Caratteristiche dei sistemi Embedded

Rubrica: Sistemi integrati (o dedicati)

Titolo o argomento: Ottimizzare un dispositivo elettronico per un preciso compito

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Quando si realizza un sistema dedicato per un preciso compito, ad esempio un termometro per misurare la temperatura del corpo umano, andiamo in contro a precise necessità. Il dispositivo deve avere una forma utile e/o accattivante con priorità nettamente prevalente su quelle che potrebbero essere le esigenze dell’hardware; dimensioni e peso contenuti, quindi elevata portabilità; estrema semplicità di utilizzo (un solo tasto e, se possibile, nemmeno quello); un basso consumo energetico (utilizzando di conseguenza batterie più economiche e aumentando al contempo l’autonomia); costo contenuto (in linea con l’elettronica di consumo); infine deve fornire all’utilizzatore i dati richiesti praticamente instantaneamente (ovvero in tempo reale, si parla di soft real-time quando il mancato rispetto dei vincoli temporali porta unicamente un degrado delle prestazioni del sistema e di hard real-time quando il vincolo temporale non rispettato implica effetti catastrofici sul sistema e, addirittura, sull’ambiente circostante (un rilevatore di gas o di fiamme, un sistema termostatico abbinato ad un impianto refrigerante).

Per soddisfare simili requisiti l’intera architettura ha bisogno di una notevole snellezza, cosa che implica al contempo praticamente la totale assenza di possibilità di riprogrammare il dispositivo al fine di aumentarne o variarne la destinazione d’uso. Inoltre, per garantire le prestazioni che l’utente si aspetta, l’architettura hardware sarà interamente orientata solo per fornire l’unico feed-back richiesto nel minor tempo possibile e molto difficilmente sarà in grado, anche dietro riprogrammazione, di offrire le medesime prestazioni per compiti differenti. Del resto i costi saranno talmente bassi da non giustificare logicamente l’hackeraggio ed il riadattamento del prodotto per altri scopi. In visione della vitale snellezza, quindi, il software (che dovrà avere un codice ridotto all’essenziale) sarà caricato all’interno di un supporto di memoria permamente integrato nel chip del microprocessore o, in ogni caso, sulla stessa scheda.

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Caratteristiche dei sistemi Embedded
Esempi di sistemi Embedded
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Dal nostro laboratorio: circuito elettronico di uno strumento ad ultrasuoni per la misura
della quantità di gas nelle bombole, le dimensioni estremamente contenute permettono
di alloggiarlo in una penna.

Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia “Leonardo da Vinci” – La Bottega dell’Orologiaio Bertolla

Rubrica: Eventi

Titolo o argomento: Partire dai fondamenti per dirigersi verso il futuro

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La Bottega dell’Orologiaio Bartolomeo Antonio Bertolla trasuda un’essenza preziosa da ogni poro, da ogni angolo, sotto ogni aspetto la si osservi. Si percepisce il valore del mestiere, dell’arte del mestiere, delle rare conoscenze, della professionalità, dell’esperienza, delle nobili capacità umane, degli altrettanto nobili strumenti di cui può circondarsi l’uomo per plasmare la materia e ricavarne oggetti in grado di affiancarlo, assisterlo e persino interagire con lui.

La Bottega dell’Orologiaio Bertolla ha i colori d’altri tempi; materiali, strumenti e abilità d’altri tempi; passioni e conoscenze tecniche d’altri tempi, di quando l’uomo “sapeva fare”, di quando l’uomo possedeva in “mano” un mestiere, lo tramandava, lo evolveva e lo arricchiva con il gradimento dei clienti. Valori che oggi sono in via d’estinzione sotto la spinta di una brutta bestia che prende il nome di ignoranza.

Nel 1959 questa splendida Bottega è stata trasportata e rimontata all’interno del Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia “Leonardo da Vinci”, così com’era in origine. Costituisce pertanto un tipico esempio di Musealizzazione di un ambiente originale.

Consiglio vivamente a chiunque di visitarla per rimanere incantati dagli enormi valori che trasmette, dal fascino irresistibile della tecnica che esprime ovunque si guardi e dagli strumenti strabocchevoli che solo un vero artigiano poteva maneggiare con maestria. Uno spettacolo inestimabile…

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Che cos’è un sistema Embedded?

Rubrica: Sistemi integrati (o dedicati)

Titolo o argomento: Ottimizzare un dispositivo elettronico per un preciso compito

Cercando di semplificare il concetto di Sistema Embedded potremmo effettuare una distinzione piuttosto intuitiva: immaginate due tipologie di dispositivi elettronici con i quali entriamo in conttato ogni giorno, una versatile ma complessa, una ottimizzata ma estremamente semplice.

La prima tipologia, versatile ma complessa, è costituita da quei dispositivi che richiedono all’utilizzatore di caricare programmi, adoperare interfacce come tastiere e monitor, aggiungere o rimuovere periferiche, mi riferisco ovviamente ai computers che tutti conosciamo e che, i più esperti possono programmare e riprogrammare a proprio piacimento per infiniti scopi di utilizzo (ragione per cui in ambito tecnico vengono definiti Sistemi General Purpose).

La seconda tipologia, ottimizzata ma estremamente semplice, è assai più semplice, non richiede alcuna particolare conoscenza tecnica da parte dell’utilizzatore, non richiede una interazione tale da dover aggiungere interfacce e/o periferiche, non richiede di caricare alcunché, sto parlando dei Sistemi Embedded ovvero di sistemi integrati concepiti per un unico preciso utilizzo, potremmo anche definirli come sistemi dedicati.

Esempi di sistemi embedded sono: un termometro digitale, una lavastoviglie, un bancomat, un telefono cellulare, una carta ricaricabile, la console di un’automobile moderna… tutti questi dispositivi eseguono un compito, con il minimo (se non totalmente assente) intervento dell’utente, e non possono essere riarchitettati per compierne altri.

Oggi l’importanza dei sistemi embedded è tale che l’elettronica può rappresentare fino al 50% del costo di un prodotto. Si tratta di una tecnologia il cui rilievo è talmente elevato che rappresenta una nuova importante branca dell’Ingegneria. Noi stessi nei nostri laboratori prototipiamo prodotti con dispositivi elettronici avanzati che simulano una tecnologia embedded con il vantaggio che, in ambito progettuale, può esser cancellata e rifatta infinite volte fino ad arrivare a prototipare il prodotto finale desiderato. Tramite il computer, cioè, e tramite la programmazione in linguaggi appositamente sviluppati per uso industriale, siamo in grado di programmare computers e schede elettroniche per svolgere precisi compiti, verificarne il corretto funzionamento, il feed-back con l’utente e la reale fattibilità del dispositivo finale.

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Esempi di sistemi Embedded
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Un esempio di sistema Embedded: circuito di protezione per celle agli ioni di litio.

Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia “Leonardo da Vinci” – Intro

Rubrica: Eventi

Titolo o argomento: Partire dai fondamenti per dirigersi verso il futuro

Il Museo nazionale della Scienza e Tecnologia “Leonardo da Vinci” è sito nella città di Milano all’interno della Cerchia dei Bastioni in un monastero olivetano costruito nei primi del ‘500. E’ stato fondato da Guido Uccelli ed inaugurato ufficialmente il 15 Febbraio del 1953.

La struttura copre una superficie di oltre 50.000 metri quadrati; 33.000 metri quadrati sono coperti e ben 25.000 metri quadrati sono espositivi. Vi trovate esposti quasi 17.000 beni storici ed è proprio sulla storia della scienza e della tecnologia che il museo punta molto.

Non troverete infatti esposte le tecnologie attuali e del futuro (fatta eccezione per temi di assoluto interesse come la Fisica delle Particelle e la relativa area che espone gli strumenti del CERN), ma tutto questo ha un senso. Andare in contro al futuro senza sapere da dove si proviene, infatti, non ci permette di conoscere veramente le cose. I principi di base della fisica e le soluzioni trovate dall’uomo grazie all’interazione con tali leggi, ad esempio, sono fondamentali per sapere come funzionano le tecnologie attuali e quelle del futuro.

Tanto per rendere l’idea uno schermo capacitivo, considerato oggi un oggetto futuristico, sfrutta semplicemente la variazione di capacità elettrica, propria dei condensatori, che si verifica al tocco dello schermo grazie ad un sottile strato di ossido metallico presente sulla parte esterna del vetro. In questo caso non sono le proprietà dei condensatori (presenti su qualunque libro di fisica delle scuole superiori) a rappresentare l’innovazione, bensì la possibilità per l’uomo di realizzare un sottile strato metallico grazie a moderne tecnologie meccaniche, elettroniche, dei materiali e dei nanomateriali.

Il Museo offre quindi delle solide basi di partenza che una volta apprese ci aprono la mente a concetti più complessi che da esse derivano. Le tecnologie attuali e del futuro potrete trovarne in opportuni percorsi di studi, aziende del settore, centri di ricerca e istituti come quello Italiano di Tecnologia (IIT).

Vengono organizzati diversi laboratori di scienze ma sono tutti dedicati ai bambini e le scolaresche. Il museo si aggiorna e, ritornando più volte, si possono vedere cose nuove. Personalmente, da ricercatore in campo tecnologico, speravo di trovarci anche altro ma non posso negare che sia comunque un luogo sbalorditivo e estremamente affascinante da vedere, assolutamente, almeno una volta.

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Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia “Leonardo da Vinci” – Macchine da cucire

Isaac Asimov, nato Isaak Judovič Azimov (2 gennaio 1920 – New York, 6 aprile 1992),
è stato uno scrittore e biochimico russo naturalizzato statunitense. Le sue opere sono
considerate una pietra miliare sia nel campo della fantascienza sia in quello della
divulgazione scientifica. È autore di una vasta e variegata produzione, stimata
intorno ai 500 volumi pubblicati, incentrata non solo su argomenti scientifici, ma anche
sul romanzo poliziesco, la fantascienza umoristica e la letteratura per ragazzi.

Minimaforms PET 2.0 – Curiosità

Rubrica: Robotica e Intelligenza Artificiale

Titolo o argomento: Interazione sensoriale uomo-macchina

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I PET 2.0 sono in grado di sincronizzare i movimenti e le risposte comportamentali in base all’esito dell’interazione con l’uomo o con altri robot loro simili. La capacità di interagire è stata sviluppata attraverso un processo detto di “prototipazione attiva” che ha permesso di sviluppare un feedback digitale/analogico il quale consente al sistema di evolvere relazioni evitando “tendenze ripetitive” del controller. Si tratta del normale limite che definisce nettamente il passaggio tra uomo e macchina. L’uomo può disporre di reazioni di tipo “naturale”, alla macchina, invece, per farla sembrare più umana e capace di “decidere”, si può chiedere di evitare di comportarsi sempre allo stesso modo anche qualora si trattasse della risposta più logica. Quindi, mentre le reazioni dell’uomo sono di tipo “naturale”, le reazioni di una Intelligenza Artificiale vanno programmate a monte.

I sistemi di telecamere basati su Visione Embedded, a differenza delle normali telecamere, hanno la capacità di riconoscere oggetti effettuando una comparazione con quanto è stato inserito precedentemente nella loro memoria. La telecamera identifica la presenza umana all’interno di scene contestuali, scansiona e interpreta i dati ed effettua un tracking per seguire i movimenti dell’uomo stesso o di un’altra IA. Una moltitudine di punti e regioni, presi come riferimento nella scena, danno origine ad un flusso di dati in tempo reale denominato “Blob Tracking” (altresì chiamato “riconoscimento di regioni”) e ad un flusso ottico atto ad individuare le posizioni e l’attività gestuale dei partecipanti. La partecipazione inattiva di un esecutore all’ambiente può stimolare risposte di disinteresse e noia.

Il sistema quindi è in grado di “identificare” e “mappare” in tempo reale il numero di partecipanti in una sequenza duratura.

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Su VIMEO https://vimeo.com/74377028
Su YouTube https://www.youtube.com/watch?v=WiWT7s_bgcc

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Minimaforms PET 2.0 – L’intelligenza artificiale entra nei tuoi ambienti
Minimaforms PET 2.0 – Curiosità

Minimaforms PET 2.0 – L’intelligenza artificiale entra nei tuoi ambienti

Rubrica: Robotica e Intelligenza Artificiale

Titolo o argomento: Interazione sensoriale uomo-macchina

Lo studio sperimentale di architettura e design Minimaforms, fondato da Stephen e Theodore Spyropoulos, ha realizzato un particolare ambiente robotico che imita la vita. Al suo interno i robot sono dotati di Intelligenza Artificiale (IA) e apprendono continuamente grazie all’interazione uomo-robot e robot-robot. In tal modo sviluppano quel che potremmo definire una sorta di carattere che potrà essere variabile da robot a robot in base alle esperienze che questo avrà maturato soprattutto con l’uomo, ossia con chi è in grado di fornire maggiori stimoli.

Il progetto prende il nome di PET 2.0 perché i robot hanno comportamenti che imitano quelli degli animali domestici, interagiscono con le persone intorno a loro, sono curiosi, giocano ed effettuano scambi emotivi (grazie a un’ampia sensoristica) che evolvono nel tempo (grazie all’elaborazione di dati tramite l’IA) fino a formare personalità distinte. I PET 2.0 interagiscono attraverso il movimento, il suono, il tatto e l’illuminazione (i loro sensi sono attualmente 3, vista, tatto udito). Lo scopo è quello di sperimentare una forma di comunicazione tra le persone e l’ambiente che vivono quotidianamente.

Grazie alla visione embedded le telecamere di cui sono dotati questi robot sono in grado di identificare la posizione delle persone e di altri robot intorno a loro in modo da sincronizzare opportunamente i loro movimenti e le loro risposte. Addirittura l’inattività può generare una risposta di noia o di disinteresse mentre un contatto fisico può riappacificare…

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Su VIMEO https://vimeo.com/74377028
Su YouTube https://www.youtube.com/watch?v=WiWT7s_bgcc

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Image’s copyright: minimaforms.com

Il cervello: ipotesi morfologiche

Rubrica: Neuroscienze

Titolo o argomento: Il cervello, ipotesi morfologiche

Da un punto di vista tecnico i neuroscienziati non hanno dubbi sul fatto che le pieghe tipiche del cervello umano adulto siano state la soluzione che Madre Natura ha adottato per montare l’equivalente di un potente processore in uno spazio ridotto. Sebbene il “perché” sia stato soddisfatto, il “come” è ancora frutto di intense ricerche. Ciò è stato possibile attraverso strumenti biologici, fisici?

Il cervello dei feti umani è liscio per le prime 20 settimane circa, successivamente ha inizio la fase di piegamento della zona denominata “corteccia” in cui si formano i noti arricciamenti. Quest’ultima prosegue fino al raggiungimento dei 18 mesi. La superficie coperta dalla corteccia piegata è quasi tre volte quella di un cervello liscio delle dimensioni della nostra testa.

Uno degli autori di questo studio, Lakshminarayanan Mahadevan della Harvard University nel Massachusetts, ha osservato come il numero, la dimensione, la forma e la posizione delle cellule neuronali durante la crescita del cervello portino tutti all’espansione della materia grigia, nota come corteccia. Questo la mette sotto compressione portando ad una instabilità meccanica che la fa piegare localmente. Tale innovazione evolutiva consente alla corteccia sottile, ma espansiva, di essere racchiusa in un piccolo volume, ed è la causa principale dietro la piegatura del cervello.

Mahadevan e la sua squadra hanno usato le scansioni MRI (imaging a risonanza magnetica) del cervello liscio del feto per costruire un modello tridimensionale costituito da gel (a base di elastomeri) che aveva la funzione di simulare la corteccia. La crescita del cervello è stata simulata immergendo il gel elastomerico in un solvente che è stato assorbito dallo strato esterno, causandone il rigonfiamento rispetto alla regione più profonda. In pochi minuti sono comparse le prime pieghe che erano notevolmente simili, per dimensioni e forma, alla realtà. Lo stesso processo si verifica quindi sia utilizzando tessuto vivente che non.

Commentando lo studio, Ellen Kuhl del dipartimento di Bioingegneria della Stanford University, ha affermato che i risultati potrebbero essere un importante passo avanti nella diagnosi, nel trattamento e nella prevenzione di una serie di disturbi neurologici come convulsioni, disfunzioni motorie, handicap mentale e ritardo dello sviluppo.
Sapere se prendere di mira cause “meccaniche” o “biologiche” è fondamentale per sviluppare trattamenti migliori.

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Il cervello: similarità morfologiche – Le noci
Il cervello: ipotesi morfologiche

Image’s copyright: health.adelaide.edu.au

Il cervello: similarità morfologiche – Le noci

Rubrica: Neuroscienze

Titolo o argomento: Similarità tra le noci e il cervello

Furono gli antichi greci, circa 3 millenni fa, a notare delle similarità tra le noci, più precisamente il “gheriglio”, ed il cervello umano. Osservarono che entrambi avevano emisferi distinti (nel primo caso doppiamente specchiati, come se vi fossero addirittura 4 emisferi, ognuno dei quali separato da una membrana legnosa detta “setto”; mentre nel secondo caso, il nostro, emisferi destro e sinistro suddivisi dal cosidetto “corpo calloso”, fascio nervoso estremamente rapido nella comunicazione che si occupa di tenere aggiornato ognuno degli emisferi su ciò che sta facendo l’altro). Entrambi inoltre presentavano rughe (o pieghe) tipiche della corteccia cerebrale dei mammiferi ed entrambi erano contenuti in una struttura robusta (nel primo caso il guscio, nel secondo il cranio).

Curiosamente le noci hanno principi attivi in grado di attraversare la nostra barriera emato-encefalica (barriera che ha la funzione di fermare gli elementi nocivi presenti nel sangue e lasciar passare invece solo le sostanze necessarie) per andare a stimolare la produzione di neurotrasmettitori, tra cui la serotonina, per una funzione cerebrale ottimale. L’olio di noci è anche noto per aiutare a rompere gli accumuli di placca nel nostro cervello. Le noci, quindi, non solo assomigliano al cervello ma gli forniscono nutrienti come acidi grassi sani utili per la memoria e l’attività mentale.

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Image’s copyright: ralph-dte.eu

La conquista dello spazio: costi in prospettiva

Rubrica: Cenni di Ingegneria Aerospaziale – Curiosità

Titolo o argomento: La conquista dello spazio, un impegno economico sempre più sostenibile

Il 10 Giugno 2003 ed il 7 Luglio dello stesso anno, la NASA inviò una coppia di Rovers gemelli, rispettivamente lo Spirit MER-A (ovvero Mars Exploration Rover A) e l’Opportunity MER-B (soprannominato Oppy). La missione costò circa 420 milioni di dollari. La missione di Curiosity MSL (Mars Science Laboratory), iniziata il 26 Novembre 2011, costò addirittura 2,5 miliardi di dollari.

Si tratta senza dubbio di costi molto elevati se confrontati alle spese cui siamo abituati nella nostra vita ma l’ottica da cui vanno osservati è in realtà ben diversa.

Un solo giorno di guerra in IRAQ è costato ben 720 milioni di dollari.

Il budget annuale della NASA ammonta a circa 18 miliardi di dollari (che corrispondono allo 0,5% dei fondi federali).

Il governo brasiliano ha sostenuto costi per oltre 10 miliardi di euro per ospitare i mondiali di calcio.

La Russia ha speso la bellezza di 40 miliardi di euro per allestire le Olimpiadi di Sochi.

A confronto 2,5 miliardi di dollari (all’epoca equivalenti a circa 2 miliardi di euro), investiti per “anni” di ricerca grazie alla missione Curiosity, sono spiccioli.

Fonte:
Paolo Bellutta, Stefano Dalla Casa, Autisti Marziani, Zanichelli Editore

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