Ingegneria elettronica e delle comunicazioni

Negli ultimi 40 anni i progressi nelle tecnologie microelettroniche hanno consentito di raddoppiare il numero di componenti attivi in un circuito integrato ogni due anni scalando, sempre ogni due anni, la dimensione caratteristica dei dispositivi di un fattore dell'ordine di 0.7. Grazie a questo il costo delle funzioni elettroniche (bit nel campo delle memorie, MIPS nei microcalcolatori) è diminuito in modo esponenziale e contemporaneamente si è avuta una crescita del mercato globale dell'elettronica che dal 2000 ha superato il mercato della chimica. Gli alti guadagni hanno consentito alle industrie di semiconduttori di investire molti utili in ricerca tecnologica per spingere ulteriormente la miniaturizzazione. Il loop a reazione positiva ha funzionato perfettamente e molti degli indicatori usualmente impiegati per descrivere la performance del settore seguono la legge di crescita esponenziale prevista nel 1965 da Gordon Moore, uno dei fondatori di INTEL. Il segmento di mercato, prevalentemente digitale, che segue meglio la legge di Moore viene indicato nelle roadmaps dei semiconduttori con l'acronimo MM (more Moore). A fianco di MM si sta sviluppando il segmento di mercato detto MtM (more than Moore) ove il focus della ricerca è principalmente orientato verso l'introduzione nell'integrato di sezioni speciali, non necessariamente miniaturizzate al livello MM, che conferiscano al microsistema funzioni che vanno oltre il calcolo (ad esempio nel sensing, nel biosensing, nell'attuazione, nella fotonica). Il progettista e il ricercatore elettronico sia che lavori in MM che in MtM, per motivi diversi, sempre meno si può accontentare della fisica classica: in MM poiché le dimensioni dei dispositivi sono ormai nanometriche e in questo campo non si possono trattare gli oggetti come palle da biliardo; in MtM perché le funzioni aggiunte al calcolo sono spesso spiegabili, al di là di una mera descrizione fenomenologica, solo con concetti di fisica moderna. E comunque "There's plenty of room at the bottom" come affermò in uno scritto visionario del 1960 Richard P. Feynman. Incamminiamoci dunque verso il piccolo.

La comunicazione fra dispositivi a breve distanza è parte attiva della vita quotidiana attraverso computer e smartphone, adoperando mezzi di trasmissione ormai consolidati come reti ethernet e USB oppure sistemi senza fili come il wi-fi e bluetooth. Metodi diversi aventi lo stesso scopo, lo scambio d’informazioni fra dispositivi. Attività indispensabile affinché due o più dispositivi possano reciprocamente condividere informazioni fruibili attraverso quella che oggi è diventata la metodologia più efficace per trasmettere dati: la connessione seriale. Questo libro vuole fornire le basi della connessione seriale in virtù di far dialogare una coppia Arduino utilizzando le due tecniche più utilizzate: RS-232 e bluetooth. Dunque, realizzare una connessione fra Arduino consentirà ai vostri progetti presenti e futuri più interessanti e innovativi in modo estremamente facile e divertente. Accendere un LED o digitare un testo e visualizzarlo su un dispositivo remoto attraverso un display LCD, sarà tutto possibile leggendo questo libro, il quale è strutturato in modo tale da essere letto un capitolo alla volta, oppure, da accedere direttamente al capitolo interessato per i più esperti. Il percorso di apprendimento è graduale incominciando dal cuore della trasmissione seriale, l'UART, quindi la porta RS-232 fino al bluetooth.

Lo scopo del libro è quello di fornire una base di conoscenze interdisciplinari relative a meccatronica, sistemi di azionamento, meccanica della locomozione. Tali conoscenze sono contestualizzate rispetto a diversi ambiti applicativi (ferroviario, stradale ed in misura minore, marino). Il testo segue un ordine di esposizione che favorisce una graduale introduzione alla materia: dopo aver introdotto alcune nozioni di meccanica della locomozione con riferimento alla applicazione ferroviaria, vengono spiegate le principali tecnologie utilizzate per la trazione elettrica. L'esposizione segue un ordine storico anticipando la descrizione dei sistemi di trazione di più semplice concezione rispetto a soluzioni più moderne e tecnologicamente complesse. Per quanto riguarda la trazione stradale, vengono descritte le principali tecnologie utilizzate per lo sviluppo di soluzioni elettriche ed ibride. In una terza sezione vengono introdotti anche alcuni concetti relativi al dimensionamento di sistemi di propulsione elettrica per applicazioni marine con particolare riferimento all'applicazione a veicoli autonomi. In tutte le sezioni si cerca di evidenziare aspetti comuni ed interdisciplinari (relativi, ad esempio, al controllo di macchine elettriche) rispetto a vincoli e caratteristiche specifiche dell'applicazione.

Volare e lavorare con il drone anche in città, senza patentino, senza visita medica, volando sulle persone e potendo operare anche nelle CTR aeroportuali. Un sogno? No, un drone inoffensivo (articolo 12 comma 5 del Regolamento Enac). Che pur se piccolo e leggero non è un aeromodello, è un SAPR (sistema aeromobile a pilotaggio remoto) e come tale impone la conoscenza e l'applicazione delle regole della navigazione aerea, oltre alla registrazione presso Enac di drone e operatore. Tutto quello che c'è da sapere per affrontare questa piccola ma potente e affascinante tipologia di robot volanti.

L'inarrestabile corsa al "sempre più piccolo" che ha caratterizzato l'elettronica negli ultimi cinquanta anni porta oggi a fare i conti con problematiche che fino al 2000 erano quasi sconosciute al progettista elettronico. In questo libro faremo il reverse-engineering dei chip allo stato dell'arte. Aprendoli, scopriremo insieme che cosa oggi contengono, quali scelte tecnologiche sono state fatte nel front end e nel back end off line per fronteggiare i problemi relativi all'aumento dell'integrazione, capiremo come ci si è arrivati e perché, calandoci completamente in quel compromesso tra prestazioni, affidabilità, variabilità e costi che, da cinquant'anni, sta decidendo le sorti della nano elettronica.

I microsistemi sono da alcuni anni una consolidata realtà industriale; ciascuno di noi ne ha usufruito quando da bambino giocava con la sua console preferita, ne usufruisce da adulto mentre sta guidando la sua auto e probabilmente ne farà uso da anziano quando un microsistema vigilerà sulla sua salute. Progettare questi oggetti è però un po' complicato: bisogna metterci dell'elettronica, un bel po' di fisica classica e una robusta dose di meccanica del continuo. Già, la meccanica del continuo che con la scellerata riforma fu gettata definitivamente dalla finestra per i corsi di Ingegneria dell'Informazione; eccola che ritorna dalla porta principale anche se con un taglio un po' più adatto alla mentalità di colui che deve progettare microtravi e micromolle e non ponti sullo stretto. In questo testo, che è pensato per un corso universitario di secondo livello, e che nella sua forma manoscritta viene usato a Pisa nel corso di Progettazione di Sensori e Microsistemi da una decina di anni, (coprendone una buona parte del programma), c'è quanto sopra. Lo sforzo è stato quello di evitare di fare un minestrone con tante buone verdure poco amalgamate tra di loro. Fuor di metafora si è cercato di dare alla materia quella unitarietà, quel filo logico conduttore che è forse l'unica cosa che si deve ricordare di un corso universitario quando si sono dimenticati i conti. La trama di questi fili è la Cultura. Trovarli è il compito della comunità degli studenti e dei docenti ovvero dell'università.