Sensori per IOT e Sviluppo Sostenibile
Referente: Coppedè Nicola
Clima, Energia e Mobilità

Sensori magnetici per settore automotive

 

 


Sensori di gas per la rilevazione dell'inquinamento

La moderna industrializzazione e l’attuale urbanizzazione stanno rendendo sempre più grave il problema dell’inquinamento atmosferico. La qualità dell’aria è molto importante per la salute umana, poiché da questa possono dipendere una serie di gravi problemi respiratori e di salute.
Purtroppo le centraline che rilevano la qualità dell’aria sono ingombranti e molto costose, e quindi danno un’informazione molto parziale, solitamente in punti di grande traffico automobilistico.
Queste non sono però condizioni che rispecchiano l’ambiente in cui l’essere umano si muove. I cittadini vivono infatti gran parte del tempo in ufficio, in casa ed in altri ambienti sia chiusi (supermercati, centri commerciali, musei, cinema…) che aperti (parchi, piste ciclabili, orti…). È perciò importante monitorare la qualità dell’aria respirata in tutti questi contesti, in modo da poter migliorarla e minimizzare gli effetti degli inquinanti sulla salute e di riflesso sul sistema sanitario.
Un monitoraggio frequente ed esteso necessità però di strumentazioni molto più piccole ed economiche delle centraline attualmente in uso, dispositivi che possano essere integrati nei vari ambienti e possibilmente messi in rete in modo da fornire un’informazione contestualizzata.

gas sensors for pollution 1
gas sensors for pollution 2
gas sensors for pollution 3

Un candidato ideale a questo utilizzo sono i sensori resistivi (o "chemoresistori") a base di ossidi metallici nanostrutturati, la cui fabbricazione è relativamente semplice ed economica, e le cui dimensioni ne permettono l’integrazione a dimensioni simili a quelle di uno smartphone.

Purtroppo questo tipo di sensori è talvolta fin troppo sensibile e percepisce la maggior parte dei gas legati all'inquinamento, ma senza essere in grado di discriminare direttamente i singoli gas differenti. Per questo motivo l’approccio innovativo che abbiamo sviluppato negli ultimi anni prevede l’utilizzo di alcuni di questi sensori integrati in un piccolo chip (delle dimensioni di pochi decimi di millimetro) sottoposto ad un gradiente termico. Le risposte dei vari sensori vengono combinate ed analizzate con tecniche di machine learning, rendendo il sistema capace non solo di individuare il gas presente, ma anche la sua concentrazione.

 


Integrazione con l'approvvigionamento energetico

L'integrazione delle energie rinnovabili nella vita quotidiana e l'ottimizzazione dell'uso dell'energia sono fattori chiave per lo sviluppo sostenibile e la mitigazione dei cambiamenti climatici. In particolare, l’integrazione dell’energia rinnovabile diventa strategica nell’ambito della sensoristica messa al servizio delle smart cities.  
Nella smart city del futuro la necessità maggiore è far dialogare continuamente oggetti, infrastrutture e cittadini, e la soluzione migliore per ottenere questo sono le applicazioni di Internet of Things (IoT). L’internet delle cose, con la propria connettività onnipresente e la capacità di raccogliere, trasmettere ed elaborare grandi moli di dati da sistemi sensoristici diffusi a basso consumo di elettricità, consente di prendere decisioni che permettano di migliorare tanti aspetti legati alle città, come la qualità dell’aria, lo stato del traffico veicolare, l’illuminazione, la manutenzione, etc.

Negli ultimi anni le tecnologie outdoor di sensoristica IoT necessitano sempre di più di soluzioni mobili, che possano essere facilmente spostate e adattate continuamente al territorio urbano, indipendenti dalla infrastruttura sulla quale vengono temporaneamente installate. Ne sono un esempio le centraline meteo portatili, i sensori per il monitoraggio della salute del verde urbano o i sistemi di connettività mobile con tecnologia 5G. In questi sistemi, l’autosufficienza energetica diventa una prerogativa essenziale per il loro funzionamento e diventa basilare anche per quei sistemi IoT distribuiti che sono installati su infrastrutture che non hanno facile accesso alla rete elettrica, come ad esempio le postazioni dislocate per il bike sharing o i sistemi di videosorveglianza. In tutti questi casi le tecnologie “green” per la generazione di energia sono ottimali per alimentare i sistemi IoT in modalità “stand alone”.

La ricerca dell’AdR nell’ambito dell’energia si basa sul trovare soluzioni specifiche per alimentare i differenti sistemi di sensori realizzati in Istituto.  Tra queste soluzioni, quella più compatibile con i sistemi IoT outdoor si basa sulla tecnologia del Fotovoltaico (PV).