IMOS@Brescia Innovazione per la MObilità Sostenibile

a Brescia

Giulio Maternini

Verso una mobilità sostenibile

Per poter ottenere un sistema di mobilità sostenibile è necessario introdurre e sviluppare innovazione nelle infrastrutture e sistemi di trasporto.

Di conseguenza, oltre a proporre nuovi metodi e nuove tecnologie, risulta importante anche ottimizzare gli strumenti già in atto, sia per i veicoli che nelle infrastrutture.

Per esempio, per la mobilità elettrica, sono allo studio previsioni di scenari per la gestione in tempo reale della rete di distribuzione attraverso smart grids.

Ulteriore esempio di grande attualità è la gestione di situazioni in caso di emergenza delle infrastrutture (rischio idrico, sismico, situazioni di affollamento anomalo, degrado).

Ambiti di intervento

1. INFRASTRUTTURE CIVILI

Al fine di garantire un’infrastruttura stradale le cui prestazioni non varino nel tempo, si ritiene fondamentale disporre di un sistema di monitoraggio costante con sistemi di sensori innovativi.

2. INFRASTRUTTURE ELETTRICHE E ICT

L'infrastruttura di ricarica e ICT deve poter non solo mitigare i carichi sulla rete elettrica, ma garantire la sostenibilità ambientale e la disponibilità anche in presenza di situazioni di emergenza e di affollamenti anomali.

3. MOBILITA' DOLCE

L'infrastruttura di ricarica e ICT si estende alla mobilità dolce, che presenta importanti implicazioni sul turismo e sugli stili di vita. Il mondo delle biciclette elettriche potrebbe beneficiare di nuovi copertoni strumentati ed ecologici.

4. NUOVI COMPONENTI PER I VEICOLI ELETTRICI

Si svilupperanno nuovi modelli per le batterie a bordo del veicolo e distribuite nella rete elettrica. Sistemi per la stima del numero dei chilometri residui basati sull'individuazione (e la correzione) dello stile di guida. Infotainment con rilevazione dello stress. Nuovi sensori (copertone) per l'analisi del fondo stradale e la guida assistita.

INFRASTRUTTURE CIVILI

È fondamentale garantire un elevato livello prestazionale delle diverse infrastrutture civili (strade, ponti, viadotti etc) attraverso un sistema di monitoraggio costante, con sistemi di sensori innovativi, che in tempo reale trasmettano i dati.

• il monitoraggio delle condizioni dei ponti e viadotti stradali, tramite i dati forniti da sensori applicati alla ruota del veicolo (soprattutto quelli pesanti) consente di sviluppare una diagnostica predittiva tramite specifici algoritmi;

• il ripristino, in tempi brevi, delle condizioni strutturali di ponti e viadotti tramite l’impiego di innovativi materiali da costruzione;

• Valutazione dell’impatto dell’inquinamento dato dai veicoli motorizzati sull’ambiente stradale.

Riparare le infrastrutture con calcestruzzi ad alte prestazioni

Rinforzo degli impalcati

Realizzazione di giunti

Rinforzo elementi secondari

Incamiciatura di pile da ponte

Ing. Adriano Reggia

Rinforzo degli impalcati da ponte Viadotto Chillon sul Lago di Ginevra

Ing. Adriano Reggia

INFRASTRUTTURE ELETTRICHE E ICT

È importante che le infrastrutture elettriche non solo mitighino i carichi sulla rete elettrica, ma garantiscano la sostenibilità ambientale e la disponibilità anche in presenza di situazioni di emergenza e di affollamento della rete.

• Implementazione delle infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici con sistemi ICT di prognostica ed individuazione di una metodologia per la localizzazione nel territorio delle diverse tipologie di punti di ricarica (attraverso sistemi GIS);

• Risoluzione delle problematiche legate al carico sulla rete elettrica dell'infrastruttura di ricarica in caso di emergenze e situazioni di affollamento, anche con analisi e simulazione con Hardware-in-the-loop di disponibilità di sistemi di accumulo distribuiti

• Analisi e modellizzazione dell’impatto ambientale della mobilità elettrica rispetto ai sistemi di trasporto tradizionali

Laboratorio eLUX (https://elux.unibs.it)

eLUX - Energy Laboratory as University eXpo- è un living lab sulle smart grids che comprende PV, sistemi di accumulo, ricarica di EV, cognitive&smart buildings, IoT, simulatore con Hardware-in-the-loop, infrastrutture ICT e un data center

Smart Campus &Energy Efficiency Living-Lab Smart Electric Vehicle Cognitive Building

Smart sensors & IoT Energy Storage Virtual Lab Smart-Grids

Prof.ssa Alessandra Flammini

Ricarica di veicoli elettrici - https://es3.unibs.it

• Il laboratorio eLUX dell’Università di Brescia è fornito di stazione di ricarica veloce (trifase AC, 44 kW) e di veicolo elettrico (Renault Zoe) e di sistema di emulazione in tempo reale (OPAL-RT) di complesse reti elettriche;

• Verranno sperimentati sistemi di interazione tra i veicoli elettrici e le smart grid per ottimizzare l’utilizzo di energia da fonti rinnovabili per la ricarica dei veicoli, anche attraverso sistemi di accumulo, e quindi aumentarne la sostenibilità;

• Realizzazione di Demand-Side Management (DSM) per veicoli elettrici per la definizione di tariffe dinamiche in grado di incentivare l’utilizzo consapevole dell’energia

Aggregators

EV M obile

Service Provider

Utility

Electricity

M arket

Individual EV Users

EV Fleets

Communication

Communicatio

n

Service

Service

Communication

Ricarica di veicoli elettrici

Prof.ssa Alessandra Flammini

Integrazioni di sensori IoT e GIS

• Il laboratorio eLUX dell’Università di Brescia è dotato di server dati per l’integrazione di dati generati da sensori IoT, distribuiti anche geograficamente;

• Le informazioni raccolte dai veicoli, dai sensori di monitoraggio dello stato della città, vengono elaborate in remoto e visualizzate attraverso un sistema GIS (Geographic Information System), per gestire eventuali situazioni di emergenza;

• A sua volta il sistema può trasmettere le informazioni sullo stato delle infrastrutture stradali direttamente ai veicoli (es. attraverso rete pubblica) o attraverso sistemi di comunicazione vehicle2vehicle o vehicle2X (es. cartelli stradali intelligenti ed attivi)

Prof.ssa Alessandra Flammini

IoT Data Server

Prof.ssa Alessandra Flammini

Infrastrutture ICT v2x e v2v

Valutazione sperimentale di LTE (NB-IoT?), LPWAN (LoRaWAN?) o Bluetooth (v5, con mesh e long range ?), anche in uso sinergico con UWB, per v2x (comunicare posizione, servizi di emergenza, ecc.)

Prof.ssa Alessandra Flammini

MOBILITA’ DOLCE

Garantire infrastrutture e veicoli sicuri e performanti, oltre che fornire adeguati strumenti per il loro utilizzo, è fondamentale per promuovere la mobilità dolce.

• L’infrastrutture di ricarica e parcheggio delle biciclette elettriche (a pedalata assistita) innovative;

• Per la fruizione dell’ambiente urbano, si propongono Microarchitetture per la valorizzazione del paesaggio urbano, attraverso sistemi di comunicazione innovativi;

• Gli effetti sanitari della mobilità dolce sulla popolazione, con applicazioni specifiche per la correlazione del profilo sanitario alle possibili attività fisiche;

• Nuovi copertoni per biciclette strumentati con diagnostica (aderenza) e a basso impatto ecologico (facilità di riciclo);

Microarchitetture per la valorizzazione del

paesaggio urbano

Per costruire e progettare una smart city contemporanea ed inclusiva è

fondamentale la valorizzazione, connessione e ricucitura di spazi

urbani complessi e disomogenei.

Per perseguire tale obiettivo, l'installazione di

microarchitetture contenenti dispositivi multimediali per il racconto di

brani di città favorirebbe maggiore integrazione, inclusione,

partecipazione ed equità, secondo i canoni dell’universal design.

Tali microarchitetture sono

• sostenibili (adattabilità)

• reversibili (smontabilità)

• flessibili (basso costo, materiali riciclati, ecocompatibili e di impatto

minimo).

Prof.ssa Olivia Longo

La proposta progettuale risponde ai bisogni delle persone dando impulso alla

trasformazione digitale, anche in ottica di innovazione responsabile,

attraverso approcci multidisciplinari, innovativi e tecnologici.

Competenze delle aziende partner:

• rilevamento di aree urbane

• costruzione di microarchitetture con tecniche costruttive a secco

• progettazione percorsi tattili/realizzazione di mappe tattili e prodotti per la

mobilità autonoma di persone con disabilità visiva

• sviluppo di interfacce multimediali avanzate per la fruizione di contenuti

multimediali, creativi e culturali

Microarchitetture per la valorizzazione del

paesaggio urbano

Prof.ssa Olivia Longo

MICROARCHITETTURE per “SENTIRE” il LUOGO

ivana.passamani@unibs.it – olivia.longo@unibs.it

COMPONENTI PER VEICOLI ELETTRICI

Le batterie: sviluppo e test sperimentale di modelli di batterie e celle a combustibile. Sistemi innovativi di modellizzazione per le batterie e studio di batterie di nuova formulazione, in termini di architettura e materiali, al fine di migliorarne performances e sicurezza;

• I dispositivi e le APP per l’individuazione dello stile di guida e del percorso e la stima del numero di chilometri residui;

• I dispositivi e le APP per l’educazione al veicolo elettrico sia per il conducente (esempio, generazione di rumore in caso di pressione dell’acceleratore, visualizzazione di numero di giri equivalente) che per il pedone, specie se ipovedente;

• Nuovi sensori da integrare nei copertoni e/o nella ruota per l’analisi del fondo stradale e la guida assistita;

Batterie elettrochimiche

Li-ion Na-ion

È un dato di fatto per la comunità scientifica che i sistemi di accumulo

più adatti per EV e grid storage siano le batterie elettrochimiche,

dispositivi portatili in grado di convertire l'energia chimica

immagazzinata in energia elettrica senza alcuna emissione gassosa.

Tuttavia, le attuali batterie agli ioni di litio e di sodio, nonostante siano

realtà commerciali, non sono ancora ad un livello tecnologico tale da

soddisfare i requisiti necessari ad un uso diffuso, sicuro ed

economicamente conveniente.

Prof. Alberto Salvadori

▪ Studio di batterie di nuova formulazione, in termini di architettura e materiali, per migliorare le performances delle attuali batterie commerciali e incrementarne la sicurezza;

▪ Formazione di nuove generazioni con competenze multidisciplinari e aziendali necessarie allo sviluppo della green economy;

▪ Lo studio associa modelli computazionali (virtual batteries) a studi sperimentali, in un’innovativa modalità di co-design fra università, aziende e centri di ricerca internazionali.

Metodologie

Batterie elettrochimiche

Prof. Alberto Salvadori

▪ Computazionale: ricostruzione fedele della microstruttura, simulazioni in ambiente HPC

▪ Material science: soluzioni innovative in termini di architettura e materiali per elettrodi ed elettrolita

▪ Realizzazione di prototipi e test di laboratorio per verifiche e validazioni

▪ Incremento della Technology readiness level, brevettazione e potenziale industrializzazione.

Batterie elettrochimiche

Prof. Alberto Salvadori

Partnership internazionale • Università di Brescia • Helmholtz Institute Ulm, prof. S. Passerini • TU/e - Forschungszentrum Jülich, prof. P. Notten • Notre Dame University, prof. J. Schaefer • Arizona State University, prof. A. Kannan

Ambiti di interesse aziendali • Sviluppo di materiali e tecnologie • Analisi e verifica delle prestazioni, in condizioni di uso

“reale” ed “estreme” • Prototipazione • Pre-industrializzazione

Batterie elettrochimiche

Prof. Alberto Salvadori

SISTEMI DI RILEVAZIONE DEGLI STILI DI GUIDA

• Il consumo della batteria dei veicoli è profondamente influenzato dallo stile di guida degli autisti

• Attraverso i dati raccolte dalle centraline dei veicoli elettrici e dai sensori on-board è possibile raccogliere attraverso algoritmi di machine learning informazioni sullo stile di guida e fornire tools "educativi«

• Il sistema di rilevazione può essere connesso all'infotainment del veicolo ed agli eventuali sensori wearable per assistere il guidatore (Ambient Assisted "Drive"), ad esempio rilevazione di stanchezza o di condizioni di anomalia (es. guida anomala rispetto alle abitudini) ed avvisare l’infrastruttura (v2x) o gli altri veicoli (v2v) di eventuali informazioni utili

Gruppo Embedded Systems and Smart Sensors https://es3.unibs.it

Il progetto si propone di implementare devices tecnologici a

supporto della promozione di programmi di educazione a stili di

vita funzionali al benessere fisico, cerebrale e mentale, con

particolare riferimento al tema dei disturbi del sonno.

La ricerca ha fatto luce sulla relazione esistente fra disordini del ritmo

sonno-veglia e condizioni di disagio psicologico, come stati di ansia e

depressione, sempre più diffusi, tanto da essere oggi identificabili come

fenomeno sociale e problematica sanitaria.

Analogamente gli studi dimostrano l’incidenza dei disturbi del sonno sui

contemporanei “knowledge workers”, complice anche la

destrutturazione della tradizionale giornata lavorativa conseguente

all’applicazione pervasiva delle nuove tecnologie. A riscontro della

significatività di questo fattore, la popolazione giovanile dei “nativi”, di

cui è caratteristica l’esposizione massiccia all’uso dell’ICT, registra

disturbi del sonno tradizionalmente emergenti in età adulta.

Prof. Alberto Ghilardi

La tecnologia implementata

La tecnologia in questione sarà sperimentalmente

impiegata in ambienti di lavoro e di formazione:

Comune di Milano, Università (Politecnico di Milano,

Università di Brescia), formazione professionale

(Fondazione Luigi Clerici)

Caratteristiche della tecnologie implementate:

• un dispositivo wearable ed in particolar modo

smart garments, che abbinano comfort a qualità

del segnale combinato ad una Applicazione.

• Applicazione: l’app determina la qualità del sonno

notte dopo notte, supporta l’acquisizione di

consapevolezza rispetto ad un eventuale disagio

ed una pedagogia attiva volta a prevenire o a far

fronte al problema

Prof. Alberto Ghilardi

Il programma educativo

Contestualmente e in forma propedeutica alla sperimentazione sarà realizzata

un’attività di indagine basata su questionari di auto-analisi e di focus groups,

strumenti che la ricerca mostra essere più efficaci della sola erogazione di

informazioni: saranno organizzati incontri di sensibilizzazione finalizzati a

promuovere una consapevolezza diffusa relativamente alle correlazioni

esistenti fra disturbi del sonno e lo sviluppo di “patologie” di tipo psico-fisico

impattanti sulla vita psichica e sociale del soggetto, dai disturbi del

metabolismo a quelli del sistema cardiocircolatorio, dagli stati di ansia alla

depressione.

Prof. Alberto Ghilardi

Laboratorio di SMART DEVICES

Il dipartimento di Ingegneria dell’Informazione sta dedicando risorse e tempo allo sviluppo di nuova conoscenza nella progettazione e implementazione di dispositivi e sensori SMART sviluppati con le tecniche dell’elettronica stampata.

Il dipartimento ha nuove e uniche tecnologie disponibili per aziende e centri di ricerca per la progettazione e la fabbricazione di nuovi sensori e dispositivi per il settore automotive e della manutenzione predittiva.

SMART DEVICES

• Progettazione con nuovi fattori di forma

• Progettazione di elettronica su substrati non convenzionali (gomma, carta, tessuto, acciaio, ...)

• Nuovi materiali

OBIETTIVI

• Sviluppare nuove possibilita’ realizzative in ambienti complessi (elevate temperature, elevate sollecitazioni, …)

• Migliorare le performance dei dispositivi, diminuire il peso e gli ingombri ed aumentare le prestazioni

• Ridurre il costo dei materiali

Prof. Mauro Serpelloni

STRUMENTAZIONE, PRIMO IMPIANTO IN ITALIA

L’Aerosol Jet un processo additivo che permette la deposizione di molteplici materiali su molteplici substrati anche 3D.

La sinterizzazione fotonica permette di scaldare e fondere materiali depositati su superfici anche non convenzionali come carta e tessuto senza danneggiare il substrato.

Nuovi Prodotti Integrazione meccanica elettronica

Nuovi materiali

Funzionalizzazione Meccanica, Elettronica,

Chimica, Biologica

Stampa 3D Substrati flessibili

Basso costo Elevata flessibilità

Nuova Soluzione per la Progettazione e la

Produzione

Elettronica su gomma o plastica

Manutenzione

predittiva

Dispositivo Smart

Antenne, connessioni e circuiti su plastica

Estensimetri 3D stampati sull’oggetto Struttura meccanica con matrice di sensori

Sensore RF 3D su catetere

Sensori

Dispositivo con elettronica integrata

Prof. Mauro Serpelloni

Partners

Potenziali partners sono aziende private e/o centri di ricerca interessati allo sviluppo di nuovi prodotti o alla riprogettazione di prodotti esistenti in modo da aggiungere intelligenza e comunicazione.

Le attività riguarderanno la progettazione, la fabbricazione e i test funzionali di dispositivi smart che hanno la capacità di misurare, connettersi, interagire con l’utilizzatore e con gli altri dispositivi.

Alcuni esempi possono essere:

• sensori da inserire all’interno delle ruote delle autovetture

• dispositivi integrati per il rilevamento del traffico

• sensori per il monitoraggio strutturale

• sensori e dispositivi per l’assistenza alla guida per la riduzione rischi e incidenti

Prof. Mauro Serpelloni – mauro.serpelloni@unibs.it

Perché il caso di Brescia

Brescia recentemente ha realizzato una metropolitana automatica leggera, è in progetto una tramvia e dispone di un servizio di bike sharing BiciMia con circa 350 biciclette in 82 stazioni, di cui 15 e-Byke (fase ancora sperimentale).

Brescia è completamente coperta da una rete LoRaWAN che può essere utilizzata per l’Internet delle cose della Mobilità elettrica.

Brescia ha una forte tradizione innovativa (teleriscaldamento-teleraffrescamento, rete in FO, termovalorizzatore, …)

Brescia è un importante polo dell’industria componentistica dell’automotive.

Pertanto Brescia ha dimostrato di prestarsi a sperimentazioni di sistemi innovativi finalizzati alla mobilità sostenibile

Grazie

Giulio Maternini

giulio.maternini@unibs.it