie tradizionali non sono però applicabili a componenti e/o parti a forma libera e nel 95% dei casi la lucidatura viene effettuata manualmente. Investimenti in nuove tecnologie in questo campo permettono una significativa riduzione dei costi di lucidatura (75%), oltre che una riduzione importante dei tempi (90%). In 5-7 anni sviluppi in questa tecnologia di punta porteranno ad un risparmio di costi produttivi per utensili pari a 150 Mio
LOCOBOT 08/2010 –07-2013
Realizzazione di robot a basso costo per la catena di montaggio/assemblaggio. Sviluppare una piattaforma d'assistenza robotica per supportare i processi di produzione manuali ed incrementare la produttività e la precisione. I principali componenti includono: (1) robot, (2) strumentazioni ingegneristiche, (3) struttura di controllo (software)
AIMACS 08/2010- 07/2013
Sviluppare sistemi intelligenti di auto-ottimizzazione di controllo adattativo, mediante il monitoraggio continuo di un insieme di parametri del processo meccanico ed un automatico adattamento della macchina alle sue performance ottimali in real-time. In questo modo, viene assicurata flessibilità alle condizioni macchina, a fermi o problemi produttivi e/o ad altre anomalie, superando le tradizionali inefficienze. Tra i parametri considerati ci sono, ad esempio, le vibrazioni, il consumo di energia ed il carico di taglio
8.Sistemi di movimentazione e attuazione
118
ATTRATTIVITA’ PER IL TERRITORIO BERGAMASCO
Impatto
Economico-produttivo: aumento della produttività ed abbattimento dei costi. Bloccano la fuga delle imprese nei paesi più
poveri e creano nuove figure professionali
Competitivo: l’impiego di robot industriali avanzati consente di ottenere benefici in termini di velocità, precisione ed
economicità in attività ripetitive rispetto alle aziende concorrenti
Sociale: i robot avanzati sostituiscono sempre più le attività precedentemente svolte dal lavoratore umano. La macchina
sostituisce l’uomo nell’esecuzione di operazioni pericolose in ambienti ostili e migliora le condizioni lavorative,
aumentandone il livello di sicurezza
Stato di Diffusione
I robot manipolatori di terza generazione (ovvero robot in grado di svolgere operazioni molto complesse di assemblaggio e
saldatura, ma non in grado di prendere decisioni in modo autonomo) si trovano nella fase di maturità della tecnologia, in
quanto i compiti che svolgono sono pressoché gli stessi da quando sono stati inventati ed i miglioramenti dei mezzi riguardano
solo piccole parti dell’insieme (dita, gradi di libertà) o del software. I robot di quarta generazione (ovvero sistemi in grado di
prendere decisioni in maniera autonoma - intelligenza artificiale) sono al contrario in una fase di crescita
Studi recenti sono focalizzati: sull’ottimizzazione dell’impiego di robot di terza generazione (quindi al miglioramento nella
lavorazione dei materiali duri), sulla creazione di applicazioni efficienti ma economiche, sullo sviluppo di robot in grado di
monitorare il movimento umano per poi riprodurlo. Ulteriori studi sono concentrati sui robot “intelligenti”, guidati da sistemi di
visione artificiale evoluti
8.Sistemi di movimentazione e attuazione
119
9. SISTEMI DI CONTROLLO-VEICOLI p.120
10. SISTEMNI DI IMMAGAZZINAMENTO, TRASPORTO E PACKAGING p.122
11. TECNOLOGIE OTTICHE LASER p.124
12. STRUMENTI OTTICI PER ANALISI DEI MATERIALI p.126
13. MICRO-TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA A RAGGI X (m-CT) p.128
14. MODERNI MATERIALI COMPOSITI p.130
15. TEST ED ANALISI DEI MATERIALI p.132
16. TECNOLOGIE DI MISURAZIONE p.134
17. TRATTAMENTI CRIOGENICI SU MATERIALI METALLICI p.136
18. SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) p.138
19. SALDATURA PER ATTRITO p.140
20. LASERD AL SILICIO p.142
21. LASER A CASCATA QUANTICA p.144
22. ACCESSORI PER OTTIMIZZAZIONE LAVORAZIONI ALLE MACCHINE p.146
23. REMOTE LASER WELDING (RLW) p.148
24. PLASMA AL FREDDO p.150
Tecnologie di punta dalla 9 alla 24
120
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Con il termine sistemi di controllo – veicoli si vuole indicare tutte quelle tecnologie applicate ad una macchina o ad un apparto
per imporgli un comportamento desiderato, al fine di aumentarne l’efficienza. Esempi di sistemi di controllo di un automobile
sono: il regolatore automatico di velocità, il sistema di parcheggio assistito, il sistema automatico per il rispetto della distanza
di sicurezza, il cambio automatizzato, il controllo di trazione, l’attivazione automatica dei tergi, i sistemi automatici di guida
(pilota automatico), la polarizzazione dei vetri a seconda della luce, etc.
La materia di base dei sistemi di controllo è l’automatica. Attraverso la manipolazione delle grandezze di input del sistema, il
controllo automatico di un determinato sistema dinamico è in grado di modificare il comportamento del sistema stesso. Tale
controllo è affidato ad una specifica parte del sistema, detto sistema controllante o controllore, il quale è progettato con il fine
di individuare il modello matematico ottimizzante per il sistema di riferimento (ciò è possibile grazie all’impiego degli strumenti
messi a punto dalla teoria dei sistemi). Ogni applicazione di un sistema di controllo è specifica: a seconda degli ambiti di
applicabilità o dei settori di riferimento servono diversi algoritmi, controlli e cablaggi
Diversi sono i limiti delle tecnologie attualmente impiegati. Alta è la necessità nell’individuare un trade-off tra l’autonomia dei
veicoli ed i problemi di dimensionamento dell’architettura (problemi che trascendono dal tipo di tecnologia usata), per
migliorare ad esempio il kit di power train: maggiore è la potenza dei componenti, minore è la loro autonomia (i sistemi
necessitano di conseguenza di essere ricaricati più volte al giorno o più a lungo; necessità di un box dove far sostare la
macchina il tempo necessario per una ricarica totale)
Applicazioni
La materia di base dei sistemi di controllo (ovvero l’automatica) è per sua natura ampiamente applicabile nei settori più
disparati. In particolare, gli ambiti di applicazione sono di seguito riportati:
settore automobilistico e settore dei veicoli agricoli: è dimostrato come più dell’80% dei dispositivi di un’auto sono
controllati elettronicamente (si basti pensare al motore, ai freni, al climatizzatore, etc.)
altri settori specifici, come ad esempio il settore aeronautico, per la costruzione di sonde e satelliti, etc.
Sviluppo
La continua evoluzione e ricerca in tale campo deriva dalla necessità di ottenere sistemi di controllo di veicoli capaci di
garantire una maggiore sicurezza per l’uomo (eseguire lavori in ambienti pericolosi o difficilmente raggiungibili), un maggior
livello di automaticità ed un miglioramento delle performance in termini di velocità di esecuzione, di precisione e di ripetibilità
delle operazioni
9.Sistemi di controllo – veicoli
121
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Si identificano valori medi degli indicatori di Persistenza e Dinamicità Brevettuale (rispettivamente 0.67 e 0.4 su scala 0-1)
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica B Strumentazione per misurazione e controllo
Classe tecnologica B60 Apparecchiature elettriche o veicoli a propulsione elettrica, sospensione magnetica per veicoli, sistemi di frenatura elettrodinamica per veicoli, dispositivi di collegamento elettrico
Codici Specifici
G01-B9, G01-DL, G02-B23, G02-B26, G02-F1 B82-Y15, D01-F4, G01-N3
Electric vehicle; hybrid drive of a motor vehicle; A method for controlling a vehicle's automated transmission depending on certain operating parameters and control actions of an adaptive cruise control system (ACC)
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dall’analisi è emerso come la classe tecnologica Sistemi di controllo-veicoli sia un'area ad alto contenuto di innovazione. Su
638 deals, sono state identificate 36 aziende attive inerenti a tale tecnologia. Alcune aziende individuate dall’analisi sono di
seguito riportate:
• l’israeliana ETV MOTORS LTD (Electric vehicle propulsion technology developer) • la statunitense LEVANT POWER CORPORATION (Automotive fuel economy technology solutions developer) • la tedesca BÖHNER-EH GMBH (Electric-hydrostatic drive developer) • la statunitense FLUX DRIVE INC. (Magnet speed drives and couplings manufacturer) • la tedesca INNOMOTIX GMBH (Pneumatic cylinder manufacturer), la statunitense ECOMOTORS INC (Efficient multi-fuel
motor engine research and development services) • la tedesca LIQUIDPISTON INC. (Thermodynamic engines developer)
Analisi dei Finanziamenti Europei
Non sono stati identificati bandi finanzianti dall’Unione Europea fra i 72 bandi analizzati
9.Sistemi di controllo – veicoli
122
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Con il termine sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging si considerano tutte quelle tecnologie innovative utili ad
aumentare il grado di automazione nella logistica di fabbrica
Il packaging consiste nell’insieme di prodotti e delle tecniche impiegate per il contenimento, la protezione e la conservazione
dei prodotti nella fase di consegna dal produttore all’utilizzatore. L’interesse della ricerca negli ultimi anni è nei confronti di
sistemi di packaging: (1) costituti da materiali con caratteristiche di bio-degradabilità ed eco-compatibilità, (2) costituiti da
additivi naturali, stucco ed estratti antiossidanti naturali per consentire un miglioramento in termini di barriere, (3) sistemi in
grado di fornire informazioni sulle condizioni del prodotto (impiego di sensori avanzati), (4) imballi che consentono il
confezionamento di parti non rigide nella maniera più ottimale (ad esempio il packaging di scarpe), (5) sistemi di packaging
che richiedono un consumo di materiale ridotto ma con caratteristiche di alta resistenza, (6) sistemi di immagazzinamento in
grado di ottenere il confezionamento di cibi e prodotti in modo automatico
I sistemi di trasporto includono invece tutti quei veicoli innovativi ideati per movimentare in maniera fluida le merci e i prodotti
all’interno di uno stabilimento. Recentemente, grande diffusione ha avuto la tecnologia AGV (Automatic Guided Vehicle). Con
tale tecnologia è possibile ottenere una maggiore efficienza nella logistica aziendale, garantendo un risparmio di tempo, di
energia e di spazio: tali sistemi sono in grado di muoversi con una certa autonomia, non hanno bisogno dell’intervento dell’
operatore e sono in grado di interagire con altri sistemi di automazione. Sistemi di veicoli avanzanti sono in grado di rilevare e
raccogliere pallet automaticamente
Applicazioni
Le applicazioni principali sono in ambito industriale (logistica interna di fabbrica), dove si hanno lottizzazioni, produzioni in
serie e bassa variabilità di prodotti
Sviluppo
Le imprese sono sempre più interessate all’automatizzazione del processo di trasporto, packaging ed immagazzinamento.
Sono richiesti sistemi sempre più automatizzati, in grado di ridurre i tempi di produzione ed i costi dei prodotti, aumentando le
performance del prodotto: mentre sistemi di imballaggio e di trasporto tradizionali sono relativi a merci di dimensioni superiori
e per lo più pesanti, l’interesse è conseguire la realizzazione di stazioni di confezionamento altamente flessibili per un elevata
varietà di prodotti e componenti, integrata da un sistema di movimentazione universale per prodotti diversi
10.Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging 10.Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging
123
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
I risultati dell'Analisi evidenziano una forte intensità brevettuale ed un trend crescente di brevettabilità negli anni 2007-2012
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica
B, Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione
Classe tecnologica B65, B08, B23, B31 Trasporto, imballo, stoccaggio, movimentazione, pulizia, utensili e lavorazioni metalliche
Codici Specifici B08-B, B23-Q, B65-B, B31-B
System to receive a lot of stored tools, and exchanges, inserts or places the tools of a machine tool capable of supplying the tools in a short period of time; a tool magazine for receiving the tools; and a system which exchanges, inserts or places the tool of the machine tool […]The tools are stored on top of each other in different height positions within the tool magazine, and the height positions lies on top
of each other for receiving the tools arranged along the circular arc or the circular arc part at the height position, and further the handling device is arranged for taking out the tool from the section radially-inwardly and/or radially-outwardly..etc
Brevetto Descrizione
Vented package (2010)
Molti prodotti alimentari, tra cui il lievito, rilasciano gas durante la fase di trasporto e stoccaggio e di conseguenza sono spesso richiesti packaging “porosi o ventilati” per consentire l'uscita dei gas. In particolar modo, quando il trasporto del lievito avviene da due zone con diversa altitudine, può accadere che si verifichi un’implosione del pacchetto sigillato o viceversa una rottura dei sigilli del contenitore (dovuta all’espandersi del gas interno e quindi ad un incremento della pressione interna). L’invenzione consiste nella realizzazione di un pacchetto ventilato costituito da un foglio di materiale laminare che comprende almeno uno sfiato con un’apertura forata
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dall'Analisi si identifica come la classe tecnologica sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging sia riconosciuta dai
capitali di rischio ad elevato potenziale di sviluppo e crescita (identificati 42 aziende su 638 deals)
Analisi dei Finanziamenti Europei
Non sono stati identificati bandi relativi a tale tecnologia fra i 72 bandi osservati
10.Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging
124
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Le tecnologie laser di ottica integrata si identificano con quei processi laser per le microlavorazioni di microcomponenti,
materiali trasparenti e microstrutture. Tale tecnologia consente di eseguire:
modifiche su materiali trasparenti come vetro, cristallo, plastica, per mezzo di una luce laser concentrata, a pulsazione
ultra-breve (“ultra-short”)
modifiche generate ed utilizzate mediante cambiamenti nell’indice refrattivo per componenti ottici come onde guida
marchiature con specifici colori e loghi, incorporate sotto la superficie: grazie a processi di incisione selettiva di induzione
laser (selective laser-induced etching – ISLE) possono venire prodotti con grande precisione e velocità micro-canali e micro-
componenti
I processi laser sono caratterizzati da: flessibilità attraverso l’uso di un sistema di scanner in combinazione con una unità di
posizionamento; grande precisione (<1 micron) dalla forte focalizzazione della radiazione laser, e dalla alta velocità; controllo
delle zone termicamente alterate; trattamento di superfici di materiale o modificazione localizzata nei solidi a volume
trasparente; grande energia ed efficienza del materiale durante i processi di incisione selettiva a induzione laser
Applicazioni
Utilizzando laser a pulsazione ultra-short vengono fabbricati componenti ottici quali guide d’onda per applicazione di ottica
integrata. Esempi di applicazioni delle tecnologie laser includono ablazione o spellatura (ovvero rimozione di materiale ad alta
velocità), brasatura, rivestimento o deposizione diretta di materiale (Direct Metal Deposition – DMD), perforazione, saldatura
ermetica, taglio di lamiere, tubi o altro materiale industriale, marcatura (legata al posizionamento ed identificazione dei
materiali e prodotti), micro-taglio e micro-saldatura
Sviluppo
Non solo nella scienza e nella ricerca, ma soprattutto in campo industriale, le tecnologie laser stanno guadagnando una forte
attenzione. Grande interesse per gli strumenti ottici “ultraveloci” (ultra-short-pulse laser – USP), ovvero nuovi sistemi ottici
per la produzione di micro-strutture in grado di consentire un aumento della velocità di processo (fino a 350 m/s) durante le
lavorazioni. Nel futuro, i laser USP porteranno ad una riduzione dei tempi, e quindi dei costi di processo. Saranno tecnologie
attrattive da un punto di vista economico per la produzione di micro-strutture. Tale approccio verrà anche esteso anche a
superfici più estese
11.Tecnologie ottiche laser
125
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Dall’Analisi Brevettuale emerge come la classe tecnologica Tecnologie Ottiche Laser, con circa 9.000 brevetti osservati nel
periodo 2007-2012, si colloca al primo posto per intensità di brevettazione. Di contro, tale classe risulta avere un bassissimo
incremento della sua attività innovativa (Indicatore di Dinamicità pari a 0.02 su scala 0-1), segno che le ricerche negli ultimi
anni sono rimaste mediamente costanti
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica
B, G Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione, Strumentazione per misurazione e controllo
Classe tecnologica B82, B22, G01, G02, D01
Nanotecnologie; metallurgia delle polveri; Misurazioni, testing; Strumentazioni ottiche; fibre ottiche
Codici Specifici
G01-B9, G01-DL, G02-B23, G02-B26, G02-F1 B82-Y15, D01-F4, G01-N3
Optical tomographic imaging; laser; laser instruction and image processing; laser points; laser beam; laser cavity; evanescent wave into a progressive signal; refraction optical fiber, fibre optical resonator with induced birefringence, laser-frequency locking, photon adsorption and two-photon fluorescence, near infrared laser, laser sintering of powder materials
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Medio-basso interesse da parte dei Venture Capitalist nell'investire in tale classe tecnologica (dall’Analisi dei portafogli di
investimento dei Venture Capitalist si identificano 8 aziende target che fanno riferimento a tecnologie correlate con le
tecnologia ottiche laser). Ne sono un esempio le aziende di seguito riportate:
• l’inglese POWERLASE LTD (Industrial laser technology developer)
• la statunitense TJET TECHNOLOGIES INC. (Light emitting diode manufacturing equipment developer)
• la tedesca 4JET SALES + SERVICE GMBH (Surface treatment laser systems manufacturer)
• la statunitense KAAI INC. (Next generation laser manufacturer)
Analisi dei Finanziamenti Europei
Non sono stati identificati bandi relativi a tale tecnologia fra i 72 bandi osservati
11.Tecnologie ottiche laser
126
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Con il termine strumenti ottici per analisi dei materiali si vuole includere tutte quelle strumentazioni innovative che fanno
utilizzo di tecnologie ottiche per l’analisi delle proprietà meccaniche e del comportamento di tutti i tipi di materiali in diversi
scenari di prova. Studi recenti si focalizzano sullo sviluppo ed il miglioramento della spettroscopia GDOES (Glow discharge
Optical Emission Spetroscopy) e sulla microscopia SNOM (Scanning Near-Field Optical Microscopic)
La spettroscopia GDOES è una tecnica di analisi chimica quantitativa: è la combinazione della scarica al plasma (Glow
Discharge) con l’analisi mediante spettroscopia ad emissione ottica (Optical Emission Spectropy). La microscopia SNOM invece
è una tecnica di imaging ottico che permette di superare i limiti di diffrazione (200 nm). E' una tecnica a scansione in cui il
campione viene traslato da attuatori piezoelettrici ed illuminato localmente da nanosorgenti quali fibre ottiche rastremate o
punte metalliche. Le dimensioni di queste nano-sorgenti, 10 - 100 nm, determinano il limite di risoluzione spaziale di questa
tecnica
Applicazioni
Le strumentazioni ottiche per l’analisi dei materiali vengono impiegate principalmente nel settore chimico ed industriale per lo
studio delle proprietà fisiche dei materiali: la spettroscopia GDOES viene impiegata per lo valutare l’efficacia dei trattamenti
termochimici superficiali dei metalli; la microscopia SNOM viene utilizzata per valutare la porosità-rugosità di superfici
meccaniche. Ulteriore impiego di tali strumentazioni sono nell’aerospaziale, nell’automotive e nel settore bio-medico.
Nell’ambito industriale la tecnica GDOES è particolarmente adatta per: controllo e set-up di processo, supporto al controllo
qualità, taratura sistemi di gestione degli impianti (analizzatori), diagnostica in caso di failure. Per lo sviluppo di nuovi
materiali e processi dedicati ai trattamenti termochimici il GDOES ha trovato interessanti applicazioni per: valutare l’influenza
dei materiali, valutare i parametri di processo, studiare i meccanismi alla base dei processi di diffusione da atmosfera gassosa
Sviluppo
La ricerca in tale settore è spinta dalla crescente necessità delle piccole medie imprese (PMI) di entrare a conoscenza delle
proprietà fisiche-chimiche dei materiali, al fine di stabilirne l’idoneità per l’utilizzo in determinate lavorazioni industriali
12.Strumenti ottici per analisi dei materiali
127
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Dall’analisi brevettuale si osserva come la classe tecnologica Strumenti ottici per analisi dei materiali sia caratterizzata da una
medio-alta intensità brevettuale (Indicatore di Persistenza Brevettuale pari a 0.59 su scala 0-1), in paragone alle tecnologie
prioritarie in esame. Basso è invece il livello di dinamismo brevettuale
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica
G Strumentazione per misurazione e controllo
Classe tecnologica G01 Misurazione, testing
Codici Specifici G01-N21, G01-J, G01-N23; G01-B11
Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using infra-red, visible, or ultra-violet light (G01N3/00 to G01N19/00 take precedence; measuring stress in general G01L1/00; optical elements of measuring instruments G02B); Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colour; Characterizing a specimen of material by reflection spectroscopy in the THz spectral range; Gamma-ray flaw detector for material radiation testing and higher reliability of materials analysis for structure and defects; Measuring arrangements characterised by the use of optical means
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dai risultati dell'analisi si osserva come solo un numero limitato di investitori di capitale di rischio riconosca come importante
fonte di guadagno di capitale le aziende che si riferiscono alla classe tecnologica Strumenti ottici per analisi dei materiali
(dall’analisi dei portafogli di investimento dei venture capitalist 6 delle aziende target fanno riferimento a tecnologie correlate)
Analisi dei Finanziamenti Europei
Non sono stati identificati bandi relativi a tale tecnologia fra i 72 bandi osservati
12.Strumenti ottici per analisi dei materiali
128
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
La micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-CT) è una tecnica di visualizzazione microscopica 3-dimensionale non
invasiva basata sulla ricostruzione volumetrica di radiografie alla scala del micron. Le ricostruzioni volumetriche ottenute sono
completamente digitalizzate e posso successivamente essere elaborate per ottenere innumerevoli informazioni: misure e
dimensioni del campione, costituzione massica (cavità e occlusioni), segmentazioni di diversi materiali sia solidi che fluidi
(distinzione nel volume acquisito delle diverse fasi e loro interazione)
Applicazioni
Un esempio di applicativo industriale può essere il controllo automatico per parti sinterizzate mediante tecniche non distruttive
per il miglioramento della qualità produttiva. Si tratta di un sistema digitale di radiografia per un controllo online di parti
prodotte mediante metallurgia delle polveri (sinterizzazione). Questa tecnica permette una veloce ispezione e applicazione di
elaborazioni di immagini per la rilevazione di piccole crepe, difetti e variazioni di densità in-situ
Sviluppo
Qualunque prodotto che possa essere affetto da problemi di diagnosi non distruttiva volumetrica alla microscala è
potenzialmente candidato alla investigazione tramite m-CT che per caratteristiche è unica e non succedanea a nessun altra
tecnica
13.Micro-tomografia computerizzata a raggi X
129
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
La classe tecnologica Micro-tomografia computerizzata a raggi-X si colloca per intensità brevettuale come terza tecnologia
prioritaria, se paragonata alle ventiquattro osservate (con circa 5.000 brevetti). Medio-basso livello di dinamicità negli anni
(Valore indicatore di Dinamicità: 0.3 su una scala 0-1)
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica H, G Elettricità, Strumentazione per misurazione e controllo
Classe tecnologica H01, G01 Elementi elettrici di base , Misurazione e testing; Controllo e Regolazione
Codici Specifici H01-J, G01-T, G01-N, G01-V
Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation (e.g. X-rays or neutrons), the use of tomography (e.g. computer tomography)
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Basso interesse da parte dei Venture Capitalist nell'investire in tale classe tecnologica (identificate poche aziende)
Analisi dei Finanziamenti Europei
Si identificano 3 bandi finanziati recentemente dall’Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati
Progetto Descrizione
INSIDEFOOD 05/2009-042013
La ricerca si propone l’obiettivo di fornire strumenti di misurazione per l’analisi micro strutturale. In particolare, l’obiettivo principale è quello di fornire soluzioni tecnologiche per il rilevamento della microstruttura dei cibi, combinando tecnologie recenti tra cui la micro - tomografia a raggi x, la spettroscopia NMR, l’imaging a risonanza magnetica (MRI), la tomografia ottica a radiazione coerente (OTC)
NANOXCT 05/2012–04/2015
Il progetto si propone l’obiettivo di utilizzare le nuove tecniche di tomografia computerizzata in 3D, per realizzare uno strumento di visualizzazione in grado di rappresentare in maniera completa una struttura 3D interna ed esterna di un campione senza la distruzione della sonda
13.Micro-tomografia computerizzata a raggi X
130
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Per materiale composito si intende una combinazione di due o più componenti, fra loro chimicamente differenti, che uniti
contribuiscono a fornire proprietà meccaniche e fisiche complessivamente superiori rispetto a quelle dei suoi singoli
componenti. Negli ultimi anni vi è stato un grosso impegno nella ricerca tecnologica dei cosiddetti “materiali compositi
moderni”, che si distinguono da quelli tradizionali per la capacità di ottenere strutture e proprietà controllate alla scala
microscopica. Fanno parte dei materiali compositi avanzati i compositi a matrice polimerica (PMC) ed i materiali FGM
(Functionally graded materials)
Un materiale composito è costituito da una fase omogenea, detta matrice, che bloccando le fibre trasferisce il carico esterno e
le protegge dai fattori ambientali e dall’usura. Nella maggioranza dei casi, tali matrici sono polimeriche, poiché garantiscono
bassa densità. All'’interno della matrice è disperso il materiale di rinforzo, con in genere il compito di garantire rigidezza e
resistenza meccanica. A tal scopo vi è l’interfaccia fra il materiale di rinforzo e la matrice
Applicazioni
Gli studi di materiali compositi moderni vengono impiegati:
• per il settore aerospaziale ed aeronautico (stazioni di lancio e di macchine semoventi nello spazio, caschi e giubbotti
antiproiettile)
• nel campo industriale (e.g. rivestimento di serbatoi per gas o liquidi in pressione, conduttori per aria condizionata, condotti
criogenici)
• nel settore automobilistico (e.g. sospensioni in balestra in fibra di vero, l’utilizzo di plastiche rinforzate in parti come
portiere o paraurti, parti di motore e accessori vari, telai di Formula 1)
• nel settore sportivo (e.g. biciclette in carbonio, freni in carbonio per vetture da competizione, costruzione di sci, bob,
racchette da tennis, canne da pesca, riser per il tiro con l'arco e aste per il salto in alto)
Sviluppo
Lo sviluppo dei materiali compositi moderni è dovuto alla necessità di far fronte alle esigenze sempre più spinte dell’industria,
in particolar modo quella nel settore aerospaziale e aeronautico. Innumerevoli sono stati gli sforzi per ottenere un buon
compromesso fra resistenza, peso e costo degli aeromobili. Attualmente l’espansione di tale tecnologia è limitata dalla
mancanza di una banca dati adeguata sul comportamento dei compositi: i progettisti sono scettici nell’utilizzare materiali con
proprietà elevate, ma dal comportamento incerto
14.Moderni materiali compositi
131
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Si identificano valori medio-alti degli indicatori di Persistenza e Dinamicità Brevettuale (pari a 0.57 e 0.61 su scala 0-1)
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica
B Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione
Classe tecnologica B29; B22; C08 Lavorazioni in generale, di sostanze plastiche; metallurgia delle polveri; compositi
Codici Specifici B22-F; C08-F
Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts (chemical aspects C08 );Invention relates to powder metallurgy, particularly, to production of nanostructured composite materials with metal matrix reinforced by nanosized oxide fillers. Proposed composition may be used as powder for application of functionally-gradient coats; nanocomposite hydrogel has excellent mechanical properties and good stability
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dall’analisi dei 638 finanziamenti da parte di Venture Capitalist è stata individuata un’azienda che investe in tale tecnologia
Analisi dei Finanziamenti Europei
Si identificano 6 bandi finanziati recentemente dall’Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati:
Progetto Descrizione
MATRANS 02/2010-01/2013
Mira a sviluppare materiali nuovi a gradiente di funzionalità basati su metallo-ceramica (Functionally Graded Materials - FGMs) per applicazioni aerospaziali e automobilistiche, in particolare: (1) sistemi di scarico e sistemi di propulsione, (2) sistemi di trasmissione di potenza, e (3) sistemi di frenatura. L’obiettivo principale è quello di migliorare le proprietà meccaniche di questi materiali attraverso variazioni spaziali della composizione del materiale e della microstruttura. In particolare, ci si focalizza su (1) leghe ceramiche, (2) materiali ceramici e inter-metallici
CNTF 09/2010–08/2014
Produzione dei materiali a scala nano-metrica (Carbon nano tubes – CNT) con proprietà eccezionali meccaniche, elettriche ed ottimali proprietà di conduttività termica. L’obiettivo del progetto si basa sulla possibilità di sfruttare tali proprietà per la realizzazione di fibre (Carbon nano tubes fibres – CNTF) per l’applicabilità in processi di produzione su scala industriale. Applicazioni future guardano a compositi strutturali e conduttivi, compositi per l’industria dell’automotive e compositi per l’industria aerospaziale
14.Moderni materiali compositi
132
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Con il termine test ed analisi dei materiali stiamo ad indicare tutte quelle tecnologie innovative che consentono la misurazione
e l’analisi dei materiali
La spettroscopia NMR si è affermata negli ultimi anni come una tecnica veloce e potente per l’analisi dei prodotti di reazione e
dei composti organici, risultando di grande interesse per il mondo scientifico ed industriale. Nello specifico, la spettroscopia
NMR consente di ottenere informazioni sulla struttura molecolare tramite l’osservazione del comportamento dei nuclei atomici.
Studi vertono al miglioramento nell’utilizzo di tale tecnologia, combinandola con: tecnologie microonde, la polarizzazione
nucleare dinamica (DNP), la tecnologia µSR, la cristallografia a raggi X, la cryo-EM. Non di minore importanza è l’impiego di
strumentazione ottica innovativa (approfondita nella scheda tecnologica n°12)
Applicazioni
Le strumentazioni innovative per l’analisi ed il test dei materiali vengono impiegate principalmente:
nel settore chimico e biomedico (analisi molecole in soluzione, caratterizzazione di campioni solidi e semisolidi (es. nuclei
quali 13C, 2P, 2H etc.; analisi chimica del suolo)
nel settore industriale: analisi e caratterizzazione degli alimenti (es. spettroscopia del 13C impiegata per l’analisi degli acidi
grassi e dei trigliceridi; studio di alimenti quali il burro e l’olio di oliva)
Sviluppo
La ricerca è spinta dalla crescente necessità delle PMI di entrare a conoscenza delle proprietà fisiche-chimiche dei materiali, al
fine di stabilirne l’idoneità per l’utilizzo in determinate lavorazioni industriali. Nel campo medicale, tali tecnologie sono sempre
più di grande interesse poiché consentono di trarre importanti indicazioni diagnostiche a beneficio dei pazienti: la tecnologia
NMR è in grado di produrre immagini in sezione dell’interno del corpo, con una chiarezza finora mai ottenuta con altre tecniche
(es. la tomografia NMR è attualmente la tecnica di imaging diagnostico migliore per il sistema nervoso centrale (cervello e
midollo spinale)
15.Test ed analisi dei materiali
133
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Si identificano valori medi degli indicatori di Persistenza e Dinamicità Brevettuale (rispettivamente 0.53 e 0.57 su scala 0-1)
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica
G Strumentazione per misurazione e controllo
Classe tecnologica G01 Misurazione e testing; Controllo e Regolazione
Codici Specifici G01-M, G01-N15,
G01-N29; G01-N21
Investigating fluid-tightness of structures; investigating permeability of porous material; investigating the presence of flaws in general; Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials (identification of micro-organisms); analysing the micro-porosity of a given dual-phase material; plurality of sensors (100) imbedded in a given material,
with the sensors each including one or more acoustic and capacitive CMUT transducers; testing engineering; introducing the pure lubricant to be tested into the layer of capillary-porous material partially coated with a plate electrode and photographing
Brevetto Descrizione
Method for determining phase-corrected amplitudes in NMR relaxometric imaging (2010)
Con questo brevetto si esplicita un metodo in grado di determinare le ampiezze delle correzioni di fase durante un esperimento di acquisizione di immagine con echo multipli. Uno dei passaggi fondamentali è quello dell'applicazione del FFT (Fast Fourier Transform) per la ricostruzione dei segnali eco generati da una sequenza CPMG
Analisi dei Finanziamenti Europei
Nessun bando dei 72 progetti europei osservati si riferisce a tale tecnologia
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dell’analisi dei portafogli di Venture Capitalist sono state individuate 7 aziende che investono in tale tecnologia tra cui l’azienda
svedese OREXPLORE AB (Composition analysis products for non-organic materials developer) e l’azienda indiana SHREE
KAMDHENU ELECTRONICS PVT LTD
15.Test ed analisi dei materiali
134
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Con il termine tecnologie di misurazione stiamo ad indicare tutte quelle tecnologie innovative impiegate per ottenere
informazioni sulle grandezze fisiche di un oggetto, quali ad esempio la dimensione, la massa, lo stato termico. Le attività di
ricerca degli ultimi anni sono state intensificate nello sviluppo di sistemi di rilevazioni avanzati, in grado di migliorare le
capacità di misurazione delle macchine utensili
Le nuove tecnologie di misurazione si differenziano dalle tradizionali per le seguenti caratteristiche:
consentono la misurazione di diverse scale di lunghezza (dal livello atomico ad un livello macro)
impiegano nuove capacità a livello informatico e di software
integrano nel sistema sensori avanzati di misura
integrano nel sistema sensori quantistici
Un nuovo strumento che permetterà l’ottenimento di misure migliori e la ridefinizione delle unità di misura in maniera più
precisa è la metrologia quantistica, un campo molto promettente che sfrutta le proprietà degli stati quantistici. Questa tecnica,
assieme ad altre come la super-risoluzione, (ovvero una tecnica che consente di ottenere una risoluzione anche molto minore
della lunghezza d’onda della luce sfruttando l’Entanglement) fa parte del recente campo del Quantum Imaging
Applicazioni
Le tecnologie di misurazione hanno un grande impiego per il controllo della qualità industriale (la possibilità di effettuare
misurazioni precise di materiali comporta la presenza di minore difetti, elevati livelli di qualità ed una maggiore soddisfazione
del cliente) o la verifica dei parametri ambientali (controllo del livello di rumorosità, il monitoraggio delle variabili climatiche, la
composizione atmosferica)
Sviluppo
Negli ultimi anni è aumentata considerevolmente la necessità di accuratezza, precisione, velocità e sofisticazione delle
tecnologie di misurazione. Inoltre, lo sviluppo di nuove tecnologie in ambito quantistico e delle nanotecnologie si pensa
porteranno all’introduzione di nuovi metodi di misura
16.Tecnologie di misurazione
135
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Dall’analisi brevettuale si osserva come la classe tecnologica Tecnologie di misurazione sia caratterizzata da una medio livello
di intensità brevettuale (Indicatore di Persistenza Brevettuale pari a 0.52 su scala 0-1), in paragone alle tecnologie prioritarie
in esame. Basso è invece il livello di dinamismo brevettuale
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica G Strumentazione per misurazione e controllo
Classe tecnologica G01, G05 Misurazione e testing; Controllo e Regolazione
Codici Specifici G01-B, G01-R
Es: Measuring arrangements characterised by the use of wave or particle radiation G01B9/00 , G01B11/00 take precedence; [N: by radar technique G01S])[C9511]; Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. by electricity meters (electromechanical arrangements therefor; monitoring electric consumption of electrically-propelled vehicles)
Brevetto Descrizione
Weighing device having a weighing chamber (2011)
L’invenzione consiste in un sistema di pesatura preciso in grado di misurare la massa di minuscoli corpi ed in grado di evitare l’alterazione delle operazioni di misura dovute all’effetto della pressione del vento e del flusso dell’aria. Tale dispositivo, costituito da una camera di pesata, è configurato per impedire la generazione del moto convettivo dell’aria al tempo dell’apertura e della chiusura della porta della camera stessa (per evitare di alterare le operazioni di misura)
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dall’analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist si identificano alcune aziende target nelle quali i Venture
Capitalist investono, che fanno riferimento a tecnologie correlate con le tecnologie di misurazione, quale:
• la statunitense SENSCIENT INC (Gas detection measuring technology developer, Open Path Gas Detectors (OPGD)
manufacturer)
Analisi dei Finanziamenti Europei
Non si identificano bandi finanzianti recentemente dall’Unione Europea fra i 72 bandi analizzati
16.Tecnologie di misurazione
136
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Il trattamento criogenico consiste in un trattamento di trasformazione micro - strutturale, attraverso il quale avviene un
abbassamento graduale della temperatura sino a -100°C, che consente una trasformazione del tessuto molecolare del
materiale trattato. Tale tecnologia, sviluppatasi negli Stati Uniti su iniziativa della NASA, è finalizzata al miglioramento della
resistenza meccanica e all'’usura di quasi tutti i metalli attraverso l’impiego del freddo
Il trattamento viene realizzato tramite l’utilizzo di processori criogenici computerizzati che utilizzano software specifici: il pezzo
viene inserito in una camera a temperatura ambiente e grazie ad una atmosfera di azoto, viene gradualmente raffreddato fino
a raggiungere la temperatura criogenica di -196°C (-300°F) (temperatura di ebollizione dell’azoto liquido). I componenti
vengono generalmente trattati per un lasso di tempo tra le 48 e le 60 ore: per evitare shock termici vengono eseguiti dei
precisi equilibri di temperatura. Infine, vi è la fase di riscaldamento, con una risalita della temperatura graduale. La velocità
delle tre fasi (fase di discesa, del mantenimento e della risalita) viene monitorata attraverso l’utilizzo del computer
Applicazioni
I Trattamenti criogenici hanno trovato un ottimo campo di applicazione in diversi settori, anche molto diversi tra loro: settore
degli utensili (il trattamento criogenico interviene sulla struttura del pezzo permettendo di sfruttare il tagliente di una lama o di
un utensile ben oltre il livello di tempra), superconduttori (Cern, Airliquide), tecnologie spaziali (NASA), elettronica a
semiconduttori, criopompaggio, sensori a infrarossi, settore automobilistico (dai blocchi del motore agli organi di trasmissione,
dai dischi a qualsiasi componente, mobile e non, soggetto a usura; Ferrari), industria delle armi da fuoco (Benelli), settore
golfistico, strumenti musicali, trasporto di gas naturale (Chart Industries, Polaris, Siad), criochirurgia, crioconservazione e
pulizie criogeniche
Sviluppo
Ad oggi, il processo criogenico per il trattamento dei metalli è praticato prevalentemente negli Stati Uniti. Questo trattamento
rappresenta un’innovazione, perché consiste nella realizzazione di un nuovo processo produttivo con conseguente
sfruttamento commerciale. Tuttavia, a seguito dei primi esperimenti risultati fallimentari a causa dell’eccessiva rapidità nel
raggiungimento delle temperature criogeniche, le imprese attualmente preferiscono non investire nella tecnologia e scelgono
di restare ancorate ai vecchi metodi di produzione
17.Trattamenti criogenici su materiali metallici
137
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
La classe tecnologica Trattamenti criogenici su materiali metallici è caratterizzata da una bassa intensità brevettuale in
confronto alle tecnologie in esame, con circa 750 brevetti rilevati. Nonostante ciò presenta un ottimo livello di dinamicità negli
anni 2007-2012 (Valore indicatore di Dinamicità: 0.96 su una scala 0-1)
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica C Metallurgia e processi chimici
Classe tecnologica C22, C21 Metallurgia del ferro; Metallurgia, trattamenti di leghe e metalli non ferrosi
Codici Specifici C22-C21; C21-D6;
Upgraded mechanical properties; cryogenic temperatures; raised corrosion resistance of steel, upgraded strength and magnetic characteristics; Intensive plastic deformation
Brevetto Descrizione
Cryogenic tank system (2007)
L’invenzione si riferisce ad un serbatoio per il contenimento e l'erogazione di liquidi criogenici. La soluzione è la seguente: il liquido criogenico da un serbatoio criogenico primario viene sotto-raffreddato mediante refrigerazione generata da un cryocooler, passato in un serbatoio ausiliario, pressurizzato e rispedito al serbatoio di stoccaggio primario. Tale soluzione consente un raffreddamento del serbatoio, garantendo una riduzione quanto più possibile delle perdite di vapore nel serbatoio ed una riduzione della pressione al suo interno
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dall’analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist sono state identificate 4 aziende target, fra cui l’azienda
statunitense CRYOXTRACT INSTRUMENTS LLC (Frozen aliquot extraction technology developer)
Analisi dei Finanziamenti Europei
Si identificano 2 bandi finanziati recentemente dall’Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati. Il progetto Cryo
(10/2009-09/2016) mira a sviluppare e applicare profondi trattamenti criogenici su componenti automotive e su strumenti a
deformazione metallica, al fine di migliorarne la resistenza all'usura e la vita utile. Il progetto Cryocourse (01/2007-12/2010)
mira a formare giovani ricercatori in tale ambito
17.Trattamenti criogenici su materiali metallici
138
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Le pile a combustibile ad ossido solido (SOFC) sono dispositivi elettrochimici che producono energia elettrica usando carburanti
basati su idrocarburi. Un sistema ad ossido solido utilizza un materiale ceramico (zirconia drogata con ossido d’ittrio) che
consente all’ossigeno di raggiungere il combustibile (in genere idrogeno, idrocarburi e monossido di carbonio)
Il componente elementare della tecnologia SOFC è una pila. Tale elemento è composto da due elettrodi di materiale ceramico
poroso, separati da uno strato denso di materiale elettrolitico. Ogni singolo strato di una pila ha uno spessore che varia da
pochi micrometri a pochi millimetri. Tali pile non operano come singole unità, ma vengono disposte in serie per mezzo di un
separatore bipolare, che si occupa di separare la corrente del combustibile da quella del gas ossidante. La connessione in serie
di tali pile consente di formare quello che viene chiamato stack di pile SOFC, in grado di fornire qualsiasi scala di potenza
Applicazioni
Gli usi finali di sistemi SOFC comprendono:
• piccole applicazioni stazionarie (utilizzo domestico, applicazioni industriali)
• grandi applicazioni stazionarie: settori come l’automotive (i grandi produttori automobilistici stanno lavorando sull’uso
dell’ossido solido come una sorta di unità di energia ausiliaria per gli automezzi)
• settore militare (ad es. sistemi di alimentazione portatili)
Sviluppo
La tecnologia SOFC, capace di operare senza processi di combustione intermedi, consente di ottenere una soluzione più
performante in termini di efficienza netta ed impatto ambientale rispetto alle macchine convenzionali. Poiché tale tecnologia
offre notevoli vantaggi economici (dovuti alle sue caratteristiche strutturali, conduttive, elettriche) vi sono molti programmi
sponsorizzati dal governo e dal mondo accademico, interessati al raggiungimento di nuovi traguardi nell’impiego di tale
tecnologia
18.SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)
139
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Dall’analisi brevettuale è emerso come tale tecnologia abbia mostrato un dinamismo elevato negli anni 2007-2012
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica H Elettricità
Classe tecnologica H01 Elementi elettrici di base
Codici Specifici H01M8; H01M4
Fuel cells; PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL INTO ELECTRICAL ENERGY; Electrodes; Oxides specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Scarso interesse da parte degli investitori di rischio di capitale (identificata una sola azienda inerente a tale tecnologia su 638
deals)
Analisi dei Finanziamenti Europei
Si identificano 6 bandi finanziati recentemente dall’Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati
Progetto Descrizione
DESTA (01/2012-12/2014)
L’ambito del progetto è lo sviluppo del primo SOFC APU (Auxiliary Power Unit) per camion. La tecnologia SOFC offre grandi vantaggi rispetto alle altre tecnologie, data l’alta compatibilità con i carburanti stradali convenzionali come il diesel. Nello specifico il progetto concerne l’introduzione della tecnologia SOFC in un camion pesante Volvo statunitense. In parallelo vengono sviluppati inoltre i test di prova del veicolo. L’output del progetto sono due sistemi di SOFC APU disponibili a livello di prototipo di laboratorio
METSOFC (04/2008-12/2011)
Il finanziamento si riferisce all’utilizzo di una nuova generazione di metallo per la produzione degli anodi delle pile SOFC. Gli anodi delle pile a ossido solido (SOFC) sono solitamente costituiti da materiali ceramici e per tale motivo l’uso di tali celle ha limiti in termini di affidabilità, costi e capacità di gestire i transienti. Per ovviare a tali limitazioni, l’obiettivo di tale progetto è quello di sviluppare delle pile SOFC con anodo in metallo e testarle fino a livello 1kWe
18.SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)
140
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
La saldatura consiste in una tecnologia di produzione che permette l’unione permanente di materiali tra loro, consentendo la
continuità del materiale dove essa viene applicata. La saldatura è un processo molto conosciuto, ma la novità degli ultimi anni
è l’evoluzione ed il miglioramento di alcuni sistemi di saldatura, quali ad esempio la tecnologia di saldatura per attrito FSW
(Friction Stir Welding)
La tecnologia di saldatura a frizione consente la realizzazione di un giunto saldato di buona qualità senza lo sviluppo di fumi: il
giunto è realizzato sfruttando il calore per attrito sviluppatosi da un utensile rotante che viene messo a contatto con la zona da
saldare. La tecnologia di saldatura per attrito viene controllata tramite sistemi e software, che consentono la regolazione ed il
monitoraggio in tempo reale delle diverse grandezze che intervengono durante il processo di lavorazione. La FSW viene
impiegata in modo principale per l’unione di leghe d'alluminio, non facilmente saldabili con altre tecniche di lavorazione
Applicazioni
La saldatura è un processo che viene utilizzato in tutti gli ambiti industriali dove vanno assemblati e bloccati componenti
(soprattutto metallici, ma non solo). Applicazioni attuali per la saldatura comprendono settori come:
settore aerospaziale (es. saldatura serbatoio esterno dello Space Shuttle)
settore aeronautico e navale (es. saldatura leghe d’alluminio in sostituzione della rivettatura)
settore energetico (produzione di energia)
trasporti terrestri
Sviluppo
La tecnologia di saldatura è un processo che colpisce direttamente il costo, la sicurezza e l’affidabilità dei materiali prodotti.
Per tali motivi, dato l’enorme impatto economico, vi è un grande interesse per l’introduzione di metodologie di saldatura rapide
ed economiche, senza che però queste caratteristiche compromettano la qualità del pezzo prodotto. In particolar modo, è alto
l’interesse per l’ottenimento di saldature laser di alta qualità (ovvero con bassa porosità) e la produzione non solo di grandi
lotti ma anche di produzioni di nicchia (tipiche della realtà italiana)
19.Saldatura per attrito
141
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
L'intensità brevettuale della classe tecnologica Laser a cascata quantica risulta essere scarsa se paragonata alle 24 tecnologie
prioritarie individuate, con un valore dell’Indicatore di Persistenza Brevettuale che si aggira intorno allo 0.27 (scala 0-1).
Scarso livello di dinamicità (Indicatore di Dinamicità con valore pari a 0.18 su scala 0-1)
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica B Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione
Classe tecnologica B23 Utensili, lavorazioni metalliche
Codici Specifici B23-K; B23-D
Minimizes adhesion of dross on a cut portion at the time of cutting a cylindrical work by laser beam irradiation; electron-beam welding or cutting (electron- or ion- beam tubes H01J37/00); anti-wear powder-cored wire for a wear plate and a cutting ring and a preparation method (technical field of powder-cored wires); a multi-edged machining tool for the post-machining or precision machining of bores; “welding control method” for friction stir welding whereby an intended tool insertion amount can be obtained without decreasing the welding speed, even in cases where there is great fluctuation in the height of the object to be welded
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dall’analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist non sono state identificate aziende target
Analisi dei Finanziamenti Europei
Non si identificano bandi finanzianti recentemente dall’Unione Europea fra i 72 bandi analizzati
19.Saldatura per attrito
142
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Il laser al silicio è una tecnologia recente, e consiste nell’utilizzo di un materiale come il silicio (che si pensava fosse un
pessimo conduttore di luce) per poter emettere un potente raggio di luce
Un fascio laser Raman al silicio si ottiene tramite l’interazione di un fascio luminoso con il silicio (data la sua struttura
cristallina, gli atomi di silicio vibrano se colpiti da luce). Tale interazione permette l’amplificazione e la generazione di luce
coerente ad una lunghezza d’onda differente da quella del laser incidente
Applicazioni
Tale tecnologia ha promettenti applicazioni:
tecniche di costruzione dei microprocessori, che potrebbero venire ancor più miniaturizzati (aumento del limite di velocità
nel trasferimento di dati)
per la costruzione di apparecchiature elettroniche
ambito militare (utilizzo di laser al silicio per trarre in inganno i sensori di radiazione infrarossa dei missili antiaerei alla
ricerca di fonti di calore)
ambito medico
Sviluppo
L’interesse della ricerca verso la possibilità di emettere luce laser tramite il silicio è dato dalle sue innumerevoli applicazioni: gli
apparecchi elettronici attuali contenenti un laser, si basano su materiali più costosi e rari del silicio. La produzione del silicio in
grandi quantità potrebbe portare ad una maggiore diffusione della fotonica nei computer. Negli ultimi anni enormi sono stati i
progressi, come lo sviluppo di una versione migliorata di tale laser in grado di funzionare in modo continuo sui chip. Ricerche
attuali stanno progredendo per utilizzare il laser al silicio in dispositivi CMOS. Gli attuali laser al silicio, infatti, generano troppo
calore per essere impiegati per tali dispositivi
20.Laser al silicio
143
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Dall’analisi brevettuale si identifica una medio-bassa intensità e dinamicità brevettuale, se paragonata alle tecnologie
prioritarie in esame
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica H Elettricità
Classe tecnologica H01 Elementi elettrici di base
Codici Specifici H01-L21 Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof; Manufacture or treatment of semiconductor devices in silicon
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dall'analisi si osserva come vi sia scarso interesse da parte dei Venture Capitalist nell'investire in aziende correlate alla
tecnologia Laser al silicio (solo 1 azienda target identificata su 638 imprese a livello globale)
Analisi dei Finanziamenti Europei
Si identificano 2 bandi finanziati recentemente dall’Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati
Progetto Descrizione
SILAMPS (01/2009-12/2013)
Lo scopo del progetto quinquennale è quello di sviluppare un laser ottico in silicio. Nel decennio precedente, il team di riferimento è stato protagonista di diversi progressi: la produzione del primo LED in silicio, azionato però in modo efficiente solo a basse temperature(NATURE,1997); successivamente il superamento di tale limite tramite l’utilizzo di una nuova nanotecnologia, i DELED (Dislocation Engineereng LED) (NATURE, 2001), compatibile solo con la tecnologia CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor): per tali motivi, si intende sviluppare un laser al silicio conciliabile con essa
INSPECTRA (04/2011-03/2016)
Lo scopo del progetto è quello di combinare un potente concetto come quello del high-index-contrast (HIC) con l’estrema precisione della tecnologia del silicio e la tecnologia dei semiconduttori del III-V gruppo, con lo scopo di creare delle funzionalità SOC (System-on-Chip) per la bio-spettroscopia avanzata
20.Laser al silicio
144
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Il laser a cascata quantica (QCL) è un laser a semiconduttore che emette radiazioni elettromagnetiche nel medio infrarosso. A
differenza del laser convenzionale, nel quale il fotone viene generato tramite la ricombinazione di un elettrone e di una lacuna,
nel laser a cascata quantica i fotoni vengono emessi solo tramite gli elettroni, i quali subiscono una “caduta” da un livello
energetico più alto ad un livello di energia più basso
Nello specifico, il laser a cascata quantica è costituito da un materiale artificiale, diviso longitudinalmente in una serie di stadi
(un tipico QCL ha da 20 a 75 stadi). Ogni singolo stadio è diviso in due zone distinte: la zona attiva e l’iniettore. La zona che
funge da iniettore è costituita da una successione di “buche quantiche e barriere” energetiche, in grado di aumentare
gradualmente il livello energetico della buca (tramite la variazione dei loro spessori). Nella zona attiva avviene poi la
transizione ottica (ovvero il decadimento di un elettrone da un livello energetico alto ad uno più basso)
Applicazioni
Potenziali applicazioni in settori quali:
la medicina e la diagnostica clinica (diagnostica di alcuni tipi di cancro tramite l’analisi del respiro)
monitoraggio dei processi (monitoraggio on-line delle impurità, controllo della concentrazione di gas prodotti durante il
processo industriale quali il monossido di carbonio, il metano, l’ammoniaca etc.) e controllo dell’inquinamento esterno
settore delle telecomunicazioni (comunicazioni ottiche nello spazio libero)
applicazione in campo militare (rilevamento composti gassosi illeciti legati all’industria bellica, per “accecare” i sensori dei
missili a ricerca di calore)
Sviluppo
Il laser a cascata quantica emette radiazioni nella gamma di lunghezza d’onda di 3-4 micron, lunghezza d’onda di
fondamentale importanza tecnologica per una vasta gamma di applicazioni. I laser a cascata quantica hanno già raggiunto un
certo grado di maturità e stanno sostituendo la controparte del vicino infrarosso. La ricerca intende superare i limiti in termini
di intensità del rumore, qualità dei materiali e prestazioni del dispositivo
21.Laser a cascata quantica
145
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
L'intensità brevettuale della classe tecnologica Laser a cascata quantica risulta essere scarsa se paragonata alle 24 tecnologie
prioritarie individuate, con un valore dell’Indicatore di Persistenza Brevettuale che si aggira intorno allo 0.17 (scala 0-1). Medio
livello di dinamicità (Indicatore di Dinamicità con valore pari a 0.41 su scala 0-1)
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica H Elettricità
Classe tecnologica H01 Elementi elettrici di base
Codici Specifici H01S Devices using stimulated emission: semiconductor lasers (Structure or shape of the active region; for example. unipolar lasers, intersubband lasers, quantum cascade lasers)
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Nessuna azienda target produttrice di tale tecnologia è presente nel portafoglio di Venture Capitalist
Analisi dei Finanziamenti Europei
Si identificano 5 bandi finanziati recentemente dall’Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati
Progetto Descrizione
CLARITY (09/2011-08/2014)
Il progetto prevede lo sviluppo e la dimostrazione di un insieme di tecnologie che cambieranno radicalmente l'attuale scenario della metà dei sistemi fotonici infrarossi in termini di prestazioni, dimensioni e costi. Il progetto prevede lo sviluppo di un sistema fotonico compatto nel medio infrarosso ultra efficiente basato su un laser a cascata quantica con
immagini sotto la soglia del shot-noise (sub-shot noise),convertitori di frequenza a banda ultra-larga (UWB) basato su guide d’onde in silicio e fibre in vetro soffiato e rilevatori fotoelettrici nel vicino infrarosso
SENSHY (03/2008-08/2011)
Il progetto si concentra sulla realizzazione di sensori di gas fotonici innovativi per la rilevazione di idrocarburi. Gli idrocarburi vengono rilevati nel seguente range di lunghezza d’onda: 3.0 a 3.6 μm. Nel progetto vengono indagate due particolari applicazioni con un notevole potenziale di mercato tra cui il laser a cascata quantica. Tale laser attualmente funziona per emissioni al di sopra di 3.8 μm
21.Laser a cascata quantica
146
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Con la definizione di accessori di ottimizzazione per lavorazioni di macchine si vuole intendere tutti quei dispositivi solitamente
rimovibili dalla macchina, impiegati per la conservazione degli utensili o parti di macchina. In tale categoria si vuole includere
anche i dispositivi di sicurezza appositamente combinati con le macchine utensili
Esempi di tali accessori sono di seguito elencati: dispositivi per refrigerare e lubrificare parti di macchina; dispositivi per
l’asportazione di truciolo, attrezzature che consentano di mantenere una temperatura costante in parti di macchina utensile,
dispositivi per prevenire od isolare le vibrazioni nelle parti più soggette della macchina
Applicazioni
Tali dispositivi/accessori vengono impiegati nell’ottimizzazione dell’utilizzo delle macchine utensili
Sviluppo
Il settore relativo agli accessori per macchine utensili è un settore ormai maturo. Nonostante ciò, l’interesse e la ricerca rivolta
al miglioramento significativo ed al raggiungimento di ottime prestazione è alto. La necessità è quella di rendere le lavorazioni
maggiormente flessibili, precise e ripetibili senza impattare sui costi di produzione e sulla qualità della lavorazione
22.Accessori ottimizzazione lavorazioni alle macchine
147
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Dall’analisi brevettuale è emerso come tale tecnologia abbia mostrato un dinamismo elevato negli anni 2007-2012
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica B Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione
Classe tecnologica B23, B25 Macchine utensili, manipolatori, utensili, attrezzi
Codici Specifici B23-Q; B25-F
Details, components, or accessories for machine tools, e.g. arrangements for copying or controlling (tools of the kind used in lathes or boring machines B23B27/00); machine tools in general characterized by the construction of particular details or components; Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine; Driving or feeding mechanisms
.
Brevetto Descrizione
Device and procedure for providing a fine mist of oil (2010)
L'invenzione si riferisce ad un apparecchio ed un metodo in grado di preparare una fine nebbia d’olio ed immetterla cosi nei condotti di lubrificazione di una macchina utensile a controllo numerico. Tale apparecchio include: pompe per convogliare l’olio, un tubo per aria compressa per convogliare l’aria, un generatore di miscela olio-aria in grado di combinare l’olio e l’aria in una fine nebbia d’olio (aerosol), un condotto che consente a tale miscela di entrare a contatto con l’utensile, un sensore di pressione che misura la pressione dell’aerosol nel serbatoio, un’unità di comando, un’unità di controllo sensibile alla pressione (in grado di arrestare la pompa quando una pressione prestabilita viene superata o scende sotto una specifica soglia)
Cutting device for work pieces
(2009)
L’invenzione consiste in un apparato di lavorazione di pezzi (materiale come legno, plastica o simili) in grado di migliorare l’efficienza della raccolta della polvere. Tale invenzione è in grado di superare i limiti dei dispositivi di
aspirazione noti quali la bassa efficienza di estrazione, l’elevato consumo di energia, l’elevata usura dello strumento, la riduzione dei tempi morti ed infine un elevato livello di inquinamento atmosferico
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dall’analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist non sono state identificate aziende target
Analisi dei Finanziamenti Europei
Non si identificano bandi finanzianti recentemente dall’Unione Europea fra i 72 bandi analizzati
22.Accessori ottimizzazione lavorazioni alle macchine
148
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Il sistema di saldatura laser remoto RLW (Remote Laser Welding) consiste in una nuova tecnologia di saldatura, in grado di
prevedere lo spostamento “a distanza” del fascio laser sul pezzo in lavorazione. Tale tecnologia è in grado di consentire
l’aumento della qualità del pezzo e la riduzione dei tempi di processo
La tecnologia di saldatura laser remoto RLW è cosi composta:
• un laser con alta qualità di raggio
• una testa di saldatura, in grado di eseguire deformazioni locali del fascio di laser nello spazio rapidamente, ad una distanza
relativamente grande
• un robot in grado di garantire il posizionamento globale della testa di saldatura (esecuzione di lavorazioni laser in 2D o 3D)
Il raggio laser viene deflesso mediante un meccanismo di specchi rotanti ed oscillanti. La movimentazione rapidissima di tali
specchi consente di indirizzare il fascio focalizzato sul punto di lavoro
Applicazioni
Il sistema di saldatura laser remoto RLW è utilizzato recentemente per molte applicazioni automobilistiche (tra cui sedute,
poltrone, porte, pilastri, pareti laterali). Altri di settore di utilizzo sono il settore aerospaziale e della produzione di energia
Sviluppo
La tecnologia di saldatura laser remota consente di ottenere una maggiore efficienza rispetto alla saldatura laser
convenzionale: 1) riduzione del tempo di ciclo; 2) possibilità di programmare saldature di svariate forme geometriche e figure
(ad esempio la forma di cerchio, onda sinusoidale, cerchio aperto, spirale); 3) riduzione del numero di dispositivi di fissaggio
(e di conseguenza, diminuzione del numero di stazioni)
23.Remote Laser Welding (RLW)
149
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
Dall’analisi brevettuale si identifica una medio-bassa intensità e dinamicità brevettuale
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica B Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione
Classe tecnologica B23 Macchine utensili
Codici Specifici B23-K26; Working by laser beam, e.g. welding, cutting, boring
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dai risultati dell'analisi si evince come non vi sia interesse da parte dei Venture Capitalist nell'investire capitale in tale classe
tecnologica (nessuna azienda è stata identificata)
Analisi dei Finanziamenti Europei
Si identifica 1 bando finanziato recentemente dall’Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati
Progetto Descrizione
RLW NAVIGATOR (01/2012-12/2014)
Il progetto consiste nella realizzazione di un innovativo navigatore per configurare, integrare, testare e validare le applicazioni di saldatura laser remota (RLW) per l’assemblaggio automobilistico. Il progetto, nel dettaglio, si focalizza nel superare i limiti attuali della tecnologia RLW: in primo luogo il controllo del gap che si viene a creare tra le parti da saldare; in secondo luogo la configurazione dell’architettura del sistema di assemblaggio per consentire al sistema RLW di eseguire tutte le operazioni di montaggio necessarie; infine sviluppare un metodo di valutazione ed apprendimento per migliorare le prestazioni generali date dal rapporto costo-efficienza del sistema RLW
23.Remote Laser Welding (RLW) 23.Remote Laser Welding (RLW)
150
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Il plasma a freddo, il cosiddetto “quarto stato della materia”, è un gas parzialmente o totalmente ionizzato a temperatura
ambiente (35°-40°), stato del gas in cui sono contemporaneamente presenti molecole neutre, ioni positivi ed elettroni liberi.
Inizialmente impiegato per fare trattamenti superficiali, tale tecnica oggigiorno ha trovato nuove applicazioni nell’industria
meccanica, bio-medicale ed elettronica
Un plasma a freddo si genera applicando una differenza di potenziale tra due elettrodi posti in un reattore contenente il gas.
Tale energia imposta comporta un’accelerazione delle particelle cariche e una ionizzazione delle particelle neutre. Si definisce
“freddo” poiché si fa riferimento ad un plasma a basso contenuto energetico (utilizzando scariche elettriche fredde)
Applicazioni
Si prevedono applicazioni nei seguenti settori:
• campo medicale (trattamento utilizzato come sterilizzante, cura per tumori ed infiammazioni batteriche)
• settore ottico (trattamento delle lenti)
• settore meccanico (incollaggio meccanico, in sostituzione ai sistemi di sgrassaggio e pulizia)
• packaging (trattamento di fogli di carta)
• arredamento (verniciatura)
Sviluppo
Il plasma a freddo riveste sempre maggiore interesse in quanto è una materia ecologica, poiché non viene fatto uso di solventi
e richiede una quantità minima di reattivi. Inoltre, essendo un trattamento a temperatura ambiente, è adatto a qualsiasi solido
(dal metallo alla plastica). Tale trattamento modifica solo la superficie dell’oggetto senza influire sulla sua struttura ed ha bassi
costi di produzione
24.Plasma a freddo
151
RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT
Analisi Brevettuale
L'intensità brevettuale della classe tecnologica Plasma a freddo risulta essere scarsa se paragonata alle ventiquattro tecnologie
prioritarie individuate, con un valore dell’Indicatore di Persistenza Brevettuale che si aggira intorno allo 0.13 (scala 0-1)
Tipologia classe Codice Descrizione
Macro Classe Tecnologica H Elettricità
Classe tecnologica H05 Altre tecniche elettriche
Codici Specifici H05-H1
Plasma techniques (Generating plasma, Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams, Direct voltage accelerators; Accelerators using single pulses) ;Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by plasma
Brevetto Descrizione
Combined treatment of
gaseous effluents by cold plasma and photocatalysis (2009)
L’invenzione riguarda un procedimento ed un dispositivo che consente il trattamento efficace di effluenti gassosi (ad esempio composti organici particolarmente volatili (VOC)) combinando la tecnologia del plasma freddo a tecniche di
fotocatalisi con radiazioni UV. Queste due tecnologie sono perfettamente complementari e compatibili: il plasma consente di distruggere i composti organici mentre generano ozono; la fotocatalisi, attivata dalla rilevazione delle radiazioni UV in presenza dell’ozono, porta ad una veloce mineralizzazione dei composti organici ed alla degradazione dell’ozono nel corso del processo
Procedure for processing thermally unstable material with cold plasma jet (2010)
L’invenzione si riferisce al procedimento per la lavorazione termica dei materiali instabili con getto di plasma freddo. Il trattamento al plasma può essere impiegato per l’idrofilizzazione, ovvero l’aumento dell’adesione dei polimeri, della carta e di altri materiali. Tale procedura consente la semplificazione del processo di lavorazione dei materiali e riduce i costi dovuti all'uso sbilanciato del getto di plasma generato a scarica di gas direttamente nel flusso d’aria
Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist
Dall’analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist non sono state identificate aziende target
Analisi dei Finanziamenti Europei
Nessun bando dei 72 progetti europei osservati si riferisce alla tecnologia Plasma a freddo
24.Plasma a freddo 24.Plasma a freddo
152
Abellan-Nebot J. and F.R. Subirón, ‘A review of machining monitoring systems based on artificial intelligence process models, International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2010) 47 237–257
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BIBLIOGRAFIA DI RIFERIMENTO
153
CISAlpino Institute for Comparative Studies in Europe (CCSE)
Il CCSE nasce dalla cooperazione dell’Università di Bergamo con l’Università di Augsburg
in Germania, con l’obiettivo di:
a. Condurre attività di ricerca applicata nell’ambito degli studi comparativi
b. Offrire un supporto diretto alla ricerca e favorire la mobilità di studenti e ricercatori;
c. Fornire indicazioni condivise di policy agli attori istituzionali attivi sui territori di
riferimento
d. Valorizzare l’eterogeneità disciplinare e culturale delle Università coinvolte
www.cisalpino.eu
Pro Universitate Bergomensi
Gli obiettivi strategici perseguiti dall’Associazione sono:
a. Garantire il sostegno a giovani ad alto potenziale
b. Favorire il collegamento dei giovani con il mondo del lavoro
c. Supportare l’internazionalizzazione dell’Ateneo
d. Sostenere la qualità della ricerca
L’Associazione che prevede come soci la Camera di Commercio di Bergamo, UBI Banca
Popolare di Bergamo, Cassa Rurale BCC di Treviglio, Confindustria Bergamo,
Associazione Artigiani Bergamo - Confartigianato, Ascom Bergamo, ANCE Bergamo
CCSE CCSE
154
Questo studio è stato promosso dall’Associazione ProUniversitate Bergomensi e dal CCSE (CISAlpino Institute for Comparative Studies in
Europe), iniziativa congiunta dell’Università di Bergamo e dell’Università di Augsburg.
Responsabile scientifico
Silvio Vismara, Università di Bergamo
Hanno collaborato allo studio:
Andrea Signori, Università di Bergamo
Sara Crotti, Università di Bergamo
Erik Lehmann, Università di Augsburg
Massimo Longhi, Confindustria Bergamo
Katrin Migliorati, Università di Bergamo
Tommaso Minola, Università di Bergamo
Sara Pavesi, Confindustria Bergamo
Mauro Sampellegrini, Confindustria Bergamo
per informazioni: [email protected]
www.cisalpino.eu
RIFERIMENTI DELLO STUDIO RIFERIMENTI DELLO STUDIO RIFERIMENTI DELLO STUDIO