Il rilevamento skin-like consente il monitoraggio strutturale delle infrastrutture dei trasporti
Nonostante si presuma che il monitoraggio dell’integrità strutturale (SHM) debba svolgere un ruolo sempre più importante nelle infrastrutture dei trasporti, le tecniche attuali continuano a fare affidamento sul rilevamento puntuale e non spaziale. Questa tecnica richiede una fitta rete di sensori puntiformi, con un conseguente notevole aumento dei costi di monitoraggio. Le spese non sono l’unico inconveniente: i sensori di deformazione attuali non possono misurare deformazioni superiori all’1 % - 2 % e non sono quindi in grado di fornire un allarme in caso di catastrofe imminente. Il progetto SENSKIN ha adottato un approccio innovativo per superare questi problemi. Ha sviluppato un sensore di deformazione dielettrico-elastomero facile da installare e a basso costo, in grado di trasmettere le misurazioni in modalità wireless e a basso consumo energetico. «Il sensore in sé è passivo, ma il nodo è alimentato da un pannello fotovoltaico che carica una batteria 18650 agli ioni di litio da 3 000 mAh», spiega il dott. Angelos Amditis, direttore di ricerca dell’ICCS e coordinatore di SENSKIN. I sensori che ne derivano non solo sono più economici, ma sono anche in grado di rilevare una serie di deformazioni, da molto piccole a molto grandi. Poiché la comunicazione tra sensore e concentratore avviene in modalità wireless, l’installazione è molto più semplice e rapida. Il silicio in sé è anche un materiale meno costoso da utilizzare nella produzione dei sensori.
Rete tollerante al ritardo
Il loro approccio utilizza un’architettura di rete tollerante al ritardo, o DTN (Delay-Tolerant Networking), con l’idea generale di avere le misurazioni disponibili in qualsiasi momento, a prescindere dalle condizioni. La DTN consente di effettuare una memorizzazione transitoria delle misurazioni in caso di perdita di connettività, rendendole disponibili quando la connessione viene ristabilita. Il modello di trasmissione dati asincrono e «store-and-forward» della DTN affronta i problemi di interruzioni e mancanza di infrastrutture, in quanto l’architettura supporta lo sviluppo di approcci sofisticati al routing. Il sistema può utilizzare nodi intermedi per cercare di instradare le misurazioni dei sensori nel caso in cui un nodo non abbia una connettività diretta con il gateway. «Se un evento estremo dovesse scatenare un’emergenza, il risultato sarebbe preservato attraverso (i cosiddetti) “panic communication protocols” e inoltrato alla stazione di elaborazione senza perdita di disponibilità o precisione», spiega il dott. Amditis. Il team ha inoltre sviluppato un sistema di supporto alle decisioni per favorire un intervento strutturale proattivo, su condizione, in presenza di carichi operativi e dopo eventi estremi. «Le misurazioni dei sensori indicano lo stato dell’infrastruttura (per esempio, un ponte) con codifica a colori: blu per OK, giallo per danni, rosso per criticità. Inoltre, i moduli del costo del ciclo di vita e di analisi del ciclo vitale forniscono suggerimenti per la manutenzione e la previsione dei costi di manutenzione negli anni a venire», aggiunge il dott. Amditis. I partner di SENSKIN hanno collaudato il sistema. Il primo test è stato condotto sul Ponte sul Bosforo a Istanbul, dove sono stati collaudati gli aspetti relativi alle telecomunicazioni e all’integrazione del sistema. Il secondo e principale test si è svolto da settembre 2018 a maggio 2019 sul ponte G4 a Krystalopigi in Grecia. «Abbiamo apportato determinati miglioramenti significativi eseguendo numerosi test sul sensore e sulle telecomunicazioni, che hanno funzionato bene. Il sensore mostra alcuni punti deboli nella misurazione di deformazioni molto basse, ma d’altra parte può misurare deformazioni estremamente grandi rispetto ai sensori convenzionali», ha dichiarato il dott. Amditis. Si tratta di un progetto complesso che comporta un approccio innovativo all’applicazione delle tecnologie esistenti. «Quello di cui sono personalmente più orgoglioso è il modo in cui questo consorzio si è riunito ogni volta che ci sono stati ostacoli apparentemente insuperabili, ha raddoppiato l’impegno e ha fornito soluzioni per portare avanti la ricerca e raggiungere un risultato positivo», ha concluso il dott. Amditis.
Parole chiave
Monitoraggio strutturale, sensori skin-like, infrastruttura, sistema di supporto alle decisioni, rete tollerante al ritardo
