uniCUSANO LAB - INGEGNERIA e ricerca
I.P. A CURA DELL’UNIVERSITà NICCOLò CUSANO e di SpoRTNETWORK
L’elettronica del futuro con la rivoluzione mems
L’Università Niccolò Cusano spiega il funzionamento dei dispositivi che presto consentiranno alla nanotecnologia di diventare realtà
U
n vero e proprio meccanismo costituito da masse, molle, sensori ed elettronica di condizionamento di dimensioni inferiori al centesimo di millimetro. Questo è un dispositivo MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems). Gli accelerometri e i giroscopi MEMS presenti negli smartphone e nelle centraline di controllo di stabilità di auto e moto sembrano all’apparenza “solo” classici chip integrati. In realtà sono veri e propri dispositivi elettromeccanici. In un accelerometro MEMS, ad esempio, una massa di silicio delle dimensioni di qualche micrometro, sospesa a delle molle, si sposta quando il veicolo è sottoposto a una accelerazione o si inclina. Contemporaneamente, un insieme di sensori misura l’intensità e la direzione dello spostamento della massa rispetto al case dell’accelerometro, proporzionale proprio all’accelerazione del MEMS stesso. Se accelerometri misurano quindi forze inerziali e forza di gravità, i giroscopi misurano velocità angolari; una scheda elettronica in grado di analizzare i dati di questi due tipi di sensori si chiama IMU (Inertial Measurement Unit), ovvero unità di misura inerziale. Una IMU è un componente essenziale per il sistema di controllo di stabilità in quanto costituisce un riferimento virtuale per misurare quanto il veicolo stia accelerando e/o ruotando rispetto al suolo stradale a prescindere dalla presenza di contatto delle ruote. Le IMU sono classificate a seconda di quante grandezze cinematiche sono in grado di misurare, indicate in genere mediante il termine “gradi di libertà”. Una IMU a sei gradi di libertà, ad esempio, rileva sia l’accelerazione che la velocità angolare in tutti e tre i piani dello spazio. Maggiore è il numero di grandezze rilevate, maggiore è l’intelligenza richiesta al sistema
di controllo per gestire in modo efficiente e sicuro la stabilità del veicolo, ovviamente. C’è da aggiungere poi che, rispetto alle quattro ruote, nel caso di una moto gli algoritmi sono decisamente più complessi perché la dinamica del veicolo e l’interazione moto/pilota sono un fattori nella maggior parte dei casi decisivi in situazioni di pericolo. La ricerca in questo campo è molto attiva, basti considerare che la Bosch ha presentato all’Eicma 2015 la decima generazione di sistema ABS per motocicli, il quale, con un peso totale di meno di 500 g, rispetto ai 4.5 kg della prima generazione dell’1988, è predisposto proprio per l’installazione di una IMU, per integrare al meglio l’ABS con il sistema di controllo della stabilità. a cura di Fabrizio Patanè, Prof. Ass. di Ingegneria Meccanica Università Niccolò Cusano