Robotica e sensori Smart per un monitoraggio industriale efficiente

La robotica, grazie alle potenzialità offerte dall’Intelligenza Artificiale, è ormai una delle principali tecnologie abilitanti dell’Industria 4.0. I robot sono oggi in grado di interagire e interconnettersi con l’ambiente che li circonda, attraverso i cosiddetti sensori intelligenti grazie ai quali è possibile acquisire, analizzare e aggregare dati, trasformandoli in informazioni utili per eseguire attività di monitoraggio, simulazione, diagnostica e manutenzione predittiva.

Leggi anche: "Sentinel per il telecontrollo e il monitoraggio industriale 4.0" per saperne di più sulle nuove applicazioni per il monitoraggio industriale. 

E proprio nell’ambito del monitoraggio industriale - sia esso in ambiente outdoor che indoor - lo sviluppo di tecnologie precise per l’individuazione tempestiva di malfunzionamenti e guasti, rappresenta un settore imprescindibile, specialmente in termini di prevenzione ed efficientamento produttivo.

I nostri sistemi per il monitoraggio 

Sigma Ingegneria ha sviluppato diversi sistemi associati a strumenti software per il monitoraggio, sia esso ambientale, come nell'agricoltura di precisione, o industriale, come nel caso del progetto SENTINEL. Questi sistemi si basano sul concetto innovativo di “piattaforma robotica integrata”, sono funzionalmente “Green Oriented” e sono in grado di operare in modo autonomo in una vasta gamma di ambienti. Ne presentiamo nel dettaglio tre tipologie: 

Robot su binario

Questa tipologia di robot è stata sviluppata nell’ambito del progetto SENTINEL | Progetti di Ricerca Industriale e Sviluppo Sperimentale (bando n.3 del 2020), cofinanziato da ARTES 4.0. Tali robot, equipaggiati con sensoristica avanzata e dotati di intelligenza artificiale a bordo, permettono un monitoraggio in real-time.  La sua struttura è modulare, può essere costituita perciò da uno o più carrelli (a seconda delle necessità), che gestiscono autonomamente la loro ricarica, grazie a delle stazioni distribuite lungo il binario; la sua modularità e versatilità rende questo sistema adatto al monitoraggio continuo (24/7) di aree anche molto vaste, adattandosi ai vari ambienti.

Il sistema è dotato di un avanzato pacchetto software dedicato al monitoraggio automatizzato per l’identificazione tempestiva di possibili anomalie del sito sorvegliato, grazie anche a:

• Una Dashboard user-friendly per il monitoraggio real-time;

• Una App multi-device per la visualizzazione dello stato del robot e degli allarmi;

• Storicizzazione dei dati registrati per attività di data-analysis;

• Interconnessione e integrazione automatizzata;

• Algoritmi di AI dedicati al riconoscimento di custom feature. 

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Droni aerei

Sigma ingegneria ha sviluppato varie tipologie di droni aerei multirotore, differenti tra loro per dimensione e capacità di carico utile trasportabile (telecamere, termocamere, lidar, radar ecc.).

Ogni drone può essere infatti dotato di sensoristica avanzata dedicata alla raccolta dati e al monitoraggio real-time. Queste piattaforme sono particolarmente adatte per attività di sorveglianza di aree inaccessibili o molto vaste e la variabilità di sensoristica, integrabile a bordo,  le rende utilizzabili in molti contesti.

• Helyx-Zero è un drone nato per applicazioni FPV (First Person View), racing e freestyle e poi specializzato per attività di monitoraggio. Esso esplora l’implementazione della tecnica di Generative Design e di tecnologie di produzione additiva, stampa 3D. Il progetto, grazie alla collaborazione con Autodesk e HP, è stato esposto alla fiera di manifattura additiva, “Form Next” 2018, a Francoforte come special guest dei rispettivi stand.

• Helyx-One, evoluzione di Helyx-Zero, è un quadricottero il cui telaio è interamente realizzato per sinterizzazione 3D di materiale plastico. La struttura è progettata con tecniche di design generativo, determinando una forma unica, robusta ed efficiente dal punto di vista strutturale e aerodinamico. Capace di trasportare payload fino a 2 kg, Helyx-One è adatto a numerosi scenari applicativi, dall’agricoltura di precisione al monitoraggio industriale.

• Horus è un 8 motori in configurazione push/pull con la struttura realizzata in materiali leggeri, fibra di carbonio e sinterizzazione 3D di materiale plastico. Le sue parti prendono forma grazie ad un processo iterativo di ottimizzazione topologica e analisi aerodinamica e strutturale; Horus dispone di braccetti e carrello di atterraggio ripiegabili, mediante un collegamento robusto, per facilitare il trasporto. Il progetto nasce dall’esigenza di avere una piattaforma aerea capace di trasportare payload fino a 10 kg, coniugando alte performance di volo e innovazione nelle tecnologie di realizzazione.

Rover terrestre

Questo tipo di robot è stato sviluppato nell’ambito del progetto regionale BMI FOCUS (Brain Machine Interface in space manned missions: amplifying FOCUSed attention for error counterbalancing). Oltre a costituire una piattaforma mobile utile nel trasporto di materiale e/o strumentazione specifica, è un robot in grado di operare in un'ottica di monitoraggio indoor/outdoor. Grazie alla variabilità della sensoristica di cui può essere equipaggiato, permette di tenere sotto controllo molti parametri dell’ambiente in cui esso si trova ad operare.

Il rover è dotato di sensoristica di sicurezza, con gestione tramite safety controller, per evitare la collisione con persone o altri veicoli. Tutto il sistema è equipaggiato con un sistema proprietario di guida autonoma (ADS) e può essere pilotato manualmente in remoto con una Ground Control Station (GCS), sfruttando anche un ambiente di visione con casco di realtà aumentata, per una operatività completamente immersiva. Le sue quattro ruote motrici, sterzanti ed indipendenti permettono ogni tipo di manovra, anche su terreni accidentati, mentre il suo telaio è ottimizzato per ospitare diverse tipologie di payload personalizzabile con sensoristica specifica, fino a raggiungere un carico utile attivo intorno ai 150 kg.

Il monitoraggio efficiente

Le informazioni acquisite da questi tre differenti sistemi, oltre ad essere subito disponibili, se necessario, possono essere storicizzate per le successive analisi statistiche su cui basare anche una importante attività di prevenzione.  Nell’ambito del monitoraggio industriale, ma anche in altre applicazioni, gli operatori addetti alla supervisione, sia in condizioni normali che in caso di malfunzionamenti o incidenti, hanno a disposizione una app, e quindi una  dashboard di controllo, sulla quale è possibile visualizzare lo streaming video delle varie piattaforme con la sovrapposizione dei principali dati di telemetria.

Inoltre tutte e tre le tipologie di sistemi sono utilizzabili come prodotti stand-alone, capaci di compiere le proprie funzioni in modo indipendente, ma possono rappresentare parti di un sistema più complesso, cooperante e integrato. 

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Use cases: dal monitoraggio industriale all’agricoltura precisione 

Tre sono gli esempi concreti in cui i nostri sistemi trovano applicazione, spesso nell’ambito di progetti di Ricerca e Sviluppo, sia nella modalità integrata (più sistemi insieme) o stand-alone. 

1. Il Monitoraggio industriale presso Altair Saline di Volterra

Il Sistema SENTINEL nasce dall’esigenza dell’azienda Altair Chimica di Saline di Volterra, di sviluppare una tecnologia di monitoraggio estremamente precisa per l’individuazione tempestiva di eventuali fughe di cloro e acido cloridrico. 

Nell’impianto industriale Altair, un robot su binario è stato utilizzato per monitorare il perimetro dell’azienda al fine di salvaguardare la popolazione del vicino centro abitato in caso di problemi all’impianto. Entrambi i sistemi sono dotati di sensoristica intelligente, con alcune particolari funzioni: 

• Sistema per il rilevamento della qualità dell’aria;

• Rilevamento automatico del superamento di soglie predefinite; 

• Dashboard interattiva per la visualizzazione dello stato del sistema;

• Sistema di notifiche via e-mail per lo stato di funzionamento dei robot e le misure effettuate dai sensori di bordo; 

La scelta dei sensori del sistema SENTINEL gioca un ruolo fondamentale nel garantire un elevato livello di automazione e un’alta affidabilità nello svolgimento delle operazioni di monitoraggio. Ad essi sono infatti associati algoritmi di intelligenza artificiale capaci di utilizzare i dati rilevati e restituire, come output all’utente, informazioni già integrate ed elaborate.

Leggi anche: "Sentinel per il telecontrollo e il monitoraggio industriale 4.0" per approfondire il tema e i benefici di questi sensori.

2. Il monitoraggio marino per il progetto M.A.R.T.A. 

Il progetto M.A.R.T.A. nasce dalla necessità di sviluppare un sistema di monitoraggio innovativo in ambiente marino: lo Smart Drifter Cluster (SDC), un cluster di nuovi eco-drifter (galleggianti) intercomunicanti in modo adattivo e intelligente, ed un sistema di previsione e monitoraggio della dinamica del cluster di drifter. 

Tra gli obiettivi del progetto il rilevamento in mare di microplastiche, lo studio e l’analisi delle correnti marine superficiali oltre che il monitoraggio e la mappatura real-time di sversamenti e concentrazioni di idrocarburi e altri inquinanti organici ed inorganici. Proprio in base alle esigenze, è stato sviluppato un sensore in grado di rilevare microplastiche, il quale sarà equipaggiato sugli Smart Drifter, che saranno a loro volta affiancati da un drone marino autonomo, in grado di intercettare il segnale radio trasmesso dal cluster e inviarlo su rete wireless o satellitare. 

Il drone avrà a bordo gli stessi sensori dei drifter in modo da costituire una piattaforma multi-strumentale e multi-funzionale. Robustezza, dimensioni compatte e bassi costi sono i vincoli non negoziabili che hanno guidato la realizzazione di questo innovativo progetto, le cui prospettive di utilizzo sia scientifico che commerciale sono di notevolissima portata.

3. L’agricoltura di Precisione per Viticoltura Digitale in Toscana

Il progetto DIGIVIT nasce invece in un contesto dove l’utilizzo dei droni nell’ambito dell’agricoltura di precisione per lo svolgimento delle attività di monitoraggio e per la gestione sito specifica in vigneto, è in crescita costante, anche grazie all’alta flessibilità di impiego, a costi operativi ridotti e ad una elevatissima risoluzione spaziale. 

I droni impiegati in questo tipo di attività, tra gli altri anche i nostri Helyx-Zero e Helyx-One, e la sensoristica di cui sono equipaggiati permettono l’ottenimento di mappe di vigore dei singoli appezzamenti di terreno, strumenti già proposti e conosciuti dai viticoltori. 

Per entrambi i prototipi, l’elevata semplicità di utilizzo è garantita da sensori d’avanguardia per la gestione autonoma del volo e l’acquisizione delle immagini. Inoltre un software dedicato consente di estrapolare i dati produttivi (resa e maturità) in modo automatico.