TECNOLOGIE DI PUNTA PER IL TERRITORIO BERGAMASCO

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1 TECNOLOGIE DI PUNTA PER IL TERRITORIO BERGAMASCO

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3 EXECUTIVE SUMMARY: Metodologia delle Ricerca Brevetti Finanziamenti europei Database Espacenet imprese tedesche brevetti Database Cordis 72 progetti finanziati 7 programma quadro Investimenti VC Interviste e mail Database Zephyr 638 imprese con investimenti di VC nel mondo Imprese Prov. di Bergamo Confindustria Bergamo Università e enti di ricerca Technology Foresight

4 EXECUTIVE SUMMARY: Banche dati imprese tedesche in meccatronica (NACE: Automazione, Macchine per l industria e Macchine ed appar. elettrici ed elettronici) Analisi di brevetti nel (IPC, claim, abstract, citazioni ed estensioni) 7 Programma quadro dell Unione Europea: Analisi per argomento dei progetti (Innovazione, Robotica, Transfer. Tecnologico, Elettronica, Tecnologie dei materiali, Applicazioni ICT, Tecnologie di rete..) Identificazione di 72 in meccatronica con finanziamenti a PMI Studio dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist (banca dati Zephyr con oltre imprese finanziate al mondo) Identificazione di 638 imprese finanziate nel in meccatronica (definita come per analisi brevettuale) Lista 24 tecnologie ad alta intensità di brevettazione Classificazione dei progetti per tecnologia Classificazione delle imprese per tecnologia Technology Foresight

5 EXECUTIVE SUMMARY: Tecnologie di Punta Attrattività Brevetti UE & VC Interv. 1. Sist. meccatronici autonomi (Robot autonomi mobili) Sistemi di diagnostica per macchine Micro-montaggio e movimentazioni (micro-attuatori) Micro-elettroerosione (EDM) Tecnologia piezo-elettrica Sistemi di identificazione e tracciabilità Monitoraggio nel campo civile (monit. strutturale) Sist. di moviment. e di attuaz. larga e piccola scala Sistemi di controllo-veicoli Sistemi di immagazzin. trasporto e packaging Tecnologie ottiche laser Strumenti ottici per analisi dei materiali Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-ct) Moderni materiali compositi Test ed analisi dei materiali Tecnologie di misurazione Trattamenti criogenici su materiali metallici SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) Saldatura per attrito Laser al silicio Laser a cascata quantica Accessori ottimizzazione lavorazioni alle macchine Remote Laser Welding (RLW) Technology Foresight

6 Dinamicità EXECUTIVE SUMMARY: Attrattività e Dinamicità 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Technology Foresight ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Attrattività Sistemi meccatronici autonomi 2. Sistemi di diagnostica per macchine 3. Micro-montaggio e movimentazioni 4. Micro-elettroerosione (EDM) 5. Tecnologia piezo-elettrica 6. Sistemi di identificazione e tracciabilità 7. Monitoraggio nel campo civile 8. Sistemi di moviment. e attuazione 9.Sistemi di controllo-veicoli 10. Sist. di immagaz. trasporto packaging 11. Tecnologie ottiche laser 12. Strumenti ottici analisi dei materiali 13. Micro-tomografia computerizzata 14. Moderni materiali compositi 15. Test ed analisi dei materiali 16. Tecnologie di misurazione 17. Trattamenti criogenici (su metalli) 18. SOFC 19. Saldatura per attrito 20. Laser al silicio 21. Laser a cascata quantica 22. Accessori ottimizzazione lavorazioni 23. Remote Laser Welding (RLW) 24. Plasma a freddo

7 INDICE PARTE PRIMA: Introduzione OBIETTIVI DEL PROGETTO E DESCRIZIONE DELLA METODOLOGIA DI TECHNOLOGY FORESIGHT p. 7 PARTE SECONDA: Metodologia IDENTIFICAZIONE DELLE TECNOLOGIE DI PUNTA PER IL TERRITORIO BERGAMASCO TRAMITE METODOLOGIE QUANTITATIVE E INTERVISTE p. 13 PARTE TERZA: Tecnologie prioritarie ANALISI DELLE 24 TECNOLOGIE PRIORITARIE p. 67 3

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9 1. SISTEMI MECCATRONICI AUTONOMI (Robot autonomi mobili) p SISTEMI DI DIAGNOSTICA PER MACCHINE p MICRO-MONTAGGIO E MOVIMENTAZIONI (attraverso micro-attuatori) p MICRO-ELETTROEROSIONE (EDM, Electrical Discharge Machining) p TECNOLOGIA PIEZO-ELETTRICA p SISTEMI DI IDENTIFICAZIONE E TRACCIABILITA p MONITORAGGIO NEL CAMPO CIVILE E PALAZZI STORICI (strutturale) p SISTEMI DI MOVIMENTAZIONE E ATTUAZIONE su larga e piccola scala p SISTEMI DI CONTROLLO-VEICOLI p SISTEMNI DI IMMAGAZZINAMENTO, TRASPORTO E PACKAGING p TECNOLOGIE OTTICHE LASER p STRUMENTI OTTICI PER ANALISI DEI MATERIALI p MICRO-TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA A RAGGI X (m-ct) p MODERNI MATERIALI COMPOSITI p TEST ED ANALISI DEI MATERIALI p TECNOLOGIE DI MISURAZIONE p TRATTAMENTI CRIOGENICI SU MATERIALI METALLICI p SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) p SALDATURA PER ATTRITO p LASERD AL SILICIO p LASER A CASCATA QUANTICA p ACCESSORI PER OTTIMIZZAZIONE LAVORAZIONI ALLE MACCHINE p REMOTE LASER WELDING (RLW) p PLASMA AL FREDDO p TECNOLOGICHE DI PUNTA

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11 Introduzione PARTE PRIMA: INTRODUZIONE 1. Obiettivi del progetto 2. Technology Foresight 3. Focus meccatronica 4. Fasi del progetto 7

12 OBIETTIVI DEL PROGETTO L obiettivo del progetto di ricerca è identificare tecnologie di punta di maggior attrattività per il territorio bergamasco Tecnologie di punta Promosso dalla Pro Universitate Bergomensi, il progetto rientra tra le azioni strategiche previste dall Accordo siglato tra la Conferenza dei Rettori delle Università italiane (CRUI) e Confindustria, con l obiettivo di rafforzare il rapporto tra Università e Imprese Pro Universitate Bergomensi Accordo Quadro CRUI-Confindustria I risultati dell indagine offrono l opportunità di: Promuovere la collaborazione fra imprese e l interazione delle stesse con gli enti di ricerca Favorire la collaborazione in termini di attività di R&S, facilitando lo sviluppo di servizi tecnici, finanziari e logistici adeguati Canalizzare opportunità di finanziamento Favorire l analisi di campi di applicazione innovativi Contribuire alla crescita della partecipazione italiana ai programmi europei di Ricerca e Sviluppo e ampliare la collaborazione tra imprese e università L PROGETTO 8

13 TECHNOLOGY FORESIGHT Con il termine Technology Foresight si intende una pluralità di attività mirate ad individuare trend evolutivi di una determinata tecnologia Approccio prospettico Il Technology Foresight è un processo di stimolo alla produzione di una visione strategica che sia al tempo stesso condivisa ed ancorata alla realtà Interazione in rete Il carattere partecipativo rende queste tecniche di sempre più crescente interesse, grazie alla collaborazione con le imprese stesse (istituzioni, industria e università) La Commissione Europea promuove il Technology Foresight come modello di innovazione e strumento di cooperazione sistematica, di sviluppo delle capacità e della prospettiva scientifica e tecnologica a livello europeo, nazionale e regionale «La prospettiva a livello regionale può fungere da catalizzatore per creare iniziative e condizioni favorevoli all innovazione [ ] Può essere utilizzata per controllare le prestazioni e suggerire miglioramenti [ ] Inoltre, la prospettiva regionale può contribuire significativamente all'esito positivo del processo di allargamento dell UE, aiutando le regioni degli Stati membri e dei paesi candidati a trovare il proprio posto nello scenario economico europeo del futuro» 9 Commissione Europea L PROGETTO

14 FOCUS MECCATRONICA Lo Studio coinvolge le imprese sul territorio bergamasco e si dedica come primo ambito di applicazione al mondo della meccatronica: Rappresenta la nuova frontiera della meccanica: sistemi e prodotti che integrano in modo sinergico l automatica, l elettronica e l informatica Numerosi campi di applicazione Copre un vasto campo di applicazioni industriali: dalla robotica, all automazione industriale, all automotive ed agli azionamenti elettrici «La meccatronica è il tavolo su cui si gioca la partita per il futuro di tutto il settore meccanico, un settore che complessivamente vale il 36% del PIL del Paese, con oltre due milioni di addetti» Luigi Galdabini Presidente di Ucimu, Associazione dei costruttori italiani di macchine utensili, robot, automazione, e di Efim, Ente Fiere Italiane Macchine (2012) 10

15 FOCUS MECCATRONICA La meccatronica è un settore di punta per il rafforzamento dell innovazione e della promozione internazionale delle imprese, in linea con i trend Europei Meccatronica rilevante per l Europa È un area decisiva per lo sviluppo industriale locale: nel corso del 2012, le imprese italiane nel campo della meccatronica hanno identificato i mercati esteri come principali mercati di sbocco (Fonte: Federmacchine) La meccatronica a Bergamo risulta di assoluto rilievo tra le merci esportate verso la Germania (Fonte: ISTAT 2012): Macchinari e impianti (527 milioni di euro) Mezzi di trasporto (354 milioni di euro) Prodotti chimici (390 milioni di euro) Articoli in gomma e materie plastiche (322 milioni di euro) Prodotti in metallo (293 milioni di euro) Meccatronica rilevante per Bergamo 11

16 FASI DEL PROGETTO La realizzazione del presente progetto si suddivide in sei fasi illustrate di seguito: Figura 1 - Fasi del progetto di Foresight 1. Definizione degli obiettivi 2. Impostazione e validazione delle metodologie FASI 3. Analisi quantitative e qualitative 4. Condivisione della lista di tecnologie 5. Studio delle singole tecnologie di punta 6. Presentazione 12

17 Metodologia PARTE SECONDA: METODOLOGIA 1. Descrizione della metodologia 2. Attività di Brevettazione 3. Finanziamenti Europei 4. Investimenti di Venture Capitalist 13

18 DEFINIZIONE DELLA METODOLOGIA Database Espacenet Database Cordis Database Zephyr LISTA TECNOLOGIE CANDIDATE Brevetti Finanziamenti Europei Venture Capitalist Interviste e LISTA 24 TECNOLOGIE PRIORITARIE PER IL TERRITORIO BERGAMASCO 14

19 DEFINIZIONE DELLA METODOLOGIA L attività di Technology Foresight implica sia tecniche quantitative e metodi di previsione, sia un processo partecipativo volto a favorire l interazione tra i diversi attori del tessuto sociale Metodologie quantitative e qualitative Coerentemente con la letteratura economica, diverse metodologie sono potenzialmente adottabili, ciascuna con propri limiti e vantaggi Al fine di cogliere sia aspetti deterministici legati agli sviluppi tecnologici sia gli aspetti socio-economico-politici, il presente studio adotta sia metodologie quantitative sia qualitative «Il trasferimento tecnologico università-industria dipende non solo dalle caratteristiche delle università ma dal territorio stesso [ ]» Erik Lehmann Docente di Business Administration presso l Università di Augsburg Autore di pubblicazioni internazionali in Imprenditorialità, Innovazione e Tecnologia 15 L PROGETTO

20 DESCRIZIONE DELLA METODOLOGIA Metodologie QUANTITATIVE Attività di brevettazione L analisi dell attività brevettuale costituisce un importante strumento di esame per l attività innovativa a livello di Paese o azienda stessa, condiviso da molti studi in letteratura economica (Jaffe and Trajtenberg, 2002) Brevetti Proteggere l innovazione ricorrendo alla brevettazione è infatti indice di aspettative da parte delle imprese in termini di ritorni economici legati allo sfruttamento commerciale dell invenzione brevettata «Il sapere è la moneta dell'economia globale» Máire Geoghegan-Quinn Commissario europeo responsabile per la ricerca, l'innovazione e la scienza 16 L PROGETTO

21 DESCRIZIONE DELLA METODOLOGIA Finanziamenti Europei Competitività e globalizzazione spingono le imprese e le istituzioni a sviluppare sempre più network e collaborazioni Un attenta analisi dei Progetti di Ricerca e Sviluppo recentemente finanziati dall Unione Europea e dei Bandi pubblicati nell'ambito del 7 Programma Quadro permette di identificare i trend tecnologici verso cui punta l Unione Europea Significativo è infatti il pacchetto di finanziamenti legati al 7 Programma Quadro: 8,1 miliardi di Euro: il più grande mai presentato di cui 1,2 miliardi dedicati alle piccole e medie imprese Finanziamenti Europei Investimenti di Venture Capitalist Infine, indicatore indiretto ma certamente significativo di tecnologie prioritarie è dato dall analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist Questi soggetti investono proprio capitale in imprese ad alto potenziale di crescita durante le loro prime fasi di vita. I Venture Capitalist possiedono capitale azionario di queste imprese che, generalmente, hanno originalità tecnologiche o fanno parte di settori altamente tecnologici Venture Capitalist 17

22 DESCRIZIONE DELLA METODOLOGIA Oltre alle metodologie quantitative, sono stati effettuati incontri con esperti di proprietà intellettuale e di finanziamento e di politiche dell innovazione: Incontri ed interviste David B. Audretsch - Indiana University Thomas Chemmanur M.I.T. Boston Paolo Ernesto Crippa - Jacobacci & Partners Douglas J. Cumming - York University Marcel Hülsbeck Universität Witten/Herdecke Arif Khurshed - Università di Manchester Erik Lehmann CCSE Mario Levis Cass Business School di Londra Albert Link - University of North Carolina Sergio Lorenzi Soluzioninventive Sergio Mascheretti - ITM Consulenza Nashid Nabian Università di Harvard Gian Paolo Pasini - Avvocati Associati Franzosi Dal Negro Pensato Setti Jay R. Ritter - Università della Florida Mario Salerno - Fondazione Filarete Donald Siegel - State University of New York Manuel Trajtenberg - Tel Aviv University Charles W. Wessner - U.S. National Academies Marco Wilkens - Università di Augsburg 18 Interviste con esperti di attività di brevettazione e di finanziamento e politiche dell'innovazione

23 TECNOLOGIE PER IL TERRITORIO BERGAMASCO A valle dello studio volto all individuazione della lista di tecnologie prioritarie per il territorio bergamasco, sono stati inoltre coinvolti referenti tecnologici sulle diverse tecnologie risultati dall analisi di technology foresight Parallelamente alle analisi quantitative, lo studio coinvolge le aziende associate a Confindustria Bergamo al fine di condividere gli ambiti di applicazione delle tecnologie di punta Condivisione con Confindustria Bergamo Lo studio procede con frequenti incontri con i funzionari di Confindustria Bergamo A seguito dell identificazione della lista di tecnologie prioritarie tramite le analisi quantitative e il parere di esperti internazionali, si coinvolge il territorio tramite invio di (fine Novembre 2012) e l incontro con i componenti della Commissione Innovazione di Confindustria Bergamo (16 Aprile 2013), al fine di raccogliere indicazioni che contribuiscono a definire le priorità per il territorio bergamasco 19

24 ATTIVITÀ DI BREVETTAZIONE Il legame tra attività brevettuale e spese in R&S presenta spesso una correlazione positiva suggerendo l opportunità di utilizzare indicatori brevettuali come proxy dell attività innovativa (Jaffe and Trajtenberg, 2002) La prima metodologia quantitativa utilizzata è l Analisi Brevettuale. Il campione di imprese è ottenuto mediante il database ORBIS (Database globale con informazioni per oltre 60 milioni di società) Il Paese scelto come benchmark tecnologico è la Germania Storicamente la Germania detiene il primato in termini di spese in ricerca e sviluppo (R&S) rispetto ai principali Pesi Europei (in termini percentuali di spesa interna lorda) In termini comparativi, la Germania è tradizionalmente un riferimento tecnologico chiave in tema di innovazione. In particolare, forte è il legame tra l economia tedesca e quella orobica: in Lombardia l 8,7% dell export e il 9,3% dell import è con la Germania le percentuali sono ancora più alte per la Provincia di Bergamo: nel 2011 la Germania rappresenta il 18.2% di export e il 23.5% di import della Provincia l interscambio Bergamo-Germania registra infatti, nel 2011, 2,25 miliardi di export e 1,98 miliardi di import, un incremento di 14% in export e del 10% in import rispetto all anno 2010 (Fonte ISTAT, 2012) 20

25 METODOLOGIA: Brevetti Sulla base dei criteri selezionati (imprese tedesche con brevetti) il campione oggetto d analisi è di imprese per il periodo che va dal 2007 a luglio 2012, per un totale di brevetti registrati dal 2007 al 2012 (banca dati Orbis) L analisi si concentra sui seguenti comparti: Automazione Macchine per l industria Macchine ed apparecchi elettrici ed elettronici Fasi dell analisi brevettuale Selezione della popolazione di imprese tedesche in meccatronica La selezione delle imprese in ambito meccatronico fa riferimento al codice Nace Rev. 2 (Classificazione delle Attività Economiche in ambito Europeo) Evidenziamo di seguito i codici selezionati per l analisi e tra parentesi riportiamo il corrispettivo codice Ateco 2007: 28 Manufacture of machinery and equipment (28 Fabbricazione di macchinari ed apparecchiature) Manufacture of computers and peripheral equipment ( Fabbricazione di computer e unità periferiche) Manufacture of electric motors, generators and transformers ( Fabbricazione di motori, generatori e trasformatori elettrici) Fabbricazione di macchine ed altre attrezzature per ufficio (esclusi computer e periferiche) Installation of industrial machinery and equipment (33.20 Installazione di macchine e apparecchiature industriali) Analisi brevettuale (2007-Luglio 2012) Aree tecnologiche ad alta intensità di brevettazione 21

26 METODOLOGIA: Brevetti Le Banche dati utilizzate per la ricerca di informazioni sui brevetti sono: 1. ORBIS: mediante la sezione Patents, la cui fonte di informazione è PATSTAT, un database contente brevetti a livello mondiale e gestito dall Ufficio Brevetti Europeo (EPO European Patent Office) 2. ESPACENET: una delle banche dati più completa tramite la quale si possono ricercare più di 70 milioni di brevetti in tutto il mondo, dal 1836 ad oggi Famiglie brevettuali Per ogni brevetto, vengono effettuate differenti tipologie di analisi: 1. Famiglie brevettuali (Patent Family) un insieme di applicazioni di un brevetto o pubblicazioni in diversi Paesi che riflette la volontà strategica di estendere internazionalmente il proprio sviluppo tecnologico. La così detta priority rappresenta la prima applicazione effettuata in un Paese, ed estesa poi ad altri Paesi L analisi delle famiglie brevettuali permette di individuare tecnologie che si rivelano importanti grazie a: INPADOC Patent Family: analisi della sigla di pubblicazione Analisi dei Paesi ovvero delle estensioni: più paesi in una stessa famiglia, più investimento e importanza ha la tecnologia brevettata Stato di vita: la durata di un brevetto è limitata nel tempo, e durante la sua vita il brevetto è soggetto al pagamento di tasse di mantenimento, pena la decadenza 22

27 METODOLOGIA: Brevetti 2. Citazioni backward e forward Documenti (brevettuali o non) che sono citati o che citano il brevetto in esame L analisi delle citazioni permette di identificare i documenti, e quindi le aree tecnologiche con un alto impatto. In particolare, un analisi differenziata per anno consente di evidenziare quali tecnologie siano persistenti e quali siano di recente rilevanza: Citazioni Più una tecnologia è citata più si rivela ricercata da altri e quindi importante La citazione rilevante è effettuata in particolare dalle citazioni nei rapporti di ricerca La citazione viene normalizzata per l età del brevetto, ovvero l analisi evidenzia il tasso di citazione relativamente all anno di pubblicazione 3. Procedura di concessione ed opposizione o lite L analisi della lettera che segue il numero di pubblicazione permette di evidenziare quali tecnologie abbiano attrattività: a) Brevetto con esame concesso, indice di una tecnologia che si presume abbia i requisiti di brevettazione b) Brevetto opposto da terzi considerato come ostacolo importante c) Brevetto litigato, ovvero tecnologia importante e usata per detenere monopolio 23

28 METODOLOGIA: Brevetti La tabella seguente riporta in dettaglio le sigle ed il loro significato: Figura 2 - Procedura di concessione Sigla di Significato pubblicazione A Document Applicazione brevettuale Europea dopo 18 mesi dalla sua presentazione all Ufficio Brevetti Europeo (European Patent Office, EPO), o 18 mesi dopo la data di prima applicazione (priority date) A1 A2 A3 A4 (A8, A9) Applicazione brevettuale Europea (con rapporto di ricerca) Applicazione brevettuale Europea (senza rapporto di ricerca non disponibile alla data di pubblicazione) Rapporto di ricerca Rapporto di ricerca supplementare Correzioni (titolo, pagina, ristampa) dell applicazione brevettuale Europea (secondo gli standard ST 50, WIPO, Organizzazione Mondiale per la Proprietà Intellettuale - World Intellectual Property) B Fascicolo brevettuale (European patent specifications) B1 B2 B3 (B8, B9) Fascicolo brevettuale brevetto concesso (granted patent) Nuovo fascicolo brevettuale rettificato (amended patent) Fascicolo brevettuale con limitazione dopo opposizione (after limitation procedure) Correzioni (titolo, pagina, ristampa) Procedura di concessione 24

29 METODOLOGIA: Brevetti 4. Distribuzione negli anni e geografica L analisi delle estensioni brevettuali e della frequenza di deposito negli anni (che può essere effettuata sia per macro-classe o classe tecnologica sia per richiedente) ha la finalità di evidenziare quando una certa tecnologia ha avuto un impulso ed i Paesi dove essa è rilevante. Analisi temporale e geografica L analisi brevettuale classifica i brevetti per aree tecnologiche mediante l utilizzo del sistema di classificazione tecnologica alfanumerico ECLA (European Classification Codes) che viene assegnato a ciascun brevetto. In assenza di esso, viene usato il codice di classificazione internazionale (International Patent Code IPC) Più precisamente, sono così definite: 1. Macro-classe tecnologica: prima lettera del codice europeo 2. Classe tecnologica: prime tre lettere del codice Individuate le classi tecnologiche più rilevanti (es. frequentemente brevettate ) lo step successivo si focalizza sull identificazione di parole chiave: Parole più ricorrenti nelle rivendicazioni indipendenti Parole più ricorrenti nel titolo / abstract 25

30 METODOLOGIA: Brevetti La seguente Tabella descrive i parametri utilizzati nella metodologia di analisi brevettuale (Wartburg, Teichert and Rost 2005, No and Park 2010, OuYang and Weng 2011, Karvonen and Kässi, 2012) Figura 3 - Parametri analisi brevettuale Parametri d'analisi Descrizione Codice Proxy Parole ricorrenti nel titolo del brevetto e nell abstract, che contiene una concisa descrizione dell invenzione International Patent Classification: codice identificativo utilizzato dal Patent Offices Worldwide European Classification System: estensione del IPC,viene utilizzato dallo European Patent Office Claim 1, Title, Abstract IPC code ECLA code Parole chiave Classificazione brevettuale Classificazione brevettuale La prima applicazione in una nazione Priority number Patent family Estensioni di un brevetto in diverse nazioni (stessa priority) Identifica tutti i brevetti che condividono direttamente o indirettamente almeno una priorità (escluse priority non-attive) Documenti citati nel brevetto o che citano il brevetto in esame, nel rapporto di ricerca: possono essere self-citation o non; possono essere di letteratura brevettuale o non INPADOC Patent Family INPADOC Patent Family Cited documents Famiglia brevettuale Famiglia brevettuale (Estensioni) Citazioni backward Data di pubblicazione Publication data Informazioni di filtro 26

31 METODOLOGIA: Brevetti Per ogni classe tecnologica, l analisi brevettuale consente quindi di rispondere a: 1) Attività brevettuale: Quali tecnologie sono giovani e dinamiche? Es. classe tecnologica con un trend crescente di brevettabilità Aree tecnologiche ad alta intensità di brevettazione 2) Attività per classe tecnologica negli anni: Quali tecnologie sono persistenti nel tempo e verso quali ci stiamo spingendo? 3) Distribuzione geografica: Dove le diverse tecnologie sono persistenti nel tempo e verso quali Paesi le tecnologie si stanno spingendo? 4) Maggiori player ed interesse del mercato: Competitor importanti e maturi o piccole nuove imprese? 5) Classificazione delle tecnologie in base alle citazioni ricevute: Quali sono le tecnologie con un più alto potenziale? «Il trasferimento tecnologico università-industria è funzione della capacità di brevettare certi tipi di tecnologie ed innovazioni, la loro commercializzazione e le licenze» Marcel Hülsbeck Professore alla Universität Witten/Herdecke, è stato consulente strategico e PR organizzativo di prestigiose imprese (Siemens, HypoVereinsbank, SGL Carbon) 27

32 METODOLOGIA: Brevetti La metodologia di analisi brevettuale ha come oggetto d analisi brevetti dal 2007 a luglio 2012 di aziende tedesche nel campo della meccatronica Figura 4 - Composizione dell attività di brevettazione dal 2007 a luglio 2012 Tecnologie ottiche laser Sistemi di diagnostica per macchine Sistemi di identificazione e tracciabilità Micro-elettroerosione (EDM) Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-ct) Strumenti ottici per analisi dei materiali Test ed analisi dei materiali Sistemi meccatronici autonomi Sistemi di controllo-veicoli Tecnologia piezo-elettrica Tecnologie di misurazione Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging Moderni materiali compositi Saldatura per attrito Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici Accessori per ottimizzazione lavorazioni alle macchine Micro-montaggio e movimentazioni Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala Laser al silicio RLW: Remote Laser Welding Trattamenti criogenici su materiali metallici SOFC Lasera a cascata quantica Plasma a freddo 7.56% 6.92% 6.81% 6.28% 5.89% 5.67% 5.24% 5.19% 4.35% 3.60% 3.54% 3.20% 1% 3.12% 2.27% 2.01% 1.69% 1.57% 1.06% 1.04% 0.74% 0.29% 0.15% 9.13% 12.66%

33 RISULTATI DA ANALISI BREVETTUALE In conclusione, l analisi brevettuale identifica come: 1. Rilevanti la Tecnologia ottica laser, i Sistemi di diagnostica per macchina, la Micro-elettroerosione, la Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-ct), i Sistemi di Identificazione e tracciabilità, gli Strumenti ottici per l analisi dei materiali, i Sistemi meccatronici autonomi (Robot autonomi mobili) ed infine la tecnologia Test ed Analisi dei Materiali 2. Dinamiche le tecnologie legate a Micro-montaggio e micro movimentazione, Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala, Trattamenti criogenici su materiali metallici, Accessori per ottimizzazione lavorazioni alle macchine, Sistemi meccatronici autonomi (Robot autonomi mobili), Micro- Elettroerosione (m-edm), Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging e la tecnologia SOFC 29

34 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Per l identificazione delle tecnologie emergenti si è fatto ricorso sia All acquisizione da parte di esperti accademici ed industriali di informazioni riguardo alle possibili tecnologie esistenti All analisi dei progetti tecnologici dal Portale Europeo per le attività di Ricerca e di Sviluppo (CORDIS) Il database CORDIS contiene i progetti tecnologici che la Commissione Europea ha scelto di finanziare, poiché considerati di importanza strategica per il futuro Fasi della metodologia Selezione dei Progetti di R&S recentemente finanziati dall Unione Europea e nell'ambito del 7 Programma Quadro La ricerca dei progetti tecnologici sul portale ha previsto le seguenti fasi: 1. Ricerca e selezione di progetti relativi al settore meccatronico pubblicati sulla banca dati oltre l anno 2007; 2. Analisi delle specifiche tecnologie core del progetto 3. Clusterizzazione in classi tecnologiche similmente alla precedente analisi brevettuale sulla base di parole chiave I progetti in CORDIS possono essere filtrati per Tema ( Argomenti del progetto). La selezione dei progetti relativi al settore meccatronico si basa sull analisi di tali Argomenti del progetto. Per esempio, sono stati considerati progetti con Argomenti quali Innovazione, Robotica, Trasferimento tecnologico, Elettronica Microelettronica, Tecnologie dei materiali - Nanotecnologie e Nanoscienze, Applicazione delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione - Informazioni, Media - Tecnologie della rete Analisi dei progetti Lista aree tecnologiche su cui punta l'ue 30

35 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei La ricerca e selezione dei progetti tecnologici sul portale europeo ha portato all analisi di 72 progetti e ad un loro raggruppamento nelle seguenti aree tecnologiche: Figura 5 - Numero di Bandi europei per classe tecnologica Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici Sistemi meccatronici autonomi Sistemi di diagnostica per macchine Tecnologia piezo-elettrica SOFC Moderni materiali compositi Lasera a cascata quantica Sistemi di movimentazione e di attuazione Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-ct) Micro-elettroerosione (m-edm) Laser al silicio Trattamenti criogenici su materiali metallici RLW: Remote Laser Welding

36 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Figura 6 - Distribuzione delle aree tecnologiche dei 72 Bandi Europei Moderni materiali compositi Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala SOFC 8% 8% 7% Laser a cascata quantica 7% 19% Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici 14% Sistemi meccatronici autonomi Tecnologia piezo-elettrica 10% 12% 15% Altre tecnologie: Sistemi di diagnostica per macchine Laser al silicio 3% RLW 1% 4% Micro-EDM Trattamenti criogenici 3% 4% Microtomografia computerizzat a raggi X 32

37 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Figura 7 - Distribuzione delle nazionalità dei coordinatori dei Bandi Europei 11% Francia 4% Danimarca 4% Austria 4% Belgio 10% Altro 17% Spagna 11% Germania 21% Italia 14% Gran Bretagna 15% Figura 8 - Tipologia ente dei coordinatori dei Bandi Europei Industria 33% Università 36% Ricerca 31% 33

38 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Di seguito presentiamo il risultato dettagliato delle analisi dei progetti tecnologici che la Commissione Europea ha scelto di finanziare, raggruppando i progetti tecnologici per classe tecnologica, e mettendo in evidenza i seguenti aspetti: Schema dell analisi dei Finanziamenti Europei breve descrizione della classe tecnologica principali applicazioni della classe tecnologica costo medio dei progetti appartenenti a questa classe tecnologica nazionalità e tipologia dell ente coordinatore nazionalità e tipologia dei partecipanti al Bando Ciascuna classe tecnologica è stata individuata sulla base delle parole chiave ricorrenti nei 72 progetti analizzati Nome Bando/Progetto Definizione Classe Tecnologica Parole chiave della Tecnologia prioritaria Breve descrizione della tecnologia Applicazioni Costo del progetto Nome dell ente coordinatore del progetto Nazionalità dell ente coordinatore Tipologia dell ente coordinatore Partecipanti al bando: Tipologia ente Partecipanti al bando: Nazionalità 34

39 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Per ogni classe tecnologica, si riportano le informazioni sopracitate, e si presenta per alcune classi tecnologiche uno tra i progetti che fanno parte della classe tecnologica in esame, a titolo esemplificativo Come prima classe tecnologica rilevante risulta la tecnologia piezoelettrica: ben 7 progetti tecnologici sono dedicati all impiego, sviluppo e miglioramento della stessa Classe tecnologica Breve descrizione Principali applicazioni Numero di progetti europei Tecnologia piezo-elettrica Materiali avanzati Permette di creare elettricità dalla pressione, sfruttando le proprietà di alcuni cristalli, capaci di generare differenza di potenziale quando sono soggetti a una deformazione meccanica Costruzione di componenti e dispositivi elettrici (sensori, attuatori, trasformatori e trasduttori). Gli studi si stanno spostando verso: Miglioramento della tecnologia: 1. Ottenimento di attuatori multistrato piezoelettrici con componenti più affidabili e con un costo di produzione minore, in grado di sostenere condizioni estreme, come temperature e pressioni elevate Impiego di tale tecnologia nel settore della sicurezza: 1. Utilizzo di polimeri con proprietà piezoelettriche in substrati di tessuti/calzature per la sicurezza; 2. Protezione dell udito per lavoratori esposti ad alti livelli di rumori (sensori che consentano di percepire allarmi e parole ma riducendo in modo significativo rumori dannosi) 7 progetti europei Costo medio dei progetti Coordinatore - Tipologia di ente Università: 1 (14,28%) Istituto di ricerca: 3 (42,8%) Industria: 3 (42,8%) 35

40 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei A titolo esemplificativo, si riporta di seguito uno tra i progetti analizzati ed appartenenti a tale classe tecnologia (Tecnologia piezo-elettrica): Acronimo del progetto: 3PLAST Classe tecnologica Tecnologia prioritaria Breve descrizione Materiali avanzati Tecnologia piezoelettrica Migliorare le proprietà degli attuatori piezoelettrici per consentirne l utilizzo agli utenti finali in svariate applicazioni. In particolare, sviluppare attuatori in grado di sostenere temperature e pressioni elevate Principali applicazioni Auto-controllo della macchina, interfaccia uomo-macchina, sicurezza Costo del progetto Coordinatore Coordinatore - Nazionalità Coordinatore - Tipologia di ente Partecipanti al bando Startseite Fraunhofer-Gesellschaft Germania Istituto di ricerca 8 partecipanti Tipologia partecipanti Università: 1 (12,5%) Istituto di ricerca: 1 (12,5%) Industria: 6 (75%) 36

41 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Riportiamo nelle sezioni seguenti, le altre classi tecnologiche risultanti dall analisi dei progetti tecnologici europei Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-ct) Classe Tecnologica Microlavorazioni Breve descrizione Principali applicazioni Numero di progetti europei Costo medio dei progetti Coordinatore - Tipologia di ente Università: 2 (66,6%) Istituto di ricerca: 0 (0%) Industria: 1 (33,3%) La microtomografia (m-ct) è una tecnica di visualizzazione microscopica 3-dimensionale non invasiva basata sulla ricostruzione volumetrica di radiografie alla scala del micron. Le ricostruzioni volumetriche ottenute sono completamente digitalizzate e posso successivamente essere elaborate per ottenere innumerevoli informazioni: misure e dimensioni del campione, costituzione massica (cavità e occlusioni), segmentazioni di diversi materiali sia solidi che fluidi (distinzione nel volume acquisito delle diverse fasi e loro interazione). Gli studi si stanno spostando verso: Studi dell'effetto della microstruttura sull'acqua e stato soluto, consistenza e proprietà ottiche e difetti interni di cibo Superamento dei limiti delle tecniche convenzionali: le analisi dei materiali con scala nano-metrica coprono attualmente metodi distruttivi della sonda e metodi 2D. Le ricerche stanno progredendo verso la X-tomografica computerizzata a raggi in scala nano-metrica, che consentano un analisi della struttura in 3D, senza la distruzione della sonda Tali miglioramenti favoriranno, ad esempio, un controllo automatico per parti sinterizzate mediante tecniche non distruttive per il miglioramento della qualità produttiva 3 progetti europei 37

42 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Europei Classe tecnologica Breve descrizione Microlavorazioni Tecnologia micro-edm Rimozione del materiale tramite scariche elettriche tra utensile e pezzo (necessariamente elettro-conduttivo) nelle lavorazioni di micro-foratura e di micro-fresatura Principali applicazioni Industria aerospaziale (fori di raffreddamento per turbine, propulsori satellitari), tecnologia medica (impianti, micromotori), meccanica di precisione (orologi), ingegneria ed elettrica Gli studi si stanno spostando verso: Lavorazione di materiali difficili, quali ad esempio la ceramica, l acciaio, il diamante Realizzazione di elementi ad inserimento per utensili con migliori capacità di gestione termica e di precisione Numero di progetti europei Coordinatore - Nazionalità Locale: 1 (25%) Internazionale: 3 (75%) Coordinatore - Tipologia di ente Università: 3(75%) Istituto di ricerca: 0 (0%) Industria: 1 (25%) Un progetto analizzato ed appartenente a tale classe tecnologia è il seguente: Classe tecnologica Tecnologia prioritaria Breve descrizione Principali applicazioni Microlavorazioni Tecnologia micro-edm Acronimo del progetto: HI-MICRO Utilizzo della tecnologia micro-edm unita ad altre nuove tecnologie (quali la micro-ecm, la micro-foratura, e la tomografia computerizzata) per la realizzazione di elementi ad inserimento per utensili con migliori capacità di gestione termica e migliore precisione ed accuratezza Macchine utensili Costo del progetto Coordinatore 3 progetti europei Costo medio dei progetti Katholieke Universitet Leuven Tipologia partecipanti Università: 2 (33%) Istituto di ricerca: 0 0%) Industria: 6 (66%) 38

43 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Classe tecnologica Breve descrizione Sistemi meccatronici autonomi Sistemi meccatronici autonomi I sistemi meccatronici autonomi consistono in sistemi intelligenti (selflearning) che operano in totale autonomia ed indipendenza dall intervento umano e sono in grado di migliorare la mobilità, la percezione dell ambiente, la manipolazione di prodotti e di prendere decisioni di fronte ad eventi incerti. Tali sistemi sono caratterizzati da software ad altissima intensità e da attuatori, che consentono al robot di navigare e capire un determinato ambiente. Principali applicazioni Numero di progetti europei Costo medio dei progetti Coordinatore - Tipologia di ente Università: 9(90%) Istituto di ricerca: 0 (0%) Industria: 1 (10%) Gli studi si stanno spostando verso: Lo sviluppo di una tecnologia per la navigazione autonoma in ambienti complessi; es. attività di manipolazione subacquee di un veicolo sottomarino autonomo (AVU) Lo sviluppo di robot autonomi in tre settori importanti di applicazione: robot swarms, cloud computing e e-mobility. Lo sviluppo di sistemi flessibili di manipolazione, che consentano la manipolazione di oggetti di piccole dimensioni Lo sviluppo di robot che consentano l auto-assemblaggio 10 progetti europei «Le Braccia meccaniche sono una tecnologia chiave per tutta la meccatronica attuale e del futuro» Nashid Nabian Docente di Urban informatics ad Harvard e ricercatrice al MIT di Boston esperta di nuove tecnologie e «Smart city» 39 L PROGETTO

44 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Classe tecnologica Breve descrizione Principali applicazioni Sistemi di diagnostica di macchine Sistemi di diagnostica di macchine I sistemi di diagnostica di macchine consistono in sistemi di controllo in grado di monitorare determinati parametri del processo di lavorazione, che consentono di monitorare successivamente la qualità della produzione e dello stato della merce di produzione. Gli studi si stanno spostando verso: Lo sviluppo sistemi intelligenti di auto-ottimizzazione di controllo in grado di analizzare una vasta gamma di parametri del processo di lavorazione ed adattare automaticamente il funzionamento della macchina in tempo reale, evitando interruzioni di produzione ed anomalie. Lo sviluppo di sistemi intelligenti di controllo per altre macchine, come ad esempio una nave. Alcune ricerche si focalizzano nello sviluppo di un sistema di strumentazione che permetta di migliorare la sicurezza delle navi e ridurre i costi operativi. Per lo sviluppo di tali sistemi di diagnostica delle macchine, è fondamentale il continuo miglioramento di sensori caratterizzati da funzioni avanzate. Numero di progetti europei 9 progetti europei Costo medio dei progetti Coordinatore - Tipologia di ente Università: 3(33,3%) Istituto di ricerca: 3 (33,3%) Industria: 3 (33,3%) 40

45 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Classe tecnologica Breve descrizione Principali applicazioni Numero di progetti europei Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici Monitoraggio per la progettazione di manufatti e infrastrutture destinati all'uso civile, quali edifici civili ed industriali, ponti e ferrovie, strutture in zone sismiche ed infrastrutture di trasporto. Gli studi si stanno spostando verso: 13 progetti europei Costo medio dei progetti Coordinatore - Tipologia di ente Università: 3(23,1%) Istituto di ricerca: 6 (46,15%) Industria: 4 (30,77%) Utilizzo di strutture in acciaio per la realizzazione di edifici industriali; tale studio consentirà il superamento dei limiti del calcestruzzo, materiale utilizzato oggigiorno per la realizzazione di edifici. Tale soluzione potrebbe essere interessante nelle aree sismiche, e potrebbe permettere il raggiungimento di nuovi obiettivi di efficienza energetica (con riduzione di CO2); inoltre studi si concentrano sul comportamento dell acciaio in condizioni di incendio. Lo sviluppo di nuovi potenti sistemi di strumentazione per il monitoraggio delle vibrazioni di strutture di ingegneria civile (ponti, edifici, ad esempio dighe); ne è un esempio il sistema SHM (Structural Health Monitoring). 41

46 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei La tecnologia di Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici si traduce a livello urbanistico in tecnologie di punta per architetture interattive e digitalmente adattate: 1. Tecnologie partecipative 2. Tecnologie di monitoraggio urbano dal basso verso l alto Grande attualità ha l argomento Smart Cities, con la pubblicazione di diversi bandi nazionali al riguardo. Il concetto di Smart Cities si basa sul fatto che il digitale e le tecnologie di telecomunicazione hanno integrato materiali ed informazioni con l obiettivo di percepire le dinamiche della città in tempo reale e rendere disponibili queste informazioni ai cittadini e alle parti istituzionali «Smart cities come comunità intelligenti che tendono a soluzioni integrate e sostenibili, in grado di offrire energia pulita e sicura a prezzi accessibili ai cittadini, riducendo i consumi e creando nuovi mercati» Günter Oettinger Commissario europeo per l'energia 42 L PROGETTO

47 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Sistemi di movimentazione o di attuazione su larga o piccola scala Classe tecnologica Sistemi di movimentazione o di attuazione Breve descrizione Principali applicazioni L intelligenza artificiale, è diventata il campo di ricerca e innovazione tecnologica di maggior interesse negli ultimi anni. Le ricerche riguardano sempre più applicazioni di robotica e macchine automatiche per la produzione industriale, dotate di sensori intelligenti e intercambiabili. Alcune ricerche attuali sono: Robot che consentano una lucidatura automatica su superfici libere: le attuali tecniche di lucidatura automatiche sono quasi non applicabili su elementi con superfici a forma libera e tali superfici sono fino ad oggi effettuate manualmente. Nella fabbricazioni di utensili è stato stimato che il 50% del tempo di fabbricazione è dato alla lucidatura. Tecniche affidabili per il monitoraggio dei parametri di lavorazione più critiche nelle macchine utensili, come il taglio di carico, le vibrazioni e il consumo energetico. Tali tecniche consentiranno di ottimizzare in tempo reale l intero processo di produzione in base a produttività/costi criteri. Numero di progetti europei 5 progetti europei Costo medio dei progetti Coordinatore - Tipologia di ente Università: 0 (0%) Istituto di ricerca: 2 (40%) Industria: 3 (60%) «Micro e nano scala sono il futuro dell attuazione. Il futuro va verso diversi meccanismi di attuazione, ovvero mediante cambiamento di posizione, di forma e/o di caratteristiche chimiche e meccaniche degli oggetti, da sensori fissi a sensori in movimento» Nashid Nabian Docente di Urban informatics ad Harvard e ricercatrice al MIT di Boston esperta di nuove tecnologie e «Smart city» 43 L PROGETTO

48 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Classe tecnologica Breve descrizione Principali applicazioni Trattamenti criogenici Materiali Avanzati Il trattamento criogenico consiste in un processo tecnologico utilizzato per migliorare le proprietà di una vasta gamma di materiali. Tale trattamento avviene portando il materiale al di sotto della temperatura di -88 C. Nell industria moderna l impiego di tale trattamento è in continua espansione ed utilizzato in numerose applicazioni. Questo fenomeno consente di aumentare la vita utensile dell utensile. L impiego di tali trattamenti per aumentare la resistenza all'usura in utensili da taglio o stampi, per aumentare la resistenza alla corrosione e all erosione. Studi sono rivolti all' impiego di tale fenomeno per aumentare la resistenza all'usura di componenti di autoveicoli, che possono portare a riduzioni di peso. Numero di progetti europei 2 progetti europei Costo medio dei progetti Coordinatore - Tipologia di ente Università: 0 (0%) Istituto di ricerca: 2 (100%) Industria: 0 (0%) 44

49 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Classe tecnologica Breve descrizione Principali applicazioni Compositi Materiali Avanzati I compositi sono materiali ottenuti combinando due o più componenti in modo che il prodotto finale abbia proprietà diverse da quelle dei singoli costituenti. L idea di base dei compositi è quella di ottimizzare, in termini di caratteristiche meccaniche e leggerezza, le prestazioni dei materiali cosiddetti convenzionali. Gli studi si stanno spostando verso: L utilizzo di materiali FGM (Functionally graded materials). I materiali FGM sono materiali a gradiente di funzionalità, ovvero sono compositi realizzati combinando materiali diversi. Tale unione consente una variazione di composizione della struttura in modo graduale. Ricerche stanno elaborando nuovi processi che permettono di superare tradizionali difetti come la criccatura (sia durante l'essiccazione che il riscaldamento), la de-laminazione e la debolezza (porosità). L utilizzo di compositi a matrice polimerica (PMC) per la costruzione di macchine utensili. Anche se risultati sembrano essere già raggiunti, studi si concentrano per ottenere prestazioni ottime delle macchine tecnologiche. L utilizzo di compositi polimerici con fibre corte (SFC), utilizzati per produrre parti complesse delle macchine (flange, inserti) che servono ai componenti meccanici dell interfaccia (ad esempio motori, guide, mandrino). Numero di progetti europei 6 progetti europei Costo medio dei progetti Coordinatore - Tipologia di ente Università: 1(16,7%) Istituto di ricerca: 1 (16,7%) Industria: 4 (66,7%) 45

50 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Classe tecnologica Breve descrizione Principali applicazioni Tecnologia SOFC (Solide Oxide Fuel Cells) Microlavorazioni Le pile a combustibile ad ossido solido (SOFC) sono dispositivi elettrochimici che producono energia elettrica usando carburanti basati su idrocarburi. Un sistema a ossido solido utilizza un materiale ceramico (zirconia drogata con ossido d ittrio) che consente all'ossigeno di raggiungere il combustibile (in genere idrogeno, idrocarburi e dil monossido di carbonio). Tale tecnologia è in grado di lavorare ad altissime temperature (800/1000 C), molto più alte di quelle polimeriche. Gli studi si stanno spostando verso: L uso dell ossido solido come una sorta di unità di energia ausiliaria (APUs) per gli automezzi. Una SOFC ad alta temperatura potrebbe produrre tutta l'energia elettrica necessaria per avere motori più piccoli ed efficienti. Pile SOFC a bassa temperatura ( C) che permetterebbero l'impiego di materiali metallici con migliori caratteristiche meccaniche e di conducibilità termica, riducendone anche il costo. Superamento di limiti attuali: le pile SOFC sono costituite da materiali ceramici, quindi piuttosto fragili; l obiettivo è quello di permettere l impiego di materiali metallici con migliori caratteristiche di conducibilità e di affidabilità, riducendone il costo. Lo sviluppo di una nuova struttura SOFC maggiormente robusta e poco costosa, denominata IT SOFC, operanti a media temperatura, tra 600 e 800 C. Sviluppi futuri guardano alle pile SOFC che disaccoppiano le sollecitazioni termiche entro la pila stessa e allo stesso tempo permettono un ottimale tenuta e contatto Numero di progetti europei 6 progetti europei Costo medio dei progetti Coordinatore - Tipologia di ente Università: 0(0%) Istituto di ricerca: 2 (33,4%) Industria: 4 (66,7%) 46

51 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Classe tecnologica Breve descrizione Principali applicazioni Tecnologia laser infra-red a cascata quantica Microlavorazioni Il laser a cascata quantica (QCL) è un laser a semiconduttore che emette radiazione elettromagnetica nel medio infrarosso; tale laser che emette nella gamma di lunghezza d'onda di 3-4 micron. Il 3-4 micron di lunghezza d'onda è di fondamentale importanza tecnologica per una vasta gamma di applicazioni. Gli studi si stanno spostando verso: Il controllo della concentrazione di gas prodotti in determinati processi industriali. Il medio infrarosso assorbe la luce di monossido di carbonio, metano, ammoniaca, anidride solforosa, è possibile rilevare la presenta di tali composti chimici anche in percentuali ridotte. Questo porta a molte potenziali applicazioni in settori quali la diagnostica clinica (analisi del respiro), monitoraggio dei processi, controllo di inquinamento interno ed esterno. L impiego di tale tecnologia per la diffusione di sensori laser in monitoraggio on-line delle impurità nel campo delle nanotecnologie e chimica ed altre applicazioni industriali. Superamento dei limiti attuali: i laser a cascata quantica hanno raggiunto un certo grado di maturità, ma sono ancora inferiori alle loro controparti del vicino infrarosso, in termini di intensità del rumore e ad alte prestazioni modulazione della velocità. La ricerca intende superare tali limiti. Numero di progetti europei 5 progetti europei Costo medio dei progetti Coordinatore - Tipologia di ente Università: 3(60%) Istituto di ricerca: 1 (20%) Industria: 1 (20%) 47

52 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Classe tecnologica Breve descrizione Principali applicazioni La tecnologia RLW (Remote Laser Welding) Microlavorazioni La tecnologia RLW è una tecnologia composta da tre elementi: un fascio laser, un robot industriale e un sistema di scansione laser. Lo scanner consente di ridurre i tempi morti fra una saldatura e la successiva. Il robot consente un facile posizionamento dello scanner intorno alle parti da saldare, in modo da eliminare le operazioni di re-posizionamento del pezzo. Gli studi si stanno spostando verso: L utilizzo di laser RLW per la saldatura di lamiere di acciaio nell assemblaggio automobilistico; ricerche si focalizzano su come ottenere un accurato controllo del gap tra parte e parte durante le operazioni di giunzione; altri studi pongono l attenzione su come riconfigurare le architetture del sistema di assemblaggio per potere introdurre la tecnologia RLW L impiego di tale tecnologia per la fabbricazione di elettrodomestici e nelle industrie di produzione in serie. Numero di progetti europei 1 progetto europeo Costo medio dei progetti Coordinatore - Tipologia di ente Università: 1(100%) Istituto di ricerca: 0 (0%) Industria: 0 (0%) 48

53 METODOLOGIA: Finanziamenti Europei Classe tecnologica Breve descrizione Principali applicazioni Laser al silicio Microlavorazioni Il laser al silicio è una tecnologia recente, e consiste nell utilizzo di un materiale come il silicio (che si pensava fosse un pessimo conduttore di luce), per poter emettere un potente raggio di luce. Negli ultimi anni enormi sono stati i progressi, come lo sviluppo di una versione migliorata di tale laser in grado di funzionare in modo continuo sui chip. Gli studi si stanno spostando verso: Superamento dei limiti attuali: ricerche attuali stanno progredendo per utilizzare il laser al silicio in dispositivi CMOS. Gli attuali laser al silicio, infatti, generano troppo calore per essere impiegati per tali dispositivi. L impiego di tale tecnologia per le tecniche di costruzione dei microprocessori (che potrebbero venire ancor più miniaturizzati), e per la costruzione di apparecchiature elettroniche. Tale tecnologia potrà inoltre consentire una riduzione dei costi di realizzazione. Numero di progetti europei 2 progetti europei Costo medio dei progetti Coordinatore - Tipologia di ente Università: 2 (100%) Istituto di ricerca: 0 (0%) Industria: 0 (0%) 49

54 RISULTATI DA ANALISI FINANZIAMENTI EU In conclusione, l analisi dei finanziamenti europei identifica come: 1. Trend tecnologici verso cui punta l Unione Europea, le tecnologie in particolare relative a: Sistemi di identificazione e tracciabilità, Sistemi di controllo (veicoli, Sistemi di movimentazione o di attuazione su larga o piccola scala), Tecnologia piezo-elettrica, Trattamenti criogenici su materiali metallici, Strumenti ottici per analisi dei materiali, Moderni materiali compositi, e Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging 2. Rilevanti ma con un peso minore, le tecnologie legate a: Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-ct), Laser al silicio, Saldatura laser a remoto (Remote Laser Welding, RLW), Plasma a freddo, e le Pile ad ossidi solidi (Solide Oxide Fuel Cells, SOFC) 50

55 METODOLOGIA: Venture Capitalist Le base dati utilizzata è Zephyr con oltre imprese finanziate dai Venture Capitalist (VC) e Private Equity (PE) a partire dal 2000 Il campione oggetto d analisi comprende aziende nelle quali hanno investito i Venture Capitalist nel periodo dal 2007 a luglio 2012, nel campo della meccatronica, ed è costituito da 638 imprese a livello globale La selezione delle aziende target presenti nel portafoglio di Venture Capitalist in ambito meccatronico fa riferimento al codice Nace Rev. 2 (Classificazione delle Attività Economiche in ambito Europeo) come segue. Riportiamo inoltre tra parentesi il corrispettivo codice Ateco 2007: 28 Manufacture of machinery and equipment nec (28 Fabbricazione di macchinari ed apparecchiature nca) Manufacture of computers and peripheral equipment ( Fabbricazione di computer e unità periferiche) Manufacture of electric motors, generators and transformers ( Fabbricazione di motori, generatori e trasformatori elettrici) Fabbricazione di macchine ed altre attrezzature per ufficio (esclusi computer e periferiche) Installation of industrial machinery and equipment (33.20 Installazione di macchine e apparecchiature industriali) 51

56 METODOLOGIA: Venture Capitalist L analisi quantitativa dei così detti portafogli dei Venture Capitalist permette di individuare, mediante un analisi più dettagliata delle aziende nelle quali tali soggetti investono il proprio capitale ( target ), una lista di classi tecnologiche su cui puntano tali soggetti Analogamente alla metodologia applicata per i Finanziamenti Europei, si effettua la clusterizzazione in classi tecnologiche sulla base di parole chiave analizzando la descrizione della tecnologia cui è dedicata l azienda target in esame Fasi della metodologia Selezione ed Analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist Analisi delle tecnologie delle aziende appartenti al portafoglio in esame Lista aree tecnologiche su cui puntano i Venture Capitalist «La maggior parte delle aziende nelle quali i Venture Capitalist hanno investito capitale e che si quotano per la prima volta nel mercato dei capitali sono per la maggior parte appartenenti a settori tecnologici» Mario Levis Professore di Finanza alla Cass Business School (City University London) a Londra Direttore del Centro Private Equity (CPEC, Cass Private Equity Center) 52 L PROGETTO

57 METODOLOGIA: Venture Capitalist Il campione è costituito da 638 finanziamenti da parte di Venture Capitalist in imprese ad alta tecnologia. Nel grafico sotto riportato si mostra il singolo peso percentuale che hanno le principali classi tecnologiche Figura 9 Composizione tecnologica delle aziende nelle quali investono i Venture Capitalist Micro-montaggio e movimentazioni Altre tecnologie Sistemi meccatronici autonomi Micro-elettroerosione (EDM) Sistemi di controlloveicoli 4% 3% 10% 17% % 13% 18% 8% Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala 12% Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging 32% Sistemi di identificazione e tracciabilità 53

58 METODOLOGIA: Venture Capitalist Di seguito si riporta l elenco completo delle classi tecnologiche: Figura 10- Percentuale di investimenti Venture Capitalist per classe tecnologica Sistemi di identificazione e tracciabilità Sistemi meccatronici autonomi (Robot autonomi mobili) Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging Sistemi di controllo-veicoli Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala Micro-elettroerosione (EDM, Electrical Discharge machining) Micro-montaggio e movimentazioni (attraverso micro-attuatori) Tecnologie ottiche laser Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-ct) Test ed analisi dei materiali Strumenti ottici per analisi dei materiali Trattamenti criogenici su materiali metallici Tecnologie di misurazione Sistemi di diagnostica per macchine Laser al silicio SOFC Moderni materiali compositi 3,51% 3,26% 3,01% 3,01% 2,75% 2,50% 1,00% 0,50% 0,50% 0,25% 0,25% 0,25% 7,77% 11,53% 10,02% 18,29% 31,60% 0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00% 35,00% 54

59 METODOLOGIA: Venture Capitalist Figura 11 - Distribuzione geografica delle aziende tecnologiche nelle quali investono i Venture Capitalist (Primi 8 Paesi) 11% 17% % Spagna Israele Francia Germania Canada Cina 2% 3% 3% % 3% % 4% % % 6% % 17% % 11% 17% 17% 17% 17% 17% Altri paesi 12% 17% % 56% USA % 17% Regno Unito 17% % «Gruppi di Venture Capitalist che investono in una stessa azienda portano a tassi di crescita significativamente più alti» Erik Lehmann docente di Business Administration presso l Università di Augsburg. Autore di numerose pubblicazioni internazionali in Imprenditorialità, Innovazione e Tecnologia 55 L PROGETTO

60 METODOLOGIA: Venture Capitalist Figura 12 - Distribuzione geografica delle aziende tecnologiche nelle quali investono i Venture Capitalist (Dettaglio) Legenda Primi 8 Paesi Altri Paesi Paese Finanziamenti da parte di Venture Capitalist in aziende con tecnologie di punta Legenda Paese Finanziamenti da parte di Venture Capitalist in aziende con tecnologie di punta Numero % Numero % USA Irlanda Regno Unito Giappone Germania Australia Francia Austria Israele Nuova Zelanda Spagna Singapore Canada Taiwan Cina Altri Paesi Bulgaria Svezia Isole Cayman India Croazia Olanda Danimarca Italia Corea Norvegia Polonia Svizzera Tailandia Belgio Totale

61 METODOLOGIA: Venture Capitalist Di seguito riportiamo alcuni casi analizzati: Tecnologia ottiche laser Società Venture Capital Descrizione Casse Tecnologica Vixar, Inc. Impresa Statunitense Phoenix Venture Partners Produzione di componenti ottici basati su laser semiconduttori del tipo VCSEL (Vertical-cavity surface-emitting laser) oltre alla tecnologia LED. Assembla dispositivi e sensori entro diversi campi d applicazione, dal medicale all automotive, ai prodotti di ufficio. Tecnologie ottiche Tecnologia del plasma a freddo Società Venture Capital Descrizione Casse Tecnologica Sub-One Technology Chevron Venture Capital (US) Tecnologia avanzata per rivestimento di superfici interne. Ionizzazione del gas mediante tre steps (1) pulizia, (2) adesione, (3) rivestimento. Plasma ad una più alta densità con applicazione diretta alle parti. Materiali «I Venture Capitalist, così come gli imprenditori, sanno bene cosa è meglio per l azienda; ciò può differenziare dagli obiettivi delle banche d investimento» (Financial Times, 28 Aprile 2012) Jay R. Ritter Professore di Finanza all Università della Florida Testimone al Congresso americano sul finanziamento dell innovazione 57 L PROGETTO

62 METODOLOGIA: Venture Capitalist Sistemi di identificazione e tracciabilità Società Venture Capital Descrizione Classe tecnologica TECHSIGNO SRL (Italia) Business angel - privati Sviluppatore di lettore intelligente di dispositivi. ll lettore UFOID è un terminale compatto e facile da usare in grado di gestire RFID in tre modi diversi Sistemi di identificazione e tracciabilità Sistemi meccatronici autonomi Società Venture Capital Descrizione Casse Tecnologica HARVEST AUTOMATION INC. (USA) LIFE SCIENCES PARTNERS BV (Venture capital - Olanda) MASSACHUSETTS TECHNOLOGY DEVELOPMENT CORPORATION (Venture capital USA) Sviluppatore di robot mobili per tecnologie di movimentazione del materiale che automatizza funzioni preposte all uomo (Innovazione robotica) Sistemi meccatronici autonomi Micro-montaggio e micro-movimentazioni (micro-attuatori) Società Venture Capital Descrizione Casse Tecnologica ENECSYS LTD (Inghilterra) GOOD ENERGIES LTD (Venture capital - Inghilterra) Sviluppatore di micro-inverter per l'efficienza energetica e di sistemi di monitoraggio di matrice fotovoltaica Micro-montaggio e micro-movimentazioni 58

63 METODOLOGIA: Venture Capitalist Sistemi di identificazione e tracciabilità Società Venture Capital Descrizione Casse Tecnologica ASK SA (Francia) CDC INNOVATION SAS (Venture capital investment services - Francia) Produttore di tecnologia senza contatto e RFID Sistemi di identificazione e tracciabilità In particolare, le potenzialità legate all identificazione a radiofrequenza (RFiD, Radio Frequency Identification) sono elevate e l attenzione si sta spostando verso Tag RFiD attivi. Questi, a differenza di RFiD passivi, hanno energia propria, una più lunga distanza di lettura e possono integrare sensori ausiliari. Più controllo, più sicurezza e riduzione dei costi di gestione sono i principali impatti positivi legati a questa tecnologia «La distribuzione del monitoraggio e del controllo è un fattore rilevante tra le nuove tecnologie [ ] Non solo a livello macchine ma anche a livello uomo [ ] Si necessita di sensori localizzati sugli utenti stessi [ ] C è un forte trend da tecnologie di RFiD passivi ad attivi» Nashid Nabian Docente di Urban informatics ad Harvard e ricercatrice al MIT di Boston esperta di nuove tecnologie e «Smart city» 59 L PROGETTO

64 RISULTATI DA ANALISI VENTURE CAPITALIST In conclusione, l analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist identifica come: 1. Tecnologie ad alto potenziale di crescita, quelle relative a: Tecnologie ottiche laser, Sistemi di diagnostica per macchine, Sistemi di controllo veicoli, Test/analisi di materiali, Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici (controllo edifici, verificare vibrazioni di ponti etc.), Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging 2. Rilevanti ma con un peso minore, le tecnologie legate a: Laser al silicio, Saldatura, Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-ct), Laser a cascata quantica, Micro-elettroerosione (EDM, Electrical discharge machining), Micro-montaggio e micro-movimentazioni (e.g. attraverso micro-attuatori), Plasma a freddo, Sistemi di movimentazione o di attuazione su larga o piccola scala, Trattamenti criogenici su materiali metallici, Sistemi meccatronici autonomi (per svolgere funzioni preposte all uomo), Strumenti ottici per analisi dei materiali, e Saldatura laser remota (Remote Laser Welding, RLW) 60

65 VALUTAZIONE TECNOLOGIE PRIORITARIE I risultati ottenuti dalle analisi delle tre metodologie (Analisi brevettuale, Finanziamenti Europei, Investimenti Venture Capitalist) sono utilizzati come variabili per la generazione di indici in grado di stabilire la priorità delle tecnologie valutate Sono stati misurati due indicatori: un primo indicatore (Attrattività) è focalizzato sulle caratteristiche attrattive della tecnologia; un secondo indicatore (Dinamicità) pesa la natura dinamica della stessa. Considerando entrambi gli indicatori, si è giunti alla valutazione delle tecnologie prioritarie Di seguito è riportato dettagliatamente il significato di ogni singolo indicatore e le formule utilizzate per il relativo calcolo L indicatore di Attrattività vuole valutare la natura attrattiva di ogni tecnologia. Per raggiungere tale obbiettivo sono stati utilizzati tre sotto-indicatori normalizzati: Persistenza brevettuale FinanziamentiEU/InvestimentVC Opinioni esterne L indicatore di Attrattività è il risultato della media aritmetica dei suddetti sotto-indicatori. I risultati ottenuti sono stati normalizzati per facilitare la valutazione Indicatore di Attrattività 61

66 VALUTAZIONE TECNOLOGIE PRIORITARIE VALUTAZIONE TECNOLOGIE PRIORITARIE AZIONE TECNOLOGIE PRIORIT Persistenza brevettuale: è calcolato, per ogni singola classe tecnologica, come radice quadra della somma tra il numero di brevetti e il rapporto tra numero di citazioni e gli anni passati dalla pubblicazione (ovvero gli anni utili per una possibile citazione dello stesso). Il campione di riferimento conta brevetti pubblicati dal 2007 sino a luglio 2012 Finanziamenti europei (Unione Europea) e Investimenti di Venture Capitalist: calcolato come radice quadra della somma dei seguenti sotto-indici normalizzati: Finanziamenti europei: calcolato come numero di finanziamenti europei appartenenti alla classe tecnologica in esame Venture Capitalist: calcolato come numero di bandi appartenenti alla classe tecnologica in esame L analisi è basata su 72 bandi e 638 Deals I tre sotto-indicatori utilizzati per il calcolo dell indice di Attrattività Persistenza brevettuale Finanziamenti EU e Investimenti VC Interviste e Interviste e calcolato secondo una scala di intensità da 0 a 3 (0=tecnologia poco attrattiva, 3=tecnologia molto attrattiva): 2 punti sono assegnati in base ai giudizi espressi da esperti internazionali; 1 punto è assegnato in base alle risposte ricevute via mail dalla Commissione Innovazione di Confindustria Bergamo 62

67 VALUTAZIONE TECNOLOGIE PRIORITARIE L indicatore di Dinamicità vuole valutare il tasso di crescita e di diffusione di ogni specifica tecnologia negli anni. E calcolato sulla base dell incremento nell intensità brevettuale. Nello specifico è definito come il rapporto del numero dei brevetti di una specifica classe tecnologica pubblicati tra il 2010 e il 2012 sul numero di brevetti della medesima classe pubblicati tra il 2007 e il 2009 Indicatore di Dinamicità 63

68 INDICE DI ATTRATTIVITA Attrattività Brevetti Fin. UE + Inv VC Qualitativo 1. Sistemi meccatronici autonomi (Robot autonomi mobili) Sistemi di diagnostica per macchine Micro-montaggio e movimentazioni (attraverso micro-attuatori) Micro-elettroerosione (EDM, Electrical Discharge Machining) Tecnologia piezo-elettrica Sistemi di identificazione e tracciabilità Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici (monitoraggio strutturale) Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala Sistemi di controllo-veicoli Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging Tecnologie ottiche laser Strumenti ottici per analisi dei materiali Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-ct) Moderni materiali compositi Test ed analisi dei materiali Tecnologie di misurazione Trattamenti criogenici su materiali metallici SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) Saldatura per attrito Laser al silicio Laser a cascata quantica Accessori per ottimizzazione lavorazioni alle macchine Remote Laser Welding (RLW) Plasma a freddo

69 Dinamicità INDICI DI ATTRATTIVITA E DINAMICITA Tecnologie di punta 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, Attrattività Legenda: 1 - Sistemi meccatronici autonomi (Robot autonomi mobili) 2 - Sistemi di diagnostica per macchine 3 - Micro-montaggio e movimentazioni 4 - Micro-elettroerosione (EDM) 5 - Tecnologia piezo-elettrica 6 - Sistemi di identificazione e tracciabilità 7 - Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici 8 - Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala 9 - Sistemi di controllo-veicoli 10 - Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging 11 - Tecnologie ottiche laser 12 - Strumenti ottici per analisi dei materiali 13 - Micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-ct) 14 - Moderni materiali compositi 15 - Test ed analisi dei materiali 16 - Tecnologie di misurazione 17 - Trattamenti criogenici su materiali metallici 18 - SOFC 19 - Saldatura per attrito 20 - Laser al silicio 21 - Laser a cascata quantica 22 - Accessori per ottimizzazione lavorazioni alle macchine 23 - Remote Laser Welding (RLW) 24 - Plasma a freddo 65

70 66

71 Tecnologie di punta PARTE TERZA: TECNOLOGIE 67

72 SCHEDE TECNOLOGICHE Per ciascuna delle tecnologie di punta identificate, si presentano schede tecnologiche scritte coinvolgendo esperti attivi nella ricerca e nell utilizzo delle tecnologie sia a livello industriale che universitario Le schede presentano per tutte tecnologie prioritarie (1) la descrizione della tecnologia, le applicazioni, lo stato di sviluppo e gli obiettivi strategici; (2) i risultati dello studio di Technology Foresight, distinti per analisi di attività di brevettazione, dei finanziamenti europei e degli investimenti di Venture Capitalist; (3) gli spunti di attrattività per il territorio bergamasco, valutandone l impatto e lo stato di diffusione La redazione delle singole schede tecnologiche ha previsto incontri ed interviste con esperti attivi nella ricerca e nell utilizzo delle tecnologie sia a livello industriale che universitario Schema delle schede per ogni singola tecnologia di punta 1.Descrizione della tecnologia Applicazioni Stato di sviluppo Obiettivi strategici 2.Risultati dello studio di Technology Foresight Brevettazione Finanziamenti Europei Investimenti Venture Capitalist 3.Attrattività per il territorio bergamasco Impatto Stato di diffusione Nella pagina a fianco sono riportati i nomi degli esperti intervistati. Le interviste sono state condotte anche da Marco Doneda e Jessica Mazzola, studenti dell Università degli Studi di Bergamo, nell ambito dello studio dell economia del cambiamento tecnologico 68

73 INTERVISTE CON ESPERTI Sergio Baragetti Università degli Studi di Bergamo Massimiliano Bestetti Politecnico di Milano Ivo Boniolo E-shock Mario Boschini SIAD Rossano Ceresoli - Fassi Gru Stefano Dentella SIAD Gianluca D Urso Università degli Studi di Bergamo Rosalba Ferrari Università degli Studi di Bergamo Maurizio Gherardi - Elatech Pierluigi Gritti SIAD Roberto Locatelli - SIAD Giancarlo Maccarini - Università degli Studi di Bergamo Paolo Magni- Fondazione Politecnico Carlo Mapelli Politecnico di Milano Michele Mazzola Bodycote Trattamenti Termici Cristina Merla Università degli Studi di Bergamo Giovanni Miragliotta Politecnico di Milano Nashid Nabian Università di Harvard Sara Perotti Politecnico di Milano Silvia Pietralunga Politecnico di Milano Roberto Pinto Università degli Studi di Bergamo Fabio Previdi Università degli Studi di Bergamo Paolo Righettini Università degli Studi di Bergamo Giacomo Rota SIAD Maurizio Santini Università degli Studi di Bergamo Cristiano Spelta Università degli Studi di Bergamo Roberto Strada Università degli Studi di Bergamo Maurizio Vedani- Politecnico di Milano 69

74 INDICE SCHEDE TECNOLOGICHE 1. SISTEMI MECCATRONICI AUTONOMI (Robot autonomi mobili) p SISTEMI DI DIAGNOSTICA PER MACCHINE p MICRO-MONTAGGIO E MOVIMENTAZIONI (attraverso micro-attuatori) p MICRO-ELETTROEROSIONE (EDM, Electrical Discharge Machining) p TECNOLOGIA PIEZO-ELETTRICA p SISTEMI DI IDENTIFICAZIONE E TRACCIABILITA p MONITORAGGIO NEL CAMPO CIVILE E PALAZZI STORICI (strutturale) p SISTEMI DI MOVIMENTAZIONE E ATTUAZIONE su larga e piccola scala p SISTEMI DI CONTROLLO-VEICOLI p SISTEMNI DI IMMAGAZZINAMENTO, TRASPORTO E PACKAGING p TECNOLOGIE OTTICHE LASER p STRUMENTI OTTICI PER ANALISI DEI MATERIALI p MICRO-TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA A RAGGI X (m-ct) p MODERNI MATERIALI COMPOSITI p TEST ED ANALISI DEI MATERIALI p TECNOLOGIE DI MISURAZIONE p TRATTAMENTI CRIOGENICI SU MATERIALI METALLICI p SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) p SALDATURA PER ATTRITO p LASERD AL SILICIO p LASER A CASCATA QUANTICA p ACCESSORI PER OTTIMIZZAZIONE LAVORAZIONI ALLE MACCHINE p REMOTE LASER WELDING (RLW) p PLASMA AL FREDDO p

75 1.Sistemi meccatronici autonomi 71

76 1.Sistemi meccatronici autonomi DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA Un robot autonomo mobile è una struttura meccanica intelligente (self-learning) che opera in totale autonomia ed indipendenza dall intervento umano, in grado di muoversi in ambienti più o meno strutturati (indoor, outdoor). Lo spostamento di tale sistema è consentito dai vari apparati di locomozione (ruote o zampe) e da un sistema sensoriale, che gli consente di conoscere l ambiente circostante Un robot autonomo mobile è costituito da: sistemi di elaborazione e calcolo (teleguida via radio o via cavo) sensori che consentono l esplorazione del mondo circostante attuatori, che consentono di compiere azioni di movimentazione e manipolazione Perché avvenga il movimento, un robot mobile è costituito da tre moduli: un world modeller (con il compito di creare una mappa del mondo utilizzando le informazioni acquisite da uno o più sensori) il path planner (con lo scopo di effettuare la pianificazione della traiettoria) il sistema di navigazione (in grado di garantire che la traiettoria reale si avvicini il più possibile a quella pianificata) Applicazioni L utilizzo di sistemi meccatronici autonomi è possibile in molti campi, per esempio aiutando l uomo in ambienti dove gli sarebbe pericoloso o impossibile agire nelle catene industriali (per lo stoccaggio di merci in magazzini automatizzati): gli AGV (Autonomous Guided Vehicles) sono in grado di trasportare oggetti, in modo automatico, fra le varie catene di montaggio per scopi domestici (pulizie di ambienti) per operazioni chirurgiche minimamente invasive per la protezione civile ed la sorveglianza dell ambiente per applicazioni militari (per disinnesco di ordigni) e per l esplorazione spaziale e subacquea 72

77 1.Sistemi meccatronici autonomi Sviluppo Alla fine degli anni 90 sono stati sviluppati i primi modelli commerciali di sistemi meccatronici autonomi sia per uso domestico che uso industriale. Ad oggi, la produzione di sistemi automatici mobili è diffusa in tutto il mondo I robot autonomi mobili per uso industriale sono nati con il fine di sopperire alle mancanze dei manipolatori fissi, dotati di limitato spazio di movimento: i robot mobili, infatti, sono in grado di spostarsi nell ambiente circostante senza limiti. Tali robot sono dotati di unità di elaborazione e calcolo a bordo, superando i limiti dei robot guidati a distanza (teleguidati) da un operatore umano I robot autonomi mobili attuali operano in scenari semplificati e sono strutture di tipo semplice. Tuttavia, le applicazioni di destinazione sono ambienti 3D complessi con risorse remote, e richiederebbero la costruzione di strutture multistrato di vario tipo, attualmente non realizzabili con le conoscenze attuali. I limiti attuali nell impiego efficace di robot autonomi mobili sono pertanto le problematiche in merito al tema di localizzazione, pianificazione del moto e controllo dello stesso Obiettivi strategici I robot autonomi mobili consentono di ottenere dei vantaggi economici (riduzione dei costi, operazioni in un primo momento adibiti all'uomo svolti successivamente dalle macchine), benefici a livello di sicurezza per l uomo, consentono di aiutare l uomo in operazioni complesse e difficili (spostamento carichi pesanti), facilitano l uomo nello svolgimento delle operazioni quotidiane (utilizzo domestico) A livello di processo, nel settore industriale, è possibile ridefinire il layout che include la spedizione e la ricezione, la produzione, e lo stoccaggio della merce, per ottenere così un utilizzo efficace di robot autonomi mobili, come gli AGV (Autonomous Guided Vehicles) 73

78 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale Gli Indicatore di Persistenza Brevettuale (pari a 0.75 su scala 0-1, con circa brevetti osservati) e di Dinamicità (0.85 su scala 0-1) evidenziano come la classe tecnologica Sistemi Meccatronici Autonomi sia caratterizzata da una forte intensità brevettuale ed un trend crescente di brevettabilità negli anni Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica Classe tecnologica Codici Specifici B B67, B25, B23 B25-J, B25-B, B23-D, B23-B, B23-Q 1.Sistemi meccatronici autonomi Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione Apertura/chiusura barattoli, bottiglie, gestione di liquidi e fluidi in generale; sistemi di tubazioni Utensili o dispositivi per il fissaggio, sblocco, collegamento; Manipolatori; Azionamento manuale di strumenti portatili di pinzatura; Combinazione di strumenti o strumenti multiuso Robot; connector; tool flange; electromechanical switching unit; sensor Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dall analisi dei Venture Capitalist è emerso come questi ultimi considerino la classe tecnologica "Sistemi meccatronici autonomi un'area ad alto contenuto di innovazione. Su 638 deals, sono state identificate 69 aziende attive nella produzione di tale tecnologia Un azienda target individuata è l azienda inglese HARVEST AUTOMATION INC. (Mobile robots for material handling technology developer). Harvest Automation si occupa di progettazione di piccoli robot innovativi per applicazioni agricole. Tali robot risultano essere di notevole interesse nel settore agricolo, data la vertiginosa diminuzione dei lavoratori disponibili degli ultimi anni. Tali robot mobili consentono ai coltivatori di creare una forza lavoro sostenibile: lavorano tranquillamente e in modo sicuro assieme alle persone e sono in grado di eseguire una serie di compiti manuali L azienda ORBOTIX INC. produce le famose palle telecomandate tramite Bluetooth. Diventata famosa ormai negli Stati Uniti, è da diversi mesi disponibile anche in Italia. Tale palla robotica si può controllare e muovere semplicemente toccando od oscillando il proprio smartphone. Nonostante tale invenzione sia utilizzata come semplice gioco, rappresenta un prodotto altamente innovativo, essendo un robot mobile intelligente 74

79 1.Sistemi meccatronici autonomi Analisi dei Finanziamenti Europei I finanziamenti comunitari in questa tecnologia sono importanti. Si identificano infatti 10 bandi finanziati recentemente dall Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati. Qui sotto alcuni esempi Progetto ASCENS 10/ /2014 FIRST 02/ SELFASSEMBLING ROBOT 01/ /2009 SFLY 01/ /2012 ACROBOTER 01/ /2010 Descrizione Sviluppare sistemi caratterizzati da software ad altissima intensità, quali rete di sensori, griglie di potenza, "sciami" di robot. Tra i componenti principali, si identificano: (1) un massivo numero di nodi e loro interazione, (2) operazioni in ambiente deterministico e non-, con diverse topologie di rete, (3) flessibilità, ovvero adattabilità a variazioni ambientali e/o a specifiche richieste. Studio di robot con software ad alta intensità in tre settori importanti di applicazione: sciami di robot, il cloud computing e mobilità elettrica. Il potenziale impatto di tali sistemi autonomi implica una necessaria ottimizzazione della loro modellizzazione, progettazione e programmazione Integrazione dei manipolatori robotici e dei robot mobili con applicazioni reali al fine di costruire le basi per una nuova generazione di robot autonomi per la manipolazione mobile che possano in modo flessibile soddisfare esigenze complesse di manipolazione e trasporto. I componenti principali di tale tecnologia consistono in (1) robot con ambiente di programmazione che permetta anche ad un utente non esperto di effettuare manipolazioni complesse, (2) concetti di inferenza probabilistica e di apprendimento dei processi di manipolazione grazie all'esperienza. Lo sviluppo di sistemi di manipolazione flessibile e mobile rappresenta un'area promettente per il futuro, grazie alla combinazione del successo dei robot di manipolazione insieme alla flessibilità di robot a componenti mobili. Da un lato molti processi industriali si basano sulla affidabilità e robustezza dei manipolatori robotici. Dall'altro lato, i robot mobili hanno portato a sistemi dedicati a controllare e verificare la sicurezza e affidabilità degli spostamenti Valutare l'utilità di sistemi autonomi per l'auto-assemblaggio in ambienti sconosciuti o non-strutturati. In particolare, tali sistemi includono (1) meccanismi che permettano ai componenti robotici di effettuare auto-riparazioni e auto-repliche, (2) meccanismi che permettano ai root di spostarsi e manipolare differenti oggetti, e allo stesso tempo, aggiungere o rifiutare determinati component. Realizzazione di micro-elicotteri finalizzati al monitoraggio, sorveglianza di sicurezza, ispezione, esplorazione, mappatura anche in ambienti chiusi. I principali componenti includono (1) la progettazione di micro-elicotteri, (2) mappatura e navigazione 3D, (3) basso potere comunicativo vincolato da ambienti chiusi Sviluppare tecnologie robotiche che possano essere utilizzate in ambienti privati o di lavoro, che permettano la manipolazione di piccoli oggetti in modo autonomo o in stretta collaborazione con l'uomo. Velocità e manipolazione 3D sono i principali aspetti di questo progetto. Tali sistemi robotici sono finalizzati al superamento di ostacoli e ad una manipolazione anche lungo la traiettoria verticale dello spazio 75

80 ATTRATTIVITA PER IL TERRITORIO BERGAMASCO Impatto Economico-produttivo: l utilizzo di robot autonomi mobili nelle varie applicazioni consente l ottenimento di una maggiore efficienza nei diversi settori (ospedaliero, industriale, dei trasporti, domestico) con una conseguente riduzione dei costi Competitivo: consente la riduzione dei costi vivi nella movimentazione dei prodotti, la riduzione dei costi di movimentazione e consente la movimentazione efficiente a lunga distanza Sociale: impatto positivo a livello di sicurezza. Tali robot possono essere impiegati in ambienti pericolosi in sostituzione dell uomo, garantendo una riduzione dei rischi per lo stesso Stato di Diffusione 1.Sistemi meccatronici autonomi Al momento attuale le conoscenze per le singole componenti dei robot mobili sono molto elevate, sia per quanto riguarda il lato software che per il lato hardware Per esempio, i sistemi di navigazione sono variegati e includono l utilizzo di sistemi laser, telecamere, radar e strumentazioni gps. Fondamentalmente le conoscenze per la produzione di vari sistemi mobili automatici sono sufficienti per la produzione di tali strumenti. Dal lato software si possono avere miglioramenti per garantire una maggiore autonomia decisionale ed indipendenza per i prodotti: ad esempio, nuove ricerche si focalizzano sullo sviluppo di una strategia cooperativa tra robot autonomi mobili, per realizzare le attività di ricerca Per questo tipo di tecnologia per i prossimi anni/decenni si prevede un incremento maggiore della diffusione oltre che a livello industriale (già largamente diffusi come nel caso di AVG) anche in ambito domestico. Infatti, si prevede che nei prossimi anni molte famiglie adotteranno robot mobili intelligenti per uso domestico per arrivare nel prossimo decennio ad una diffusione del circa 30% delle famiglie Altro campo di sviluppo della robotica è la micro-robotica che studia robot mobili con dimensioni molto ridotte Attività di ricerca in quest ambito sono svolte dall Università degli Studi di Bergamo presso i laboratori al Kilometro Rosso (riferimenti prof. Paolo Righettini e Roberto Strada) 76

81 2.Sistemi di diagnostica per macchine 77

82 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA 2.Sistemi di diagnostica per macchine I sistemi di diagnostica di macchine consistono in sistemi di controllo in grado di monitorare determinate caratteristiche della macchina sorvegliata, consentendo di fornire informazioni significative per il monitoraggio della qualità della produzione e dello stato della merce Si stanno affermando sistemi intelligenti per la diagnostica di macchine, ovvero sistemi intelligenti di auto-ottimizzazione di controllo, in grado di analizzare una vasta gamma di parametri monitorati e adattare automaticamente il funzionamento della macchina stessa in tempo reale, al fine di svolgere le prestazioni ottimali. Per rendere possibile l ottimizzazione ed il controllo del processo è necessario valutare differenti componenti del sistema intelligente stesso Per sviluppare un sistema di monitoraggio intelligente per la lavorazione è necessario tenere in considerazione differenti temi chiave (Abellan-Nebot e Subirón, 2010), fra cui: la tipologia di sensori: esistono sul mercato sensori avanzati ed innovativi, che soddisfino requisiti di non intrusività, flessibilità e robustezza. Tali sensori vengono impiegati per rilevare grandezze fisiche come la forza, le vibrazioni, il suono, la potenza e le emissioni acustiche. Sensori intelligenti (smart), includono la capacità di auto-taratura, di auto-diagnostica e la capacità decisionale l elaborazione del segnale: natura analogica (amplificatori, filtri, convertitori di tensione/frequenza) e di natura digitale (basata su algoritmi di auto calibrazione) quali features dovrebbe descrivere il segnale: l analisi dei segnali può essere effettuata nel dominio del tempo (indice del valore efficace (RMS) e della frequenza (indice PDS) individuazione delle caratteristiche individuate più significative individuazione del modello di AI (Artificial Intelligence) migliore, tenendo in considerazione variabili quali la precisione del modello desiderato, la conoscenza e la natura del processo Applicazioni I sistemi di diagnostica innovativi vengono impiegati per: il controllo delle prestazioni e dello stato di funzionamento delle macchine utensili il monitoraggio di altre macchine, come ad esempio il controllo di una nave: recenti ricerche si focalizzano nello sviluppo di un sistema di strumentazione che permetta di migliorare la sicurezza delle navi e ridurne cosi i costi operativi 78

83 2.Sistemi di diagnostica per macchine Sviluppo Negli anni 80 furono introdotti in ambito industriale i primi strumenti di intelligenza artificiale (come i sistemi esperti (Expert Systems), rete neurale artificiale (NN) e la Fuzzy logic) e solo alla fine degli anni 90 tali sistemi, con l avvento dell IFD (Intelligent field device) vennero impiegati per la prima volta per il monitoraggio ed il controllo delle macchine stesse I principali limiti delle tecnologie di diagnostica tradizionale sono: possibilità di operare esclusivamente con la macchina off-line senza possibilità di monitorare e rilevare l errore in tempo reale incapacità di star al passo coi recenti sviluppi innovativi nel campo della progettazione delle macchine utensili e della lavorazioni di nuovi materiali necessità di sistemi di monitoraggio e controllo più affidabili, robusti e versatili Obiettivi strategici Prodotto: i sistemi di diagnostica per macchine avanzati consentono di ottenere informazioni utili in merito alle condizione di attrezzature per le persone che ne hanno bisogno in modo tempestivo (operatori, manutentori e tecnici, manager e fornitori) Processo: l utilizzo di sistemi di diagnostica avanzati consente di diagnosticare i guasti nelle fasi iniziali di sviluppo, consentendo una più efficace pianificazione della manutenzione e evitando possibili danni non solo al macchinario ma all'intero processo produttivo. La progettazione dei sistemi di controllo di lavorazione è strettamente correlata alle caratteristiche specifiche del processo di lavorazione: la selezione del sistema di sensori, le caratteristiche sensoriali e l approccio di modellazione sono specifici della realtà aziendale stessa 79

84 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT 2.Sistemi di diagnostica per macchine Analisi Brevettuale La classe tecnologica Sistemi di Diagnostica per macchine si colloca come seconda tecnologia prioritaria sulle 24 osservate per intensità brevettuale, con circa brevetti. Buon livello di dinamicità negli anni (Valore indicatore di Dinamicità: 0.63 su una scala 0-1) Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica F; B; G Ingegneria meccanica, macchine e motori; Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione; Strumentazione per misurazione e controllo Classe tecnologica Codici Specifici F16; B60; G01 B60-R, B60-T; G01-N, G01-C, G01-R Misure generali per il funzionamento efficace di macchine/impianti: dispositivi di sicurezza, isolamento termico, dispositivi di aerazione, giunti di trasmissione; veicoli in generale; misurazione e testing A device and a method for controlling a coupling system; a pressure control valve having a magnet coil; image sensor pixel; light guide to eliminate the need for micro-lens; A software is installed in the control device to calculate the maximum fuel quantity from the information for protecting the components of the internal combustion engine; chromatograph, analysis of the compounds; a coupling sensor; The sensor arrangement is used for detecting magnetic field components; a plurality of sensor units which respectively have different sensitivities to radiation and detect applied radiation Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Scarso interesse da parte dei Venture Capitalist nell investire in aziende produttrici di tale tecnologia (identificate esclusivamente due aziende target su un totale di 638 deals osservati) 80

85 2.Sistemi di diagnostica per macchine Analisi dei Finanziamenti Europei Dai risultati dell'analisi dei Finanziamenti Europei si osserva come il Settimo programma quadro per il finanziamento alla ricerca includa diversi progetti di ricerca inerenti alla classe tecnologica "Sistemi di diagnostica per macchine" (individuati 9 bandi finanziati dall Unione Europea su un totale di 72 bandi) Progetto ADACOM 10/ /2012 AIMACS 08/ /2013 EU HARCO 07/ /2013 MOSYCOUSIS 10/ /2013 Descrizione Sviluppare un sistema per il controllo adattivo durante le operazioni di taglio metallico (fresatura, tornitura, foratura) mediante sistemi di sensori ed attuatori per il controllo della produzione in linea finalizzato ad ottimizzare le qualità dei componenti e/o parti. I campi d'applicazione vanno dall'automotive, all elettronica al settore delle macchine per stampaggio. In particolare, si prevede la separazione dei singoli componenti del sistema in un sistema di monitoraggio modulare. Tale modularizzazione permette prima di tutto di adattare i differenti moduli massimizzando la flessibilità richiesta da differenti operazioni meccaniche. Un secondo step prevede inoltre la realizzazione di un sistema centrale che gestisca differenti processi al fine di incorporare la flessibilità dal punto di vista di selezionare differenti situazioni produttive, differenti macchine utensili e differenti pezzi da lavorare Sviluppare sistemi di controllo adattivi intelligenti in grado di auto-ottimizzarsi. Tali sistemi analizzano e monitorano continuamente un ampio range di parametri di lavorazione, e automaticamente adattano in real-time il macchinario alle sue performance ottimali tenendo in considerazione le continue variazioni delle condizioni cui è sottoposto il macchinario, anomalie produttive, variazioni nelle performance dell'impianto e cambiamenti random nei piani produttivi. In tal modo, si superano le attuali inefficienze legate a numerose variabili poco o del tutto non prevedibili che portano a sovraccarichi, condizioni instabili e danni non solo al macchinario ma a tutto il processo produttivo. Raggiungere soluzioni strutturali che siano efficaci dal punto di vista dei costi, grazie ad una nuova classe di Componenti Intelligenti, appartenenti alle applicazioni delle macchine utensili e, basate su strumenti di adattamento modulare (Plug-andproduce Modular Adaptronic) che integrano attuatori/sensori intelligenti e multi-funzionali capaci di performare molteplici funzionalità. L idea base è la progettazione e lo sviluppo di una sorta di elementi frattali e gerarchici (non solo hardware meccanico ma anche software e controller) da raggruppare (plugged-in) per formare moduli di livello maggiore al fine di controllare le vibrazioni, le variazioni termiche etc. Sviluppare sistemi intelligenti di monitoraggio basati sulle Emissioni Acustiche (Acoustic Emission AE). L emissione acustica è un fenomeno transitorio di generazione di onda elastica in materiali sotto stress. Quando un materiale viene cioè soggetto a stress ad un determinate livello, rilascia rapidamente energia sotto forma di onda elastica che può essere captata da trasduttori posti su di esso. Sebbene l emissione acustica possa essere prodotta da qualsiasi sistema sotto movimento, la principale fonte è senza dubbio la macchina rotante. L introduzione di tale tecnologia permette di minimizzare (eliminare) fallimenti inaspettati nella produzione industriale, riducendo significativamente i costi legati alla sostituzione di parti, manodopera e costi di inattività. Avere una corretta previsione della manutenzione richiesta, permette di ridurre i costi operative, eliminare i difetti e massimizzare la produzione. In particolare, per le piccolo medie imprese (PMI) a fronte di un semplice dispositivo a prezzo accessibile si otterrebbero risultati ottimi in termini di soddisfazione produttiva, minimizzando fallimenti critici della strumentazione. 81

86 ATTRATTIVITA PER IL TERRITORIO BERGAMASCO 2.Sistemi di diagnostica per macchine Impatto Economico-produttivo: aumento della produttività e riduzione dei costi Competitivo: le imprese manifatturiere negli ultimi anni devono sempre più far fronte a crescenti richieste di una maggiore qualità del prodotto, una maggiore variabilità dello stesso ed una riduzione del costo. Per proteggersi dalla concorrenza globale nuove tecnologie di monitoraggio delle macchine utensili consentono: (1) l identificazione dei guasti e dei malfunzionamenti che hanno causato i fuori controllo, (2) la riduzione degli scarti di lavorazione, (3) l aumento della disponibilità operativa della macchina, riducendo i tempi di inattività della macchina (Mean-Time-To-Diagnose ridotti fino al 97%), (4) la riduzione dei requisiti di formazione degli operatori nell utilizzo della macchina (mantenimento delle conoscenze specialistiche anche con il turnover del personale, più veloce curva di apprendimento per il personale addetto alla manutenzione) Sociale: aumento del livello di sicurezza dell operatore (il degrado di alcuni componenti soggetti a danneggiamento o usurare è tenuto sotto controllo) e dell ambiente Stato di Diffusione Sistemi di diagnostica per macchine avanzati vengono sempre più impiegati a livello industriale e sono attualmente molto diffusi Negli ultimi anni molte sono le ricerche focalizzate nell individuare nuove o più sofisticate metodologie per lo sviluppo di sistemi intelligenti di monitoraggio delle lavorazioni completamente autonomi. Attualmente non esiste una linea guida chiara al riguardo: anche se il tema è conosciuto a livello universitario e di ricerca, a livello commerciale sono pochi gli strumenti disponibili. Le principali ragioni sembrano essere la difficoltà nell usare tali metodi Nel prossimo futuro si pensa si riuscirà a sviluppare algoritmi e metodi completamente autonomi dall intervento degli operatori, i quali dovranno esclusivamente fornire al sistema dati di input 82

87 3.Micro montaggio e movimentazioni 83

88 3.Micro-montaggio e movimentazioni DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA Con il termine micro-handling e micro-assembly si fa riferimento a tutte quelle tecnologie abilitanti della micro-meccanica che consentono di progettare sistemi in grado di orientare, afferrare e fissare oggetti e strumenti di manipolazione nello spazio microscopico. Tali oggetti microscopici possono essere oggetti artificiali o oggetti naturali (ad esempio le cellule degli organismi) La realizzazione di sistemi che adempiono ai compiti di micro-assembly e micro-handling richiedono tecnologie in grado di osservare parti dalle dimensioni molto ridotte, la movimentazione di oggetti microscopici, ed infine lo spostamento di tali parti Lo strumento più diffuso è quello delle micro pinze, che consente un impugnatura di micro - oggetti con un sistema di presa passivo o attivo (sistema con uno o più gradi di libertà, dotato di sensore). Varie sono le tipologie di micro pinze, che differiscono le une dalle altre dal principio di azionamento utilizzato: forza elettrostatica, effetto termico, principio magnetico, ceramiche piezoelettriche. Quest ultima è il principio di funzionamento più impiegato, offrendo numerosi vantaggi quali l elevata velocità e l ottimo grado di risoluzione. Sono in forte sviluppo le pinzette ottiche (optical tweezers), che consentono la micromanipolazione senza contatto fisico. Tale sistema è basato sull impiego di un raggio laser focalizzato in grado di muovere ed intrappolare micro particelle Applicazioni I Sistemi di micro-movimentazione e micro-manipolazione si stanno sviluppando in diversi ambiti applicativi: nel campo medicale (microchirurgia, la chirurgia mini-invasiva, la chirurgia robotizzata: esempio interventi di chirurgia endovascolare, prelevare campioni di tessuti biologici, chirurgia oftalmica) in ambito industriale (stazioni di assemblaggio miniaturizzate, micro-robot per l ispezione e la manutenzione di impianti industriali, automazione delle valvole, attuatori rotatori, wireless sensor-actuator networks (WSAN), servizi per la condivisione delle informazioni, agitatori, cinghie di trasmissione, moto riduttori) per l analisi dei materiali (micro-attuatori elettromagnetici e micro-sensori per l analisi di materiale composito come materiali ceramici, micro-fibre, manipolazione di cellule) per il montaggio di strumenti ottici (interruttori, connettori, montaggio di lenti sulla punta di fibre ottiche) nelle lavorazioni agricole (micro macchine agricole, gli ants ( formiche )) 84

89 3.Micro-montaggio e movimentazioni Sviluppo Le basi di questa tecnologia sono nate all inizio degli anni novanta, con il passaggio dalle tecnologie tradizionali di manipolazione ( macro ) allo sviluppo delle micro-manipolazioni. Fino ad ora, la miniaturizzazione è stata guidata da una generale diminuzione di volume del prodotto Recentemente, il principale obiettivo è diventato quello di aumentare il numero di funzionalità di un prodotto di piccole dimensioni. Tale passaggio ha portato ad una ridefinizione dei requisiti ed alla necessità di nuovi approcci e soluzioni per la manipolazioni di micro - parti, creata dai diversi compiti da svolgere e dai diversi ambienti in cui i micro-manipolatori devono operare Ad esempio, la micro-manipolazione implica problemi relativi alla coordinazione ed alla visualizzazione dello scenario di lavoro: attualmente, nella micro-manipolazione le informazioni sono filtrate da uno o più microscopi con orientamento fisso ed hanno limitate prestazioni in termini di ingrandimento e profondità di campo. Inoltre, il numero di DOF (Degree of Freedom) di una micro mano deve essere spesso un compromesso tra le esigenze di destrezza e la necessità di evitare l occlusione della zona di visualizzazione. Nuovi modelli dedicati devono essere inoltre introdotti per le forze di adesioni In futuro, ci si aspetta che le funzionalità realizzate usando tecnologie micro e nano verranno integrate in modo da costruire prodotti multifunzionali integrati Obiettivi strategici Obiettivo principale dei nuovi sistemi di micro-handling è quello di ottenere un buon bilanciamento tra caratteristiche di efficienza, affidabilità e precisione Attualmente esistono tecniche di micro movimentazione in grado di assemblare micro oggetti con elevata velocità, tramite impiego di micro-pinze avanzate. Tuttavia, attualmente, se la precisione risulta essere un requisito fondamentale, la velocità del processo dovrà essere necessariamente adeguata, per aumentare l affidabilità del processo 85

90 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT 3.Micro-montaggio e movimentazioni Analisi Brevettuale Buona intensità brevettuale negli anni, con circa brevetti individuati (Indicatore relativo alla Persistenza Brevettuale: 0.71 su scala 0-1). Tale tecnologia è quella che ha subito negli anni un aumento maggiore dell intensità brevettuale, se paragonata alle ventiquattro tecnologie prioritarie individuate (Valore Indicatore di Dinamicità: 1 su scala da 0-1), confermando la forte tendenza degli ultimi anni nell interesse verso tecnologie che rendano possibile la produzione di microprodotti Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe B Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione Tecnologica Classe tecnologica B66, B23 Sistemi di movimentazione, dispositive di sollevamento Strumenti macchina; Utensili; lavorazioni metalliche Codici Specifici B23-P19 Assembling or disassembling parts; Aligning parts to be fitted together (using remote centre compliance devices, sensing means, oscillating/vibrating/rotating movements) Brevetto Descrizione Multi-degree-of microactuator (2011) Implantable ocular microapparatus to ameliorate glaucoma or an ocular overpressure causing disease (2008) L invenzione fornisce un micro-attuatore multidimensionale di alta precisione con le seguenti caratteristiche: semplice, piccolo e leggero, utilizza una bassa tensione di guida, ed ha un basso consumo di potenza. Il motore elettro-magnetico multi-asse, essendo costituito da più motori mono- assiali, avendo un grande volume ed una grande pesantezza, non è mai stato possibile utilizzarlo in sistemi leggeri e maneggevoli La presente invenzione è applicabile a chirurgia oftalmica e si riferisce al miglioramento o l'eventuale guarigione di alta pressione intraoculare relativa a glaucoma. Attualmente, quando la terapia e la chirurgia non funzionano, vengono utilizzati degli impianti (nella forma di bypassa noto nel settore come "shunt") con valvole passive che drenano il liquido intraoculare (umore acqueo) all'esterno attraverso tubi e piastre. Tuttavia, uno dei difetti di tali impianti è la dimensione dell impianto non abbastanza piccolo (inferiore a 1 cm). Lo scopo dell invenzione è quella di miniaturizzare l impianto. L invenzione è un micro-impianto impiantabile nell occhio, comprendente una micro valvola controllata da un sensore di pressione intraoculare 86

91 3.Micro-montaggio e movimentazioni Brevetto Descrizione Gimbaled scanning micromirror apparatus (2009) L utilizzo di micro-specchi movimentati porterebbe ad una serie di vantaggi nei sistemi di scansione ottica. Gli apparati di micro-scansione che utilizzano la tecnologia GIMBALED SCANNING MICRO-MIRROR godono di migliori performance rispetto ai sistemi classici. In particolare questa tecnologia, attraverso l uso di un singolo micro specchio micro movimentato con più gradi di libertà, permette la riduzione della dimensione dei chip e la semplificazione dei sistemi ottici utilizzati per la micro scansione Three dimensional (3D) robotic micro electro mechanical systems (MEMS) arm and system (2009) L utilizzo di micro sistemi meccanici (MEMS) mobili guida la ricerca in molti campi. Per esempio nel biomedicale, nel micromanifatturiero, nella micro-idraulica e nella micro-metrologia i sistemi MEMS mobili stanno introducendo numerose innovazioni tecniche e questo brevetto ne è solo un esempio. In particolare questo brevetto parla della realizzazione di un micro tool, di dimensioni inferiori a 2mm, con la capacità di raggiungere e afferrare un micro oggetto, di dimensioni sopra ai 300μm Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dall Analisi dei portafogli dei Venture Capitalist è emerso come gli investitori di capitale di rischio riconoscano solo limitatamente il potenziale innovativo di questa classe tecnologica (identificate dall'analisi solo 9 aziende target inerenti alla tecnologia "Micro-montaggio e movimentazione" su 638 finanziamenti di VC) Analisi dei Finanziamenti Europei Dei 72 bandi finanziati osservati dall Unione Europea, nessuno si riferisce a questa classe tecnologica 87

92 ATTRATTIVITA PER IL TERRITORIO BERGAMASCO Impatto Economico - produttivo: possibilità di realizzare nuove lavorazioni più efficienti rispetto a quelle tradizionali ad un minor costo Competitivo: micro - robotica impiegata sempre di più per minimizzare il lavoro umano, in particolare tecnologie di micro - montaggio e movimentazione consentono di ottenere risultati di maggiore precisione (es: robotica impiegata per trovare un barcode in un libro) Sociale: impatto sulla salute umana (es: impiego di micro pinze per la manipolazione di cellule biologiche in ambiente liquido con caratteristiche di biocompatibilità), impatto sulla sicurezza umana (es: nuovo sistema robotizzato marino in grado di eseguire ispezioni, catturare piccoli oggetti come viti o dadi, dotato di sensori per determinare la posizione del robot; in futuro applicato in ambienti pericolosi come quello nucleare); miglioramento della vita umana Stato di Diffusione 3.Micro-montaggio e movimentazioni Negli ultimi anni vi è stato un incremento delle applicazioni che richiedono la manipolazione e l assemblaggio di pezzi con dimensioni comprese tra un range di pochi micrometri e circa un millimetro Poiché la micro-manipolazione ed il micro-assemblaggio sono un importante condizione per l industrializzazione della tecnologia di micro-robot, e vista l enorme richiesta e l elevata attenzione scientifica, ci si aspetta che l andamento del mercato di tale settore sarà molto promettente nel prossimo futuro 88

93 4. Micro-elettroerosione (EDM) 89

94 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA 4.Micro-elettroerosione (EDM) La micro-elettroerosione (Micro-EDM, Electrical Discharge Machining) è un processo termoelettrico senza contatto, che utilizza scariche elettriche per erodere materiali conduttori. Tale processo viene ampiamente applicato per la creazione e la produzione di accurati e complessi componenti strutturali tridimensionali (di dimensioni minime che arrivano fino a 10 μm), difficilmente riproducibili tramite le tecnologie più convenzionali. La lavorazione si attua avvicinando a vicenda un elettrodo (l utensile) al pezzo in lavorazione, entrambi generalmente immersi in un mezzo liquido dielettrico. L avvicinamento fra i due, causa l innesco delle scariche elettriche tra gli elettrodi, e l energia termica rilasciata viene applicata efficacemente per rimuovere il materiale desiderato dal pezzo in lavorazione, attraverso la fusione e l evaporazione delle stesse. La presenza del fluido dielettrico serve per essere elettricamente isolante ed eliminare simultaneamente le parti del materiale solidificato nel gap tra gli elettrodi ed il materiale in lavorazione Applicazioni Le principali applicazioni della tecnologia micro-edm sono la micro fresatura 3D per la realizzazione di features a geometria complessa, la micro foratura e la lavorazione di materiali difficili da lavorare con tecnologie convenzionali (quali carburo di tungsteno, titanio). Rilevante precisare come la tecnologia micro-edm sia particolarmente adatta alla realizzazione di prototipi, non prestandosi bene alla produzione di massa Esempi di applicazione in: ambito industriale: ad esempio, iniettori per motori diesel e a benzina, connettori per fibre ottiche, connettori per elettronica, piccoli pistoni di comando, micro stampi per injection moulding, matrici per elettronica, micro meccanica ambito medicale: lavorazione di componenti dell ingegneria medica orologeria 90

95 4.Micro-elettroerosione (EDM) Sviluppo Le prime applicazioni di micro lavorazione EDM sono state attuate negli anni '90, usate per sviluppare componenti medici non invasivi e micro meccanismi per la farmaceutica e la micro-chimica. Il processo è stato lento, ragione per la quale la domanda è limitata a università e centri di ricerca La tecnologia EDM ha superato la ormai nota elettroerosione convenzionale. Differenze significative fra le due stanno sia nella dimensione degli elettrodi che nel MRR (Material Removal Rate), molto più piccoli nella micro-edm La tecnologia in oggetto copre alcuni gap delle tecnologie più tradizionali in termini di riduzione delle dimensioni delle feature lavorate (scala micrometrica) e in termini di materiali difficilmente lavorabili con tecnologie convenzionali Solo per alcune lavorazioni risulta essere una tecnologia di produzione di massa: per tutte le altre, invece, i tempi di lavorazione ne limitano l applicazione a prototipi o a produzioni speciali in piccola serie Obiettivi strategici Prodotto: la possibilità di dressare gli elettrodi e di utilizzare l unità a filo per il taglio conferiscono a questa macchina una grande flessibilità, seppure limitata alla lavorazione di materiali elettro conduttivi La tecnologia micro-edm permette di realizzare micro-feature complesse e fori ad alto rapporto di forma, garantisce un altissima qualità superficiale oltre che l assenza di bave (le operazioni di finitura non sono necessarie), garantisce la lavorabilità di materiali ad alta durezza e difficili da lavorare con tecnologie tradizionali. Inoltre, è possibile realizzare lavorazioni in automatico garantendo angoli vivi di entrata e uscita dei fori oltre che la possibilità di effettuare il dressing degli utensili con molteplici dimensioni e geometrie realizzabili. L angolo di attacco della lavorazione non è un fattore critico Processo: il processo è molto costoso e lento se confrontato con le tecnologie di asportazione di truciolo convenzionali (es. fresatura) ma permette di realizzare features e micro fori anche ad alto rapporto di forma altrimenti irrealizzabili. Inoltre la possibilità di effettuare il dressing degli elettrodi permette di rendere ancora più customizzata l offerta al cliente 91

96 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale Osservando i risultati ottenuti dall analisi brevettuale, si nota come la classe Micro-EDM presenti un intensità innovativa medio-alta, con circa brevetti, ed un medio alto livello di dinamicità (Indicatore di Persistenza Brevettuale con valore pari a 0.82 ed Indicatore di Dinamicità 0.79 su scala 0-1) Tipologia classe Codice Descrizione 4.Micro-elettroerosione (EDM) Macro Classe Tecnologica B Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione Classe tecnologica B23 Strumenti macchina; Utensili; lavorazioni metalliche Codici Specifici B23-H1, B23-H7, B23- H9, B23-H11, B23-P15 Electrical discharge machining; Machining specially adapted for treating particular metal objects Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dai risultati dell'analisi si osserva come solo un numero limitato di investitori di capitale di rischio riconosca come importante fonte di guadagno di capitale le aziende che si riferiscono alla classe tecnologica "Micro-elettroerosione" (10 delle aziende target nelle quali i Venture Capitalist investono fanno riferimento a tecnologie correlate con la tecnologia EDM su 638 finanziamenti di VC) Un esempio di azienda finanziata da Venture Capitalist è la statunitense GMZ ENERGY INC. (Nanotechnology-based thermoelectric materials developer) 92

97 4.Micro-elettroerosione (EDM) Analisi dei Finanziamenti Europei Si identificano 3 bandi finanziati recentemente dall Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati Progetto Descrizione progetto Hi-MICRO 09/ /2015 MICMA3 06/ /2010 Realizzare un approccio innovativo per la progettazione, produzione e controllo qualità di utensili con inserti o punte sostituibili per ottenere una svolta significativa nella produzione di massa di precisione di micro-parti 3D, attraverso l'utilizzo della tecnologia micro-edm, insieme ad altre tecnologie di produzione, quali la "Produzione Additiva" (AdditiveManufacturing), la micro lavorazione elettrochimica (micro-ecm, Micro Electro-Chemical Machining), la microforatura la metrologia ed i metodi di controllo di qualità, come la tomografia computerizzata e la olografia digitale (tecnologia quantitativa e non invasiva di acquisizione ed elaborazione di dati). Le maggiori ricadute sono legate alle performance della strumentazione industriale di produzione di massa ad alta precisione di micro-parti 3D, attraverso anche alla produzione modulare di utensili con inserti o punte sostituibili con migliori capacità di gestione termica, lo sviluppo di sistemi di movimentazione e di strumentazione di controllo qualità (direttamente sulla linea produttiva e/o sul macchinario), alta precisione e accuratezza per assicurare la produzione di prodotti con tolleranze significativamente ridotte Identificare nuove tecnologie che permettano un'accurata e precisa micro-produzione di micro-componenti ceramici. Nonostante i materiali ceramici (Al2O3, ZrO2, SiC, Si3N4) abbiano ricevuto una crescente attenzione negli anni recenti, e costituiscano un contributo sostenibile per la crescita e lo sviluppo, manca ad oggi un uso estensivo nelle industrie per la mancanza di efficienti tecnologie in grado di fornire componenti ad alta precisione e senza difetti. Il progetto identifica la tecnologia EDM, insieme alla fresatura ad alta velocità (High Speed Milling - HSM) come le tecnologie prioritarie su cui investire. In particolare, la tecnologia EDM supera le così dette (near/net shape manufacturing) emerge come tecnologia attrattiva ed efficiente per la lavorazione di materiale ceramico a scala micrometrica grazie alla fase di conduzione elettrica 93

98 ATTRATTIVITA PER IL TERRITORIO BERGAMASCO 4.Micro-elettroerosione (EDM) Impatto Economico-produttivo: la lavorazione consente di ottenere benefici economici dalle lavorazioni dei materiali, ottenute dall aumento della qualità dei pezzi e dalla riduzione degli scarti Competitivo: la tecnologia micro-edm permette di entrare in settori in cui le dimensioni dei componenti sono fattori chiave di successo (come il settore medicale, elettronica, automotive). Inoltre permette di rispondere alla crescente esigenza di miniaturizzazione dei componenti, oltre che la realizzazione di una produzione di alta precisione. Tutti questi elementi sono considerati fattori chiave in grado di assicurare la futura competitività alle aziende in numerosi settori. Nel dettaglio, sviluppi relativi al processo di micro-elettroerosione (per garantire la produzione di microcomponenti e microstrutture) potrebbero essere decisivi per affrontare la crescente concorrenza degli Stati Uniti e del Sud-Est Asiatico. Per tali ragioni, le imprese dell Unione Europea devono essere in grado di garantire la loro posizione in questa tecnologia chiave Stato di Diffusione Già esistente all estero, nell ambito R&D la tecnologia micro-edm è diffusa in numerosi centri di ricerca europei che si occupano di microlavorazioni Il livello di diffusione della tecnologia di micro-elettroerosione nella Provincia di Bergamo non è particolarmente elevato, essendo molto diffusa su scala macro ma ancora poco conosciuta sul caso micro metrico. Con riferimento a Bergamo è disponibile la macchina Sarix SX 200 per micro-edm presso i laboratori dell Ateneo (riferimento prof. Gianluca D Urso). L Università di Bergamo è attiva in questo ambito nel progetto REMS (Rete Lombarda di Eccellenza per la Meccanica Strumentale e Laboratorio Esteso), finanziato da Regione Lombardia (4 milioni di Euro). Il progetto mira a introdurre l utilizzo di materiali avanzati (compositi ed in prospettiva nanomateriali, in sostituzione dei materiali tradizionali ) e di tecnologie innovative di produzione (Near Net Shape, tecnologie micromeccaniche) nei propri processi produttivi, al fine di ridurre i pesi e aumentare le prestazioni delle parti meccaniche dei velivoli e le prestazioni tecniche ed economiche delle lavorazioni. I risultati applicativi di questa attività di ricerca possono determinare forti impatti sulle capacità tecnologiche delle PMI lombarde, sia quelle appartenenti alla filiera dell aeronautica e dell aerospazio, sia quelle di altri comparti dell industria metalmeccanica (in particolare produttori di componentistica con una varietà di utilizzi in una molteplicità di altri settori) Tale sistema si sta espandendo in tutti quei settori nei quali sono richieste lavorazioni con alto livello di accuratezza, con particolari di dimensioni micrometriche e dove vi è la richiesta di lavorazione di materiali difficili da realizzare con le tecnologie tradizionali 94

99 5.Tecnologia piezo-elettrica 95

100 5.Tecnologia piezo-elettrica DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA La piezoelettricità dei materiali (elettricità della pressione) consiste in una proprietà di alcuni cristalli di sviluppare cariche elettriche sulla superficie quando soggetti ad una deformazione meccanica tramite una pressione od un pensionamento (effetto piezoelettrico diretto). Al contrario, se tali cristalli vengono sottoposti ad un campo elettrico, manifestano loro stessi una deformazione (effetto piezoelettrico inverso). Vi sono in natura alcune sostanze che presentano tali proprietà, come il quarzo e la tormalina; attualmente nei dispositivi moderni vengono impiegati cristalli artificiali, quali il solfato di litio ed i piezo-ceramici (titanio di piombo, titanio di bario) Effetto piezoelettrico diretto: quando viene applicata una trazione o una decompressione esterna al cristallo, vi è un alterazione della separazione tra i siti contenenti le cariche positive e negative, portando all originarsi di una polarizzazione elettrica sulle superfici opposte del cristallo (le cariche di segno opposto si posizionano sulle facce opposte). Tramite un collegamento fra le due facce ed un circuito esterno, si genera corrente piezoelettrica Effetto piezoelettrico indiretto: quando si applica una differenza di potenziale al cristallo, esso si espande o si contrae in date direzioni Applicazioni La tecnologia dei materiali piezoelettrici è utile per una vasta gamma di applicazioni: sensori (sfruttano l effetto diretto): di pressione, di forza, di flusso, urto, livello, moto attuatori (sfruttano l effetto indiretto): valvole, pompe, posizionatori, interruttori, separatori/filtri, trasduttori ultrasonici conversione di energia (da energia meccanica in energia elettrica): generatori ad alto voltaggio micro-assemblaggio e micro-movimentazione (micro-pinze, micro-attuatori e micro-sensori) monitoraggio di strutture ed edifici (riduzione delle vibrazioni e del rumore) in ambito musicale (pick-up piezoelettrici per chitarre elettro-acustiche, microfoni) in ambito medico (piezosurgery, sonde ecografiche) altro (orologi, testine delle stampanti, scansione di microscopi) 96

101 5.Tecnologia piezo-elettrica Sviluppo L effetto piezoelettrico è stato scoperto nel 1880 dai fratelli Jaques e Pierre Curie. La prima reale applicazione della piezoelettricità su dispositivi è stata sperimentata da Langevin durante la prima guerra mondiale (1917), che costruì un primo rilevatore marino ultrasonico (sonar). Tra le due guerre mondiali vennero concepite la maggior parte delle classiche applicazioni di materiali piezoelettrici (microfoni, accelerometri, segnale, etc), ma i materiali al tempo ne limitavano le prestazioni e lo sfruttamento commerciale. Nel 1940, si introdussero tre passi fondamentali: la scoperta del processo di polarizzazione, l importanza della ferroelettricità e nuovi materiali con una elevata costante dielettrica (es: materiali ceramici ferroelettrici tra cui il titanio di bario BaTiO3 ed il zirconato titanato di piombo (PZT)). Tali scoperte, permisero la diffusione a livello industriale dei prodotti piezo-elettrici Le ricerche svolte negli anni sulla tecnologia piezoelettrica, seppur svolte in tutto il mondo, videro inizialmente la supremazia di gruppi industriali statunitensi, che si assicurarono una marcia in più del settore con un intensa attività brevettuale. Tale supremazia, fu messa in discussione dalla nascita di industrie giapponesi (intorno al 1951), generate dall attiva cooperazione tra industria ed università, con prodotti a basso costo, tra cui macchine fotografiche, computer e apparecchiature mediche. Il successo dell industria giapponese ha attirato l attenzione dell industria in tutto il mondo: dal 1980 vi è stato un grande aumento del numero di pubblicazioni in Russia, in Cina, in India ed in tutto il resto del mondo Si pensa che la piezoelettricità potrà essere la strada per l energia del futuro: per produrre elettricità si potranno sfruttare i movimenti che comprimono materiali e superfici: conosciuti sono le strade piezoelettriche testate in Israele (Innowattech), Stazioni metropolitane di Londra e Tokyo, con lo scopo di produrre elettricità tramite il transito dei veicoli o persone. Attualmente si sta valutando se l utilizzo di tale tecnologia è fattibile a livello di costi e di resa Obiettivi strategici Prodotto: in ambito dei dispositivi piezoelettrici, l obiettivo è ottenere prodotti economici con basso consumo, alta affidabilità, e facilità di produzione. In ambito energetico, l obiettivo strategico è quello di produrre energia rinnovabile green ed a basso costo Processo: sensori piezoelettrici avanzati vengono impiegati per controllare il processo di lavorazione e l usura delle macchine. L obiettivo dell uso di tali sensori è quello di rendere il processo di lavorazione dei vari prodotti più efficiente, riducendo i tempi morti dovuti all'usura ed alla rottura delle macchine utensili 97

102 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale Dai risultati dell Analisi Brevettuale si osserva come la classe tecnologica Tecnologia piezo-elettrica vanti un elevata intensità di brevettazione. Alla buona intensità brevettuale si aggiunge inoltre un altro dato indicativo, quello del dinamismo brevettuale (Indicatore di Dinamicità rilevato pari a 0.65 su scala 0-1) Tipologia classe Codice Descrizione 5.Tecnologia piezo-elettrica Macro Classe Tecnologica H, F, G, B Elettricità (H); Strumentazione per misurazione e controllo (G), Ingegneria meccanica, illuminazione, riscaldamento, armi e motori(f), Esecuzione di operazioni/trasporto (B) Classe tecnologica F02, H01, G01, F04, B41 Codici Specifici HO1-L41, H02-N2, B05-B17, B41-J2, F02-D414, B81B, F02M5 Elementi elettrici di base (H01); Motori a combustione (valvole, lubrificanti) (F02); Stampa, macchine per scrivere (B41); Macchine volumetriche per liquidi; pompe per liquidi o fluidi (F04) Piezo-electric devices in general: details of piezo-electric or electrostrictive devices, (H01-L41); Processes or apparatus specially adapted for the assembly, manufacture or treatment of piezo-electric or electrostrictive devices or of parts (H01l41/22); Electric machines in general using piezo-electric effect, electrostriction or magnetostriction (H02N2) etc. Brevetto Piezoelectric thin film, piezoelectric element, and manufacturing method thereof (2012) Piezoelectric clamping device (2011) Descrizione La presente invenzione riguarda un film piezoelettrico sottile, un elemento piezoelettrico, un elemento di produzione dello stesso, una testina di emissione del liquido ed un motore ultrasonico. In particolare, l invenzione consiste nello sviluppare un film sottile piezoelettrico: (1) senza piombo (il materiale piezoelettrico impiegato è il BiFeO3); (2) con alte proprietà piezoelettriche ottenute grazie ad un controllo della struttura cristallina (vengono mescolate una struttura romboedrica ed una struttura tetragonale) La presente invenzione riguarda utensili elettrici e, più in particolare, a dispositivi di bloccaggio per elettroutensili. Diverse realizzazioni sono discusse nel brevetto. Una prima realizzazione consiste in un dispositivo di bloccaggio comprendente un elemento di serraggio ed un elemento piezoelettrico: l'elemento di serraggio è accoppiato ad un albero di uscita del motore (mandrino). L elemento piezoelettrico si oppone al primo membro di serraggio ed è configurato per passare da un primo stato ad un secondo stato in risposta ad essere accoppiato ad una sorgente di energia elettrica 98

103 5.Tecnologia piezo-elettrica Analisi degli investimenti di Venture Capitalist Dall'analisi degli investimenti Venture Capitalist emerge come la classe tecnologica relativa alla "Tecnologia piezo-elettrica" sia di basso interesse per gli investitori di capitale di rischio (nessuna azienda target individuata su 638 finanziamenti di VC) Analisi dei Finanziamenti Europei Dall'Analisi dei Finanziamenti Europei è emerso come la Commissione Europea abbia deciso di finanziare diversi progetti di ricerca relativi a tale tecnologia (si identificano 7 bandi finanziati recentemente dall Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati nel periodo ) Progetto PI (03/ /2015) TIIWS (07/ /2013) PIEZOSELEX (12/ /2012) Descrizione Lo scopo del progetto è quello di aumentare la visibilità e la diffusione al pubblico della ricerca inerente la tecnologia piezoelettrica, tramite l organizzazione di workshop, tutorial e corsi industriali. In particolare, Pi ha sviluppato competenze importanti in merito a materiali piezoelettrici privi di piombo L obiettivo del progetto è quello di introdurre l intelligente in prodotti ad uso quotidiano: l approccio consiste nell introdurre materiali funzionali (polimeri avanzati con proprietà piezoelettriche) all interno di determinati prodotti (quali potrebbero essere abbigliamento e calzature) che fungano, oltre che da semplice indumento, anche da sensori. Tali sensori dovrebbero aver lo scopo di monitorare i parametri vitali dei soggetti che operano in condizioni difficili ed ambienti pericolosi, come ad esempio i primi soccorritori, i vigili del fuoco, i muratori, etc Il progetto ha come obiettivo quello di attenuare il problema dell ipoacusia da rumore (NIHL, Noise-Induced Hearing Loss) sul posto di lavoro, malattia professionale causa di riduzione della produttività giornaliera lavorativa, richieste di indennizzo e potenziale prepensionamento. L utilizzo di materiali piezoelettrici potrebbe essere un buon vantaggio rispetto a ai classici tappi per le orecchie : potrebbe consentire di eliminare tutti i rumori al di sopra dei 75dB, ma anche filtrare e permettere l ascolto solo di intervalli specifici di frequenze sonore (esempio: parole o segnali di avvertimento). Infine, l utilizzo di materiale piezoelettrico potrebbe eliminare la necessità di utilizzo delle batterie, ottenendo cosi implicazioni positive sull ambiente 99

104 ATTRATTIVITA PER IL TERRITORIO BERGAMASCO 5.Tecnologia piezo-elettrica Impatto Economico-produttivo: aumento della produzione di energia elettrica ed una conseguente diminuzione dei costi della stessa, impiego di dispositivi piezo-elettrici in grado di garantire un monitoraggio migliore delle strutture ed una conseguente diminuzione dell usura delle stesse Competitivo: l impiego di materiale piezoelettrico per accumulare energia elettrica in loco potrebbe consentire ad un paese di ottenere vantaggi economici rilevanti rispetto ai competitor Sociale: data l elevata proprietà piezoelettrica, i materiali a base di piombo sono quelli stati più sfruttati negli anni, nonostante l alta tossicità di tale materiale. Con l aumento della consapevolezza ambientale, negli ultimi anni si è posta l attenzione ad un nuovo tipo di materiale ecologico piezoelettrico senza piombo, che si pensa sostituirà i materiali a base di piombo, attualmente i più diffusi e sfruttati negli ultimi anni Stato di Diffusione Il report World Piezoelectric Device Market, pubblicato da Acmite Market Intelligence nel giugno 2011, riporta l andamento del mercato negli ultimi 20 anni e indica un trend del prossimo futuro. Secondo tale report, il mercato dei dispositivi piezoelettrici ha sperimentato una forte crescita negli ultimi due decenni, e una sostenuta crescita durante la crisi economica globale. Sarà testimone di una forte crescita anche nei prossimi anni, ed in alcuni mercati si parla addirittura di crescita raddoppiata. La domanda globale di dispositivi piezoelettrici è stata valutata in circa 14,8 miliardi dollari nel 2010 Le piezoceramiche sono il più grande gruppo di materiale per i dispositivi piezoelettrici. Il settore industriale e manifatturiero è ancora il più grande mercato delle applicazioni per dispositivi piezoelettrici, seguiti dall industria automobilistica. Tuttavia la richiesta più forte proviene dal settore medico e delle telecomunicazioni 100

105 6.Sistemi di identificazione e tracciabilità 101

106 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA I sistemi di identificazione e tracciabilità consistono in sistemi atti a facilitare il riconoscimento in ogni momento di oggetti, merci, veicoli e persone. Una delle tecnologie maggiormente promettenti degli ultimi anni è il RFID (Radio Frequency Identification), metodo di identificazione automatica che sfrutta segnali a radiofrequenza Il sistema di identificazione e tracciabilità RFID è costituito da tre elementi fondamentali: un apparecchio di lettura e/o scrittura (reader): una piccola antenna metallica ed un microchip connesso all antenna, il tutto ancorato ad un supporto adesivo trasparente (tale accoppiamento prende il nome di Inlay) Uno o più etichette RFID (o tag o Transponder) Sistema informativo di gestione dei dati per il trasferimento dei dati da e verso i lettori I tag RFID possono essere di tre tipologie: attivi, semi-attivi e passivi I tag attivi sono alimentati da batterie, che offrono una maggiore portata al segnale radio e una maggiore distanza di lettura I tag semi-attivi hanno una sorgente di alimentazione che non serve però ad alimentare i circuiti radio, ma funzioni aggiuntive come sensori di temperatura o movimento I tag passivi non hanno alcuna fonte di alimentazione interna; per attivare i circuiti, i tag passivi traggono la potenza necessaria dalle onde radio inviate dal reader che li interroga ed induce una corrente all antenna Applicazioni 6.Sistemi di identificazione e tracciabilità I sistemi di identificazione e tracciabilità (RFID) trovano impiego in ambito industriale: per la tracciabilità della logistica e della Supply Chain (identificazione e verifica della presenza di specifici oggetti in magazzino) nella manutenzione degli impianti (monitoraggio delle condizioni delle macchine quali pompe, riduttori, motori) nella meccanica strumentale (per il monitoraggio della deformazione di edifici in cemento) Altri ambiti di interesse sono l abbigliamento, l alimentare, il riconoscimento di merci in pronta consegna o anche sistemi per seguire un prodotto durante tutto il suo ciclo di vita 102

107 6.Sistemi di identificazione e tracciabilità Sviluppo La tecnologia Sistemi di identificazione e tracciabilità rende obsoleti prodotti come barcode bidimensionali e quadridimensionali (QRCODE) Questa tecnologia si presta a relazioni con nuove tecnologie emergenti, come ad esempio la possibilità di applicarla in strutture intelligenti idealmente caratterizzate da IOT oppure la possibilità di impiegarla tramite sensori di identificazione RFID (soprattutto usando tag attivi) I paesi con maggiore sviluppo ed utilizzo dell RFID sono in particolar modo gli Stati Uniti, seguiti dai paesi europei. Di notevole importanza è lo sviluppo di tale tecnologia in Giappone ed il forte interesse verso la stessa da parte di paesi asiatici emergenti, come Cina ed India I principali limiti che a volte possono presentarsi nell uso di tale tecnologia riguardano: la difficoltà di trasmissione attraverso alcuni materiali (ad esempio l interazione con prodotti metallici o liquidi). Limite attualmente superato da recenti scoperte e brevetti la difficoltà di utilizzo per pezzi di grandi dimensioni (in tal caso sono necessari grandi sistemi di rilevazione e di lettura dei tag, che non andrebbero ad agevolare l identificazione dell oggetto) Nonostante i benefici siano ragguardevoli in termini di ottimizzazione dei flussi di lavoro che nella diminuzione dei costi, le PMI sono ancora scettiche nell adozione del sistema RFID, principalmente per l elevato costo dell implementazione e per una problematica di asimmetria informativa Obiettivi strategici Prodotto: il singolo oggetto a cui è allegato un tag (attivo o passivo) diventa potenzialmente un prodotto, con associato un elenco/manuale di dati relativamente a tutte le caratteristiche del suo ciclo di vita: dall origine, alle lavorazioni, alla qualità, alla destinazione ed ai materiali Processo: si può seguire il prodotto lungo tutta la sua supply chain, quindi integrare tutti i processi e lavorazioni che avvengono 103

108 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale 6.Sistemi di identificazione e tracciabilità I risultati emersi dall'analisi dei dati brevettuali mostrano come la classe tecnologica relativa ai "Sistemi di identificazione e tracciabilità" sia caratterizzata da una forte intensità brevettuale, con circa brevetti rilevati fra gli anni L'Indicatore di Dinamicità evidenzia come rispetto alle tecnologie prioritarie in esame, il dinamismo brevettuale relativo a tale classe tecnologica sia medio (valore pari a 0.5 su scala 0-1) Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica G Strumentazione per misurazione e controllo Classe tecnologica G06 Calcolo computazionale Codici Specifici G06-K19, G06-K7, G06-Q30, G06-Q10 RFID tag for a metallic Unit Load Device (ULD) pallet; identification information; data transmission; transaction system that reads data in wireless mode; IC tag and a sensor node for quality measurement Brevetto Descrizione brevetto Large-scale network deployment collocation method model of RFID reading device Anno: 2009 L'invenzione descrive una soluzione per l implementazione su larga scala della tecnologia RFID. Il modello introdotto è dotato di un modulo di corrispondenza tra il reader d il middleware, così da indurre il middleware in una migliore gestione del reader su larga scala. Quando il modello è in uso, l'assegnazione e l'efficienza della gestione del lettore su larga scala possono essere migliorate, la complessità del middleware può essere ridotto, e la distribuzione di rete, disposizione, controllo e gestione del lettore su grande scala sono più convenienti RFID tag with LF wake up function for ULD palette Anno: 2008 L invenzione è una soluzione nell utilizzo dell RFID per ottenere informazioni in tempo reale circa la disponibilità e la posizione degli ULD (Unit Load Device), permettendo un più efficiente carico e scarico degli aeromobili ed una riduzione degli ULD persi Il tag RFID, posizionato nel pallet ULD (include un processore ed una memoria) si attiva in risposta ad un segnale di sveglia in una banda LF inviata dal reader ed esegue la comunicazione dati con lo stesso 104

109 6.Sistemi di identificazione e tracciabilità Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dai risultati ottenuti dall'analisi delle 638 imprese globali finanziate dai Venture Capitalist si nota come questi ultimi ritengano la classe tecnologica "Sistemi di identificazione e tracciabilità" un settore ad elevato potenziale di sviluppo e crescita (circa 166 deal su un totale di 638 identificati) Fanno riferimento a tecnologie correlate con la tecnologia Sistemi di identificazione e tracciabilità aziende come: la francese ASK SA (Contactless and RFID technology manufacturer) la statunitense NETPOSA TECHNOLOGIES LTD (Integrated video surveillance application solutions developer) l israeliana PANORAMIC POWER LTD (Energy consumption visualisation technology developer) la statunitense CARECAM INNOVATIONS (Video-based care documentation system developer la svizzera POKEN SA (NFC-based online digital information collection and exchange device developer) la statunitense TENSILICA INC. (System-on-Chip (SoC) design technology developer) la svedese BIOSERVO TECHNOLOGIES AB (Artificial tendors and other special sensors manufacturer) la statunitense LUMEDYNE TECHNOLOGIES INC. (Displacement sensor developer, Energy harvester developer) la statunitense TRUMEDIA TECHNOLOGIES INC. (LCD display manufacturer, Real-time automated facial recognition-based audience measurement solutions provider) Wide Dynamic Range (WDR) camera and video processing equipment manufacturer) la statunitense CENTICE CORPORATION (Computational sensors developer) la statunitense PENTALUM TECHNOLOGIES INC. (Pulse wind LiDAR (Light Detection and Ranging)) Analisi dei Finanziamenti Europei Non sono stati identificati bandi europei relativi a questa tecnologia 105

110 ATTRATTIVITA PER IL TERRITORIO BERGAMASCO Impatto Economico-produttivo: per i clienti aumenta la possibilità di integrazione a monte da parte del cliente; inoltre, rispetto alla concorrenza, migliora l efficienza produttiva Competitivo: permette di abbattere fortemente i costi di logistica nel tempo e di allargare i confini del settore della tracciabilità, creando possibili interazioni con quello della sicurezza e della qualità Sociale: può essere utilizzato a fini di controlli di sicurezza come già avviene in alcune realtà di asili e scuole giapponesi o americane Stato di Diffusione 6.Sistemi di di identificazione di e tracciabilità e e Le conoscenze riguardanti questa tecnologia a livello globale sono abbastanza diffuse. Attualmente la ricerca è orientata verso: la possibilità di ottenere una comunicazione in presenza di metalli o liquidi, il superamento della limitata capacità di immagazzinamento dei dati, l aumento della distanza di ricezione e di emissione di radiofrequenze. Tali soluzioni sono oggigiorno raggiungibili grazie all ampia gamma di tag presenti sul mercato, specifici per ogni particolare esigenza di utilizzo La possibile espansione e sviluppo di questa tecnologia riguarda soprattutto l interazione con sistemi intelligenti caratterizzati da sensori e altre tecnologie; il trend futuro si associa all Internet of things, macchine che si relazionano e collaborano tra di loro col fine di migliorare la vita dell'uomo 106

111 7.Monitoraggio nel campo civile 107

112 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA Il sistema di monitoraggio di infrastrutture, anche denominato SHM (Structural Health Monitoring), consiste in un processo atto ad identificare informazioni sulle strutture sottoposte a sollecitazione, in maniera da valutarne l efficienza. Tali strutture da monitorare sono sia di tipo naturale, come ad esempio terremoti, vento, vulcani, sia destinate all'uso civile, come ad esempio palazzi, case, edifici, ponti, ferrovie, navi, componenti aereo-spaziali Tecnologie recenti permettono l inserimento di sensori all interno delle strutture analizzate che diventano intelligenti, ovvero in grado di fornire direttamente all utente informazioni sullo stato di sollecitazione delle stesse Il monitoraggio strutturale prevede la misura delle grandezze da rilevare, in continuo o con un intervallo di tempo prestabilito, attraverso l utilizzo di sensori sofisticati, posti in posizioni prestabilite, che forniscono informazioni sullo stato di deformazione. Tecniche innovative prevedono l aggiornamento in rete di un database in grado di fornire un quadro aggiornato in tempo reale dello stato delle costruzioni monitorate Applicazioni 7.Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici I nuovi sistemi di monitoraggio strutturale, sono stati progettati per l impiego: in ambito civile (ponti, edifici, opere d arte, dighe) nell ambito dei trasporti aerei, data la necessità sempre maggiore per le compagnie aeree di creare velivoli aerei in grado di diminuire i costi operativi, mantenendo lo stesso livello di sicurezza (per garantire l integrità della struttura del velivolo si è diffusa sempre più una branca della SHM chiamata IVHM (Integrate Vehicle Health Monitoring), che si occupa dello stato di strutture esclusivamente di velivoli aerei) in ambito industriale (per la salvaguardia di attrezzature e macchinari di grandi dimensioni: per maggiori dettagli vedi scheda tecnologica Sistemi di Diagnostica di Macchine ) 108

113 7.Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici Sviluppo La tecnica di monitoraggio strutturale (SHM) è aumentata potenzialmente in sostituzione delle ispezioni visive non distruttive (NDE), che solitamente richiedevano l intervento di un professionista addestrato per ispezionare la struttura in esame, facendo lievitare enormemente i costi del servizio di monitoraggio. Tecniche tradizionali di monitoraggio impiegate sono ad esempio ultrasuoni, l emissione acustica, la tomografia. Tuttavia tali tecniche risultavano essere troppo costose Recentemente stanno prendendo piede tecniche più innovative per i compiti di monitoraggio strutturale, che prevedono la creazione di strumenti economici e lo sviluppo di tecnologie SHM autonome, che consentano alla struttura di diventare intelligente, ovvero in grado di fornire direttamente all utente informazioni sullo stato di sollecitazione della stessa Negli ultimi anni, una delle tecnologie emergenti che ha avuto un grande impatto è la tecnologia Smart Wireless Sensor Network (WSSN): recenti sensori intelligenti wireless (sensori senza fili) vengono inseriti all interno della struttura ed offrono una soluzione innovativa a lungo termine, una facile/veloce installazione ed una semplice gestione dei dati ad un costo inferiore rispetto ai tradizionali sistemi di monitoraggio Obiettivi strategici Prodotto: ottenimento di prodotti di piccole dimensioni e di basso costo, in grado di rilevare vibrazioni e deformazioni Processo: a seconda se i sensori avanzati impiegati sono inseriti all'interno o all'esterno della struttura, è necessario eseguire specifiche modifiche alla struttura. L obiettivo è quello di inserire una minor quantità possibile di sensori funzionali 109

114 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale 7.Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici La classe tecnologica Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici" è caratterizzata da una alta intensità brevettuale in confronto alle tecnologie in esame, con un valore dell'indicatore di Intensità Persistenza Brevettuale pari a 0.74 su scala 0-1). Presenta un medio livello di dinamicità negli anni (Valore indicatore di Dinamicità: 0.52 su una scala 0-1) Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica B, E, G Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione; Costruzioni; Strumentazione per misurazione e controllo Classe tecnologica B82; E02; G08 Nanotecnologie; ingegneria idraulica, fondazioni; segnalazione Codici Specifici B82-B; E02-D; G08-B Micro system hardware, and can be used in producing sensors based on tunnel effect to convert displacement into electric signal in monitoring data processing systems that serve to forecast, diagnose and control the effects of impact waves and acoustic oscillations exerted onto various structures, vehicles, industrial buildings and structures, as well as to control temperature, develop supersensitive mikes; Method for monitoring of building under action of disturbances from displacement of its foundation includes reception, processing and assessment of controlled parameters from sensors installed onto building, which characterize current condition of the building, and prediction of further possible operation by detection of time resource available until critical value of controlled parameters is achieved; fire detectors as sensor devices used in both public buildings, and in private buildings. The invention relates to a detection device comprising an image-producing sensor element for emitting image data, and an optical element mounted upstream of the sensor element, which together form a camera system Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist I risultati emersi dall'analisi degli investimenti Venture Capitalist mostrano come la classe tecnologica relativa al "Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici" sia di basso interesse per gli investitori di capitale di rischio (nessuna azienda target individuata su 638 finanziamenti di VC nel periodo ) 110

115 7.Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici Analisi dei Finanziamenti Europei Il monitoraggio nel campo civile è l ambito tecnologico con maggiori finanziamenti europei. Si riportano di seguito quattro progetti (su 13 per questa tecnologia) recentemente finanziati dall Unione Europea Progetto SHM (Structural Health Monitoring) 07/ /2016 ROBUST 07/ FS (Fire safety of industrial hall - valorisation project) + EUROBUILD 07/ /2052 Descrizione Sviluppare un sistema di monitoraggio in tempo reale delle vibrazioni e di valutazione delle condizioni, ovvero il così detto Structural Health Monitoring (SHM) di sistema, applicabile ad esempio ad un ponte sospeso. L utilizzo di sensori GPS e di sensori rotazionali, lo sviluppo di algoritmi in grado di elaborare dati in real-time sono i principali componenti di questa tecnologia innovativa Uno degli obiettivi primari del sistema SHM sarà quello di rilevare i danni dopo i terremoti. I sistemi di identificazione dei danni sfruttano (1) cambiamenti nella frequenza naturale del ponte durante il terremoto, (2) la presenza di deformazioni permanenti. Si effettuano analisi di dati di risposta a sollecitazioni e si confrontano i dati di risposta sotto due diverse condizioni (ad esempio pre e post sollecitazione) Ristrutturazione e miglioramento degli edifici esistenti grazie a tecnologie avanzate nel campo dell acciaio quali l overcladding, ovvero il sovra-rivestimento o l estensione tetto-cima (roof-top extension), al fine di ridurre per esempio perdite di calore Nuove proposte per la sicurezza anti-incendio applicabili sono state messe in luce in diversi Paesi (Francia, Spagna e Belgio) e potrebbero comportare significative perdite di quota di mercato per l industria dell acciaio. L industria siderurgica deve essere pronta a fornire forti argomentazioni di nuove tecnologie e soluzioni per evitare l introduzione di requisiti troppo restrittivi dal punto di vista di sicurezza anti-incendio. Questi due progetti si pongono appunto l obiettivo di identificare tali soluzioni, strutture in acciaio in relazione ai requisiti di resistenza al fuoco e di diffondere quei fattori chiave che influenzano la prossima generazione di edifici in acciaio 111

116 ATTRATTIVITA PER IL TERRITORIO BERGAMASCO Impatto Economico-produttivo: notevole risparmio economico. Ponti, edifici, opere d arte sono diventati sempre maggiormente esposti a problemi come l instabilità aeroelastica, le oscillazioni dovute dal vento e le vibrazioni generate dai carichi applicatici. Ad esempio, nei paesi moderni i ponti hanno raggiunto la loro vita di progetto e devono essere sostituiti: il rapporto del Federal Highway Administration del 2006 dimostra come solo negli USA vi siano più di ponti che necessitano di essere ristrutturati Competitivo: sistemi di infrastrutture civili sono preziosi beni nazionali che devono essere mantenuti per garantire la prosperità economica Sociale: aumento del livello di sicurezza pubblica per gli utenti (es: aumento dei sistemi di sensori IVHM (Integrate Vehicle Health Monitoring) inseriti negli ultimi anni sugli aerei di linea commerciale) Stato di Diffusione 7.Monitoraggio nel campo civile e palazzi storici Le tecnologie relative al monitoraggio nel campo civile nei prossimi anni avranno un grande sviluppo, anche in virtù dei forti finanziamenti comunitari su queste tematiche Ad esempio, la tecnologia WSSN (Wireless Smart Sensor Networks, fin dagli inizi, è stata definita dal MIT (Massachussets Institute of Technology) una delle prossime dieci tecnologie emergenti che cambieranno il mondo (Cull David, 2003). Tale tecnologia è ancora emergente, ma recentemente si sta espandendo esponenzialmente, consentendo a questi dispositivi di essere implementati ed utilizzati per ottenere informazioni utili dai più svariati ambienti Parallelamente allo sviluppo di tale tecnologia, influisce sullo stato di diffusione il continuo interesse per sistemi di sensori miniaturisti che utilizzano MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems). Tali sensori risultano adatti, oltre che per edifici e strutture civili, per la misurazione di parametri anche come l inquinamento, frane e l esplorazione planetaria 112

117 8.Sistemi di movimentazione e attuazione 113

118 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA La definizione di sistemi di movimentazione o di attuazione su larga o piccola scala fa riferimento a tutte quelle macchine di robotica avanzata ed industriale, dotate di sensori intelligenti ed intercambiabili, con spiccate caratteristiche di autonomia, programmabili mediante software multinazionali, impiegate in ambito industriale per la movimentazione di materiali, di attrezzi ed altri mezzi di produzione Esempi di tali robot sono: robot di pallettizzazione (es. a testa magnetica), robot di carico-scarico-macchine, robot pick-andplace, robot di verniciatura Le macchine di robotica sono costituite da: un insieme di organi di locomozione (ruote, gambe meccaniche) organi di manipolazione (utensili, braccia meccaniche) un sistema sensoriale, in grado di interagire con l ambiente esterno un sistema di controllo, atto a governare il movimento della struttura Applicazioni 8.Sistemi di movimentazione e attuazione Le innovazioni chiave di tale tecnologia vengono impiegate principalmente in ambito industriale, tra cui l automobilistico, l aeronautico, plastico, etc. I tipici compiti dei robot industriali avanzati sono: movimentazione di materiali (vasta gamma di unità di raccolta e posizionamento per la movimentazione di qualsiasi tipo di prodotto, da merci leggere di piccole dimensioni (quali bottiglie di plastica) fino ad applicazioni più pesanti nel settore automobilistico (es. sostiene carichi fino a 50 kg) operazioni tecnologiche: manipolazione del pezzo in lavorazione tramite un utensile. Si includono operazioni di saldatura, verniciatura, asportazione di truciolo ed altre operazioni di ispezione: operazioni di carico/scarico e manipolazione di un dispositivo d ispezione operazioni di assemblaggio: montaggio di componenti, utilizzo in operazioni ripetitive Ulteriori ambiti in cui vengono applicati i robot sono l assistenza domiciliare ed in ambito medicale, sia per l intervento medico che per la riabilitazione motoria 114

119 8.Sistemi di movimentazione e attuazione Sviluppo La ricerca attuale in merito ai robot avanzati intelligenti è attualmente in corso. Per i robot di terza generazione la ricerca è ancora in corso, data la necessità di trovare soluzioni ottimizzanti per il sistema di pianificazione della traiettoria del manipolatore (traiettoria senza collisioni/evitando gli ostacoli, traiettoria liscia, sistema di calcolo intelligente in grado di ottimizzare operazioni di pick and place gestendo più elementi nel minor tempo e spazio) La richiesta di robot industriali è sempre elevata: dati relativi al 2011 (fonte: WorldRobotics) mostrano come le vendite di robot industriali sono aumentate del 38% a livello globale I paesi principali che hanno visto una forte crescita delle vendite di robot avanzati industriali sono la Cina, gli Stati Uniti e la Germania Obiettivi strategici L impiego di robot avanzati consente di ottimizzare la qualità e le caratteristiche dei prodotti da realizzare; inoltre ha permesso una maggiore automazione del lavoro, aumentandone l efficienza 115

120 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale 8.Sistemi di movimentazione e attuazione Dall Analisi Brevettuale si evidenza come la classe tecnologica Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala sia caratterizzata da una media intensità di brevettazione. Significativo è il risultato dell Indicatore di Persistenza Brevettuale (valore pari a 0.96 su scala 0-1) che mostra una variabilità elevatissima tra gli anni , rispecchiando un sempre maggiore interesse da parte del mercato di tecnologie che rendano possibile una maggiore automazione ed efficienza nelle lavorazioni Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica B Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione Classe tecnologica B66 Sistemi di movimentazione, dispositivi di sollevamento Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dai risultati ottenuti dall'analisi delle 638 imprese globali finanziate dai Venture Capitalist si nota come questi ultimi ritengano la classe tecnologica "Sistemi di movimentazione e di attuazione su larga e piccola scala" un settore con medio-alto potenziale di sviluppo e crescita (circa 27 deal su un totale di 638 identificati) Di seguito alcuni nomi delle aziende target (che fanno riferimento a tecnologie correlate con la tecnologia Sistemi di movimentazione o di attuazione) nelle quali i Venture Capitalist investono: la spagnola GMTK MULTI-PROCESS MACHINING SA (Machine tools manufacturer) la tedesca AUTOLOADER GMBH (Automated baggage handling system developer) la francese SGM ALPI (Warehousing and storage loading device manufacturer) la coreana ROBOTEVER INC (Robot manufacturer, Robot software plarform services) la belga HIGH WIND NV (Wind turbine robotics-based installation equipment manufacturer and technology developer) l australiana INVERT ROBOTICS LTD (Robot manufacturer, Robotic inspection technology researh and development services) la statunitense PERSIMMON TECHNOLOGIES CORPORATION (Direct drive atmospheric and vacuum robotics developer) l israeliana COREFLOW LTD (Aeromechanical solutions developer) la francese ALDEBARAN ROBOTICS SA (Humanoid robot developer) l indiana PRECISION AUTOMATION AND ROBOTICS INDIA LTD (Automation and robotics technology developer) 116

121 8.Sistemi di movimentazione e attuazione Analisi dei Finanziamenti Europei Si identificano 5 bandi finanziati recentemente dall Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati Progetto POLIMATIC 06/ /2013 LOCOBOT 08/ AIMACS 08/ /2013 Descrizione Rafforzare la competitività dell'industria europea degli utensili, superando i limiti attuali legati agli stampi ed alle finiture (grazie all'automatizzazione dei processi di lucidatura mediante laser). Entrambi i processi permettono ad oggi di ottenere livelli di rugosità bassi, ma ancora critici sono tali processi se applicati a superfici a forma libera. I principali componenti di questa tecnologia di punta includono (1) lo sviluppo di processi che permettano una rugosità pari a 0.05 µm su superfici a forma libera, (2) lo sviluppo di conoscenze legate al CAM-NC per rendere le nuove tecnologie utilizzabili dagli utenti finali e (3) lo sviluppo di nuove metrologie per superfici lucidate Questa tecnologia è particolarmente rilevante poiché dal 12 al 15% dei costi di produzione e dal 30 al 50% del tempo produttivo sono allocati ai processi di lucidatura. Le tecnologie tradizionali non sono però applicabili a componenti e/o parti a forma libera e nel 95% dei casi la lucidatura viene effettuata manualmente. Investimenti in nuove tecnologie in questo campo permettono una significativa riduzione dei costi di lucidatura (75%), oltre che una riduzione importante dei tempi (90%). In 5-7 anni sviluppi in questa tecnologia di punta porteranno ad un risparmio di costi produttivi per utensili pari a 150 Mio Realizzazione di robot a basso costo per la catena di montaggio/assemblaggio. Sviluppare una piattaforma d'assistenza robotica per supportare i processi di produzione manuali ed incrementare la produttività e la precisione. I principali componenti includono: (1) robot, (2) strumentazioni ingegneristiche, (3) struttura di controllo (software) Sviluppare sistemi intelligenti di auto-ottimizzazione di controllo adattativo, mediante il monitoraggio continuo di un insieme di parametri del processo meccanico ed un automatico adattamento della macchina alle sue performance ottimali in real-time. In questo modo, viene assicurata flessibilità alle condizioni macchina, a fermi o problemi produttivi e/o ad altre anomalie, superando le tradizionali inefficienze. Tra i parametri considerati ci sono, ad esempio, le vibrazioni, il consumo di energia ed il carico di taglio 117

122 ATTRATTIVITA PER IL TERRITORIO BERGAMASCO Impatto Economico-produttivo: aumento della produttività ed abbattimento dei costi. Bloccano la fuga delle imprese nei paesi più poveri e creano nuove figure professionali Competitivo: l impiego di robot industriali avanzati consente di ottenere benefici in termini di velocità, precisione ed economicità in attività ripetitive rispetto alle aziende concorrenti Sociale: i robot avanzati sostituiscono sempre più le attività precedentemente svolte dal lavoratore umano. La macchina sostituisce l uomo nell esecuzione di operazioni pericolose in ambienti ostili e migliora le condizioni lavorative, aumentandone il livello di sicurezza Stato di Diffusione 8.Sistemi di movimentazione e attuazione I robot manipolatori di terza generazione (ovvero robot in grado di svolgere operazioni molto complesse di assemblaggio e saldatura, ma non in grado di prendere decisioni in modo autonomo) si trovano nella fase di maturità della tecnologia, in quanto i compiti che svolgono sono pressoché gli stessi da quando sono stati inventati ed i miglioramenti dei mezzi riguardano solo piccole parti dell insieme (dita, gradi di libertà) o del software. I robot di quarta generazione (ovvero sistemi in grado di prendere decisioni in maniera autonoma - intelligenza artificiale) sono al contrario in una fase di crescita Studi recenti sono focalizzati: sull ottimizzazione dell impiego di robot di terza generazione (quindi al miglioramento nella lavorazione dei materiali duri), sulla creazione di applicazioni efficienti ma economiche, sullo sviluppo di robot in grado di monitorare il movimento umano per poi riprodurlo. Ulteriori studi sono concentrati sui robot intelligenti, guidati da sistemi di visione artificiale evoluti 118

123 Tecnologie di punta dalla 9 alla SISTEMI DI CONTROLLO-VEICOLI p SISTEMNI DI IMMAGAZZINAMENTO, TRASPORTO E PACKAGING p TECNOLOGIE OTTICHE LASER p STRUMENTI OTTICI PER ANALISI DEI MATERIALI p MICRO-TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA A RAGGI X (m-ct) p MODERNI MATERIALI COMPOSITI p TEST ED ANALISI DEI MATERIALI p TECNOLOGIE DI MISURAZIONE p TRATTAMENTI CRIOGENICI SU MATERIALI METALLICI p SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) p SALDATURA PER ATTRITO p LASERD AL SILICIO p LASER A CASCATA QUANTICA p ACCESSORI PER OTTIMIZZAZIONE LAVORAZIONI ALLE MACCHINE p REMOTE LASER WELDING (RLW) p PLASMA AL FREDDO p

124 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA 9.Sistemi di controllo veicoli Con il termine sistemi di controllo veicoli si vuole indicare tutte quelle tecnologie applicate ad una macchina o ad un apparto per imporgli un comportamento desiderato, al fine di aumentarne l efficienza. Esempi di sistemi di controllo di un automobile sono: il regolatore automatico di velocità, il sistema di parcheggio assistito, il sistema automatico per il rispetto della distanza di sicurezza, il cambio automatizzato, il controllo di trazione, l attivazione automatica dei tergi, i sistemi automatici di guida (pilota automatico), la polarizzazione dei vetri a seconda della luce, etc. La materia di base dei sistemi di controllo è l automatica. Attraverso la manipolazione delle grandezze di input del sistema, il controllo automatico di un determinato sistema dinamico è in grado di modificare il comportamento del sistema stesso. Tale controllo è affidato ad una specifica parte del sistema, detto sistema controllante o controllore, il quale è progettato con il fine di individuare il modello matematico ottimizzante per il sistema di riferimento (ciò è possibile grazie all impiego degli strumenti messi a punto dalla teoria dei sistemi). Ogni applicazione di un sistema di controllo è specifica: a seconda degli ambiti di applicabilità o dei settori di riferimento servono diversi algoritmi, controlli e cablaggi Diversi sono i limiti delle tecnologie attualmente impiegati. Alta è la necessità nell individuare un trade-off tra l autonomia dei veicoli ed i problemi di dimensionamento dell architettura (problemi che trascendono dal tipo di tecnologia usata), per migliorare ad esempio il kit di power train: maggiore è la potenza dei componenti, minore è la loro autonomia (i sistemi necessitano di conseguenza di essere ricaricati più volte al giorno o più a lungo; necessità di un box dove far sostare la macchina il tempo necessario per una ricarica totale) Applicazioni Sviluppo La materia di base dei sistemi di controllo (ovvero l automatica) è per sua natura ampiamente applicabile nei settori più disparati. In particolare, gli ambiti di applicazione sono di seguito riportati: settore automobilistico e settore dei veicoli agricoli: è dimostrato come più dell 80% dei dispositivi di un auto sono controllati elettronicamente (si basti pensare al motore, ai freni, al climatizzatore, etc.) altri settori specifici, come ad esempio il settore aeronautico, per la costruzione di sonde e satelliti, etc. La continua evoluzione e ricerca in tale campo deriva dalla necessità di ottenere sistemi di controllo di veicoli capaci di garantire una maggiore sicurezza per l uomo (eseguire lavori in ambienti pericolosi o difficilmente raggiungibili), un maggior livello di automaticità ed un miglioramento delle performance in termini di velocità di esecuzione, di precisione e di ripetibilità delle operazioni 120

125 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT 9.Sistemi di controllo veicoli Analisi Brevettuale Si identificano valori medi degli indicatori di Persistenza e Dinamicità Brevettuale (rispettivamente 0.67 e 0.4 su scala 0-1) Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica B Strumentazione per misurazione e controllo Classe tecnologica Codici Specifici B60 G01-B9, G01-DL, G02-B23, G02-B26, G02-F1 B82-Y15, D01-F4, G01-N3 Apparecchiature elettriche o veicoli a propulsione elettrica, sospensione magnetica per veicoli, sistemi di frenatura elettrodinamica per veicoli, dispositivi di collegamento elettrico Electric vehicle; hybrid drive of a motor vehicle; A method for controlling a vehicle's automated transmission depending on certain operating parameters and control actions of an adaptive cruise control system (ACC) Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dall analisi è emerso come la classe tecnologica Sistemi di controllo-veicoli sia un'area ad alto contenuto di innovazione. Su 638 deals, sono state identificate 36 aziende attive inerenti a tale tecnologia. Alcune aziende individuate dall analisi sono di seguito riportate: l israeliana ETV MOTORS LTD (Electric vehicle propulsion technology developer) la statunitense LEVANT POWER CORPORATION (Automotive fuel economy technology solutions developer) la tedesca BÖHNER-EH GMBH (Electric-hydrostatic drive developer) la statunitense FLUX DRIVE INC. (Magnet speed drives and couplings manufacturer) la tedesca INNOMOTIX GMBH (Pneumatic cylinder manufacturer), la statunitense ECOMOTORS INC (Efficient multi-fuel motor engine research and development services) la tedesca LIQUIDPISTON INC. (Thermodynamic engines developer) Analisi dei Finanziamenti Europei Non sono stati identificati bandi finanzianti dall Unione Europea fra i 72 bandi analizzati 121

126 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA Con il termine sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging si considerano tutte quelle tecnologie innovative utili ad aumentare il grado di automazione nella logistica di fabbrica Il packaging consiste nell insieme di prodotti e delle tecniche impiegate per il contenimento, la protezione e la conservazione dei prodotti nella fase di consegna dal produttore all utilizzatore. L interesse della ricerca negli ultimi anni è nei confronti di sistemi di packaging: (1) costituti da materiali con caratteristiche di bio-degradabilità ed eco-compatibilità, (2) costituiti da additivi naturali, stucco ed estratti antiossidanti naturali per consentire un miglioramento in termini di barriere, (3) sistemi in grado di fornire informazioni sulle condizioni del prodotto (impiego di sensori avanzati), (4) imballi che consentono il confezionamento di parti non rigide nella maniera più ottimale (ad esempio il packaging di scarpe), (5) sistemi di packaging che richiedono un consumo di materiale ridotto ma con caratteristiche di alta resistenza, (6) sistemi di immagazzinamento in grado di ottenere il confezionamento di cibi e prodotti in modo automatico I sistemi di trasporto includono invece tutti quei veicoli innovativi ideati per movimentare in maniera fluida le merci e i prodotti all interno di uno stabilimento. Recentemente, grande diffusione ha avuto la tecnologia AGV (Automatic Guided Vehicle). Con tale tecnologia è possibile ottenere una maggiore efficienza nella logistica aziendale, garantendo un risparmio di tempo, di energia e di spazio: tali sistemi sono in grado di muoversi con una certa autonomia, non hanno bisogno dell intervento dell operatore e sono in grado di interagire con altri sistemi di automazione. Sistemi di veicoli avanzanti sono in grado di rilevare e raccogliere pallet automaticamente Applicazioni Sviluppo 10.Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging Le applicazioni principali sono in ambito industriale (logistica interna di fabbrica), dove si hanno lottizzazioni, produzioni in serie e bassa variabilità di prodotti Le imprese sono sempre più interessate all automatizzazione del processo di trasporto, packaging ed immagazzinamento. Sono richiesti sistemi sempre più automatizzati, in grado di ridurre i tempi di produzione ed i costi dei prodotti, aumentando le performance del prodotto: mentre sistemi di imballaggio e di trasporto tradizionali sono relativi a merci di dimensioni superiori e per lo più pesanti, l interesse è conseguire la realizzazione di stazioni di confezionamento altamente flessibili per un elevata varietà di prodotti e componenti, integrata da un sistema di movimentazione universale per prodotti diversi 122

127 10.Sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale I risultati dell'analisi evidenziano una forte intensità brevettuale ed un trend crescente di brevettabilità negli anni Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica Classe tecnologica Codici Specifici B, Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione B65, B08, B23, B31 B08-B, B23-Q, B65-B, B31-B Trasporto, imballo, stoccaggio, movimentazione, pulizia, utensili e lavorazioni metalliche System to receive a lot of stored tools, and exchanges, inserts or places the tools of a machine tool capable of supplying the tools in a short period of time; a tool magazine for receiving the tools; and a system which exchanges, inserts or places the tool of the machine tool [ ]The tools are stored on top of each other in different height positions within the tool magazine, and the height positions lies on top of each other for receiving the tools arranged along the circular arc or the circular arc part at the height position, and further the handling device is arranged for taking out the tool from the section radially-inwardly and/or radially-outwardly..etc Brevetto Vented package (2010) Descrizione Molti prodotti alimentari, tra cui il lievito, rilasciano gas durante la fase di trasporto e stoccaggio e di conseguenza sono spesso richiesti packaging porosi o ventilati per consentire l'uscita dei gas. In particolar modo, quando il trasporto del lievito avviene da due zone con diversa altitudine, può accadere che si verifichi un implosione del pacchetto sigillato o viceversa una rottura dei sigilli del contenitore (dovuta all espandersi del gas interno e quindi ad un incremento della pressione interna). L invenzione consiste nella realizzazione di un pacchetto ventilato costituito da un foglio di materiale laminare che comprende almeno uno sfiato con un apertura forata Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dall'Analisi si identifica come la classe tecnologica sistemi di immagazzinamento, trasporto e packaging sia riconosciuta dai capitali di rischio ad elevato potenziale di sviluppo e crescita (identificati 42 aziende su 638 deals) Analisi dei Finanziamenti Europei Non sono stati identificati bandi relativi a tale tecnologia fra i 72 bandi osservati 123

128 11.Tecnologie ottiche laser DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA Le tecnologie laser di ottica integrata si identificano con quei processi laser per le microlavorazioni di microcomponenti, materiali trasparenti e microstrutture. Tale tecnologia consente di eseguire: modifiche su materiali trasparenti come vetro, cristallo, plastica, per mezzo di una luce laser concentrata, a pulsazione ultra-breve ( ultra-short ) modifiche generate ed utilizzate mediante cambiamenti nell indice refrattivo per componenti ottici come onde guida marchiature con specifici colori e loghi, incorporate sotto la superficie: grazie a processi di incisione selettiva di induzione laser (selective laser-induced etching ISLE) possono venire prodotti con grande precisione e velocità micro-canali e microcomponenti I processi laser sono caratterizzati da: flessibilità attraverso l uso di un sistema di scanner in combinazione con una unità di posizionamento; grande precisione (<1 micron) dalla forte focalizzazione della radiazione laser, e dalla alta velocità; controllo delle zone termicamente alterate; trattamento di superfici di materiale o modificazione localizzata nei solidi a volume trasparente; grande energia ed efficienza del materiale durante i processi di incisione selettiva a induzione laser Applicazioni Sviluppo Utilizzando laser a pulsazione ultra-short vengono fabbricati componenti ottici quali guide d onda per applicazione di ottica integrata. Esempi di applicazioni delle tecnologie laser includono ablazione o spellatura (ovvero rimozione di materiale ad alta velocità), brasatura, rivestimento o deposizione diretta di materiale (Direct Metal Deposition DMD), perforazione, saldatura ermetica, taglio di lamiere, tubi o altro materiale industriale, marcatura (legata al posizionamento ed identificazione dei materiali e prodotti), micro-taglio e micro-saldatura Non solo nella scienza e nella ricerca, ma soprattutto in campo industriale, le tecnologie laser stanno guadagnando una forte attenzione. Grande interesse per gli strumenti ottici ultraveloci (ultra-short-pulse laser USP), ovvero nuovi sistemi ottici per la produzione di micro-strutture in grado di consentire un aumento della velocità di processo (fino a 350 m/s) durante le lavorazioni. Nel futuro, i laser USP porteranno ad una riduzione dei tempi, e quindi dei costi di processo. Saranno tecnologie attrattive da un punto di vista economico per la produzione di micro-strutture. Tale approccio verrà anche esteso anche a superfici più estese 124

129 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale 11.Tecnologie ottiche laser Dall Analisi Brevettuale emerge come la classe tecnologica Tecnologie Ottiche Laser, con circa brevetti osservati nel periodo , si colloca al primo posto per intensità di brevettazione. Di contro, tale classe risulta avere un bassissimo incremento della sua attività innovativa (Indicatore di Dinamicità pari a 0.02 su scala 0-1), segno che le ricerche negli ultimi anni sono rimaste mediamente costanti Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica Classe tecnologica B, G B82, B22, G01, G02, D01 Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione, Strumentazione per misurazione e controllo Nanotecnologie; metallurgia delle polveri; Misurazioni, testing; Strumentazioni ottiche; fibre ottiche Codici Specifici G01-B9, G01-DL, G02- B23, G02-B26, G02-F1 B82-Y15, D01-F4, G01-N3 Optical tomographic imaging; laser; laser instruction and image processing; laser points; laser beam; laser cavity; evanescent wave into a progressive signal; refraction optical fiber, fibre optical resonator with induced birefringence, laser-frequency locking, photon adsorption and two-photon fluorescence, near infrared laser, laser sintering of powder materials Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Medio-basso interesse da parte dei Venture Capitalist nell'investire in tale classe tecnologica (dall Analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist si identificano 8 aziende target che fanno riferimento a tecnologie correlate con le tecnologia ottiche laser). Ne sono un esempio le aziende di seguito riportate: l inglese POWERLASE LTD (Industrial laser technology developer) la statunitense TJET TECHNOLOGIES INC. (Light emitting diode manufacturing equipment developer) la tedesca 4JET SALES + SERVICE GMBH (Surface treatment laser systems manufacturer) la statunitense KAAI INC. (Next generation laser manufacturer) Analisi dei Finanziamenti Europei Non sono stati identificati bandi relativi a tale tecnologia fra i 72 bandi osservati 125

130 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA 12.Strumenti ottici per analisi dei materiali Con il termine strumenti ottici per analisi dei materiali si vuole includere tutte quelle strumentazioni innovative che fanno utilizzo di tecnologie ottiche per l analisi delle proprietà meccaniche e del comportamento di tutti i tipi di materiali in diversi scenari di prova. Studi recenti si focalizzano sullo sviluppo ed il miglioramento della spettroscopia GDOES (Glow discharge Optical Emission Spetroscopy) e sulla microscopia SNOM (Scanning Near-Field Optical Microscopic) La spettroscopia GDOES è una tecnica di analisi chimica quantitativa: è la combinazione della scarica al plasma (Glow Discharge) con l analisi mediante spettroscopia ad emissione ottica (Optical Emission Spectropy). La microscopia SNOM invece è una tecnica di imaging ottico che permette di superare i limiti di diffrazione (200 nm). E' una tecnica a scansione in cui il campione viene traslato da attuatori piezoelettrici ed illuminato localmente da nanosorgenti quali fibre ottiche rastremate o punte metalliche. Le dimensioni di queste nano-sorgenti, nm, determinano il limite di risoluzione spaziale di questa tecnica Applicazioni Sviluppo Le strumentazioni ottiche per l analisi dei materiali vengono impiegate principalmente nel settore chimico ed industriale per lo studio delle proprietà fisiche dei materiali: la spettroscopia GDOES viene impiegata per lo valutare l efficacia dei trattamenti termochimici superficiali dei metalli; la microscopia SNOM viene utilizzata per valutare la porosità-rugosità di superfici meccaniche. Ulteriore impiego di tali strumentazioni sono nell aerospaziale, nell automotive e nel settore bio-medico. Nell ambito industriale la tecnica GDOES è particolarmente adatta per: controllo e set-up di processo, supporto al controllo qualità, taratura sistemi di gestione degli impianti (analizzatori), diagnostica in caso di failure. Per lo sviluppo di nuovi materiali e processi dedicati ai trattamenti termochimici il GDOES ha trovato interessanti applicazioni per: valutare l influenza dei materiali, valutare i parametri di processo, studiare i meccanismi alla base dei processi di diffusione da atmosfera gassosa La ricerca in tale settore è spinta dalla crescente necessità delle piccole medie imprese (PMI) di entrare a conoscenza delle proprietà fisiche-chimiche dei materiali, al fine di stabilirne l idoneità per l utilizzo in determinate lavorazioni industriali 126

131 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale Dall analisi brevettuale si osserva come la classe tecnologica Strumenti ottici per analisi dei materiali sia caratterizzata da una medio-alta intensità brevettuale (Indicatore di Persistenza Brevettuale pari a 0.59 su scala 0-1), in paragone alle tecnologie prioritarie in esame. Basso è invece il livello di dinamismo brevettuale Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica G 12.Strumenti ottici per analisi dei materiali Classe tecnologica G01 Misurazione, testing Strumentazione per misurazione e controllo Codici Specifici G01-N21, G01-J, G01- N23; G01-B11 Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using infra-red, visible, or ultraviolet light (G01N3/00 to G01N19/00 take precedence; measuring stress in general G01L1/00; optical elements of measuring instruments G02B); Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colour; Characterizing a specimen of material by reflection spectroscopy in the THz spectral range; Gamma-ray flaw detector for material radiation testing and higher reliability of materials analysis for structure and defects; Measuring arrangements characterised by the use of optical means Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dai risultati dell'analisi si osserva come solo un numero limitato di investitori di capitale di rischio riconosca come importante fonte di guadagno di capitale le aziende che si riferiscono alla classe tecnologica Strumenti ottici per analisi dei materiali (dall analisi dei portafogli di investimento dei venture capitalist 6 delle aziende target fanno riferimento a tecnologie correlate) Analisi dei Finanziamenti Europei Non sono stati identificati bandi relativi a tale tecnologia fra i 72 bandi osservati 127

132 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA La micro-tomografia computerizzata a raggi X (m-ct) è una tecnica di visualizzazione microscopica 3-dimensionale non invasiva basata sulla ricostruzione volumetrica di radiografie alla scala del micron. Le ricostruzioni volumetriche ottenute sono completamente digitalizzate e posso successivamente essere elaborate per ottenere innumerevoli informazioni: misure e dimensioni del campione, costituzione massica (cavità e occlusioni), segmentazioni di diversi materiali sia solidi che fluidi (distinzione nel volume acquisito delle diverse fasi e loro interazione) Applicazioni Sviluppo 13.Micro-tomografia computerizzata a raggi X Un esempio di applicativo industriale può essere il controllo automatico per parti sinterizzate mediante tecniche non distruttive per il miglioramento della qualità produttiva. Si tratta di un sistema digitale di radiografia per un controllo online di parti prodotte mediante metallurgia delle polveri (sinterizzazione). Questa tecnica permette una veloce ispezione e applicazione di elaborazioni di immagini per la rilevazione di piccole crepe, difetti e variazioni di densità in-situ Qualunque prodotto che possa essere affetto da problemi di diagnosi non distruttiva volumetrica alla microscala è potenzialmente candidato alla investigazione tramite m-ct che per caratteristiche è unica e non succedanea a nessun altra tecnica 128

133 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale 13.Micro-tomografia computerizzata a raggi X La classe tecnologica Micro-tomografia computerizzata a raggi-x si colloca per intensità brevettuale come terza tecnologia prioritaria, se paragonata alle ventiquattro osservate (con circa brevetti). Medio-basso livello di dinamicità negli anni (Valore indicatore di Dinamicità: 0.3 su una scala 0-1) Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica H, G Elettricità, Strumentazione per misurazione e controllo Classe tecnologica H01, G01 Elementi elettrici di base, Misurazione e testing; Controllo e Regolazione Codici Specifici H01-J, G01-T, G01- N, G01-V Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation (e.g. X-rays or neutrons), the use of tomography (e.g. computer tomography) Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Basso interesse da parte dei Venture Capitalist nell'investire in tale classe tecnologica (identificate poche aziende) Analisi dei Finanziamenti Europei Si identificano 3 bandi finanziati recentemente dall Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati Progetto INSIDEFOOD 05/ NANOXCT 05/ /2015 Descrizione La ricerca si propone l obiettivo di fornire strumenti di misurazione per l analisi micro strutturale. In particolare, l obiettivo principale è quello di fornire soluzioni tecnologiche per il rilevamento della microstruttura dei cibi, combinando tecnologie recenti tra cui la micro - tomografia a raggi x, la spettroscopia NMR, l imaging a risonanza magnetica (MRI), la tomografia ottica a radiazione coerente (OTC) Il progetto si propone l obiettivo di utilizzare le nuove tecniche di tomografia computerizzata in 3D, per realizzare uno strumento di visualizzazione in grado di rappresentare in maniera completa una struttura 3D interna ed esterna di un campione senza la distruzione della sonda 129

134 14.Moderni materiali compositi DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA Per materiale composito si intende una combinazione di due o più componenti, fra loro chimicamente differenti, che uniti contribuiscono a fornire proprietà meccaniche e fisiche complessivamente superiori rispetto a quelle dei suoi singoli componenti. Negli ultimi anni vi è stato un grosso impegno nella ricerca tecnologica dei cosiddetti materiali compositi moderni, che si distinguono da quelli tradizionali per la capacità di ottenere strutture e proprietà controllate alla scala microscopica. Fanno parte dei materiali compositi avanzati i compositi a matrice polimerica (PMC) ed i materiali FGM (Functionally graded materials) Un materiale composito è costituito da una fase omogenea, detta matrice, che bloccando le fibre trasferisce il carico esterno e le protegge dai fattori ambientali e dall usura. Nella maggioranza dei casi, tali matrici sono polimeriche, poiché garantiscono bassa densità. All' interno della matrice è disperso il materiale di rinforzo, con in genere il compito di garantire rigidezza e resistenza meccanica. A tal scopo vi è l interfaccia fra il materiale di rinforzo e la matrice Applicazioni Sviluppo Gli studi di materiali compositi moderni vengono impiegati: per il settore aerospaziale ed aeronautico (stazioni di lancio e di macchine semoventi nello spazio, caschi e giubbotti antiproiettile) nel campo industriale (e.g. rivestimento di serbatoi per gas o liquidi in pressione, conduttori per aria condizionata, condotti criogenici) nel settore automobilistico (e.g. sospensioni in balestra in fibra di vero, l utilizzo di plastiche rinforzate in parti come portiere o paraurti, parti di motore e accessori vari, telai di Formula 1) nel settore sportivo (e.g. biciclette in carbonio, freni in carbonio per vetture da competizione, costruzione di sci, bob, racchette da tennis, canne da pesca, riser per il tiro con l'arco e aste per il salto in alto) Lo sviluppo dei materiali compositi moderni è dovuto alla necessità di far fronte alle esigenze sempre più spinte dell industria, in particolar modo quella nel settore aerospaziale e aeronautico. Innumerevoli sono stati gli sforzi per ottenere un buon compromesso fra resistenza, peso e costo degli aeromobili. Attualmente l espansione di tale tecnologia è limitata dalla mancanza di una banca dati adeguata sul comportamento dei compositi: i progettisti sono scettici nell utilizzare materiali con proprietà elevate, ma dal comportamento incerto 130

135 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale Si identificano valori medio-alti degli indicatori di Persistenza e Dinamicità Brevettuale (pari a 0.57 e 0.61 su scala 0-1) Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica B 14.Moderni materiali compositi Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione Classe tecnologica B29; B22; C08 Lavorazioni in generale, di sostanze plastiche; metallurgia delle polveri; compositi Codici Specifici B22-F; C08-F Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts (chemical aspects C08 );Invention relates to powder metallurgy, particularly, to production of nanostructured composite materials with metal matrix reinforced by nanosized oxide fillers. Proposed composition may be used as powder for application of functionally-gradient coats; nanocomposite hydrogel has excellent mechanical properties and good stability Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dall analisi dei 638 finanziamenti da parte di Venture Capitalist è stata individuata un azienda che investe in tale tecnologia Analisi dei Finanziamenti Europei Si identificano 6 bandi finanziati recentemente dall Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati: Progetto MATRANS 02/ /2013 CNTF 09/ /2014 Descrizione Mira a sviluppare materiali nuovi a gradiente di funzionalità basati su metallo-ceramica (Functionally Graded Materials - FGMs) per applicazioni aerospaziali e automobilistiche, in particolare: (1) sistemi di scarico e sistemi di propulsione, (2) sistemi di trasmissione di potenza, e (3) sistemi di frenatura. L obiettivo principale è quello di migliorare le proprietà meccaniche di questi materiali attraverso variazioni spaziali della composizione del materiale e della microstruttura. In particolare, ci si focalizza su (1) leghe ceramiche, (2) materiali ceramici e inter-metallici Produzione dei materiali a scala nano-metrica (Carbon nano tubes CNT) con proprietà eccezionali meccaniche, elettriche ed ottimali proprietà di conduttività termica. L obiettivo del progetto si basa sulla possibilità di sfruttare tali proprietà per la realizzazione di fibre (Carbon nano tubes fibres CNTF) per l applicabilità in processi di produzione su scala industriale. Applicazioni future guardano a compositi strutturali e conduttivi, compositi per l industria dell automotive e compositi per l industria aerospaziale 131

136 15.Test ed analisi dei materiali DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA Con il termine test ed analisi dei materiali stiamo ad indicare tutte quelle tecnologie innovative che consentono la misurazione e l analisi dei materiali La spettroscopia NMR si è affermata negli ultimi anni come una tecnica veloce e potente per l analisi dei prodotti di reazione e dei composti organici, risultando di grande interesse per il mondo scientifico ed industriale. Nello specifico, la spettroscopia NMR consente di ottenere informazioni sulla struttura molecolare tramite l osservazione del comportamento dei nuclei atomici. Studi vertono al miglioramento nell utilizzo di tale tecnologia, combinandola con: tecnologie microonde, la polarizzazione nucleare dinamica (DNP), la tecnologia µsr, la cristallografia a raggi X, la cryo-em. Non di minore importanza è l impiego di strumentazione ottica innovativa (approfondita nella scheda tecnologica n 12) Applicazioni Sviluppo Le strumentazioni innovative per l analisi ed il test dei materiali vengono impiegate principalmente: nel settore chimico e biomedico (analisi molecole in soluzione, caratterizzazione di campioni solidi e semisolidi (es. nuclei quali 13C, 2P, 2H etc.; analisi chimica del suolo) nel settore industriale: analisi e caratterizzazione degli alimenti (es. spettroscopia del 13C impiegata per l analisi degli acidi grassi e dei trigliceridi; studio di alimenti quali il burro e l olio di oliva) La ricerca è spinta dalla crescente necessità delle PMI di entrare a conoscenza delle proprietà fisiche-chimiche dei materiali, al fine di stabilirne l idoneità per l utilizzo in determinate lavorazioni industriali. Nel campo medicale, tali tecnologie sono sempre più di grande interesse poiché consentono di trarre importanti indicazioni diagnostiche a beneficio dei pazienti: la tecnologia NMR è in grado di produrre immagini in sezione dell interno del corpo, con una chiarezza finora mai ottenuta con altre tecniche (es. la tomografia NMR è attualmente la tecnica di imaging diagnostico migliore per il sistema nervoso centrale (cervello e midollo spinale) 132

137 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale Si identificano valori medi degli indicatori di Persistenza e Dinamicità Brevettuale (rispettivamente 0.53 e 0.57 su scala 0-1) Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica G Strumentazione per misurazione e controllo Classe tecnologica G01 Misurazione e testing; Controllo e Regolazione 15.Test ed analisi dei materiali Codici Specifici G01-M, G01-N15, G01-N29; G01-N21 Investigating fluid-tightness of structures; investigating permeability of porous material; investigating the presence of flaws in general; Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials (identification of micro-organisms); analysing the micro-porosity of a given dual-phase material; plurality of sensors (100) imbedded in a given material, with the sensors each including one or more acoustic and capacitive CMUT transducers; testing engineering; introducing the pure lubricant to be tested into the layer of capillary-porous material partially coated with a plate electrode and photographing Brevetto Descrizione Method for determining phase-corrected amplitudes in NMR relaxometric imaging (2010) Con questo brevetto si esplicita un metodo in grado di determinare le ampiezze delle correzioni di fase durante un esperimento di acquisizione di immagine con echo multipli. Uno dei passaggi fondamentali è quello dell'applicazione del FFT (Fast Fourier Transform) per la ricostruzione dei segnali eco generati da una sequenza CPMG Analisi dei Finanziamenti Europei Nessun bando dei 72 progetti europei osservati si riferisce a tale tecnologia Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dell analisi dei portafogli di Venture Capitalist sono state individuate 7 aziende che investono in tale tecnologia tra cui l azienda svedese OREXPLORE AB (Composition analysis products for non-organic materials developer) e l azienda indiana SHREE KAMDHENU ELECTRONICS PVT LTD 133

138 16.Tecnologie di misurazione DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA Con il termine tecnologie di misurazione stiamo ad indicare tutte quelle tecnologie innovative impiegate per ottenere informazioni sulle grandezze fisiche di un oggetto, quali ad esempio la dimensione, la massa, lo stato termico. Le attività di ricerca degli ultimi anni sono state intensificate nello sviluppo di sistemi di rilevazioni avanzati, in grado di migliorare le capacità di misurazione delle macchine utensili Le nuove tecnologie di misurazione si differenziano dalle tradizionali per le seguenti caratteristiche: consentono la misurazione di diverse scale di lunghezza (dal livello atomico ad un livello macro) impiegano nuove capacità a livello informatico e di software integrano nel sistema sensori avanzati di misura integrano nel sistema sensori quantistici Un nuovo strumento che permetterà l ottenimento di misure migliori e la ridefinizione delle unità di misura in maniera più precisa è la metrologia quantistica, un campo molto promettente che sfrutta le proprietà degli stati quantistici. Questa tecnica, assieme ad altre come la super-risoluzione, (ovvero una tecnica che consente di ottenere una risoluzione anche molto minore della lunghezza d onda della luce sfruttando l Entanglement) fa parte del recente campo del Quantum Imaging Applicazioni Sviluppo Le tecnologie di misurazione hanno un grande impiego per il controllo della qualità industriale (la possibilità di effettuare misurazioni precise di materiali comporta la presenza di minore difetti, elevati livelli di qualità ed una maggiore soddisfazione del cliente) o la verifica dei parametri ambientali (controllo del livello di rumorosità, il monitoraggio delle variabili climatiche, la composizione atmosferica) Negli ultimi anni è aumentata considerevolmente la necessità di accuratezza, precisione, velocità e sofisticazione delle tecnologie di misurazione. Inoltre, lo sviluppo di nuove tecnologie in ambito quantistico e delle nanotecnologie si pensa porteranno all introduzione di nuovi metodi di misura 134

139 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale Dall analisi brevettuale si osserva come la classe tecnologica Tecnologie di misurazione sia caratterizzata da una medio livello di intensità brevettuale (Indicatore di Persistenza Brevettuale pari a 0.52 su scala 0-1), in paragone alle tecnologie prioritarie in esame. Basso è invece il livello di dinamismo brevettuale Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica G Strumentazione per misurazione e controllo Classe tecnologica G01, G05 Misurazione e testing; Controllo e Regolazione 16.Tecnologie di misurazione Codici Specifici G01-B, G01-R Es: Measuring arrangements characterised by the use of wave or particle radiation G01B9/00, G01B11/00 take precedence; [N: by radar technique G01S])[C9511]; Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. by electricity meters (electromechanical arrangements therefor; monitoring electric consumption of electrically-propelled vehicles) Brevetto Descrizione Weighing device having a weighing chamber (2011) L invenzione consiste in un sistema di pesatura preciso in grado di misurare la massa di minuscoli corpi ed in grado di evitare l alterazione delle operazioni di misura dovute all effetto della pressione del vento e del flusso dell aria. Tale dispositivo, costituito da una camera di pesata, è configurato per impedire la generazione del moto convettivo dell aria al tempo dell apertura e della chiusura della porta della camera stessa (per evitare di alterare le operazioni di misura) Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dall analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist si identificano alcune aziende target nelle quali i Venture Capitalist investono, che fanno riferimento a tecnologie correlate con le tecnologie di misurazione, quale: la statunitense SENSCIENT INC (Gas detection measuring technology developer, Open Path Gas Detectors (OPGD) manufacturer) Analisi dei Finanziamenti Europei Non si identificano bandi finanzianti recentemente dall Unione Europea fra i 72 bandi analizzati 135

140 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA Il trattamento criogenico consiste in un trattamento di trasformazione micro - strutturale, attraverso il quale avviene un abbassamento graduale della temperatura sino a -100 C, che consente una trasformazione del tessuto molecolare del materiale trattato. Tale tecnologia, sviluppatasi negli Stati Uniti su iniziativa della NASA, è finalizzata al miglioramento della resistenza meccanica e all' usura di quasi tutti i metalli attraverso l impiego del freddo Il trattamento viene realizzato tramite l utilizzo di processori criogenici computerizzati che utilizzano software specifici: il pezzo viene inserito in una camera a temperatura ambiente e grazie ad una atmosfera di azoto, viene gradualmente raffreddato fino a raggiungere la temperatura criogenica di -196 C (-300 F) (temperatura di ebollizione dell azoto liquido). I componenti vengono generalmente trattati per un lasso di tempo tra le 48 e le 60 ore: per evitare shock termici vengono eseguiti dei precisi equilibri di temperatura. Infine, vi è la fase di riscaldamento, con una risalita della temperatura graduale. La velocità delle tre fasi (fase di discesa, del mantenimento e della risalita) viene monitorata attraverso l utilizzo del computer Applicazioni Sviluppo 17.Trattamenti criogenici su materiali metallici I Trattamenti criogenici hanno trovato un ottimo campo di applicazione in diversi settori, anche molto diversi tra loro: settore degli utensili (il trattamento criogenico interviene sulla struttura del pezzo permettendo di sfruttare il tagliente di una lama o di un utensile ben oltre il livello di tempra), superconduttori (Cern, Airliquide), tecnologie spaziali (NASA), elettronica a semiconduttori, criopompaggio, sensori a infrarossi, settore automobilistico (dai blocchi del motore agli organi di trasmissione, dai dischi a qualsiasi componente, mobile e non, soggetto a usura; Ferrari), industria delle armi da fuoco (Benelli), settore golfistico, strumenti musicali, trasporto di gas naturale (Chart Industries, Polaris, Siad), criochirurgia, crioconservazione e pulizie criogeniche Ad oggi, il processo criogenico per il trattamento dei metalli è praticato prevalentemente negli Stati Uniti. Questo trattamento rappresenta un innovazione, perché consiste nella realizzazione di un nuovo processo produttivo con conseguente sfruttamento commerciale. Tuttavia, a seguito dei primi esperimenti risultati fallimentari a causa dell eccessiva rapidità nel raggiungimento delle temperature criogeniche, le imprese attualmente preferiscono non investire nella tecnologia e scelgono di restare ancorate ai vecchi metodi di produzione 136

141 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale 17.Trattamenti criogenici su materiali metallici La classe tecnologica Trattamenti criogenici su materiali metallici è caratterizzata da una bassa intensità brevettuale in confronto alle tecnologie in esame, con circa 750 brevetti rilevati. Nonostante ciò presenta un ottimo livello di dinamicità negli anni (Valore indicatore di Dinamicità: 0.96 su una scala 0-1) Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica C Metallurgia e processi chimici Classe tecnologica C22, C21 Metallurgia del ferro; Metallurgia, trattamenti di leghe e metalli non ferrosi Codici Specifici C22-C21; C21-D6; Upgraded mechanical properties; cryogenic temperatures; raised corrosion resistance of steel, upgraded strength and magnetic characteristics; Intensive plastic deformation Brevetto Descrizione Cryogenic tank system (2007) L invenzione si riferisce ad un serbatoio per il contenimento e l'erogazione di liquidi criogenici. La soluzione è la seguente: il liquido criogenico da un serbatoio criogenico primario viene sotto-raffreddato mediante refrigerazione generata da un cryocooler, passato in un serbatoio ausiliario, pressurizzato e rispedito al serbatoio di stoccaggio primario. Tale soluzione consente un raffreddamento del serbatoio, garantendo una riduzione quanto più possibile delle perdite di vapore nel serbatoio ed una riduzione della pressione al suo interno Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dall analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist sono state identificate 4 aziende target, fra cui l azienda statunitense CRYOXTRACT INSTRUMENTS LLC (Frozen aliquot extraction technology developer) Analisi dei Finanziamenti Europei Si identificano 2 bandi finanziati recentemente dall Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati. Il progetto Cryo (10/ /2016) mira a sviluppare e applicare profondi trattamenti criogenici su componenti automotive e su strumenti a deformazione metallica, al fine di migliorarne la resistenza all'usura e la vita utile. Il progetto Cryocourse (01/ /2010) mira a formare giovani ricercatori in tale ambito 137

142 18.SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA Le pile a combustibile ad ossido solido (SOFC) sono dispositivi elettrochimici che producono energia elettrica usando carburanti basati su idrocarburi. Un sistema ad ossido solido utilizza un materiale ceramico (zirconia drogata con ossido d ittrio) che consente all ossigeno di raggiungere il combustibile (in genere idrogeno, idrocarburi e monossido di carbonio) Il componente elementare della tecnologia SOFC è una pila. Tale elemento è composto da due elettrodi di materiale ceramico poroso, separati da uno strato denso di materiale elettrolitico. Ogni singolo strato di una pila ha uno spessore che varia da pochi micrometri a pochi millimetri. Tali pile non operano come singole unità, ma vengono disposte in serie per mezzo di un separatore bipolare, che si occupa di separare la corrente del combustibile da quella del gas ossidante. La connessione in serie di tali pile consente di formare quello che viene chiamato stack di pile SOFC, in grado di fornire qualsiasi scala di potenza Applicazioni Sviluppo Gli usi finali di sistemi SOFC comprendono: piccole applicazioni stazionarie (utilizzo domestico, applicazioni industriali) grandi applicazioni stazionarie: settori come l automotive (i grandi produttori automobilistici stanno lavorando sull uso dell ossido solido come una sorta di unità di energia ausiliaria per gli automezzi) settore militare (ad es. sistemi di alimentazione portatili) La tecnologia SOFC, capace di operare senza processi di combustione intermedi, consente di ottenere una soluzione più performante in termini di efficienza netta ed impatto ambientale rispetto alle macchine convenzionali. Poiché tale tecnologia offre notevoli vantaggi economici (dovuti alle sue caratteristiche strutturali, conduttive, elettriche) vi sono molti programmi sponsorizzati dal governo e dal mondo accademico, interessati al raggiungimento di nuovi traguardi nell impiego di tale tecnologia 138

143 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT 18.SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) Analisi Brevettuale Dall analisi brevettuale è emerso come tale tecnologia abbia mostrato un dinamismo elevato negli anni Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica H Elettricità Classe tecnologica H01 Elementi elettrici di base Codici Specifici H01M8; H01M4 Fuel cells; PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL INTO ELECTRICAL ENERGY; Electrodes; Oxides specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Scarso interesse da parte degli investitori di rischio di capitale (identificata una sola azienda inerente a tale tecnologia su 638 deals) Analisi dei Finanziamenti Europei Si identificano 6 bandi finanziati recentemente dall Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati Progetto DESTA (01/ /2014) Descrizione L ambito del progetto è lo sviluppo del primo SOFC APU (Auxiliary Power Unit) per camion. La tecnologia SOFC offre grandi vantaggi rispetto alle altre tecnologie, data l alta compatibilità con i carburanti stradali convenzionali come il diesel. Nello specifico il progetto concerne l introduzione della tecnologia SOFC in un camion pesante Volvo statunitense. In parallelo vengono sviluppati inoltre i test di prova del veicolo. L output del progetto sono due sistemi di SOFC APU disponibili a livello di prototipo di laboratorio METSOFC (04/ /2011) Il finanziamento si riferisce all utilizzo di una nuova generazione di metallo per la produzione degli anodi delle pile SOFC. Gli anodi delle pile a ossido solido (SOFC) sono solitamente costituiti da materiali ceramici e per tale motivo l uso di tali celle ha limiti in termini di affidabilità, costi e capacità di gestire i transienti. Per ovviare a tali limitazioni, l obiettivo di tale progetto è quello di sviluppare delle pile SOFC con anodo in metallo e testarle fino a livello 1kWe 139

144 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA 19.Saldatura per attrito La saldatura consiste in una tecnologia di produzione che permette l unione permanente di materiali tra loro, consentendo la continuità del materiale dove essa viene applicata. La saldatura è un processo molto conosciuto, ma la novità degli ultimi anni è l evoluzione ed il miglioramento di alcuni sistemi di saldatura, quali ad esempio la tecnologia di saldatura per attrito FSW (Friction Stir Welding) La tecnologia di saldatura a frizione consente la realizzazione di un giunto saldato di buona qualità senza lo sviluppo di fumi: il giunto è realizzato sfruttando il calore per attrito sviluppatosi da un utensile rotante che viene messo a contatto con la zona da saldare. La tecnologia di saldatura per attrito viene controllata tramite sistemi e software, che consentono la regolazione ed il monitoraggio in tempo reale delle diverse grandezze che intervengono durante il processo di lavorazione. La FSW viene impiegata in modo principale per l unione di leghe d'alluminio, non facilmente saldabili con altre tecniche di lavorazione Applicazioni Sviluppo La saldatura è un processo che viene utilizzato in tutti gli ambiti industriali dove vanno assemblati e bloccati componenti (soprattutto metallici, ma non solo). Applicazioni attuali per la saldatura comprendono settori come: settore aerospaziale (es. saldatura serbatoio esterno dello Space Shuttle) settore aeronautico e navale (es. saldatura leghe d alluminio in sostituzione della rivettatura) settore energetico (produzione di energia) trasporti terrestri La tecnologia di saldatura è un processo che colpisce direttamente il costo, la sicurezza e l affidabilità dei materiali prodotti. Per tali motivi, dato l enorme impatto economico, vi è un grande interesse per l introduzione di metodologie di saldatura rapide ed economiche, senza che però queste caratteristiche compromettano la qualità del pezzo prodotto. In particolar modo, è alto l interesse per l ottenimento di saldature laser di alta qualità (ovvero con bassa porosità) e la produzione non solo di grandi lotti ma anche di produzioni di nicchia (tipiche della realtà italiana) 140

145 19.Saldatura per attrito RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale L'intensità brevettuale della classe tecnologica Laser a cascata quantica risulta essere scarsa se paragonata alle 24 tecnologie prioritarie individuate, con un valore dell Indicatore di Persistenza Brevettuale che si aggira intorno allo 0.27 (scala 0-1). Scarso livello di dinamicità (Indicatore di Dinamicità con valore pari a 0.18 su scala 0-1) Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica B Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione Classe tecnologica B23 Utensili, lavorazioni metalliche Codici Specifici B23-K; B23-D Minimizes adhesion of dross on a cut portion at the time of cutting a cylindrical work by laser beam irradiation; electron-beam welding or cutting (electron- or ion- beam tubes H01J37/00); anti-wear powder-cored wire for a wear plate and a cutting ring and a preparation method (technical field of powder-cored wires); a multi-edged machining tool for the post-machining or precision machining of bores; welding control method for friction stir welding whereby an intended tool insertion amount can be obtained without decreasing the welding speed, even in cases where there is great fluctuation in the height of the object to be welded Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dall analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist non sono state identificate aziende target Analisi dei Finanziamenti Europei Non si identificano bandi finanzianti recentemente dall Unione Europea fra i 72 bandi analizzati 141

146 20.Laser al silicio DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA Il laser al silicio è una tecnologia recente, e consiste nell utilizzo di un materiale come il silicio (che si pensava fosse un pessimo conduttore di luce) per poter emettere un potente raggio di luce Un fascio laser Raman al silicio si ottiene tramite l interazione di un fascio luminoso con il silicio (data la sua struttura cristallina, gli atomi di silicio vibrano se colpiti da luce). Tale interazione permette l amplificazione e la generazione di luce coerente ad una lunghezza d onda differente da quella del laser incidente Applicazioni Sviluppo Tale tecnologia ha promettenti applicazioni: tecniche di costruzione dei microprocessori, che potrebbero venire ancor più miniaturizzati (aumento del limite di velocità nel trasferimento di dati) per la costruzione di apparecchiature elettroniche ambito militare (utilizzo di laser al silicio per trarre in inganno i sensori di radiazione infrarossa dei missili antiaerei alla ricerca di fonti di calore) ambito medico L interesse della ricerca verso la possibilità di emettere luce laser tramite il silicio è dato dalle sue innumerevoli applicazioni: gli apparecchi elettronici attuali contenenti un laser, si basano su materiali più costosi e rari del silicio. La produzione del silicio in grandi quantità potrebbe portare ad una maggiore diffusione della fotonica nei computer. Negli ultimi anni enormi sono stati i progressi, come lo sviluppo di una versione migliorata di tale laser in grado di funzionare in modo continuo sui chip. Ricerche attuali stanno progredendo per utilizzare il laser al silicio in dispositivi CMOS. Gli attuali laser al silicio, infatti, generano troppo calore per essere impiegati per tali dispositivi 142

147 20.Laser al silicio RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale Dall analisi brevettuale si identifica una medio-bassa intensità e dinamicità brevettuale, se paragonata alle tecnologie prioritarie in esame Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica H Elettricità Classe tecnologica H01 Elementi elettrici di base Codici Specifici H01-L21 Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof; Manufacture or treatment of semiconductor devices in silicon Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dall'analisi si osserva come vi sia scarso interesse da parte dei Venture Capitalist nell'investire in aziende correlate alla tecnologia Laser al silicio (solo 1 azienda target identificata su 638 imprese a livello globale) Analisi dei Finanziamenti Europei Si identificano 2 bandi finanziati recentemente dall Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati Progetto SILAMPS (01/ /2013) Descrizione Lo scopo del progetto quinquennale è quello di sviluppare un laser ottico in silicio. Nel decennio precedente, il team di riferimento è stato protagonista di diversi progressi: la produzione del primo LED in silicio, azionato però in modo efficiente solo a basse temperature(nature,1997); successivamente il superamento di tale limite tramite l utilizzo di una nuova nanotecnologia, i DELED (Dislocation Engineereng LED) (NATURE, 2001), compatibile solo con la tecnologia CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor): per tali motivi, si intende sviluppare un laser al silicio conciliabile con essa INSPECTRA (04/ /2016) Lo scopo del progetto è quello di combinare un potente concetto come quello del high-index-contrast (HIC) con l estrema precisione della tecnologia del silicio e la tecnologia dei semiconduttori del III-V gruppo, con lo scopo di creare delle funzionalità SOC (System-on-Chip) per la bio-spettroscopia avanzata 143

148 21.Laser a cascata quantica DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA Il laser a cascata quantica (QCL) è un laser a semiconduttore che emette radiazioni elettromagnetiche nel medio infrarosso. A differenza del laser convenzionale, nel quale il fotone viene generato tramite la ricombinazione di un elettrone e di una lacuna, nel laser a cascata quantica i fotoni vengono emessi solo tramite gli elettroni, i quali subiscono una caduta da un livello energetico più alto ad un livello di energia più basso Nello specifico, il laser a cascata quantica è costituito da un materiale artificiale, diviso longitudinalmente in una serie di stadi (un tipico QCL ha da 20 a 75 stadi). Ogni singolo stadio è diviso in due zone distinte: la zona attiva e l iniettore. La zona che funge da iniettore è costituita da una successione di buche quantiche e barriere energetiche, in grado di aumentare gradualmente il livello energetico della buca (tramite la variazione dei loro spessori). Nella zona attiva avviene poi la transizione ottica (ovvero il decadimento di un elettrone da un livello energetico alto ad uno più basso) Applicazioni Sviluppo Potenziali applicazioni in settori quali: la medicina e la diagnostica clinica (diagnostica di alcuni tipi di cancro tramite l analisi del respiro) monitoraggio dei processi (monitoraggio on-line delle impurità, controllo della concentrazione di gas prodotti durante il processo industriale quali il monossido di carbonio, il metano, l ammoniaca etc.) e controllo dell inquinamento esterno settore delle telecomunicazioni (comunicazioni ottiche nello spazio libero) applicazione in campo militare (rilevamento composti gassosi illeciti legati all industria bellica, per accecare i sensori dei missili a ricerca di calore) Il laser a cascata quantica emette radiazioni nella gamma di lunghezza d onda di 3-4 micron, lunghezza d onda di fondamentale importanza tecnologica per una vasta gamma di applicazioni. I laser a cascata quantica hanno già raggiunto un certo grado di maturità e stanno sostituendo la controparte del vicino infrarosso. La ricerca intende superare i limiti in termini di intensità del rumore, qualità dei materiali e prestazioni del dispositivo 144

149 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale L'intensità brevettuale della classe tecnologica Laser a cascata quantica risulta essere scarsa se paragonata alle 24 tecnologie prioritarie individuate, con un valore dell Indicatore di Persistenza Brevettuale che si aggira intorno allo 0.17 (scala 0-1). Medio livello di dinamicità (Indicatore di Dinamicità con valore pari a 0.41 su scala 0-1) Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica H Elettricità Classe tecnologica H01 Elementi elettrici di base 21.Laser a cascata quantica Codici Specifici H01S Devices using stimulated emission: semiconductor lasers (Structure or shape of the active region; for example. unipolar lasers, intersubband lasers, quantum cascade lasers) Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Nessuna azienda target produttrice di tale tecnologia è presente nel portafoglio di Venture Capitalist Analisi dei Finanziamenti Europei Si identificano 5 bandi finanziati recentemente dall Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati Progetto CLARITY (09/ /2014) Descrizione Il progetto prevede lo sviluppo e la dimostrazione di un insieme di tecnologie che cambieranno radicalmente l'attuale scenario della metà dei sistemi fotonici infrarossi in termini di prestazioni, dimensioni e costi. Il progetto prevede lo sviluppo di un sistema fotonico compatto nel medio infrarosso ultra efficiente basato su un laser a cascata quantica con immagini sotto la soglia del shot-noise (sub-shot noise),convertitori di frequenza a banda ultra-larga (UWB) basato su guide d onde in silicio e fibre in vetro soffiato e rilevatori fotoelettrici nel vicino infrarosso SENSHY (03/ /2011) Il progetto si concentra sulla realizzazione di sensori di gas fotonici innovativi per la rilevazione di idrocarburi. Gli idrocarburi vengono rilevati nel seguente range di lunghezza d onda: 3.0 a 3.6 μm. Nel progetto vengono indagate due particolari applicazioni con un notevole potenziale di mercato tra cui il laser a cascata quantica. Tale laser attualmente funziona per emissioni al di sopra di 3.8 μm 145

150 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA Con la definizione di accessori di ottimizzazione per lavorazioni di macchine si vuole intendere tutti quei dispositivi solitamente rimovibili dalla macchina, impiegati per la conservazione degli utensili o parti di macchina. In tale categoria si vuole includere anche i dispositivi di sicurezza appositamente combinati con le macchine utensili Esempi di tali accessori sono di seguito elencati: dispositivi per refrigerare e lubrificare parti di macchina; dispositivi per l asportazione di truciolo, attrezzature che consentano di mantenere una temperatura costante in parti di macchina utensile, dispositivi per prevenire od isolare le vibrazioni nelle parti più soggette della macchina Applicazioni Sviluppo 22.Accessori ottimizzazione lavorazioni alle macchine Tali dispositivi/accessori vengono impiegati nell ottimizzazione dell utilizzo delle macchine utensili Il settore relativo agli accessori per macchine utensili è un settore ormai maturo. Nonostante ciò, l interesse e la ricerca rivolta al miglioramento significativo ed al raggiungimento di ottime prestazione è alto. La necessità è quella di rendere le lavorazioni maggiormente flessibili, precise e ripetibili senza impattare sui costi di produzione e sulla qualità della lavorazione 146

151 22.Accessori ottimizzazione lavorazioni alle macchine RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale Dall analisi brevettuale è emerso come tale tecnologia abbia mostrato un dinamismo elevato negli anni Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica B Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione Classe tecnologica B23, B25 Macchine utensili, manipolatori, utensili, attrezzi Codici Specifici B23-Q; B25-F Details, components, or accessories for machine tools, e.g. arrangements for copying or controlling (tools of the kind used in lathes or boring machines B23B27/00); machine tools in general characterized by the construction of particular details or components; Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine; Driving or feeding mechanisms. Brevetto Descrizione Device and procedure for providing a fine mist of oil (2010) L'invenzione si riferisce ad un apparecchio ed un metodo in grado di preparare una fine nebbia d olio ed immetterla cosi nei condotti di lubrificazione di una macchina utensile a controllo numerico. Tale apparecchio include: pompe per convogliare l olio, un tubo per aria compressa per convogliare l aria, un generatore di miscela olio-aria in grado di combinare l olio e l aria in una fine nebbia d olio (aerosol), un condotto che consente a tale miscela di entrare a contatto con l utensile, un sensore di pressione che misura la pressione dell aerosol nel serbatoio, un unità di comando, un unità di controllo sensibile alla pressione (in grado di arrestare la pompa quando una pressione prestabilita viene superata o scende sotto una specifica soglia) Cutting device for work pieces (2009) L invenzione consiste in un apparato di lavorazione di pezzi (materiale come legno, plastica o simili) in grado di migliorare l efficienza della raccolta della polvere. Tale invenzione è in grado di superare i limiti dei dispositivi di aspirazione noti quali la bassa efficienza di estrazione, l elevato consumo di energia, l elevata usura dello strumento, la riduzione dei tempi morti ed infine un elevato livello di inquinamento atmosferico Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dall analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist non sono state identificate aziende target Analisi dei Finanziamenti Europei Non si identificano bandi finanzianti recentemente dall Unione Europea fra i 72 bandi analizzati 147

152 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA 23.Remote Laser Welding (RLW) Il sistema di saldatura laser remoto RLW (Remote Laser Welding) consiste in una nuova tecnologia di saldatura, in grado di prevedere lo spostamento a distanza del fascio laser sul pezzo in lavorazione. Tale tecnologia è in grado di consentire l aumento della qualità del pezzo e la riduzione dei tempi di processo La tecnologia di saldatura laser remoto RLW è cosi composta: un laser con alta qualità di raggio una testa di saldatura, in grado di eseguire deformazioni locali del fascio di laser nello spazio rapidamente, ad una distanza relativamente grande un robot in grado di garantire il posizionamento globale della testa di saldatura (esecuzione di lavorazioni laser in 2D o 3D) Il raggio laser viene deflesso mediante un meccanismo di specchi rotanti ed oscillanti. La movimentazione rapidissima di tali specchi consente di indirizzare il fascio focalizzato sul punto di lavoro Applicazioni Sviluppo Il sistema di saldatura laser remoto RLW è utilizzato recentemente per molte applicazioni automobilistiche (tra cui sedute, poltrone, porte, pilastri, pareti laterali). Altri di settore di utilizzo sono il settore aerospaziale e della produzione di energia La tecnologia di saldatura laser remota consente di ottenere una maggiore efficienza rispetto alla saldatura laser convenzionale: 1) riduzione del tempo di ciclo; 2) possibilità di programmare saldature di svariate forme geometriche e figure (ad esempio la forma di cerchio, onda sinusoidale, cerchio aperto, spirale); 3) riduzione del numero di dispositivi di fissaggio (e di conseguenza, diminuzione del numero di stazioni) 148

153 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT Analisi Brevettuale Dall analisi brevettuale si identifica una medio-bassa intensità e dinamicità brevettuale Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica B Lavorazioni in generale, tecnologie di microstruttura e sistemi di movimentazione Classe tecnologica B23 Macchine utensili Codici Specifici B23-K26; Working by laser beam, e.g. welding, cutting, boring 23.Remote Laser Welding (RLW) 23.Remote Laser Welding (RLW) Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dai risultati dell'analisi si evince come non vi sia interesse da parte dei Venture Capitalist nell'investire capitale in tale classe tecnologica (nessuna azienda è stata identificata) Analisi dei Finanziamenti Europei Si identifica 1 bando finanziato recentemente dall Unione Europea su un totale di 72 bandi analizzati Progetto RLW NAVIGATOR (01/ /2014) Descrizione Il progetto consiste nella realizzazione di un innovativo navigatore per configurare, integrare, testare e validare le applicazioni di saldatura laser remota (RLW) per l assemblaggio automobilistico. Il progetto, nel dettaglio, si focalizza nel superare i limiti attuali della tecnologia RLW: in primo luogo il controllo del gap che si viene a creare tra le parti da saldare; in secondo luogo la configurazione dell architettura del sistema di assemblaggio per consentire al sistema RLW di eseguire tutte le operazioni di montaggio necessarie; infine sviluppare un metodo di valutazione ed apprendimento per migliorare le prestazioni generali date dal rapporto costo-efficienza del sistema RLW 149

154 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA 24.Plasma a freddo Il plasma a freddo, il cosiddetto quarto stato della materia, è un gas parzialmente o totalmente ionizzato a temperatura ambiente (35-40 ), stato del gas in cui sono contemporaneamente presenti molecole neutre, ioni positivi ed elettroni liberi. Inizialmente impiegato per fare trattamenti superficiali, tale tecnica oggigiorno ha trovato nuove applicazioni nell industria meccanica, bio-medicale ed elettronica Un plasma a freddo si genera applicando una differenza di potenziale tra due elettrodi posti in un reattore contenente il gas. Tale energia imposta comporta un accelerazione delle particelle cariche e una ionizzazione delle particelle neutre. Si definisce freddo poiché si fa riferimento ad un plasma a basso contenuto energetico (utilizzando scariche elettriche fredde) Applicazioni Sviluppo Si prevedono applicazioni nei seguenti settori: campo medicale (trattamento utilizzato come sterilizzante, cura per tumori ed infiammazioni batteriche) settore ottico (trattamento delle lenti) settore meccanico (incollaggio meccanico, in sostituzione ai sistemi di sgrassaggio e pulizia) packaging (trattamento di fogli di carta) arredamento (verniciatura) Il plasma a freddo riveste sempre maggiore interesse in quanto è una materia ecologica, poiché non viene fatto uso di solventi e richiede una quantità minima di reattivi. Inoltre, essendo un trattamento a temperatura ambiente, è adatto a qualsiasi solido (dal metallo alla plastica). Tale trattamento modifica solo la superficie dell oggetto senza influire sulla sua struttura ed ha bassi costi di produzione 150

155 RISULTATI DELLO STUDIO DI TECHNOLOGY FORESIGHT 24.Plasma a freddo Analisi Brevettuale L'intensità brevettuale della classe tecnologica Plasma a freddo risulta essere scarsa se paragonata alle ventiquattro tecnologie prioritarie individuate, con un valore dell Indicatore di Persistenza Brevettuale che si aggira intorno allo 0.13 (scala 0-1) Tipologia classe Codice Descrizione Macro Classe Tecnologica H Elettricità Classe tecnologica H05 Altre tecniche elettriche Codici Specifici H05-H1 Plasma techniques (Generating plasma, Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams, Direct voltage accelerators; Accelerators using single pulses) ;Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by plasma Brevetto Descrizione Combined treatment of gaseous effluents by cold plasma and photocatalysis (2009) L invenzione riguarda un procedimento ed un dispositivo che consente il trattamento efficace di effluenti gassosi (ad esempio composti organici particolarmente volatili (VOC)) combinando la tecnologia del plasma freddo a tecniche di fotocatalisi con radiazioni UV. Queste due tecnologie sono perfettamente complementari e compatibili: il plasma consente di distruggere i composti organici mentre generano ozono; la fotocatalisi, attivata dalla rilevazione delle radiazioni UV in presenza dell ozono, porta ad una veloce mineralizzazione dei composti organici ed alla degradazione dell ozono nel corso del processo Procedure for processing thermally unstable material with cold plasma jet (2010) L invenzione si riferisce al procedimento per la lavorazione termica dei materiali instabili con getto di plasma freddo. Il trattamento al plasma può essere impiegato per l idrofilizzazione, ovvero l aumento dell adesione dei polimeri, della carta e di altri materiali. Tale procedura consente la semplificazione del processo di lavorazione dei materiali e riduce i costi dovuti all'uso sbilanciato del getto di plasma generato a scarica di gas direttamente nel flusso d aria Analisi degli investimenti dei Venture Capitalist Dall analisi dei portafogli di investimento dei Venture Capitalist non sono state identificate aziende target Analisi dei Finanziamenti Europei Nessun bando dei 72 progetti europei osservati si riferisce alla tecnologia Plasma a freddo 151

156 BIBLIOGRAFIA DI RIFERIMENTO Abellan-Nebot J. and F.R. Subirón, A review of machining monitoring systems based on artificial intelligence process models, International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2010) Chang S-B, Lai K-K, Chang S-M Exploring technology diffusion and classification of business methods: Using the patent citation network, Technological Forecasting & Social Change 76 (2009) Hülsbeck, M. and E.N. Kitzinger, The Impact of Regional Industries and Universities on (High) Technology Entrepreneurship, working paper, University of Augsburg Hülsbeck, M. and E.E. Lehmann, The role of regional knowledge production in university technology transfer: Isolating coevolutionary effects, working paper, (2010) University of Augsburg Irvine, J. and B. Martin, Foresight in Science, Edward Elgar, Aldershot (1984) Jaffe, A. B. and M. Trajtenberg, Patents, Citations & Innovations. A Window on the Knowledge Economy, MIT Press (2002) Lehmann, E., Does Venture Capital Syndication Spur Employment Growth and Shareholder Value? Evidence from German IPO Data, 26 (2006) Levis, M., The London Markets and Private Equity-backed IPOs, Report prepared for The British Private Equity and Venture Capital Association (BVCA) and the London Stock Exchange (2008) Karvonen, M. and T. Kässi, Patent citations as a tool for analysing the early stages of convergence, Technological Forecasting & Social Science (2012) doi: /j.techfore Miles, I., The development of technology foresight: A review, Technological Forecasting & Social Science 77 (2010) No, H.J. and Y. Park, Trajectory patterns of technology fusion: Tend analysis and taxonomical grouping in nanobiotechnology Technological Forecasting & Social Science 77 (2010) OuYang, K. and C.S. Weng, A new comprehensive patent analysis approach for new product design in mechanical engineering, Technological Forecasting & Social Science 78 (2011) Rohrbeck R., Harnessing a network of experts for competitive advantage: technology scouting in the ICT industry, R&D Management 40 (2010) Wartburg, I., T. Teichert and K. Rost, Inventive progress measured by multi-stage patent citation analysis, Research Policy 34 (2005)

157 CCSE CISAlpino Institute for Comparative Studies in Europe (CCSE) Il CCSE nasce dalla cooperazione dell Università di Bergamo con l Università di Augsburg in Germania, con l obiettivo di: a. Condurre attività di ricerca applicata nell ambito degli studi comparativi b. Offrire un supporto diretto alla ricerca e favorire la mobilità di studenti e ricercatori; c. Fornire indicazioni condivise di policy agli attori istituzionali attivi sui territori di riferimento d. Valorizzare l eterogeneità disciplinare e culturale delle Università coinvolte Pro Universitate Bergomensi Gli obiettivi strategici perseguiti dall Associazione sono: a. Garantire il sostegno a giovani ad alto potenziale b. Favorire il collegamento dei giovani con il mondo del lavoro c. Supportare l internazionalizzazione dell Ateneo d. Sostenere la qualità della ricerca L Associazione che prevede come soci la Camera di Commercio di Bergamo, UBI Banca Popolare di Bergamo, Cassa Rurale BCC di Treviglio, Confindustria Bergamo, Associazione Artigiani Bergamo - Confartigianato, Ascom Bergamo, ANCE Bergamo 153