Meccatronica e intelligenza artificiale: dal prototipo al prodotto

Giano è il progetto di meccatronica nato dalla collaborazione tra la Cooperativa Sociale Galileo Onlus di Verona e ProM Facility. Lo strumento, già in uso dalla Polizia del Marocco, è stato creato con stampa 3D polimerica, termocamere e taglio laser.

meccatronica

Un dispositivo da installare sul tetto delle auto della polizia in grado di leggere e analizzare grazie all’intelligenza artificiale le targhe delle macchine parcheggiate lungo un lato della strada, con l’obiettivo di fare controlli efficaci e in tempo reale.

Stiamo parlando di Giano, l’innovativo progetto nato l’anno scorso dalla collaborazione tra la Cooperativa Sociale Galileo Onlus di Verona e ProM Facility, il laboratorio prototipi meccatronici di Trentino Sviluppo, l’azienda di sistema della Provincia autonoma di Trento che si occupa di sviluppo territoriale.

Non un’idea futuristica, ma uno strumento concreto già in uso dalla Polizia del Marocco, i cui agenti, pur rimanendo dentro la vettura, hanno ora la possibilità di controllare in diretta i dati relativi ai veicoli accanto ai quali transitano, come assicurazione, bollo e revisione, permettendo di scoprire istantaneamente la presenza di eventuali infrazioni in atto.

Un dispositivo meccatronico complesso e delicato, anche nelle sue parti meccaniche, per la cui realizzazione sono state sfruttate tecnologie all’avanguardia quali stampa 3D polimerica, termocamere e taglio laser.

Da Verona al Marocco, passando per Rovereto

L’idea è nata a Verona tra le mura della Cooperativa Sociale Onlus Galileo, che lavora per avvicinare disabilità ed information technology e che negli anni ha sviluppato sempre più le professionalità in ambito informatico, reti a Banda Ultra Larga e customer care evoluto.

Il primo prototipo, ancora in fase embrionale, è stato presentato al convegno nazionale “Le Giornate di Polizia Locale e Sicurezza Urbana” nel centro congressi di Riccione, dove ha attirato subito grande interesse, in particolare da parte della polizia marocchina, che ha ordinato sei esemplari da utilizzare su tre macchine (due per auto, uno per lato).

La parte elettronica e di software sviluppata dagli ingegneri della cooperativa era già messa a punto, ma il dispositivo doveva essere riprogettato interamente nella sua struttura. I dettagli da revisionare erano ancora tanti.

Trattandosi di un’apparecchiatura ad uso esterno, doveva rispondere a specifiche caratteristiche fisiche (in particolare resistenza al calore e agli agenti atmosferici), che il prototipo non riusciva ancora a soddisfare. Bisognava trovare il materiale giusto, che rispondesse in modo ottimale agli stimoli che venivano dall’esterno.

Andava migliorato e compattato il design della struttura e ridisegnato in un’ottica non solo estetica, ma anche di usabilità. Erano necessarie delle competenze di progettazione e di realizzazione difficili da trovare nel territorio nazionale.

La cooperativa Galileo, su consiglio di Confindustria Verona (già attivamente presente all’interno del network di ProM Facility), si è rivolta quindi all’unico laboratorio italiano che, per capacità tecniche e presenza di macchinari innovativi, poteva rispondere velocemente e in modo puntuale a questa particolare call for solutions: ProM Facility.

Un progetto, quello di Giano, perfettamente in linea con la mission del laboratorio di Polo Meccatronica a Rovereto, che è fin dalla nascita quella di progettare e sviluppare prototipi innovativi mettendo in campo tutte le competenze e le tecnologie di cui è dotato, nell’ottica di un confronto continuo e partecipativo con i clienti.

Il lavoro è durato più di due mesi, da fine agosto 2020, momento del primo contatto fra i tecnici di ProM Facility e quelli della cooperativa Galileo, a inizio novembre, quando i prototipi sono stati finalmente spediti in Marocco per il collaudo.

Giano, il dio Bifronte

Giano, dal nome del dio romano che aveva il dono di saper leggere il futuro e il passato e che per questo veniva rappresentato con due volti, è costituito da un corpo centrale su cui sono installate due telecamere. Il suo funzionamento è, all’apparenza, semplice.

Quando la macchina della polizia passa vicino ad un’altra auto, la prima telecamera legge la targa posteriore, mentre la seconda, orientata a 90° rispetto alla sua gemella, legge quella anteriore.

Le immagini delle targhe vengono trasmesse ad un’unità di elaborazione presente all’interno del dispositivo che, grazie all’intelligenza artificiale, è in grado di trasformarle in testo. Da qui vengono inviate, attraverso un modem, alla centrale operativa per venire analizzate.

I dati possono essere letti anche in tempo reale da un operatore presente in auto attraverso un’app dedicata e fruibile tramite pc o smartphone. Il sistema è efficace fino ad una velocità di 50 km/h e permette di analizzare le macchine presenti solo su un lato della careggiata.

Per riprendere le targhe da entrambi i lati è necessario quindi utilizzare due Giano contemporaneamente, proprio come ha deciso di fare il corpo di Polizia del Marocco.

ProM Facility e lo sviluppo del prototipo

La commessa avanzata dai tecnici di Galileo a ProM Facility è stata subito chiara: reingegnerizzare interamente la struttura esterna del prototipo per arrivare, in un secondo momento, a produrre i sei esemplari richiesti dalla Polizia del Marocco. Le sfide da superare erano tante e necessitavano di uno studio approfondito e di un team che ci potesse lavorare intensamente e a tempo pieno.

Il primo problema da superare è stato quello termico. Era necessario riuscire a mantenere bassa la temperatura del computer presente all’interno della struttura perché, in situazioni di calore eccessivo, rischiava di spegnersi.

La soluzione trovata in principio dalla cooperativa Galileo era una ventola, che non garantiva però un sufficiente raffreddamento e aveva il grande difetto di far entrare particelle di materiale dall’esterno, come polvere o sabbia, che a lungo andare avrebbero compromesso il funzionamento dello strumento.

I tecnici di ProM Facility hanno quindi eseguito un’accurata analisi con una termocamera FLIR sul dispositivo in funzione per studiarne i picchi di calore e la dissipazione termica. Individuata la temperatura massima a cui l’unità di elaborazione poteva arrivare mantenendo il corretto funzionamento (circa 40° C) sono passati alla progettazione vera e propria. Bisognava riuscire a mantenere una temperatura accettabile anche in condizioni di sole battente, ma era innanzitutto necessario che il corpo del dispositivo rimanesse stagno, così da evitare l’ingresso di materiale indesiderato.

È stato quindi messo a punto un sistema di raffreddamento passivo, costituito da due tubi di alluminio (lavorati con il taglio laser Adige LC5 di BLM Group) che garantiscono lo scambio termico tra interno ed esterno, mantenendo al contempo l’elettronica protetta dagli agenti atmosferici. Sono state inoltre create delle doppie intercapedini nelle pareti della struttura, per ripararla ancora di più dal calore.

Giano, a parte la strumentazione elettronica (unità di elaborazione AI, due telecamere con lenti fisheye, modem e GPS) e i due tubi in alluminio, è costituito interamente in Nylon PA12, un materiale che garantisce alta resistenza meccanica, uniformità, durabilità e un ottimo rapporto qualità prezzo.

Perfetto per uno strumento esposto ogni giorno a condizioni atmosferiche anche estreme. Per produrre i sei esemplari destinati alla polizia locale marocchina, è stata utilizzata la stampante 3D HP 4200 MJF che è rimasta in funzione per una settimana intera, riuscendo a realizzare il tutto in sole 3 stampe.

I dettagli che fanno la differenza

Risolti i problemi legati alla temperatura e alla resistenza agli agenti atmosferici, che rappresentavano un punto fondamentale per garantire il corretto funzionamento del dispositivo in ogni condizione meteorologica, si è passati ai dettagli riguardanti l’usabilità.

La prima fase è stata rendere mobile la testa su cui sono installate le due telecamere, in modo che potessero ruotare in base alle esigenze. È stato messo a punto anche un sistema di inclinazione dell’intera struttura, per permettere allo strumento di adattarsi al piano della strada in base all’altezza variabile delle macchine su cui, di volta in volta, deve essere installato.

È stata inoltre semplificata la disposizione dei componenti elettronici interni, che si possono ora estrarre facilmente in caso di manutenzione, e creata una maniglia per poter trasportare Giano in modo agile. È stato infine ripensato anche il modo in cui il dispositivo viene ancorato alla macchina. Nel progetto iniziale, il corpo centrale era vincolato ad un supporto magnetico, che si attaccava al tetto. Per togliere il dispositivo, era necessario staccare tutto.

ProM Facility ha progettato un sistema per il quale invece il supporto rimane sempre attaccato alla macchina e viene tolto solo il dispositivo, tramite un utensile progettato ad-hoc, rendendo l’operazione più pratica, veloce e sicura. Molte piccole accortezze, che non solo hanno cambiato il volto a Giano (si è passati dai 50 cm di lunghezza del primo prototipo ai 34 di quello definitivo), ma che lo hanno reso pronto per essere lanciato sul mercato.

ProM facility e la Cooperativa Sociale Galileo Onlus

ProM Facility è nata nel 2017 dalla collaborazione fra la Provincia autonoma di Trento, Trentino Sviluppo, Fondazione Bruno Kessler, Confindustria Trento e Università degli Studi di Trento per offrire alle aziende della filiera meccatronica una piattaforma integrata per la progettazione, lo sviluppo, la realizzazione, la verifica e la validazione di sistemi e processi produttivi, avvalendosi di tecnologie e principi dell’I4.0.

La Facility, grazie all’impegno di fondi europei regionali FESR per un valore complessivo di quasi 6 milioni di euro, dispone di macchinari innovativi per la prototipazione rapida di sistemi meccatronici completi, tra cui la stampa 3D metallica e polimerica, il taglio laser di tubi e lamiere, nonché di avanzati sistemi di metrologia quali la tomografia a raggi X e scanner 3D.

La Cooperativa Sociale Galileo Onlus è stata invece creata a Verona nel 1991 con lo scopo con lo scopo di avvicinare disabilità ed information technology e di inserire persone svantaggiate e disabili nel mondo del lavoro.

Oltre alla completa gestione del customer care del Gruppo Banco Bpm, Galileo ha altre importanti attività: lo sviluppo del software di nicchia con attività di ricerca e sviluppo rivolto al mondo della disabilità e lo sviluppo delle attività di rete con la distribuzione di Internet in zone poco servite dalla Banda Ultra Larga.

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