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L o scorso novembre 1997 122 nazionihanno firmato, ad Ottawa, la Convenzio-ne che vieta l’impiego delle mine antiuo-

mo. Tale bando non riguarda solo la produzionee la commercializzazione, ma anche il sempliceimpiego di queste mine e di altri ordigni esplosi-vi. I Paesi firmatari hanno concordato di nonacquistare, immagazzinare, vendere o cedere taliordigni proibiti. I loro Eserciti non potranno piùinserirli nei propri piani né impiegarli nelle lorooperazioni.

La citata Convenzione, oltre a imporre deiprecisi divieti, richiede anche l’aggiunta di nuovecapacità operative, come per esempio la capacitàdi assistenza in materia di sminamento. Essa rac-comanda di fornire o di scambiarsi equipaggia-menti, materiali, informazioni tecnologiche, con-sigli ed aiuti finanziari.

L’inventario delle missioni possibili è ampio edinclude, tra l’altro, la fornitura, a quanti lorichiedono, di personale militare che li assista

nelle operazioni di sminamento, che formi deglispecialisti dello sminamento, sia supervisori cheistruttori, che addestri il personale civile chiama-to a partecipare a missioni di assistenza umanita-ria, che apra infrastrutture e centri nazionali diaddestramento o che organizzi seminari sullalocalizzazione delle mine e lo sminamento.

Per essere più efficienti ed efficaci, dovremoprobabilmente rivedere le nostre capacità, i nostrimezzi, le nostre procedure abituali o tradizionali.Dovremo forse sostituirle o integrarle con proce-dure nuove, con nuove tecniche. Dovremo forsesviluppare ed acquisire nuovi equipaggiamentiper il personale addetto allo sminamento. Lo svi-luppo di apparecchiature speciali e valide comepure l’eventuale aumento degli organici dei nostrispecialisti potrebbero essere molto utili.

Il problema che si pone oggi riguarda la dispo-nibilità di risorse finanziarie per acquistare que-sti mezzi moderni in un periodo caratterizzato danotevoli riduzioni dei bilanci nazionali.

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IILL PPRROOBBLLEEMMAA DDEELLLLOO SSMMIINNAAMMEENNTTOOLA RIVELAZIONE E LA LOCALIZZAZIONE DEGLI ORDIGNI ESPLOSIVI

TEN. COL. MARIO TARANTINO

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Il problema della bonifica di vaste areeminate è diventato un compito prioritario permolte organizzazioni internazionali, NazioniUnite in primo piano, ed ha messo in motouna serie di attività di ricerca e sviluppo in sva-riati campi della tecnologia e della scienza.Queste ricerche sono tese a realizzare un siste-ma “sicuro” di identificazione dell’ordigno sulcampo.

Le tecniche tradizionalmente utilizzate stan-no perdendo la loro efficacia a causa dellenuove tecnologie di realizzazione delle mineantiuomo. I metodi tradizionali di identifica-zione sono infatti basati sul principio del metaldetector generalmente ad induzione elettroma-gnetica. Questo metodo era particolarmenteadatto per rivelare mine di vecchia generazio-ne, il cui contenuto metallico era abbastanzaelevato. In anni recenti la tecnica di realizzazio-ne di tali ordigni ha consentito di fabbricaremine antiuomo contenenti pochissime e legge-rissime parti metalliche, che non sono suffi-cienti per essere individuate in un ambientereale da un sistema del tipo metal detector.

Per essere rivelate, le mine a prevalente com-posizione plastica richiedono nuove tecnologie.Tra queste, quella verso la quale sta convergen-do un grande interesse è basata sull’identifica-zione chimica. La potenzialità di questo meto-do è già sfruttata utilizzando, tra l’altro, unitàcinofile opportunamente addestrate. La scienzae la tecnologia mettono però a disposizione uncampo di ricerca in crescita che sembra offrirela soluzione alla realizzazione di un sistema dirivelazione basato su segnali di tipo chimico: isensori chimici.

Questo articolo vuole offrire una panorami-ca ampia delle caratteristiche salienti di tali di-spositivi e consente di prendere contatto conuna delle più affascinanti tra le linee di ricercaattualmente in corso: una ricerca squisitamen-te interdisciplinare che coinvolge, in team diricerca integrati, fisici, ingegneri, chimici e bio-logi.

Nel nostro Paese sono operative alcuneunità di ricerca all’avanguardia nel mondo; trale altre è opportuno citare, come centri dieccellenza nazionale nella ricerca sulla sensori-stica chimica, le Università di Roma “Tor Ver-gata”, Pisa, Brescia, Modena, Firenze e Lecce ei centri del Consiglio Nazionale delle Ricerche

dell’IROE di Firenze e del Progetto Sensori eMicrosistemi di Roma.

Lo stesso Consiglio Nazionale delle Ricer-che ha intrapreso da qualche anno un piano difinanziamento della ricerca sui sensori nell’am-bito del Progetto Finalizzato Materiali e Dispo-sitivi per l’Elettronica (MADESS II).

Questi sforzi nazionali sono concordi congli orientamenti dell’Unione Europea, la qualefinanzia annualmente molti progetti interna-zionali di ricerca, che vedono coinvolte molteunità operative italiane. Sempre in ambito con-tinentale e col finanziamento dell’UnioneEuropea, sta infine per essere attivato un net-work di armonizzazione delle ricerche “sul nasoelettronico”, l’espressione finale più completadella sensoristica chimica. Ciò costituisce iltentativo di ricreare artificialmente il sensorechimico naturale, cioè l’olfatto.

Il problema dello sminamento

L’attività di sminamento rappresenta unadelle attività classiche delle unità del Genio,indirizzate prioritariamente all’ostacolo mina-to. Essa si concretizza tradizionalmente nel rile-vamento di ordigni esplosivi e nel forzamento(breaching) dell’ostacolo minato. Termini, que-sti, che si riferiscono essenzialmente ad unoscenario di tipo classico con un ostacolo mina-to continuo e, in una certa misura, schematico.Il forzamento, in particolare, prevede l’ampioricorso a materiale esplosivo, di tipo normale oautopropulso, senza limitazioni riferite aglieventuali danni collaterali. Oggi, uno scenariocome questo, descritto in maniera sommaria,difficilmente potrà concretizzarsi, anche se nonsi può escludere in maniera definitiva. L’osta-colo minato che si incontra normalmente neiteatri operativi moderni è più imprevedibile, èprivo di regole, è più difficile da localizzare, èdiffuso anche in aree urbanizzate ed abitate edè decisamente più subdolo per l’ampio ricorsoalle trappole ed alla improvvisazione. Il suosuperamento, quindi, non può essere realizzatocon metodologie tradizionali, quanto piuttostocon una sistematica bonifica, realizzata da per-sonale altamente specializzato e dotato dimateriali e mezzi anche robotizzati.

L’esigenza che più frequentemente potrà odovrà essere soddisfatta nelle PSOs (Peace Sup-

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port Operations) è generalmente riferita all’a-pertura di itinerari (route clearance), destinati altransito di unità o di convogli umanitari. Incasi particolari, l’attività può comprendere labonifica di intere aree in caso di schieramentodi Comandi ed Unità (area clearance). L’attivi-tà di bonifica è classicamente riferita ad opera-zioni contro mine, munizionamento inesplosoe sub munizioni, ma deve necessariamenteestendersi anche alle attività antisabotaggio,fino a ieri limitate al combattimento negli abi-tati e alle azioni di disturbo dietro le lineeavversarie. Infatti, il sabotaggio risulta estrema-mente pagante anche nelle PSOs per “l’insicu-rezza psicologica” che riesce a determinarenegli “attori” che operano sul territorio. Si trat-ta, comunque, di un’attività estremamentedelicata che va affidata a personale in possessodi specifica preparazione e qualità di eccellen-za, oltre che di coraggio e di equilibrio.

Per quanto riguarda i mezzi che si possonoimpiegare nell’attività di bonifica ad integra-zione dell’attività umana, possiamo dire che,nonostante le tecniche produttive delle minesiano andate progredendo fin dalla Seconda

Guerra Mondiale, le tecnologie di rivelazionedelle stesse e di bonifica delle aree minate nonsi sono sviluppate altrettanto rapidamente, masono rimaste ferme agli standard degli anniquaranta e, di conseguenza, sono completa-mente inadeguate alle esigenze del momento.

La bonifica delle aree minate per scopi militari e umanitari

Lo sminamento è un’operazione difficile,che si svolge in più fasi. Queste vanno dall’in-dividuazione delle aree minate alla identifica-zione dei singoli ordigni e infine alla lorobonifica. In particolare, si può distinguere losminamento a scopi militari da quello umani-tario. Ricordiamo che l’obiettivo più comunedi un campo minato è quello di creare unimpedimento al passaggio del nemico. Quin-di, ai fini militari lo sminamento tende allabonifica di un corridoio, largo 4 - 5 metri,sufficiente per il passaggio di veicoli e truppe,pur accettando un certo grado di rischio, infunzione di un’adeguata percentuale di boni-fica del terreno.

Carro sminatore a rulli

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I metodi più usati per la bonifica operativasono i sistemi meccanici o quelli esplosivi.Questi assicurano un grado di affidabilità del60 - 70% che, in condizioni di guerra, si ritie-ne accettabile. Tra i sistemi del primo tipo rien-trano i veicoli dotati di catene metalliche, postedi fronte al mezzo, che battono il terrenofacendo esplodere le mine (veicolo sminatoreattrezzato con flagelli, in grado di fresare il ter-reno), oppure con sistemia rulli costipatori o avomere, montati su chas-sis di carri armati. I rullipossono essere montatianche davanti a sempliciautocarri o a mezzi movi-mento terra.

Tra i sistemi esplosiviabbiamo i cosiddettisistemi a razzo esplosivoche, impattando con ilterreno, provocano varieesplosioni, le quali indu-cono il brillamento, “persimpatia”, degli ordignicircostanti (sistema bri-tannico Giant Viper).

I mezzi utilizzati nelcampo del cosiddettosminamento umanitario sono generalmentedi diversa concezione, anche per ragioni diimpatto ambientale, e diversi sono gli obietti-vi che si vogliono perseguire. Tale tipo di smi-namento, come accennato precedentemente,tende alla restituzione delle aree minate alloro stato precedente. Se, ad esempio, si trat-ta di un terreno agricolo non si può quindiprocedere alla sua devastazione, mentre ènecessario che l’efficienza di questa attività siaelevata, per rendere di nuovo sicura l’area. Perquesti motivi lo sminamento umanitario haun costo alto e, soprattutto, attualmente pro-cede ad una velocità di esecuzione estrema-mente lenta. Ad esempio, in Cambogia in dueanni sono state distrutte circa 100.000 minecon un costo totale di 14 milioni di dollari,stimando che nel Paese ci sono dai 4 ai 7milioni di ordigni disseminati. Mantenendoquesto ritmo la totale bonifica del Paese sicompirebbe in 1000 anni, spendendo 5miliardi di dollari.

È quindi comprensibile come solo con unnotevole balzo in avanti dal punto di vista tec-nologico sia possibile rendere fattibile la boni-fica effettiva dei territori minati. A questo pro-posito l’Unione Europea, attraverso i suoi pro-grammi di finanziamento alle ricerche scienti-fiche e tecnologiche, ha promosso molte inizia-tive di ricerca, tendenti allo studio e allo svi-luppo di nuove tecniche di localizzazione di

ordigni antiuomo. Presso il Joint Research Cen-ter di ISPRA (Varese) l’Unione Europea man-tiene un osservatorio e un centro ricerche sul-l’argomento, mentre l’industria italiana staavviando importanti studi e progetti che pro-mettono risultati decisivi nel settore.

Per concludere, questo tipo di bonifica sisviluppa attraverso quattro fasi: localizzazione eidentificazione dei campi minati; rivelazionedelle singole mine; rimozione e “brillamento”.

Per ragioni di sicurezza, le ultime due fasi sirealizzano contemporaneamente, facendo sem-plicemente esplodere le mine sul posto.

I principali mezzi di rilevazione sono rap-presentati da metal detectors, “aratri” e sistemi“flagellatori” del terreno, nonché cani opportu-namente addestrati.

Tuttavia, nel corso degli ultimi anni si sonoandati compiendo sostanziali passi in avantinello sviluppo delle tecniche di rivelazionemeccanica, elettronica e biologica delle mine.Queste due ultime tecniche suscitano l’interes-

Autocarro con sistema di sminamento mediante vomeri

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Le mine: definizione e caratteristiche

Le mine si distinguono dalle armi e munizioni classiche perché caratterizzate daiseguenti aspetti:• sono destinate ad esplodere, e quindi a produrre i loro effetti, solo nel momen-

to in cui si verifica il contatto, normalmente differito nel tempo, con la “vittima”.Le munizioni classiche, invece, nella generalità dei casi, esplodono al momentodell’impatto;

• sono armi dagli effetti eccessivamente traumatici e agiscono indiscriminata-mente, uccidendo sia combattenti che civili; questi ultimi soprattutto nel lungoperiodo post-conflitto;

• sono disseminate nel terreno e rese spesso invisibili dalla presenza degli ele-menti naturali circostanti e dalle loro caratteristiche mimetiche, tali da renderele zone minate indistinguibili dalle aree collaterali.Da tutto ciò scaturisce uno stato di incertezza tipico della presenza di un’area

minata, disseminata di mine vere o false che siano, accrescendone l’effetto psico-logico e quindi l’efficacia intrinseca della stessa.

Una definizione generalmente accettata dalla legislazione internazionale e daquella nazionale, considera la mina come un ordigno posto sopra o sotto lo stratosuperficiale del terreno o altra diversa superficie, attivato, ovvero predisposto peresplodere a causa della presenza, prossimità o contatto di una persona oppure diun veicolo.

Le mine anti-carro contengono da 1 a 9 Kg di esplosivo e la detonazione è cau-sata da una pressione compresa tra 100 e 300 Kg, esercitata su un piatto di pres-sione del diametro di 15-25 cm.

Le mine antiuomo sono generalmente di dimensioni inferiori, in quanto conten-gono una minore quantità di esplosivo (10–250 gr) e detonano sotto una pressio-ne non inferiore ai 12 Kg, esercitata su un piatto o bottone di pressione di diame-tro compreso tra i 2 e i 10 cm.

La tecnologia di questi ordigni è molto semplice ed economica da realizzare; nonrichiede strumenti o mezzi sofisticati, ma può essere “fatta in casa” come suoldirsi.

Nel mondo sono presenti oltre 200 tipi di mine terrestri, che si distinguono a lorovolta in mine antiuomo e anticarro. Queste ultime, grazie al loro elevato contenu-to metallico, sono facilmente localizzabili da parte delle unità di sminamento.

Le mine antiuomo, in base alle ferite che infliggono, possono essere divise in duegruppi, blast mines e fragmentation mines. Le prime agiscono con una singolaesplosione verso l’alto e sono in grado di produrre ferite tali da condurre all’ampu-tazione di entrambe le gambe. Le seconde possono esplodere attraverso la pres-sione esercitata in qualsiasi modo sul piatto di pressione o indirettamente attra-verso la trazione di un filo d’inciampo, sistemato ad una certa altezza dal terreno,lungo un percorso obbligato. Un esempio italiano di questo tipo di mine è rappre-sentato dalla Valmara 69, la quale, potendo essere proiettata ad una certa altez-za dal terreno (circa 100 - 120 cm), grazie a una carica secondaria, può scagliareun migliaio di frammenti metallici per oltre 25 metri di raggio. Esse uccidono l’in-dividuo che si trova nelle immediate vicinanze e feriscono gravemente coloro chesi trovano nel raggio d’azione. Un soldato ferito rappresenta per le unità militari unpeso più gravoso rispetto ad uno che viene ucciso.

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se maggiore, in quanto garantiscono, sia purecon qualche difficoltà, una maggiore precisio-ne nella individuazione delle aree minate edelle zone “trappolate”. Come diremo piùavanti, i diversi parametri in gioco, di cui biso-gna tener conto, sono quelli che possono con-dizionare e a volte inficiare i risultati dell’atti-vità di bonifica, che comunque rimangonoapprezzabili.

Lo sviluppo dei sensori e dei microsisteminell’attività di sminamento

Tutti gli esseri viventi del nostro pianeta,in misura più o meno apparente, sono dotatidi sofisticati sistemi biologici integrati (senso-ri), che utilizzano per interagire proficuamen-te con l’ambiente in cui si trovano.

La perdita di efficienza di questi indispen-sabili sistemi o la loro mancanza si ripercuotein una riduzione della capacità di sopravvi-venza ed induttivamente in un rallentamentodel loro processo evolutivo. Per questi motiviessi sono eccezionalmente importanti.

Nel perenne sforzo volto all’imitazionedella natura, per costruire apparecchiature diparticolare rilievo come i robot, per esempio,da destinare a lavori ripetitivi, di precisione ofaticosi, l’uomo cerca di realizzare, con le tec-nologie rese disponibili dallo sviluppo indu-striale dei nostri tempi, sensori e microsistemiin grado di superare, in prestazioni, quellibiologici.

Tali sensori però rappresentano solamentela prima interfaccia con l’ambiente; essi devo-no poi essere seguiti da dispositivi microelet-tronici in grado di utilizzare ed elaborare leinformazioni ricevute.

E parallelamente, a valle della necessità dirilevare, individuare e misurare grandezze ditipo fisico, chimico e biologico, sono statirealizzati, nel recente passato e sono ora infase evolutiva, sensori di tipo fisico, chimico ebiologico che aiuteranno nella caratterizzazio-ne e nel controllo degli ambienti generalizza-ti in cui si vive e si opera, dei quali si è parteintegrante e da cui si desidera, naturalmente,sviluppo di conoscenza.

Il passo successivo riguarderà la realizzazio-ne di microsistemi intelligenti, pensati comestrutture complesse costituite da sensori, elet-

tronica di elaborazione ed attuatori. Questiultimi possono essere micromotori, microle-ve, micropompe, microinterruttori, micro-macchine intelligenti delle dimensioni dipochi mm3, possibilmente realizzati tuttiessenzialmente con gli stessi materiali: il sili-cio, l’ossido di silicio, metalli sotto forma difilm sottili tipo platino, cromo, oro, allumi-nio, etc.

Nell’ultimo decennio, infatti, veramentesorprendenti sono stati i progressi nel campodella lavorazione meccanica del silicio che haportato, tanto per citare uno dei possibiliesempi, alla realizzazione di ruote dentate deldiametro di alcune centinaia di micron, ingrado di operare a più di 20.000 giri al minu-to e di micropompe integrate adatte per il tra-sporto di fluidi in microcanali.

Si stanno aprendo quindi impensate possi-bilità di sviluppo in questa direzione che vedràrealizzazioni compatte di microstrutture opera-tive, autonomamente alimentate, in grado diaiutare l’uomo nell’analisi dell’ambiente gene-ralizzato (esempi di ambiente generalizzatosono: le atmosfere, le acque, le terre, gocce diliquidi biologici, le cellule biologiche, gli auto-veicoli, gli edifici, lo spazio, etc.).

Infine, uno sguardo ancora più lontanopotrebbe farci intravvedere prototipi dimicromacchine in grado di estendere le lorocapacità funzionali ad attività lavorative dasvolgere in spazi molto ristretti. Un esempiopotrebbe essere identificato nei micro opera-tori ecologici delle arterie, un altro in micro-manipolatori autonomi da impiegare in espe-rimenti di biologia o di bioelettronica.

I sensori di nuova generazione sono deidispositivi a stato solido realizzati tramite tec-nologie microelettroniche, in grado di con-sentire la lettura dell’ambiente generalizzato efornire risposte sotto forma di segnali di tipoelettrico od ottico adatti per successive elabo-razioni e per azioni finali di controllo e moni-toraggio.

Essi sono cioè in grado, per esempio, dimisurare forze, accelerazioni, pressioni e tem-perature di gas, liquidi e solidi (sensori fisici),concentrazioni di ioni (calcio, sodio, potassio,idrogeno, etc.) in soluzione, concentrazionidi gas quali anidridi, ossido e biossido di car-bonio, ossido di azoto ed altri in atmosfere,

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nonché concentrazioni di gas in liquidi (sen-sori chimici). Possono infine, utilizzandoenzimi, anticorpi o molecole opportunamen-te progettate, accrescere la loro sensibilità eselettività nei confronti di particolari speciechimiche o biologiche (sensori biologici).

Trattandosi di dispositivi ad elevata com-plessità il loro studio e sviluppo può esseresvolto solamente a livello interdisciplinare concompetenze riguardanti la fisica dello statosolido, la chimica, la microelettronica, la bio-logia, la chimica-fisica delle interfacce, l’elet-trochimica e via dicendo.

Ciò può essere chiarito elencando alcunedelle più importanti caratteristiche che unsensore deve soddisfare: esso deve essere selet-tivo (per rispondere solamente alla specie chi-mica d’interesse), ad elevata sensibilità, ad ele-vata risoluzione, a basso rumore, compatibilecon le tecnologie microelettroniche, non con-taminante e non contaminabile, robusto, abasso costo e, in tutte le applicazioni cheriguardano direttamente gli esseri viventi,biocompatibile.

Tutte queste caratteristiche non possonoessere in pratica simultaneamente soddisfatte,ma un accettabile compromesso può quasisempre essere trovato, a livello di progettazio-ne, in relazione ai compiti specifici che undeterminato sensore dovrà svolgere.

L’interesse per i sensori è in continua cre-scita, come viene mostrato dall’evoluzionestraordinariamente positiva dei loro mercati edal loro sviluppo, reso vivo dalla pressantenecessità di misurare grandezze fisiche, chimi-che e biologiche nel contesto delle grandi areeapplicative, quali: salute, medicina, conserva-zione dei cibi, chimica analitica, processiindustriali, ambienti, analisi odori, etc.; è,inoltre, fortemente legato allo sviluppo delletecnologie microelettroniche ed a quelle dinuovi materiali organici ed inorganici.

Possono essere fatte ulteriori considerazio-ni a carattere generale. Alcune attengono aimotivi di fondo che stanno originando ungrande interesse in questo campo a livello diricerca ed a livello industriale soprattutto inUSA, in Giappone ed ora anche in Europa.

Alcuni di questi motivi riguardano: lacreazione di nuovi mercati e di posti di lavo-ro, la possibilità di un più ampio sfruttamen-

to delle tecnologie microelettroniche, l’oppor-tunità di originare attività a livello interdisci-plinare, sempre proficue e di estremo interes-se, e soprattutto il problema del miglioramen-to della qualità della vita.

Infine va di nuovo sottolineato che ogniattività nel settore dei sensori deve necessaria-mente svolgersi a livello interdisciplinare perla diversità delle competenze richieste a livel-lo di progetto e realizzazione tecnologica.

La classificazione delle tecnologie perla rivelazione e la localizzazione diordigni esplosivi

Prima di parlare della classificazione delletecnologie in argomento, definiamo il sensorecome un sistema che, sollecitato da una qualsi-voglia forma di energia, reagisce cambiando ilproprio stato, quindi una o più delle sue carat-teristiche (resistività, volume, temperatura,etc.).

Ad esempio, è un sensore un materiale semi-conduttore investito da fotoni di una certaenergia, in quanto esso può presentare varia-zioni della sua resistività.

Come altro esempio, è un sensore un mate-riale che, immerso in un campo magnetico,subisce una variazione della propria conducibi-lità.

Questi materiali sensibili ai fotoni ed alcampo magnetico, non sarebbero di nessunautilità se non venisse utilizzata una strutturaper la rivelazione (lettura) delle variazioni delleloro caratteristiche e la presentazione del risul-tato in una forma di energia opportuna e piùfacilmente accessibile.

Tale struttura, insieme con il materiale sen-sibile, dà luogo ad una conversione di energia edi informazione dall’ingresso all’uscita e perquesto motivo essa viene spesso detta “trasdut-tore”. Questa parola, tuttavia, mentre evidenziail concetto di trasduzione, purtroppo non con-tiene più nessun legame lessicale che ricordi l’a-zione del sensore.

Veniamo ora ad illustrare quali sono i meto-di tecnologici attuali e quali sono le direzionifuture nella rivelazione e localizzazione di ordi-gni come le mine antiuomo. Possiamo classifi-care tali metodi in tre categorie: metodi elettro-magnetici, metodi nucleari e metodi chimici.

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Essi hanno la caratteristica di non rivelare lamina in quanto tale, ma piuttosto tendono arivelare una particolare proprietà dell’ordigno.Come vedremo, i metodi elettromagnetici rive-lano l’interazione dei materiali della mina con icampi elettromagnetici, i metodi nucleari rive-lano la presenza di certe specie atomiche, men-tre i metodi chimici sono sensibili alla presenzadi particolari molecole. È chiaro che ognuna diqueste proprietà non è esclusiva delle mine in sée che quindi ogni metodo tende a dare un’in-formazione ambigua, che produce un certonumero di falsi allarmi o di mancate identifica-zioni. La strategia corretta quindi da seguire perun miglioramento della efficienza di localizza-zione degli ordigni deve consistere nell’utilizzosimultaneo di più tecniche di rivelazione, ingrado di cogliere diverse proprietà dell’oggettomina e quindi di fornire una indicazione il piùpossibile esente da falsi allarmi.

I metodi elettromagnetici

I metodi elettromagnetici si basano sullamisura della interazione tra campi elettroma-gnetici ed eventuali ordigni presenti nel terre-no. Tra i vari metodi se ne segnalano quattro:magnetometrici, ad induzione elettromagneti-ca, radar ed infrarossi.

Magnetometri

Questo metodo di ricerca si basa sulla con-siderazione che la presenza di oggetti metallicinel terreno può dar luogo a distorsioni nelcampo magnetico naturale terrestre. Si trattaquindi di rivelare piccole variazioni del campomagnetico locale, prodotte da oggetti metallicie di conseguenza è possibile rivelare solo minecontenenti parti metalliche. Si tratta in realtàdi un vero e proprio metal-detector in grado dirivelare la presenza di ogni oggetto metallicopresente nel terreno, dando quindi luogo ad unnumero molto elevato di falsi allarmi. Si deveinoltre considerare, come sottolineato prece-dentemente, che le mine antiuomo possonocontenere una quantità estremamente ridottadi parti metalliche e che, quindi, in relazione alloro contenuto, le mine possono facilmenteessere scambiate con oggetti casualmente pre-senti nel suolo.

Ovviamente il segnale di variazione delcampo magnetico ambientale è proporzionalesia al tipo di metallo (costante di permeabilitàmagnetica) che alla sua quantità.

Sensori ad Induzione Elettromagnetica

Il problema della intensità del campomagnetico da rivelare può essere superata utiliz-zando, invece che il campo magnetico terrestre,come nei sensori precedenti, un campo magne-tico prodotto da una bobina. Si tratta, dunque,di sistemi che, utilizzando la corrente alternatae sfruttando il principio della induzione elettro-magnetica, consentono alla bobina di diventarecosì una sorgente di campo magnetico. Questo,interagendo con le parti metalliche di eventualimine sepolte nel terreno, viene distorto ed atte-nuato. Queste variazioni possono essere misura-te con un sensore di campo magnetico, comequelli appena descritti, e quindi l’eventualemina può essere rivelata.

Questo metodo ha gli stessi inconvenienti giàesposti precedentemente e cioè rivela ogni tipodi metallo presente nel terreno, dando luogo adun numero considerevole di falsi allarmi.

Inoltre, l’intensità del campo magnetico uti-lizzato è molto alta, proprio per il modo in cuiesso viene creato. Di conseguenza, la sensibili-tà è più alta e in sostanza si possono rivelareoggetti metallici più piccoli, con il rischio di unaumento dei falsi allarmi.

Il problema dei falsi allarmi non è seconda-rio nel contesto dell’attività di sminamentoumanitario; infatti, i numeri di mine da disin-nescare è talmente alto che la rapidità dell’ope-razione è una componente essenziale per unefficace programma di bonifica.

Ground Probing Radar (GPR)

La tecnica del radar viene usata in molteapplicazioni per sondare la struttura del terre-no. La radiazione elettromagnetica nella bandatra 100 e 1000 MHz (micro-onde) è in gradodi penetrare nel terreno per parecchi metri (ciòdipende ovviamente dalla natura dello stesso edalla sua densità); l’onda può essere riflessadalle varie superfici di discontinuità presentinel terreno, come per esempio la discontinuitàtra due tipi di rocce, o come nel nostro caso tra

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un oggetto sepolto ed il terreno che lo circon-da. Queste onde riflesse possono inoltre esseredefinite spazialmente e possono quindi segna-lare presenza, forma e luogo di eventuali ogget-ti sepolti.

Ci sono comunque due problemi che limi-tano l’efficienza di questo metodo. Il primo èche le mine sono a piccola profondità (circa 20cm) o quasi in superficie e che le stesse posso-no essere di dimensioni troppo piccole per dareun segnale efficace.

La scarsa profondità delle mine fa si che laquantità di radiazione che viene a contatto con

l’oggetto è minima, per cuiè necessario ottimizzare adesempio la frequenza dellaradiazione incidente,magari utilizzando radia-zioni di frequenza più ele-vata, le quali hanno unaminore penetrazione e pos-sono quindi sondare effica-cemente solo lo strato diterreno quasi superficiale.Va però considerato che leonde elettromagnetiche inqueste bande di frequenzapresentano un tasso dipericolosità, per la salutedegli operatori, estrema-mente alto. Pertanto, biso-gna tenerne conto nellaprogettazione di tali siste-mi affinché siano in gradodi consentire un efficacerivelamento degli ordignicon un basso rischio per ilpersonale impiegato.

Sensori infrarossi per lo sminamento

La radiazione infrarossapuò essere utilizzata perrivelare delle mappe termi-che. E’ noto che i corpi, infunzione della loro tempe-ratura, emettono radiazio-ne elettromagnetica. Pertemperature attorno a quel-la ambiente la frequenza di

emissione avviene nell’infrarosso. Utilizzandoquindi dei rivelatori in grado di misurare l’in-tensità della radiazione è possibile realizzaredelle vere e proprie mappe di temperatura.Questa tecnica è utilizzata in molti campi, dalrilevamento ambientale alla medicina e allostesso modo può anche essere utilizzata perindividuare la presenza di oggetti in un terreno.

In pratica si utilizzano rivelatori infrarossinelle bande 3-5 µm oppure 9-14 µm.

La capacità di penetrazione nel terreno diquesto metodo è abbastanza limitata, però èsufficiente nel caso delle mine sepolte a pochi

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centimetri dalla superficie. Pertanto, se il materiale di cui è composto

l’ordigno ha una capacità termica differente daquella del terreno circostante, esso reagirà inmaniera diversa alle fonti di calore esterne,come ad esempio alla luce solare. L’efficienzamigliore è chiaramente ottenuta per minemetalliche, in quanto il metallo sicuramente siriscalda di più del terreno.

L’efficienza del metodo è molto variabile edipende da molti fattori quali ad esempio lacomposizione del suolo, la presenza o menodi rocce ad alto contenuto metallico, la pre-senza di vegetazione e non ultima l’esposizio-ne alla luce solare. Per dare un esempio, neilaboratori del DRES, in Canada, sono stateottenute efficienze di riconoscimento dal 20al 100%.

Le tecniche nucleari

Da un punto di vista atomico, l’azoto èuno dei principali componenti delle sostanzeesplosive. La percentuale in peso dell’azotovaria dal 10% nella polvere nera al 18% nellanitroglicerina e nel TNT (Trinitrotolueneovvero Tritolo), fino a valori oltre il 30% inesplosivi come il C3 ed il C4. L’azoto puòquindi essere considerato un tracciante per lapresenza di esplosivi e quindi di ordigniesplosivi nel terreno.

La fisica nucleare offre un’interessante

possibilità alla rivelazione di atomi di azotonel terreno. È noto infatti che questi atomihanno la proprietà di assorbire neutroni el’assorbimento di neutroni porta il nucleoatomico ad uno stato energetico eccitato, dacui transita allo stato fondamentale attraver-so l’emissione di un raggio “g” di energia benprecisa. Questa tecnica viene impiegata datempo, e con un certo successo, negli aero-porti per la rivelazione di esplosivi nei baga-gli. Lo sforzo tecnologico necessario consistenel ridurre le dimensioni del sistema in mododa poter operare in un terreno minato, doveovviamente ingombri e pesi devono essereottimizzati.

La strumentazione necessaria per questaindagine è visibile nello schema di figura 1. Ilsistema si compone di una sorgente di neu-troni, ad esempio l’isotopo 252 del Califor-nio (252Cf ), del materiale moderatore neces-sario per termalizzarne l’energia (ad esempioboro), e di un rivelatore di raggi “g”, come adesempio uno scintillatore. Tutti i componen-ti sono componenti convenzionali, che si tro-vano nelle apparecchiature di fisica nucleare edei quali esiste un’ampia conoscenza.

Come per tutti i metodi finora elencatianche questo non è selettivo per le mine, main realtà, essendo un rivelatore di azoto, èsensibile a tutto ciò che lo contiene, in parti-colare, anche al terreno e alla vegetazione. E’necessario perciò, prima di ogni operazione,

Figura 1

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effettuare una misura di riferimento del ter-reno in cui si opera, in modo da rivelare lapresenza di eventuali mine tramite la misuradi presenza di azoto in eccesso rispetto aquello naturalmente presente nell’ambientecircostante.

I sensori chimici e i metodi di rivelazione chimica

I metodi di indagine chimica si basano sulprincipio per cui ogni composto chimico, siain fase solida che liquida, produce una certaquantità di composti volatili. In molti casi que-sti composti sono rivelabili dall’olfatto e dannoluogo a quello che comunemente viene chia-mato odore. Anche le mine possiedono quindiun loro particolare odore, che può essere gene-rato sia dall’esplosivo stesso che dai materialiplastici che costituiscono l’involucro dell’ordi-gno. La rivelazione mediante riconoscimentodell’odore è attualmente eseguita utilizzandouno dei più potenti sistemi olfattivi noti: quel-lo dei cani. Gli inconvenienti del metodo sonofacilmente intuibili: il tempo necessario all’ad-destramento dell’animale, il limitato tempo diattenzione dell’animale stesso e non ultima lapossibilità, tutt’altro che remota, della perditasul campo dell’animale.

L’olfatto del cane è sicuramente uno deisistemi di rivelazione chimica più sensibili esi-stenti. Da alcuni anni però la ricerca nel campodella sensoristica chimica ha portato a notevo-li incrementi di prestazioni di questi dispositi-vi.

Analizziamo ora la struttura generica di unsensore chimico a stato solido. Ma primaricordiamo che un sensore generico rappre-senta l’interfaccia tra l’elettronica e l’ambien-te e, in linea di principio, può essere descrittoda due componenti: un trasduttore che tra-sforma la grandezza da misurare in una gran-dezza intermedia e un dispositivo di base chetrasforma la grandezza intermedia in unagrandezza elettrica.

Anche nel caso di un sensore chimico è pos-sibile individuare due componenti. Il primopossiamo chiamarlo “Materia ChimicamenteInterattiva” (MCI). Questa è formata da unmateriale in grado di catturare “selettivamente”molecole dall’ambiente al quale è esposto

(ambiente liquido o gassoso). In conseguenzadel formarsi di questi legami alcune caratteri-stiche della MCI variano. Quelle che varianorappresentano le grandezze intermedie; provia-mo a citarne alcune: innanzitutto la massadella MCI (in quanto il legame di molecolerisulta immediatamente in una variazione dellamassa totale della MCI), la carica elettrica (nelcaso in cui il legame comporti un trasferimen-to di carica), il coefficiente di rifrazione (se leproprietà ottiche della MCI vengono modifi-cate dalle molecole legate). Per ognuna dellegrandezze intermedie esiste una serie di dispo-sitivi di base in grado di trasformarle nellavariazione di una grandezza elettrica.

Molto spesso sono le limitazioni del disposi-tivo di base che limitano le prestazioni genera-li di un sensore soprattutto in termini di sensi-bilità, risoluzione e range di applicazione.

Le matrici di sensori chimici: il Naso Elettronico

La domanda di sensori dalle prestazionisempre più spinte ha portato recentemente aconsiderare strutture sensoriali complesse for-mate da singoli sensori organizzati in matrici.

I sensori, ed in particolar modo quelli chi-mici, sono generalmente dispositivi dotati discarsa selettività. Questo significa che la rispo-sta del sensore non dipende esclusivamentedalla specie chimica per la quale è realizzato maè influenzata, in misura variabile, anche daaltre specie chimiche eventualmente presenti.

Questa proprietà rappresenta un inconve-niente in applicazioni in cui si richiede dimisurare la concentrazione di una particolarespecie chimica in ambienti in cui altre speciesiano presenti.

Uno degli obiettivi principali della ricercaattuale sui sensori chimici è proprio quello diottenere dei dispositivi basati su meccanismi diinterazione sensore-ambiente di alta selettività.

Una delle possibilità per la realizzazione disensori dotati di tali caratteristiche consistenell’utilizzo della chimica supramolecolare perprogettare composti chimici e realizzare mem-brane selettive. Questa strada, seppur promet-tente, è ancora lontana dall’essere operativa emolecole riconoscitrici sono state realizzatesolo per un numero limitato di sostanze.

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Alla scarsa selettività si può comunqueovviare, per alcune applicazioni, utilizzandomatrici di sensori.

Le matrici di sensori sono costituite da uncerto numero di sensori accoppiati ad una pro-cedura di matematica e di analisi dei dati. Lematrici non sono da intendersi come strutturedi arrangiamento spaziale dei sensori (comeaccade per le matrici di sensori ottici) ma solocome strutture matematiche in cui i singolisensori sono componenti di un sistema multi-dimensionale.

Con le matrici di sensori, sfruttando le pro-prietà statistico-matematiche, è possibile, no-nostante la scarsa selettività dei singoli elemen-ti, ottenere complessivamente soddisfacentiprestazioni dal punto di vista della risoluzione,della sensibilità e dell’accuratezza.

Un’importante classe di applicazioni basate sul-l’utilizzo di matrici di sensori sono quelle che vannosotto il nome di “naso elettronico” (electronic nose).

Queste applicazioni mirano ad utilizzarematrici di sensori per il riconoscimento di“strutture chimiche” presenti nell’ambientesotto misura. Per strutture chimiche si intendela presenza contemporanea, in un datoambiente, di un numero di specie chimiche

ognuna ad un definito livello di concentrazio-ne. In senso lato possiamo chiamare le struttu-re chimiche col termine generico di odori.

Tali applicazioni rendono possibile la realiz-zazione di sistemi olfattivi artificiali che con-sentano, oltre che di riprodurre la funzionalitàdell’olfatto naturale, di estendere e raffinare lacapacità di identificazione dello stesso, inclu-dendo classi di molecole non percepibili dairecettori naturali (come ad esempio il CO).

La figura 2 mostra lo schema di principio diquesto tipo di applicazioni.

Questi sistemi, seppur ancora in fase di spe-rimentazione, sono destinati ad entrare sulmercato nel prossimo futuro.

Per una possibile applicazione dei sensorichimici alla rivelazione di ordigni come lemine antiuomo, un’altra esigenza importanteda soddisfare è costituita dal tempo di risposta.Molti dei sensori sopra esposti, infatti, basanola loro risposta sull’instaurarsi di un equilibriochimico tra le molecole di una certa specie pre-senti nell’aria e quelle “adsorbite” sul sensore.

La misura di tale equilibrio determina larisposta del sensore stesso, la cui dinamica èpoco veloce proprio perché questi processisono normalmente lenti.

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Figura 2

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Data Fusion

Tutte le tecniche illustrate in questa breverassegna, considerate isolatamente, si sonorivelate insufficienti a garantire un’efficaceazione di identificazione degli ordigni esplosi-vi. Ricordiamo ancora una volta che a talescopo è necessario che i metodi impiegati sianorapidi ed esenti da false rivelazioni. Pertanto, lastrategia migliore per l’uso dei sistemi a dispo-sizione sembra essere quella basata sull’usocontemporaneo di più tecniche, in manierache ognuna di queste possa contribuire con ilsuo carattere specifico all’identificazione sicurae rapida della mina.

Si possono immaginare, quindi, delle appa-recchiature in grado di rivelare la presenza dimetalli nel terreno, tramite tecniche magneti-che, di individuare la presenza in eccesso dimolecole azotate nell’area circostante, tramitetecniche nucleari e di identificare l’odore tipi-co di una mina, tramite un naso elettronico.Tutte queste tecniche possono quindi concor-rere sinergicamente, tramite una procedurachiamata Data Fusion, cioè fusione dei dati,idonea a condurre al risultato voluto dell’inda-gine.

Il Data Fusion non è di per sé una discipli-na scientifica (almeno per ora), ma può essereconsiderato come una collezione di tecniche edi algoritmi che permettono di simulare i pro-cessi cognitivi umani, i quali integrano, inmaniera continua, informazioni diverse, alloscopo di valutare un ambiente complesso.

Gli input ad un tale sistema possono essere:dati forniti dai sensori, dati introdotti da unoperatore umano o dati a priori estratti da unaqualsiasi base di dati. Nel caso delle mine, puòessere preso in considerazione un database geo-grafico che contiene informazioni sulla naturae la conformazione del terreno.

I primi sviluppi delle tecniche di DataFusion si sono avuti all’inizio degli anni ‘80,proprio in campo militare, per la gestione deicampi di battaglia e sono stati in seguito appli-cati ad altri settori come ad esempio quellodella robotica.

Sono state individuate tre differenti modali-tà di realizzare la fusione di dati multisensoria-li.

La fusione competitiva, in cui ogni sensore

fornisce dati che possono essere usati peraumentare o al contrario per ridurre di impor-tanza le informazioni degli altri sensori. Lafusione competitiva è normalmente utilizzatacon sensori che producono lo stesso tipo didati. Questo tipo di approccio è quindi dascartarsi nel caso trattato in questo articolo incui, invece, i sensori sono strutturalmente econcettualmente diversi tra loro.

La fusione complementare, in cui i sensorisono utilizzati in modo da valorizzare i vantag-gi e ridurre gli svantaggi reciproci.

La fusione indipendente, che considera ognisensore indipendente dagli altri. Quest’ultimoè il metodo di approccio più semplice che inprima approssimazione può essere utilizzatoper il mine detection.

Conclusione

Come abbiamo potuto notare, tra i varimetodi presentati, alcuni rappresentano l’adat-tamento di metodologie sperimentali giàampiamente note ed applicate in svariaticampi.

Questi metodi sono basati per lo più sul-l’applicazione della radiazione elettromagne-tica, sia essa in forma di campi a radiofre-quenza, a microonde o a radiazione infraros-sa. Tali tecniche hanno lo scopo di operareun assemblaggio di tecnologie già disponibilicommercialmente, sia come generatori, siacome rivelatori, sia come componenti dei cir-cuiti elettronici.

Diversa è invece la situazione per le altre duetecniche trattate: le tecniche nucleari e i senso-ri chimici.

Le tecniche nucleari si basano su processinoti, ma sfruttano una tecnologia collaudatasolo a livello di laboratori di ricerca, in cui siadottano notevoli precauzioni, soprattutto perquanto riguarda il controllo e la limitazionedelle emissioni radioattive. Per realizzare unsistema di identificazione portatile e noninquinante, è necessaria una ricerca innanzitut-to sugli effetti che l’irraggiamento comportasul terreno. Non va dimenticato, infatti, che loscopo principale dello sminamento umanitarioè proprio quello di conservare integro il terri-torio e le sue caratteristiche. Oltre alle influen-ze sul territorio bisogna tener presente la sicu-

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rezza del personale impiegato che, essendo acontatto per parecchie ore al giorno con taliapparecchiature, si trova virtualmente espostoal rischio di una contaminazione e di un accu-mulo di radioattività.

L’altra categoria di sensori, che è stata tratta-ta compiutamente, è quella dei sensori chimi-ci. Cioè quei dispositivi che consentono, tral’altro, anche la rivelazione dell’“odore chimi-co” emesso dagli ordigni esplosivi.

Abbiamo visto come il paradigma di questisistemi è costituito dagli animali (principal-mente i cani) che già ora vengono impiegaticon successo nell’opera di ricerca ed individua-zione di tali ordigni.

Se per i metodi elettromagnetici è possibilegià da ora realizzare dei sistemi operativi e seper le tecniche nucleari i problemi da risolveresono essenzialmente quelli di garantire la sicu-rezza per l’ambiente e per gli operatori, nel casodei sensori chimici c’è ancora molta strada dapercorrere nel settore della ricerca e sviluppo,prima che si possa realizzare un sistema basatosu di essi e reso operativo sul campo.

Si tratta di una sfida che nasce dalla volontàdi competere con la natura, la quale ha realiz-

zato e progettato dei sensori chimici così effi-cienti (come l’olfatto dei cani) da poter sentireil labile odore di una mina.

La ricerca nel settore dei sensori chimici èun’attività che già ora coinvolge molti ricerca-tori, sia in ambito accademico che industriale,in tutti i Paesi del mondo.

Dalle caratteristiche dei sensori chimicienunciate nei capitoli precedenti risulta chiarocome, per realizzare un sensore chimico, sianonecessarie competenze specifiche in settoriapparentemente molto diversi tra loro come lafisica, l’elettronica, la chimica, la biologia e lamatematica. Lo sviluppo delle conoscenze suisensori è oggetto di continue attenzioni e losminamento umanitario è visto oggi come unodei campi applicativi di maggior interesse.

A conclusione di questa rassegna delle tema-tiche inerenti questo problema, si vuole sotto-lineare come l’Italia e l’Europa possiedano lepotenzialità per contribuire positivamente allasoluzione di questo problema, e come sianecessario raccogliere ed orientare tutte quellerisorse che possano risultare necessarie per lasoluzione di un problema di portata sociale,economica ed umanitaria

NOTE BIOGRAFICHE

Il Ten. Col. g. SPE Mario TARANTINO, nato a Sternatia (LE) nel 1963 e residente in Roma ha fre-quentato l’Accademia Militare di Modena (164° Corso) e, dopo il corso di studi presso la Scuola diApplicazione di Torino, ha ricoperto l’incarico di Comandante di Compagnia presso il Reggimento GenioFerrovieri.Dopo il periodo di comando di Compagnia, è stato impiegato presso i seguenti Enti/Istituti:• Scuola del Genio;• Ispettorato del Genio;• Ispettorato delle Armi dell’Esercito;• Stato Maggiore dell’Esercito – Reparto Logistico, presso l’Ufficio Progetto Sviluppo e Approvvigio-

namento Sistemi, dove tuttora presta servizio.Titoli di Studio:• Laurea in Ingegneria civile – Trasporti (1989); • Laurea in “Scienze Strategiche” (1999); Corsi frequentati:• Corso Superiore di Specializzazione nel Servizio Infrastrutturale per Ufficiali del Genio (1993 –

1994);• 121° Corso di Stato Maggiore (1994 – 1995); • 2° Corso ISSMI (1999 – 2000);• Corso per Consigliere giuridico nelle Forze Armate. Impieghi in missioni multinazionali all’estero:• Bosnia (Sarajevo) – Quartier Generale SFOR, cellula genio (1996 – 1997);• Kossovo (Pristina) – Quartier Generale KFOR, cellula genio (2000).Lingue conosciute e accertate:• Inglese; • Francese; • Spagnolo; • Portoghese.Ha pubblicato dei libri ed è collaboratore di alcune riviste militari.

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