OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso intende aiutare lo studente a sviluppare una critica forma mentis nell’affrontare lo studio dei sistemi elettronici basati su sensori, attraverso un approccio metodologico che riguardi più scale dimensionali, a partire dalla fisica e dalla struttura microscopica dei materiali per arrivare al comportamento macroscopico di microsistemi e di strutture complesse per la sensoristica. Il caso studio della sensoristica tattile, in un'ampia gamma di applicazioni in settori all'avanguardia come la Robotica soft, il monitoraggio della Salute, le interfacce (bioelettroniche) uomo-macchina e la protesica, verrà impiegato come modello per lo studio di sensori integrati in sistemi di sensing in cui elettronica e meccanica sono inscindibilmente legate nel determinare la risposta del sensore allo stimolo esterno. Ciò è stato pensato con lo scopo di fornire allo studente alcuni strumenti concreti per la progettazione, modellazione e caratterizzazione di tali sistemi.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Obiettivi formativi:

L’insegnamento si propone di fornire le conoscenze di base della fisica e della meccanica associate ai materiali e ai dispositivi,in modo da comprendere i meccanismi di  funzionamento dei sensori e poterli correlare agli aspetti progettuali e tecnologici.

Si intende anche formare lo studente in modo che sia sensibile agli aspetti applicativi e di tipo innovativo. In tali contesti si intende fornire un know-how su tematiche attuali e di punta quali la sensoristica tattile, l'elettronica flessibile ed estensibile, fondata su dispositivi alle scale nano e micro, e i sistemi elettronici indossabili.

Il caso studio della sensoristica tattile verrà impiegato come modello.

Risultati d’apprendimento:

- Ricordare: Apprendimento di tecniche base e innovative di fabbricazione e caratterizzazione sperimentale in ambito sensoristico.

- Formare la mente: Sviluppo di una critica forma mentis nell’affrontare lo studio di sistemi elettronici basati su sensori e osservati su diverse scale dimensionali.

- Creare: Capacità di progettare e modellare un semplice sistema di rilevazione tattile.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali con slides e spiegazioni alla lavagna -- Teoria 
IMPORTANTE: su un sottoinsieme di lezioni, chiederò ad uno studente o studentessa (di volta in volta diverso) di raccogliere appunti da consegnarmi in un secondo momento. Nel caso in cui si debba sostenere un orale, la lezione su cui si sono consegnati gli appunti non sarà argomento di discussione.

Esercitazioni:

• Modellazione multifisica (4 esercitazioni, 8h) – utilizzo di un simulatore multifisico agli elementi finiti (ANSYS) per modellare semplici sistemi di sensori e attuatori. Sono previste 2 esercitazioni a casa FACOLTATIVE (max 2 punti bonus a esercitazione).
• Applicazione tattile (2 esercitazioni, 4h) – acquisizione sperimentale ed elaborazione di dati da sensori tattili attraverso il SW Labview per il controllo e l’acquisizione di dati (relazione obbligatoria).

Attività richieste allo/a studente/studentessa:

• Frequenza alle lezioni fortemente consigliata
• Progetto individuale: simulazione ANSYS

PROGRAMMA/CONTENUTO

Programma:

• Materiali per l’elettronica e la sensoristica
• Semplici esempi di dispositivi optoelettronici a semiconduttore
• Trasduzione elettromeccanica
• Caso di studio: sensoristica tattile
• Cenni all’Elettronica flessibile ed estensibile

Sono inoltre previste alcune esercitazioni con il software ANSYS per la modellazione agli elementi finiti, cui seguirà il progetto individuale a cura dello studente o della studentessa.

Questo insegnamento, trattando temi di interesse scientifico-tecnologico quali i sistemi elettronici basati su sensori con applicazioni legate alla Salute in termini di riabilitazione e prevenzione, contribuisce al raggiungimento dei seguenti Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda ONU 2030:

3.d Rafforzare la capacità di tutti i Paesi, soprattutto dei Paesi in via di sviluppo, di segnalare in anticipo, ridurre e gestire i rischi legati alla salute, sia a livello nazionale che globale

8.2 Raggiungere standard più alti di produttività economica attraverso la diversificazione, il progresso tecnologico e l’innovazione, anche con particolare attenzione all’alto valore aggiunto e ai settori ad elevata intensità di lavoro)

9.5 Aumentare la ricerca scientifica, migliorare le capacità tecnologiche del settore industriale in tutti gli stati – in particolare in quelli in via di sviluppo – nonché incoraggiare le innovazioni e incrementare considerevolmente, entro il 2030, il numero di impiegati per ogni milione di persone, nel settore della ricerca e dello sviluppo e la spesa per la ricerca – sia pubblica che privata – e per lo sviluppo

Inoltre, la specifica modalità di insegnamento, che stimola la partecipazione attiva e lo spirito critico di studenti e studentesse attraverso discussioni durante le lezioni ed esercitazioni a coppie, e l’utilizzo di un linguaggio inclusivo che facilita lo sviluppo di un pensiero aperto e sensibile ai bisogni altrui, contribuiscono  al raggiungimento degli obiettivi 4 – ISTRUZIONE DI QUALITA’ e 5 - PARITÀ DI GENERE.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• Presentazioni fornite dalla docente

Fisica dei semiconduttori

• K. Krane, Modern Physics, Wiley & Sons (1996).

Processi e tecnologie di microfabbricazione e caratterizzazione 

• B. Bhushan, Springer Handbook of Nanotechnology, ,New York: Springer, 2010.

Materiali per l’elettronica e la sensoristica

• W. D. Callister, D.G. Rethwisch, Materials Science and Engineering, 2015.

Elettronica flessibile ed estensibile fondata su dispositivi alle scale nano e micro

• T. Someya, Stretchable Electronics, 2011.

• Tutorials su flexible / stretchable electronics:

  1. https://youtu.be/u_2YRTmOTWQ
  2. https://www.sophia.org/tutorials/wearable-flexible-electronics-basics

Applicazioni: Sistemi elettronici indossabili

• Katsuyuki Sakuma, Flexible, wearable and stretchable Electronics (2020)

• https://spectrum.ieee.org/biomedical/bionics/bionic-skin-for-a-cyborg-you

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

LUCIA SEMINARA (Presidente)

MICHELE CHIABRERA

MAURIZIO VALLE

ERMANNO FABIO DI ZITTI (Presidente Supplente)

DANIELE GROSSO (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/8732/p/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

- Relazione Esercitazioni sensori + prova orale (+ 2 Esercitazioni ANSYS FACOLTATIVE)
- In alternativa: 2 prove scritte intermedie alternative alla prova orale
  15 APRILE, aula B0, orario da definirsi (8-10 oppure 10-12)
  27 MAGGIO, aula A5, orario da definirsi (8-10 oppure 10-12)

• L'esame è superato se entrambi i voti sono ≥16 e la media è ≥ 18.
• Il superamento di una sola delle due prove scritte, sostituisce comunque l’orale di quella parte.
• Se si desidera migliorare il voto dell'esame scritto, si può richiedere di sostenere l'esame orale. Tuttavia, è importante notare che optare per l'esame orale comporta anche il rischio potenziale di abbassare il voto rispetto all'esame scritto. 

Vincoli:

• La possibilità di sostenere l'esame orale per migliorare il voto dell'esame scritto è limitata a un massimo di due tentativi.
• Deve trascorrere almeno un mese tra il primo e il secondo esame orale.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La valutazione della preparazione del candidato sarà effettuata in base alla capacità di proporre correttamente gli argomenti trattati nell’insegnamento e la capacità di risolvere un semplice problema di analisi o progettazione attraverso il proprio progetto individuale. Inoltre si terrà conto della capacità dello studente di cogliere aspetti critici e nessi culturali nelle tematiche affrontate.

I parametri di valutazione saranno la qualità dell’esposizione, l’utilizzo corretto del lessico specialistico e la capacità di ragionamento critico, anche nello specifico progetto individuale.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Gli studenti con disabilità o con DSA possono fare richiesta di misure compensative/dispensative per l'esame. Le modalità saranno definite caso per caso insieme al Referente per Ingegneria del Comitato di Ateneo per il supporto agli studenti disabili e con DSA. Gli studenti che volessero farne richiesta sono invitati a contattare il docente dell'insegnamento con congruo anticipo mettendo in copia il Referente per Ingegneria (https://unige.it/commissioni/comitatoperlinclusionedeglistudenticondisabilita.html), senza inviare documenti in merito alla propria disabilità.