Autore: Aude Skorodensky, DesignSpark Community Manager, RS Components
Il termine meccatronica risale a circa 50 anni fa e mentre la sua definizione non si è modificata nel tempo, il nostro modo di interpretarla è cambiato, principalmente perché la tecnologia è andata avanti. Alla fine degli anni Sessanta l'elettronica era una disciplina molto diversa e in mezzo secolo l'ascesa del circuito integrato ha ridefinito il modo in cui ci avviciniamo a quasi ogni cosa. I prossimi decenni porteranno probabilmente un ulteriore cambiamento, anche perché stiamo vivendo un periodo di maggiore integrazione tra il dominio meccanico e quello elettronico.
Il livello di attività attorno a quella che è diventata nota come Industria 4.0 indica che l'automazione non è una novità, ma esiste dal giorno in cui per la prima volta abbiamo utilizzato l'energia per fare un lavoro. Un sistema di pulegge potrebbe essere visto come una prima forma di automazione, che ha tratto enorme giovamento dall'introduzione dei motori, in tutte le loro forme. L'aggiunta di sistemi di controllo elettronico nell'automazione azionata da motori rappresenta essenzialmente la nascita della meccatronica. Il dominio meccanico ha presto incluso questo ramo dell'elettronica, creando un'area di conoscenza specialistica relativa ad azionamenti e controlli e forse per questo motivo limitata nel suo trasferimento ad altre aree. Stiamo ora assistendo a un'inversione di tendenza.
L'ingegneria meccanica si è evoluta in molti modi nel corso del tempo, grazie in parte al modo in cui continuiamo a padroneggiare i nuovi materiali a livello macroscopico e microscopico e a inventare modi per sfruttarli. Anche il processo effettivo di ingegnerizzazione nel dominio meccanico è cambiato notevolmente, anche grazie ai sistemi CAD e CAE. La democratizzazione della produzione additiva, meglio nota come stampa 3D, sta anche creando una sorta di rivoluzione nel mondo della progettazione meccanica.
Teoria del controllo
Nella sua forma più semplice, la meccatronica si unisce all'ingegneria meccanica ed elettronica attraverso la teoria del controllo. Sin da quando abbiamo iniziato a utilizzare i relè elettromagnetici per attivare e disattivare i motori, la meccatronica ha guidato l'automazione industriale e la sua influenza si può percepire anche in altri settori. Tuttavia, si potrebbe dimostrare che l'aumento della complessità di ciascuna di queste discipline ne ha causato l'allontanamento, soprattutto in tempi più recenti. La progettazione elettronica è stata la prima e abbiamo sperimentato la divergenza dello sviluppo software da ciò che si era soliti definire embedded engineering. I progettisti elettronici hanno conosciuto per la prima volta il firmware sotto forma di codice scritto in linguaggio Assembly, che era utilizzato per implementare algoritmi di controllo relativamente rudimentali. Oggi è più probabile che un sistema embedded esegua applicazioni molto più complesse scritte in un linguaggio di alto livello come C, gestito da un sistema operativo come Linux. In molti casi il software sarà open source o fornito da un altro fornitore, elevando il ruolo dell'ingegneria all'integrazione di sistemi, La visibilità sul ruolo effettivo del codice non può essere oscurata da questa astrazione, ma è necessaria con l'aumento del livello di complessità generale.
Soluzioni digitali
Stiamo assistendo all'impatto diffuso delle tecnologie informatiche sul settore industriale. Questo è in gran parte un risultato dovuto all’'IoT, che sta continuando a guidare l'adozione della digitalizzazione in tutte le aree del panorama industriale. I vecchi sistemi "analogici" vengono progressivamente sostituiti da soluzioni digitali e ciò introduce inevitabilmente la necessità di disporre di più sistemi di controllo, fornendo l'interfaccia tra quelli che sono essenzialmente i domini analogici e digitali. Poiché il software può tuttora interagire con il mondo reale solo attraverso una qualche forma di trasduttore, i sensori e gli attuatori sono diventati gli occhi, le orecchie e le mani dell'IoT, mentre i motori forniscono ancora i muscoli. La facilità con la quale i sistemi di controllo possono essere creati utilizzando moduli commerciali come Raspberry Pi sta razionalizzando l'intero processo di integrazione di sistema, semplificando lo sviluppo, il test e l'ottimizzazione di soluzioni complete. Questo, a sua volta, ha visto ridursi ancora una volta il divario tra ingegneria meccanica ed elettronica. L'effetto di questa più stretta collaborazione può essere percepito a ogni livello, dai maker alle multinazionali. Il compito dell'ingegneria è sempre stato quello di trovare una soluzione a un problema, qualunque cosa la soluzione richieda. Ora, la soluzione richiede un approccio pratico alla progettazione multidisciplinare. La tendenza è già stata acquisita dal mondo accademico, con la crescita di popolarità dei corsi di meccatronica nelle università e l'introduzione di T Level nelle scuole e nei college. In pochi anni possiamo aspettarci di vedere il prodotto di questi sforzi penetrare nel luogo di lavoro e iniziare davvero a definire il ruolo della meccatronica nell'industria moderna.
L'ingegneria nella sua forma più pura
È difficile concepire oggi un sistema meccanico che non si affidi all'elettronica a un determinato livello, poiché qualsiasi sistema meccanico che impieghi una qualche forma di automazione richiede una modalità di applicazione del controllo a tale automazione. Prendiamo il motore a vapore come esempio. Il regolatore centrifugo era un dispositivo che poteva regolare automaticamente il regime del motore per rimuovere l'effetto di piccole variazioni nel carico o nelle temperature del forno. Oggi esistono equivalenti moderni in ogni dispositivo in cui l'energia è trasferita da uno stato all'altro, tutti basati su sistemi elettronici che eseguono algoritmi complessi, anche se alla base rimangono un peso che gira a una velocità regolata.
Un aumento della domanda di meccatronica non significa la fine degli specialisti in ingegneria meccanica o elettronica quanto piuttosto l'ascesa di un nuovo tipo di specialista in grado di afferrare i fondamenti di entrambe le discipline e applicare la teoria del controllo al processo. La meccatronica è nata dalla domanda moderna per un sistema di abilità antico e vedrà l'applicazione di diverse discipline in un processo guidato dai risultati per affrontare il compito da svolgere. La meccatronica attraversa i confini emersi nel corso di un periodo di crescita e di sviluppo. Siamo entrati in una nuova fase dell'ingegneria, che ancora una volta trarrà vantaggio dal vedere l'intero sistema a ciclo chiuso come una singola sfida. La meccatronica è un approccio multidisciplinare all'antica arte di risolvere i problemi e che si prevede prospererà nell'era di Internet.
