di Virna Bottarelli |
“L’evoluzione dell’elettronica di potenza insegue come un’ombra lo sviluppo di praticamente tutte le nuove tecnologie”.
L’autore di questa osservazione, che rende l’idea del ruolo dell’elettronica di potenza nel processo di innovazione tecnologica, è Nicola Femia, professore ordinario presso l’Università di Salerno, dove è titolare dei corsi di Elettrotecnica e responsabile del Laboratorio di Circuiti Elettronici di Potenza. Dice ancora il professore: “Limitandoci a considerare quelle elettroniche e informatiche, l’inseguimento spesso corre sul filo della fisica realizzabilità: la fuga in avanti dell’elettronica e dell’informatica porta infatti a concepire e sviluppare dispositivi e sistemi estremamente evoluti e performanti, come i mega processori, che richiedono sistemi di alimentazione a loro volta super-performanti”. Secondo Femia, chi sviluppa l’elettronica di potenza “deve realizzare sistemi con prestazioni di regolazione statica e dinamica, livelli di efficienza, emissioni elettromagnetiche, caratteristiche termiche, dimensioni, peso, affidabilità e costo che possono risultare non facili, se non impossibili, da realizzare utilizzando le tecnologie esistenti”.
Considerata questa premessa, si comprende come dietro a ogni innovazione ci siano processi particolarmente complessi…
Va detto che la ricerca nel settore dell’elettronica di potenza su scala internazionale è molto vivace e prolifica e molte delle innovazioni concettuali e tecnologiche sviluppate in ambito accademico potrebbero aiutare a risolvere i problemi quotidiani di chi deve progettare sistemi di alimentazione più evoluti e performanti. Purtroppo, buona parte di queste innovazioni rimane inutilizzata, per vari motivi. In primo luogo, la fattibilità e la convenienza industriale. I tempi e i costi di sviluppo di nuovi dispositivi e sistemi elettronici di potenza sono giustificati solo se il mercato garantisce volumi e profitti adeguati, e questi dipendono da quanto l’innovazione tecnologica è ben compresa e utilizzata da chi progetta. In mancanza di questo, l’uso di una nuova tecnologia può paradossalmente apparire inefficace, o deludere le aspettative, nella risoluzione dei problemi per i quali essa è stata concepita e acclamata.
Ci può fare degli esempi di tecnologie innovative che hanno avuto questa sorte?
Due esempi sono i microcontrollori digitali e i transistori di potenza in nitruro di gallio, i famigerati GaN. In entrambi i casi, ci troviamo di fronte a tecnologie estremamente utili, che consentono realmente di risolvere meglio certi problemi di controllo, efficienza e dimensioni dei sistemi di alimentazione rispetto alle tecnologie consolidatesi in precedenza, come i controllori analogici integrati e i transistori di potenza in silicio. Purtroppo, oggi la gran parte dei progettisti di elettronica di potenza soffre molto la mancanza di conoscenza e reale comprensione di numerosi aspetti e problematiche funzionali, metodologiche e implementative, sia dei controllori integrati analogici e dei dispositivi al silicio che, ancor più, dei microcontrollori digitali e dei GaN. È come se una persona che non sa guidare bene l’automobile, non ha capito bene le regole del codice della strada e ha difficoltà a circolare in un centro storico alla guida di una FIAT 500 del 1970, tentasse di risolvere il problema mettendosi alla guida di una Ferrari GTA. Ovviamente, il rivenditore di Ferrari farà il possibile per convincere l’automobilista, con opportuni argomenti ed esempi, che la GTA è la soluzione a tutti i suoi problemi ed è arrivato il momento di liberarsi della 500 del 1970…
C’è quindi un problema di conoscenze e competenze di progettazione?
Anche se le tecnologie elettroniche di potenza evolvono in modo quasi sincrono con quelle che ne richiedono l’utilizzo, le conoscenze e le capacità progettuali non fanno lo stesso. Anzi, si assiste a un progressivo decadimento delle opportunità di elevazione intellettuale dei progettisti di elettronica di potenza causato dalle forti pressioni industriali e commerciali del mercato. Queste considerazioni non si limitano all’elettronica e all’informatica, ma investono anche altri importantissimi ambiti applicativi dell’elettronica di potenza, come ad esempio la mobilità elettrica e le fonti rinnovabili, giusto per citarne un paio.
Come si può affrontare questa criticità?
A mio avviso sarebbe importante che nelle università si attuasse una rivisitazione delle finalità, dei contenuti formativi e delle modalità di erogazione degli insegnamenti. Questo vale in generale, non solo per l’elettronica di potenza. Le offerte didattiche dei corsi di studio universitari sono definite in base a griglie di assegnazione dei crediti formativi, ovvero delle ore di lezione dei corsi, ai diversi settori disciplinari di pertinenza, divisi fra caratterizzanti e non caratterizzanti. I comitati di indirizzo, costituiti da docenti e rappresentanti di industrie e istituzioni pubbliche e private, potenziali datori di lavoro dei futuri laureati, individuano i contenuti di maggiore utilità per l’ambito professionale di riferimento. Sulla base di questi due macro-elementi, i corsi vengono poi definiti in base alle competenze dei docenti disponibili. Sebbene questo processo sia plausibile e virtualmente efficace, nelle università, e nelle scuole di ingegneria in particolare, accade spesso – fortunatamente non sempre – che i contenuti dei corsi vengano scelti dai singoli docenti in base a ciò che a loro piace o interessa insegnare, piuttosto che considerando quello che realmente serve agli studenti per conseguire una adeguata maturazione intellettuale e culturale. Inoltre, spesso non si realizza il coordinamento fra i corsi, per cui la formazione complessiva risulta frammentaria e dispersiva. Infine, gli attuali standard e indicatori utilizzati nella definizione e nel monitoraggio dei processi formativi universitari non consentono di operare una vera ed efficace selezione degli allievi, basata sulle loro capacità intellettuali, istruzione, motivazioni e reale interesse nello studio delle discipline specifiche del corso di studi scelto. In queste circostanze vanno a mio avviso ricercate le origini dei problemi ai quali accennavo prima.
Il fattore umano è quindi determinante anche quando si parla di tecnologia allo stato puro?
I nostri laureati troppo spesso non sono realmente in grado di risolvere i problemi, perché hanno per lo più imparato, per un motivo o per un altro, a scansarli. Una risoluzione vincente e intelligente dei problemi di progettazione dell’elettronica di potenza derivanti dalle sfide tecnologiche è possibile solo per chi è animato da curiosità per il sapere, è dotato di mente aperta ed è allenato a ragionare e a utilizzare conoscenze e strumenti potenti, offerti dalla matematica, dalla fisica e da tutte le discipline caratterizzate da contenuti concettuali e metodologici. L’elevazione intellettuale e culturale costituisce il presupposto per cogliere le opportunità di sviluppo e di accrescimento del benessere della collettività derivanti da tutte le innovazioni scientifiche e tecnologiche presenti e future. Non c’è infatti una particolare innovazione scientifica o tecnologica che sia in grado di cambiare la vita delle persone. Piuttosto, lo può essere, nel bene e nel male, l’utilizzo che noi ne facciamo. Oggi si parla tanto con passione e clamore dell’intelligenza artificiale. Aiuta a formulare diagnosi mediche, ad usare le automobili, a redigere tesi di laurea e progetti di ricerca per partecipare a selezioni per dottorati di ricerca. In futuro saranno sicuramente disponibili strumenti che solleveranno i progettisti elettronici dalla pena di districarsi fra le infinite possibili soluzioni per un dato problema. In tutti i casi, ci si può chiedere se sia giusto o sbagliato usarla. Dipende da quanto chi la usa sia in grado di capire cosa fa e di verificare il risultato ottenuto dal suo utilizzo.
Nel 2018 ha fondato Ipera, società accreditata come spin-off dell’Università degli Studi di Salerno. Con quale obiettivo è nata la società e in che cosa consiste oggi la sua attività?
Ipera è stata concepita come strumento per facilitare il trasferimento tecnologico fra università e industrie del settore dell’elettronica di potenza. Ipera supporta le industrie nella comprensione e nell’utilizzo efficace di tecnologie innovative e, attraverso indagini tecnico-scientifiche finalizzate allo studio di specifiche problematiche, sviluppa la conoscenza e le metodologie necessarie per poter sfruttare al meglio una tecnologia, delineandone i punti di forza, i limiti e i procedimenti e i criteri di progettazione e di utilizzo. Rientrano in questo ambito problematiche relative a dispositivi a semiconduttore, componenti magnetici, sistemi ad elevata efficienza energetica, tecniche di controllo, Pcb layout e compatibilità elettromagnetica.
Con che tipo di aziende collaborate?
Fra le industrie che si sono avvalse del supporto e della collaborazione di Ipera vi sono compagnie quali GaNSystems, Texas Instruments, National Instruments, Wurth, Coilcraft, Keysight, Ferrari. La conoscenza prodotta da Ipera attraverso le indagini tecnico-scientifiche alimenta anche iniziative di formazione tecnico-scientifica industriale che svolgiamo in collaborazione con compagnie come Rohde&Schwarz e TeledyneLecroy, nonché attività di training industriale su specifici temi e problematiche progettuali che invece eseguiamo on-demand presso singole industrie.
Ci vuole citare qualche progetto particolare sviluppato da Ipera?
Ipera ha sviluppato progetti di valorizzazione di alcuni brevetti e, in particolare, ha attuato progetti di sviluppo di un prototipo di sistema di depurazione fotocatalitica basato su un brevetto europeo acquisito dall’Università di Salerno e di un prototipo di sistema di test e caratterizzazione di componenti elettronici di potenza basato su un proprio brevetto. I prototipi sono stati realizzati dalla start-up innovativa Exeling, fondata da ingegneri elettronici laureati dell’Università di Salerno, che ne ha avviato la fase di industrializzazione. Questa collaborazione costituisce motivo di particolare orgoglio, sia per il coraggio imprenditoriale mostrato dai fondatori di Exeling, che per l’esempio di trasferimento tecnologico basato sull’osmosi di conoscenza fra università e laureati. Il programma di collaborazione fra Ipera ed Exeling include per il futuro lo sviluppo di sistemi integrati hardware/software per la caratterizzazione dei componenti elettronici di potenza e per la progettazione di sistemi elettronici di potenza.
Chi è Nicola Femia
Nato nel 1963, ha conseguito la laurea in Ingegneria delle Tecnologie Industriali presso l’Università di Salerno nel 1988. Dal 2001 Nicola Femia è professore ordinario presso lo stesso ateneo, dove è titolare di corsi di Elettrotecnica e Circuiti Elettronici di Potenza e responsabile del Laboratorio di Circuiti Elettronici di Potenza. Nel 2014 è stato invitato come Visiting Professor dalla Stanford University della California dove ha tenuto un corso di Power Electronics Control & Energy-Aware Design. Ha guidato numerosi progetti di ricerca e di alta formazione in collaborazione con industrie come Magnetek, Power One, National Semiconductor, Texas Instruments, STMicroelectronics, National Instruments, Coilcraft, Wurth, Rohde&Schwarz, Keysight, GaNSystems, Whirlpool. Ha tenuto numerosi corsi di Power Electronics Design and Optimization organizzati da National Semiconductor e Texas Instruments. È coautore di oltre 200 lavori scientifici e di vari brevetti, ha scritto per prestigiose riviste scientifiche, è stato Associate Editor di Ieee Transactions on Power Electronics e membro dei technical committees di diverse conferenze internazionali. È Senior Member dell’Ieee. È stato membro del Consiglio di Amministrazione e Presidente della Commissione Brevetti dell’Università di Salerno. Nel 2018 ha fondato Ipera, società di spin-off accreditata dall’Università di Salerno.
