Smart City

L’Agenzia Europea dei brevetti ha da poco pubblicato un report che fa il punto sui trend di innovazione nel riciclo delle batterie, un settore in fortissima crescita date le prospettive di volumi sempre crescenti di batterie al litio che giungeranno a fine vita. Se per anni si è invocato l’avvento di filiere del riciclo, oggi i volumi di batterie esauste hanno raggiunto una massa critica sufficiente a giustificare i primi impianti di riciclo su grande scala; ma soprattutto, ci si prepara a quanto ci attende nei prossimi anni. A dimostrarlo c’è l’enorme crescita dei brevetti che coprono le varie fasi del riciclo, cresciuti del 43% in un anno. E se la Cina domina anche questa classifica, all’Europa è riconducibile il 20% delle famiglie dei brevetti del settore, concentrati soprattutto sulla raccolta delle batterie usate e sulla trasformazione chimica volta al recupero delle materie prime. Ne parliamo con Roberta Romano-Götsch, Chief sustainability officer dell'EPO.

Tra gli obiettivi dell’Europa c’è anche quello di riportare fino al 20% del traffico merci dalla strada all’acqua, e tra le dorsali strategiche individuate dall’UE c’è anche il Po e i suoi principali affluenti, vie d’acqua molto meno usate che in passato. Una mano ad aumentare la navigazione potrebbe oggi venire dalla tecnologia, che renderebbe disponibili informazioni tempestive come le condizioni in tempo reale del fondale, che nei fiumi cambiano molto rapidamente, soprattutto in presenza di fenomeni estremi. Da qui il lavoro fatto dall’ENEA nell’ambito del progetto europeo CRISTAL, con cui ha sviluppato un sistema basato su sensori in fibra ottica e tecnologie di intelligenza artificiale che permettono di fare previsioni sulla navigabilità fino a 10 giorni. Ne parliamo con Sonia Giovinazzi, ricercatrice del Laboratorio Infrastrutture critiche del Dipartimento Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili (TERIN).

Torniamo questa sera a occuparci, come facciamo periodicamente, di autotrasporti pesanti, settore chiave per la logistica e uno di quelli in maggiore difficoltà nel processo di transizione energetica, dato che l’elettrificazione, che pure sembra una strada segnata per quanto concerne gli autoveicoli, non riesce invece a offrire risposte altrettanto convincenti. Ci chiediamo: c’è ancora spazio per fare innovazione nel settore dei trasporti pesanti a combustione interna? Come vedremo c’è, ma non è molto. Ci sono ancora margini per migliorare il rendimento dei motori, adottando miscele come quelle di diesel e metano. C’è la motorizzazione ibrida, che tuttavia non sembra riscuotere grande successo. E ci sarebbe da lavorare sui motori multi carburante, che permetterebbero di integrare il diesel con vari biocarburanti, sebbene sia una strategia di decarbonizzazione che l’UE non riconosce. Ne parliamo con Federico Millo, professore di Motore a combustione interna al Politecnico di Torino.

In questa puntata parliamo di REG4IA, il progetto nazionale coordinato dal Dipartimento per la Trasformazione Digitale che coinvolge tutte le regioni e le province autonome nello sviluppo dell’Intelligenza Artificiale applicata ai servizi pubblici. Attraverso quattro hub interregionali guidati da Liguria, Lombardia, Toscana e Puglia, il progetto punta a integrare soluzioni AI nei diversi ecosistemi territoriali, valorizzando sia esigenze comuni sia specificità locali. La scorsa settimana, all'evento nazionale "Research to Innovate" a Bologna, Silvia Bandelloni ha intervistato Gianluca Vannuccini - Direttore Sistemi Informativi, infrastrutture tecnologiche e innovazione di Regione Toscana - per affrontare i temi della condivisione delle competenze e delle infrastrutture tra regioni, della creazione di hub di conoscenza condivisa e della necessità di costruire una pubblica amministrazione capace di utilizzare l’AI in modo consapevole, sostenibile e replicabile, senza dipendere passivamente dalle tecnologie private.

Una delle tecno-fobie più diffuse è la paura dei robot: robot che prendono il nostro posto di lavoro, robot che si ribellano. Eppure non si vedono robot maggiordomi, né robot che svolgono quei compiti che nessuno vorrebbe svolgere. Il fatto è che ancora i robot non sono pronti a stare in mezzo a noi: non ci capiscono abbastanza e perciò non sono abbastanza sicuri. Di intesa tra robot e umani si intendono però all’IIT, dove da anni studiano protesi robotiche, oggetti concettualmente non diversi da robot indossabili. E ora stanno pensando a come riversare quello che hanno imparato nella robotica collaborativa, sia domestica sia industriale. Ne abbiamo parlato a "Research to Innovate" a Bologna con Antonio Bicchi , professore di Robotica all’Università di Pisa e Senior Scientist dell’Istituto Italiano di tecnologia.

Distruggere un tumore all’interno dell’organismo, senza chirurgia e senza radiazioni. E’ l’obiettivo di Soundsafe Care, start-up pisana che ha messo a punto una tecnologia in grado di focalizzare un fascio di ultrasuoni in un punto preciso all’interno del corpo, non più grande di un chicco di riso. Un’alternativa ad altri approcci, come la radioterapia, che distruggono sì i tumori ma a prezzo di effetti collaterali molto pesanti per il paziente. Il segreto di Soundsafe è nella guida ultra precisa dello strumento che emette gli ultrasuoni, resa possibile sono da una combinazione di robotica e analisi di immagini in tempo reale, che permettono di compensare anche i movimenti del paziente come il respiro. Ne parliamo con Andrea Mariani, CEO e co-fondatore Soundsafe Care, intervistato in occasione dell'evento nazionale "Research to Innovate" a Bologna.

Molti processi industriali si avvalgono di calore o soluzioni caustiche per i loro bisogni. Molti altri si avvalgono della capacità dei microorganismi di rielaborare la materia: pensate ai depuratori piuttosto che alla produzione di alcol o biocarburanti. Non è difficile immaginare quanto sarebbe utile, potenzialmente, unire le due cose. Per riuscirci possiamo imparare dagli estremofili, discendenti dei più antichi organismi che hanno abitato la Terra. Questi microorganismi si sono infatti sviluppati in modo da sopravvivere in condizioni proibitive, per esempio a diretto contatto con i camini idrotermali da cui esce un flusso costante di acqua bollente e corrosiva. Condizioni in cui gli altri microorganismi (e anche noi macro) verrebbero distrutti insieme ai preziosi enzimi al loro interno, che sono i protagonisti di abilità come produrre biometano o digerire cellulosa e lignina. Ce ne parla Andrea Strazzulli, professore al Dipartimento di Biologia della Federico II di Napoli.

È possibile programmare la normale plastica affinché si decomponga in giorni, piuttosto che in mesi o in anni? Una sorta di obsolescenza programmata, imposta artificialmente, per evitare che un rifiuto in plastica finito nell’ambiente ci resti indefinitamente. L’idea è venuta a un gruppo di ricercatori della State University del New Jersey, che non soddisfatti dei progressi fatti dalle bioplastiche, si sono chiesti se fosse possibile introdurre nei polimeri delle plastiche tradizionali una sorta di “bomba a orologeria”, che le rendesse degradabili in tempi molto più rapidi ed, entro certi limiti, programmabili. Per riuscirci, i ricercatori hanno preso ispirazione da polimeri naturali, quali il DNA e l’RNA, che contengono dei precisi “punti di fragilità” da cui questi iniziano a frammentarsi. "Punti di fragilità" che gli studiosi hanno poi tentato di introdurre nelle plastiche di tutti i giorni, sebbene rimangano parecchi dubbi e aspetti da chiarire. Ce lo spiega Andrea Sorrentino, Dirigente ricerca CNR istituto per i Polimeri Compositi e i Biopolimeri.

Il nucleare conviene o non conviene? Non esiste una sola risposta. Nel mondo il costo della tecnologia varia da meno di 3.000 a più di 10.000 € per KW di potenza. I tempi di costruzione da 5 a 10 o 20 anni; e poi ci sono il costo del denaro, la concorrenza di altre fonti e molti altri fattori che fanno la differenza. Dalla scorsa puntata parliamo di uno studio del Politecnico di Milano e dell’Università dell’Insubria che ha analizzato 120 scenari che tengono conto di varie combinazioni di questi fattori. Un dato interessante è che per la prima volta lo studio prende in considerazione anche l’effetto dello sviluppo di rete elettrica, mostrando come lo spazio per il nucleare dipenda moltissimo dalla capacità di realizzare gli impianti molto rapidamente e si riduca progressivamente con il progredire dell’infrastruttura. Mentre anche nello scenario più favorevole al nucleare resta una larga componente di fonti rinnovabili. Ne parliamo ancora con Mario Motta, professore di Fisica Tecnica e delegato alla transizione energetica del Politecnico di Milano.

Si chiama calcolo reversibile ed è uno dei filoni che il mondo della ricerca sta seguendo per dare vita a paradigmi di calcolo radicalmente nuovi, per rispondere a quello che si profila altrimenti come un “collo di bottiglia” per lo sviluppo del digitale e in particolare dell’IA: il consumo energetico. Oggi il calcolo reversibile è ancora una branca emergente dell’informatica, non sufficientemente sviluppata per un impiego su larga scala. Nasce dall’osservazione che tutti gli algoritmi attuali distruggono informazione ogni volta che assegnano un valore a una casella di memoria, cancellando il valore precedente. I teorici hanno dimostrato che distruggere informazione ha un costo energetico che il calcolo reversibile eliminerebbe alla radice. Ce ne parla Ivan Lanese, Professore di Informatica all'Università di Bologna e coordinatore del progetto.

Fare la lampada all’uva migliora colore e profumo dei vini. È quanto hanno scoperto, e descritto sulla rivista internazionale Plants, i ricercatori dell’Università di Pisa. Nella tenuta dell’Ornellaia a Bolgheri, in Toscana, hanno dimostrato infatti come applicazioni aggiuntive di luce ultravioletta (UV-C) durante la fase di maturazione delle uve stimolino la pianta a produrre una maggiore quantità di composti naturali responsabili del colore e del profilo aromatico del vino. Il dato interessante - che spiega l’aggettivo “aggiuntive” - è che questi trattamenti, o trattamenti molto simili, sono già utilizzati in vigneto per il controllo delle malattie della vite e ridurre l’utilizzo di pesticidi. Si tratterebbe quindi di riorientare una pratica agronomica già esistente, facendo in modo che colga entrambi gli obiettivi. Ce ne parla Claudio D’Onofrio, Professore di Viticoltura all’Università di Pisa e coordinatore della ricerca.

Abbattere del 20% i consumi elettrici e del 60% i consumi termici nell’industria dei succhi di frutta, grazie a una nuova tecnologia chiamata campi elettrici pulsati, applicabile ampiamente in tutta l’industria alimentare dove sia necessario pastorizzare, sterilizzare, essiccare e cuocere: operazioni che rappresentano tra il 20% e il 50% dei consumi del comparto. È quanto emerge da una ricerca condotta da ENEA in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Salerno. Con questo studio è stato dimostrato che brevi impulsi elettrici, di milionesimi di secondo, uccidono i batteri e aprono i pori nelle cellule vegetali, accelerando i processi di evaporazione. È un esempio di come rimangano larghi margini di manovra per fare efficienza energetica anche in settori industriali che consideriamo di punta, come l’agroalimentare in Italia. Ne parliamo con Giovanni Landi, Ricercatore del Laboratorio Soluzioni Integrate per l’Efficienza Energetica di ENEA.

Quanto gas e quanto petrolio abbiamo in Italia? Nelle ultime settimane abbiamo dedicato numerose puntate di Smart City alle varie fonti rinnovabili e a come accelerarne l’installazione a favore di un’energia più economica e più sicura. Ma la situazione geopolitica deve farci guardare anche alle riserve di idrocarburi di casa. Oggi la produzione nazionale è ridotta ai minimi termini, come risultato di precise scelte di non concedere ulteriori permessi di esplorazione e di estrazione. Scelte che lasciano dubbi anche sul piano ambientale. In effetti, localmente si evita l’impatto diretto delle attività estrattive. Ma questo ci sarà comunque altrove, con l’aggravio di ulteriori emissioni dovute al trasporto, a eventuali perdite e a processi energivori come la liquefazione nel caso del GNL. È dunque opportuno porsi la domanda: cosa abbiamo nel giardino di casa? Che ruolo può svolgere nell’accompagnarci nei prossimi anni, mentre facciamo avanzare la transizione energetica? Ne parliamo con Davide Tabarelli, Presidente di Nomisma Energia.

Un computer biologico, fatto cioè di cellule cerebrali umane disposte su un chip ricoperto di elettrodi, ha imparato in una settimana a giocare a Doom, il famoso videogioco “spara-spara”. A realizzare il computer biologico e a renderlo programmabile attraverso un linguaggio di programmazione popolare come Pyton, è stata la start-up australiana Cortical Lab. Ad addestrarlo a giocare a Doom, è stato invece un programmatore indipendente: Sean Cole. “Brain on a chip” non è un grande giocatore di Doom, ma è già sorprendente che funzioni con una frazione infinitesimale delle cellule nervose di un cervello umano. Resta tuttavia il problema che potrebbe funzionare perfino troppo bene in scenari di guerra. Ce lo racconta Chiara Magliaro, professoressa del Centro di Ricerca E. Piaggio dell’Università di Pisa.

Il materiale più duro al mondo non è più il diamante, ma una nuova forma cristallina del carbonio chiamata diamante esagonale, prevista dalla teoria negli anni ’60. Tracce di questa forma erano state trovate in alcuni meteoriti, ma non era mai stata ottenuta in laboratorio. Ora, invece, il Center for High Pressure Science and Technology di Pechino ne ha sintetizzato un campione relativamente macroscopico (circa 1 mm di diametro), seppure per generarlo siano servite una temperatura di 1400°C e una pressione di 200 mila atmosfere. In queste condizioni estreme, gli atomi di carbonio si organizzano secondo una struttura cristallina non più cubica ma esagonale, che conferisce al materiale una durezza del 60% superiore a quella del diamante. In prospettiva questo nuovo materiale, depositato in strati sottili, potrebbe essere utilizzato per realizzare una varietà di utensili usati per l’industria e per applicazioni estreme, come le perforazioni di pozzi geotermici dove bisogna bucare roccia dura e calda. Ce ne parla Daniele Trucchi, Dirigente di ricerca dell’ISM Istituto di Struttura della Materia e direttore del DiaTHEMA Lab.

Etil-levulinato: è il nome di uno dei più interessanti solventi che si possano ottenere da materie prime biologiche, e ha ottime caratteristiche anche come additivo per carburanti. Infatti può essere miscelato fino al 30-40% sia con il diesel che con la benzina, emettendo meno CO2 e altre sostanze inquinanti. All’università di Pisa hanno trovato un modo economico ed efficiente di produrlo a partire da scarti di pane, uno dei rifiuti alimentari più abbondanti al mondo: circa un milione di tonnellate all’anno, di cui buona parte inutilizzabile anche per l’alimentazione animale. Ma il processo funziona con qualunque fonte di amido. Lo studio, descritto sulla rivista “Journal of Environmental Chemical Engineering”, è stato finanziato nell’ambito del progetto PNRR NEST e rappresenta l’ennesimo esempio di come coniugare sostenibilità ambientale, economica e sicurezza energetica. Ne parliamo con Anna Maria Raspolli Galletti, professoressa dell’Università di Pisa.

In Italia produciamo circa 2,5 miliardi di metri cubi di bio-metano, ottenuto in gran parte dalla fermentazione di scarti agricoli, rifiuti organici e deiezioni degli allevamenti. L’obiettivo al 2030 supera i 5,3 miliardi di metri cubi e da anni circolano stime secondo le quali si potrebbe puntare a 8 o 9 miliardi di metri cubi, pari al 15% dell’attuale consumo nazionale di metano; senza contare che il residuo solido della produzione di biogas, il digestato, è un ottimo fertilizzante azotato. Obiettivi, quelli al 2030, che non sono impossibili da raggiungere. Ma per andare oltre è probabile che servano almeno un paio di aggiustamenti alla normativa europea, che prevede restrizioni molto forti sia sull’utilizzo di colture dedicate sia sulla possibilità di spargere digestato nei campi. Ne parliamo con Piero Gattoni, Presidente del CIB (Consorzio Italiano Biogas) e dell'EBA (European Biogas Association).

Siamo tutti abbastanza in grado di afferrare un oggetto al volo stimandone istintivamente la traiettoria, che si tratti di calciare un pallone o di lanciare un qualunque altro oggetto. Naturalmente un computer è perfettamente in grado di calcolare la traiettoria esatta di quello stesso pallone, applicando alla lettera tutte le leggi della fisica; il nostro cervello arriva a un risultato simile in un modo completamente diverso, e la stessa cosa sono in grado di fare le reti neurali alla base di molte applicazioni dell’IA. Se il primo calcola, il secondo stima, intuisce. Se il primo offre precisione assoluta, ma al prezzo di un gran numero di calcoli, il secondo è meno preciso ma offre immediatezza. Ed eccoci a Fast Computing, start-up nata all’interno dell’ecosistema della SISSA, il cui obiettivo è portare questa sorta di “intuito” che caratterizza gli algoritmi di IA nel mondo delle simulazioni numeriche, offrendo una scorciatoia computazionale per simulare in tempo reale molti processi fisici, industriali e biologici molto complessi. Ce ne parla Gianluigi Rozza, Professore di Numerical Analysis alla SISSA di Trieste, Direttore Scientifico e cofondatore di Fast Computing.

Per una presa salda ci vuole una pinza “molle”: ecco la tecnologia per far manipolare ai robot oggetti di ogni tipo Afferrare oggetti di ogni forma, dimensione e consistenza, con il giusto mix di forza e delicatezza. Noi umani lo facciamo con la massima naturalezza, ma ai robot riesce tutt’altro che facile, da cui prototipi di mani e pinze robotiche a non finire: dure, morbide, sensorizzate, pneumatiche, ecc. Da qualche anno è però emersa una nuova soluzione, basata sulla cosiddetta elettroadesione. In pratica, è possibile rendere “adesive” a comando delle superfici, sfruttando un principio di tipo elettrostatico simile a quello con cui attiriamo pezzetti di carta con una bacchetta di vetro dopo averla strofinata. Omnigrasp, startup finanziata con quasi 2,5 milioni di euro dal programma europeo Transition, ha sviluppato una pinza basata su questo principio: costituita da due sottilissimi foglietti di materiale soffice in grado di aderire a comando a quasi ogni superficie, permette di maneggiare dalla fragola al melone in modo semplice e senza danni. Ce ne parla Vito Cacucciolo, Professore di Meccatronica e Robotica Del Politecnico di Bari e cofondatore della startup Omnigrasp.