Nuove catene di strumenti personalizzabili rendono ecologici i sistemi ciberfisici
I sistemi ciberfisici (CPS, cyber-physical system) sono infrastrutture chiave per la nostra società moderna. Ovunque intorno a noi i computer, le macchine e gli esseri umani collaborano impiegando sistemi di elaborazione e reti integrati (detti «embedded»). Praticamente tutto nella società moderna è controllato dal calcolo integrato, dai minuscoli pacemaker alle automobili più recenti, dotate di centinaia di milioni di righe di codice, e dai magazzini automatizzati a quasi tutti i dispositivi abilitati per l’Internet delle cose (IoT). Basandosi sulla forte posizione di mercato nei settori dell’elettronica, dei microsistemi e dei sistemi embedded, il futuro dei CPS è un elemento fondamentale negli sforzi volti a realizzare un’economia sostenibile. Altrettanto importante è garantire che questi sistemi siano conformi ai requisiti per un consumo energetico prossimo allo zero. Lavorando in questa direzione, il progetto oCPS, finanziato dall’UE, ha sviluppato un programma di formazione multidisciplinare che abbraccia diversi campi, quali quelli relativi a informatica, elettricità, meccanica, ingegneria dell’automazione e ingegneria del software.
Ridurre il consumo energetico
«Una sfida è rappresentata dall’obiettivo di rendere i CPS efficienti dal punto di vista energetico», osserva Dip Goswami, ricercatore del progetto oCPS. «Come dichiarato nelle priorità stabilite nel Green Deal della Commissione europea, rendere l’Europa il primo continente a impatto energetico zero entro il 2050 è un compito di importanza cruciale per ridurre gli effetti dei cambiamenti climatici sulla natura, sui cittadini e sulle imprese. Sviluppando tecniche per migliorare l’efficienza energetica dei sistemi, oCPS ha contribuito al raggiungimento di questo scopo. Inoltre, i sistemi embedded devono essere sicuri ed efficienti sotto il profilo dei costi per riuscire a ricevere un’accettazione più ampia da parte della società». Ad esempio, l’efficienza energetica di un telefono cellulare dipende dalla sua batteria e dalle app in esecuzione, nonché dall’architettura del calcolo integrato. Il progetto oCPS ha sviluppato metodi di progettazione basati su modelli per occuparsi di questi diversi livelli di elementi. «Una fotocamera portatile, per esempio, non ha necessariamente bisogno di immagini ad alta risoluzione per numerose applicazioni comuni, come quella del riconoscimento facciale», spiega Goswami. «Un’immagine più approssimativa può bastare in questi casi, consentendo di risparmiare più dell’80 % del consumo energetico». Il progetto ha sviluppato catene di strumenti personalizzabili costituite da soluzioni di strumentazione per i diversi livelli rilevanti nelle sfere dell’hardware, del software e della fisica. Ad esempio, una soluzione di convogliamento dei camion può essere testata in un ambiente di strumentazione integrata in grado di modellare l’andamento del traffico, la comunicazione tra i veicoli e gli algoritmi di controllo in modo accurato. Integrando i metodi di progettazione sviluppati in sei catene di strumenti personalizzabili rivolte a settori di diversa tipologia (come i veicoli autonomi, il convogliamento, l’immaginografia, i sistemi multiagente e l’assistenza sanitaria), il progetto ha dimostrato di apportare miglioramenti in termini di efficienza energetica, costi e sicurezza. «Per esempio, abbiamo registrato un miglioramento del consumo energetico superiore all’80 % per le applicazioni basate sulla visione nelle automobili», osserva Goswami. «Analogamente, la nostra soluzione di convogliamento ha consentito di realizzare un risparmio di carburante pari al 7 %, una percentuale notevole se si tiene presente il numero di camion che circolano sulle nostre strade».
Lavorare a livello interdisciplinare
Secondo Goswami, sebbene lavorare a livello interdisciplinare sia stato impegnativo, ha originato risultati interessanti. Il progetto, intrapreso con il sostegno del programma Marie Skłodowska-Curie, è stato in grado di forgiare collaborazioni tra esperti e ricercatori dotati di diverse competenze attraverso casi d’uso industriali emersi nel quadro di diversi distaccamenti, riunioni su tutta la rete e sessioni di discussione ordinarie, il che ha portato a metodi multidisciplinari e catene di strumenti personalizzabili. «Prevediamo che i metodi sviluppati verranno ulteriormente integrati in traiettorie di progettazione industriale», afferma Goswami. «Naturalmente, ciò richiede un passo in avanti verso un maggior livello di maturità. Inoltre, i metodi implicano un cambiamento di paradigma che deve essere incorporato nei nostri percorsi di istruzione, nei corsi didattici e nei progetti studenteschi».
Parole chiave
oCPS, catene di strumenti, computer, sistemi ciberfisici, CPS, sistemi per il calcolo integrato, efficienza energetica, Green Deal
