Nell’ambito del quadro generale di sviluppo del Dipartimento di Ingegneria, contestualmente all’attuazione delle strategie specifiche relative al progetto conformante del Dipartimento Eccellenza, il Laboratorio diffuso di Real-Time Digital Twin svolge ricerca scientifica ed è di supporto alle attività didattiche attualmente per il settore elettrico, dei velivoli autonomi e dell’energia eolica. Queste attività ricadono all’interno dei sotto ambiti PNR2021-2027: 5.4.7 Aerospazio, 5.5.1 Mobilità sostenibile, 5.5.3 Energetica industriale.
L’attività del laboratorio proposto si posiziona nel mezzo tra una pura simulazione ed una piena attività sperimentale, Figura 1. Nell’ambito delle attività didattiche potrebbe essere estremamente utile per mostrare in aula concetti e sistemi in una modalità più vicina alla realtà che ad una pura simulazione e per la familiarizzazione degli studenti con i sistemi volanti e le loro applicazioni nel senso più ampio. Nell’ambito invece delle attività di ricerca, il laboratorio proposto consente di ampliare le capacità di rappresentazione virtuale e Real-Time di sistemi fisici ed il loro interfacciamento con il mondo reale: acquisizione e trattamento dei segnali, apprendimento, controllo, manutenzione predittiva, sviluppo di velivoli autonomi per monitoraggio e trasporto, etc. (approccio ampiamente utilizzato nel campo dei sistemi elettrici con risultati eccellenti).
Figura 1 – Real-Time Digital Twin per la virtualizzazione di sistemi fisici reali.
Il principio di funzionamento del R-TDT Lab. è mostrato nella Figura 2. Il modello digitale in modo deterministico (Real-Time) scambia i dati con il mondo reale, come ambienti operativi, funzionalità, condizioni di lavoro, dati dei sensori e così via, attraverso I/O digitali, canali analogici o bus di comunicazione.
Figura 2 – Interfacciamento tra un simulatore Real-Time ed il mondo reale.
Inoltre, la realizzazione di una struttura per il test in ambiente realistico di velivoli (condizioni meteo, ostacoli, etc.) garantirebbe la possibilità, da un lato di sviluppare soluzioni progettuali adeguate ai vari ambiti applicativi e dall’altro di verificare sperimentalmente nuove applicazioni verticali dei velivoli, con particolare riferimento al monitoraggio, alla diagnostica, al trasporto e alla risposta in caso di emergenze.
L’espansione del R-TDT Lab. Aumenterebbe quindi i sotto ambiti PNR di riferimento a: 5.3.1 Sicurezza delle strutture, infrastrutture e reti, 5.3.2 Sicurezza sistemi naturali, 5.4.4 Robotica, 5.4.6 Innovazione per l’industria manifatturiera, 5.4.7 Aerospazio, 5.5.1 Mobilità sostenibile, 5.5.3 Energetica industriale, 5.6.4 Conoscenza e gestione sostenibile dei sistemi agricoli e forestali.
Nell’ambito aeronautico, sia nell’attuale Laurea Magistrale che nella Laurea Triennale di nuova istituzione, il R-TDT può supportare le attività didattiche ma anche di ricerca consentendo di chiudere l’anello simulativo, dallo sviluppo delle componenti alla verifica delle applicazioni finali.
Figura 3 – Possibili impiego del R-TDT nelle attività didattiche e di ricerca di ambito aeronautico.
La Figura 4 mostra le possibili interazioni tra tematiche e settori scientifici includendo il coinvolgimento nelle tre attività principali: ricerca di base, didattica e ricerca industriale. Oggi i sistemi R-TDT sono ampiamente utilizzati nel settore dell’aeronautica, della dinamica dei fluidi e nei controlli automatici. Il concetto di Digital Twin è presente nel settore dei trasporti e della logistica. La proposta di laboratorio potrebbe estendersi nei campi dell’ingegneria civile riguardanti le strutture e l’idraulica. Inoltre, la realizzazione di un’area di test per UAV1 consentirà di promuovere attività didattiche e di ricerca nei sotto ambiti PNR precedentemente descritti.