COS'E' LA MECCATRONICA
Meccanica più elettronica, uguale meccatronica: etimologia chiarissima per un termine che è divenuto molto popolare, soprattutto nel mondo dell'accademia e dei centri di ricerca pubblici. Ma cos'è, in concreto, la meccatronica?
Più che una tecnologia a sé stante, la stretta integrazione tra meccanica, elettronica e informatica può essere considerata come una chiave di lettura che copre molte moderne applicazioni nel campo delle macchine e dell'automazione industriale - praticamente tutte quelle che comportano l'impiego di controlli elettronici per gestire il movimento di organi meccanici. Da un punto di vista strettamente elettronico si potrebbe affermare che lo specifico della meccatronica è la necessità di fondere in una stessa applicazione entrambi gli aspetti delle grandezze elettriche, informazione ed energia; la capacità di rappresentare l'informazione è infatti necessaria per svolgere le funzioni di controllo, mentre la capacità di trasportare energia è indispensabile per muovere gli organi meccanici. Viceversa, da un punto di vista meccanico la meccatronica è ciò che consente di scindere l'informazione dall'energia, due aspetti che nelle applicazioni meccaniche tradizionali sono legati in modo indissolubile: una camma, ad esempio, realizza al tempo stesso una trasmissione di energia (il moto) ma anche una trasmissione di informazione (riguardante il particolare profilo di movimento che si intende ottenere). I principali settori applicativi della meccatronica sono la robotica, le macchine automatiche (per assemblaggio, packaging ecc.) e l'industria automobilistica. In questa sede non affronteremo il vastissimo tema della robotica; ci limiteremo a una breve panoramica sulle applicazioni di motion control (con particolare riferimento agli standard di programmazione) e su quelle del settore automobilistico.
LA MECCATRONICA NELLE AUTO
Anche nelle automobili, come nelle macchine automatiche, l'elettronica può consentire una significativa semplificazione della meccanica, con vantaggi in termini di ingombro, peso e costo. Rientrano in questa categoria le tecnologie “drive by wire”, che in futuro consentiranno la realizzazione di un posto guida basato su comandi elettronici paragonabili a quelli di un videogioco o di un simulatore. Il volante e i pedali saranno in realtà trasduttori di posizione (encoder) incaricati di rilevare le intenzioni del guidatore e trasmetterla via cavo ai sistemi elettronici. Nel caso dello sterzo (“steer by wire”) saranno eliminati il piantone del volante e i circuiti idraulici; la deviazione delle ruote sterzanti sarà affidata a un motore elettrico. Nel caso dei freni (“brake by wire”) verranno eliminati i circuiti idraulici comandati dal pedale. Attualmente le implementazioni pratiche di questa filosofia riguardano solo il pedale dell'acceleratore; in questo caso l'eliminazione del tradizionale cavo metallico consente ai sistema di muovere la valvola a farfalla per compensare le variazioni di carico anche se il piede sul pedale rimane fermo (Electronic Throttle Control). Rientra nel campo delle applicazioni meccatroniche anche la realizzazione di sistemi che azionano il cambio di velocità, come l'Automated Manual Transmission di Magneti Marelli, noto anche come Selespeed, derivato dalla Formula 1. Il dispositivo opera sul cambio manuale di un'automobile nello stesso modo in cui agisce il guidatore: apre e chiude la frizione, innesta e disinnesta le marce e, quando necessario, comanda anche la selezione del cambio (modalità di cambio marcia automatico o sequenziale). Cuore del sistema di comando è una centralina elettronica di controllo della trasmissione che gestisce i cambi marcia sulla base delle richieste del guidatore e delle condizioni operative del veicolo. L'ultima generazione dell'Amt è stata battezzata da Magneti Marelli “cambio meccatronico” perché integra per la prima volta in un unico kit la parte elettronica di comando e la parte idraulica di attuazione della trasmissione. Un esempio estremo delle semplificazioni meccaniche ottenibili tramite l'elettronica è rappresentato dai futuri motori senza camme, nei quali l'apertura delle valvole di aspirazione e scarico non sarà più comandata dalle tradizionali camme meccaniche bensì da attuatori elettrici comandati elettronicamente. Questa particolare applicazione di “motion control” consentirà di eliminare non solo l'albero a camme, ma anche il motorino d'avviamento, poiché diverrà possibile innescare lo scoppio nei cilindri senza muovere l'albero motore. Una delle società maggiormente impegnate nello sviluppo di motori senza camme è la francese Valeo.
CHI E' IL MECCATRONICO
È una parola che alla maggior parte degli automobilisti risulta ancora nuova. Che cosa è esattamente il meccatronico? Che differenza c’è con il meccanico?
Qual è il motivo per cui dovremmo recarci in un’officina meccatronica anziché da un semplice meccanico? Potremmo semplicemente rispondere che lo stabilisce la legge: nel 2012, infatti, il codice che disciplina l’attività di autoriparazione è stata modificata introducendo la figura del meccatronico al posto di altre due: il meccanico e l’elettrauto. Quindi il meccatronico sostituisce queste due figure, di fatto fondendole in una sola.
Caratteristiche meccatronico
Ma se le leggi cambiano è per adeguarsi a nuove realtà. Quello che è cambiato in molte auto è che sono diventate mezzi di trasporto molto sofisticati e il loro sistema propulsivo è collegato a centraline elettriche e controlli informatici. Un esempio? Il cambio automatico: il cambio tradizionale di una macchina era basato su un sistema meccanico comandato manualmente dal conducente del veicolo. Oggi, se guidiamo un’auto con un cambio automatico potrebbe capitarci di sentir dire dall’autoriparatore che la “centralina” si è guastata. La centralina altro non è che un sistema informatico in grado di trasmettere impulsi elettrici a un ingranaggio meccanico.
Altri esempi di sistemi di funzionamento che uniscono l’elettronica e la meccanica? Per esempio i sensori delle auto più moderne: quelli che servono a parcheggiare senza urtare le altre auto, o quelli che rilevano le variazioni del moto (per esempio, un rallentamento, una frenata), o ancora, quelli che sono in grado di inviare al conducente un segnale di sgonfiamento delle ruote.
Insomma, il nuovo meccanico non è solo un anche un elettrauto in grado di cambiare la batteria scarica della nostra auto, ma un professionista che può gestire l’autoriparazione di cui abbiamo bisogno eseguendo una diagnosi corretta sia delle parti meccaniche, sia degli apparati elettronici del veicolo.
Si tratta ovviamente di una figura più specializzata, che ha avuto bisogno di aggiornarsi.