{"id":30926,"date":"2025-11-03T09:51:19","date_gmt":"2025-11-03T08:51:19","guid":{"rendered":"https:\/\/www.dica.polimi.it\/?p=26805"},"modified":"2026-03-18T09:49:36","modified_gmt":"2026-03-18T08:49:36","slug":"6g-e-monitoraggio-sismico-dal-progetto-metaveh-sensori-green-e-grandi-come-una-monetina","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.dica.polimi.it\/it\/news\/6g-e-monitoraggio-sismico-dal-progetto-metaveh-sensori-green-e-grandi-come-una-monetina\/","title":{"rendered":"6G e monitoraggio sismico, dal progetto MetaVEH sensori \u201cgreen\u201d e grandi come una monetina"},"content":{"rendered":"\n

Sensori \u201cgreen\u201d, energeticamente autonomi<\/strong> e piccoli come una monetina<\/strong> per reti wireless e monitoraggi in tempo reale. Sono il risultato del progetto MetaVEH<\/strong> (Metamaterial Enabled Vibration Energy Harvesting<\/em>), appena concluso e finanziato con 4 milioni di euro<\/strong> nell\u2019ambito di Horizon 2020<\/strong> \u201cPillar 1 \u2013 Excellent Science\u201d, con una call<\/em> per contribuire a ridurre le emissioni di CO2<\/sub>. A portarlo a termine, i ricercatori di un consorzio costituito da tre atenei, il capofila ZHAW Z\u00fcrich, Imperial College London<\/strong> e il Politecnico di Milano<\/strong>, insieme a Multiwave Technologies <\/strong>e a STMicroelectronics.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

L\u2019idea di partenza \u00e8 stata semplice: sfruttare il passaggio di veicoli su<\/strong> architetture come ponti, autostrade e le conseguenti vibrazioni prodotte, per alimentare gli stessi sensori adibiti al loro monitoraggio strutturale<\/strong>. I sensori sono oggi ampiamente utilizzati e spesso difficili (o impossibili) da raggiungere per il ricambio di batterie, poich\u00e9 posizionati in punti scomodi, magari in cima a un\u2019antenna o sulle travi di un viadotto. La vera sfida \u00e8 stata realizzare un dispositivo di dimensioni ridotte, e risolvere il problema dell\u2019alimentazione energetica<\/strong> necessaria a tali sensori sia per il funzionamento, sia per la trasmissione di dati, limitando cos\u00ec lo spreco di batterie<\/strong> \u2013 e l\u2019impatto ambientale dello smaltimento di quelle esauste.<\/p>\n\n\n\n

Il prototipo messo a punto da MetaVEH<\/strong>, dopo quasi cinque anni di studi, si basa sul concetto di \u201c<\/strong>energy harvesting<\/strong><\/em>\u201d<\/strong>, ovvero l\u2019utilizzo dell\u2019energia disponibile nell\u2019ambiente sotto forma di vibrazioni attraverso l\u2019impiego di materiali piezoelettrici che consentono, appunto, di convertire l\u2019energia meccanica in energia elettrica. Quelli pi\u00f9 efficaci e finora comunemente impiegati nei sensori gi\u00e0 esistenti, per\u00f2, contengono piombo, elemento tossico per l\u2019ambiente: durante il progetto sono stati sviluppati e validati<\/strong>, invece, materiali piezoelettrici \u201cgreen\u201d e privi di terre rare<\/strong>, avvalendosi di un elemento standard e di facile reperibilit\u00e0 come il nitruro di alluminio<\/strong>. <\/p>\n\n\n\n

Contestualmente, \u00e8 stata sviluppata la tecnologia per produrre metamateriali meccanici<\/strong> \u2013 materiali appositamente \u201cingegnerizzati\u201d per avere determinate propriet\u00e0 e reazioni \u2013 in grado di manipolare la propagazione delle onde elastiche<\/strong>, amplificando notevolmente le prestazioni degli energy harvester<\/em>. I metamateriali cos\u00ec ideati, e realizzati con tecniche innovative di stampa 3D, presentano una particolare gradazione delle propriet\u00e0 meccaniche, in virt\u00f9 della quale sono in grado di \u201ccatturare\u201d l\u2019onda che li attraversa, forzandola a concentrarsi dove \u00e8 posizionato il materiale piezoelettrico \u2013 un fenomeno denominato \u201crainbow trapping<\/em>\u201d. La tecnologia messa a punto per l\u2019ingegnerizzazione dei metamateriali \u00e8 stata brevettata da Imperial College London e Politecnico di Milano<\/strong>. Ci\u00f2 ha permesso di prototipare gli energy harvester<\/em> su varie scale, fino a giungere alla scala MEMS <\/strong>(Micro-Electro-Mechanical Systems<\/em>): il dispositivo concepito<\/strong> \u00e8 un oggetto lungo complessivamente 300 micron, ovvero meno di mezzo millimetro, e sta tutto dentro una moneta da 1 centesimo. <\/strong><\/p>\n\n\n\n

\u00abCon MetaVEH abbiamo provato che gli harvester<\/em> di energia vibrazionale possono passare dalla teoria a una piattaforma multisensore completamente autonoma \u2013 afferma Andrea Colombi<\/strong>, docente presso ZHAW Z\u00fcrich <\/strong>e coordinatore di MetaVEH<\/strong> \u2013 Abbinando strutture di metamateriali avanzati a una gestione non lineare dell\u2019energia e alla trasmissione wireless, abbiamo dimostrato che i sensori possono funzionare senza batterie pur continuando a raccogliere dati attendibili, anche in ambienti in cui sostituire le batterie \u00e8 difficile o impossibile. Questo apre la strada a soluzioni di monitoraggio sostenibili per infrastrutture e per l\u2019Internet of Things\u00bb.<\/p>\n\n\n\n

\u00abMetaVEH ha rappresentato anche una sfida interessante dal punto di vista matematico, per cui abbiamo affrontato la complessit\u00e0 di mettere insieme sistemi non lineari, la creazione di metamateriali e la multifisica \u2013 dichiara Richard Craster<\/strong>, preside della Facolt\u00e0 di Scienze Naturali dell\u2019Imperial College London<\/strong> \u2013 Questi progressi nella teoria e nella simulazione sono stati essenziali per arrivare al prototipo e dimostrarne il potenziale in applicazioni reali\u00bb.<\/p>\n\n\n\n

\u00abNoi ci occupiamo di meccanica strutturale ad ampio spettro, specialmente su questo tipo di sensori \u2013 ha commentato Raffaele Ardito<\/strong>, docente del DICA \u2013 Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale<\/strong> e coordinatore di MetaVEH<\/strong> per il Politecnico di Milano \u2013 e con i colleghi del Dipartimento di Meccanica<\/strong> di ateneo abbiamo lavorato molto per trovare un\u2019alternativa \u201cgreen\u201d. Cos\u00ec, a fine progetto, abbiamo a disposizione un prototipo che \u00e8 un <\/strong>energy harvester<\/strong><\/em> su scala micro con materiale piezoelettrico senza piombo, n\u00e9 terre rare,<\/strong> quindi neutro da un punto di vista etico e di sostenibilit\u00e0 ambientale\u00bb. <\/p>\n\n\n\n

Moltissime le potenzialit\u00e0 per l\u2019applicazione pratica<\/strong>, in due campi in particolare: come risonatori ad altissima qualit\u00e0 per telecomunicazioni 6G<\/strong>, e come sensori autonomi per il monitoraggio dell\u2019integrit\u00e0 strutturale e dei rischi ambientali<\/strong>. Raccogliendo l\u2019energia dalle vibrazioni ambientali, questi dispositivi possono essere impiegati in zone inaccessibili, riattivandosi solo quando necessario e trasmettendo dati in tempo reale per salvaguardare le infrastrutture. Per esempio, potrebbero fornire segnali di preallerta per movimenti indotti da terremoti, instabilit\u00e0 del suolo, o danni da logoramento in strutture critiche come ponti e gallerie. <\/p>\n\n\n\n

Per il progetto, STMicroelectronics<\/strong> ha realizzato prototipi su scala micrometrica integrando materiali piezoelettrici senza piombo direttamente nel processo di fabbricazione dei MEMS. Questa innovazione ha migliorato l\u2019efficienza nella conversione dell\u2019energia meccanica in energia elettrica e ha aperto la strada a nuove applicazioni potenzialmente utili nei settori delle comunicazioni 6G e dell\u2019Internet of Things (IoT). Inoltre, il progetto MetaVEH \u00e8 stato selezionato nell\u2019ambito delle iniziative EU Innovation Radar Platform<\/a> per l\u2019elevato contenuto innovativo.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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