Le soluzioni di sensori tradizionali sono ingombranti. Contengono sostanze dannose per l’ambiente, come il piombo o le terre rare, richiedono una manutenzione costosa e spesso causano rifiuti pericolosi a causa delle batterie. I nuovi sensori si basano sul nitruro di alluminio senza piombo e utilizzano speciali metamateriali prodotti con la stampa 3D. Questi metamateriali focalizzati raggruppano l’energia delle vibrazioni, come le vibrazioni del traffico ferroviario o stradale, esattamente dove è necessario sul sensore (“cattura arcobaleno”). Questo massimizza l’efficienza con cui l’energia delle vibrazioni viene convertita in elettricità per il sensore
Il risultato è un prototipo di appena 300 micrometri di lunghezza, cioè più piccolo di un veicolo a cinque ruote, che ottiene la sua energia direttamente dall’ambiente, funziona completamente senza batteria e trasmette i dati in modalità wireless in tempo reale.
Dai ponti alle stazioni 6G
Le applicazioni potenziali sono diverse. Nel monitoraggio strutturale, i sensori consentono un monitoraggio continuo e senza manutenzione di ponti, gallerie e grattacieli, soprattutto in luoghi che prima erano difficili da raggiungere. Forniscono dati continui sulla fatica dei materiali, sulle vibrazioni o su eventuali danni e offrono la possibilità di dotare le infrastrutture critiche di sistemi di allarme rapido. Ad esempio, per rilevare i movimenti sismici o i danni al terreno.
Un altro campo si sta aprendo con la tecnologia 6G. I microsensori ad alta frequenza ed energia autonoma consentiranno una rete di sensori molto densa, essenziale per la prossima generazione di comunicazione digitale. La nuova tecnologia diventerà un elemento chiave per le vere smart city.
Sostenibilità, etica e valore aggiunto normativo
L’eliminazione del piombo e delle terre rare non solo protegge l’ambiente. L’innovazione è vantaggiosa anche dal punto di vista normativo, in quanto non è richiesto uno smaltimento speciale e le catene di fornitura globali diventano più indipendenti. L’uso di materiali liberamente disponibili aumenta anche la fattibilità economica e la scalabilità di queste soluzioni.
Partnership interdisciplinare e panorama dei finanziamenti
La tecnologia è il risultato di un importante sforzo di ricerca collettiva. Dalla modellazione matematica presso l’Imperial College, alla ricerca sui materiali a Zurigo e Milano, fino all’implementazione industriale da parte dei partner del progetto Multiwave e STMicroelectronics. Il progetto è stato finanziato dal programma Horizon 2020 dell’Unione Europea e dall’EIC Pathfinder, che colmano in modo specifico il divario tra la ricerca di base e le applicazioni concrete, portando la tecnologia dei sensori sostenibili su microscala dove è più urgentemente necessaria: sugli edifici, nelle aree remote e nella tecnologia di rete del futuro. La combinazione di autosufficienza energetica, selezione di materiali robusti e digitalizzazione integrata è esemplare per un settore edile e infrastrutturale che combina trasformazione ecologica e innovazione tecnica. Il progetto fornisce quindi un kit di costruzione per un Internet delle cose che lavora con l’ambiente invece che contro di esso. Pionieristico e immediatamente applicabile nella pratica
