Il Concetto di Smart Road è entrato prepotentemente nell’agenda di molti operatori di settore e le infrastrutture sono, ora più che mai, al centro di una progettualità che mira a migliorarne la qualità, la sicurezza, l’utilizzo e che si pone l’obbiettivo di metterle in grado di generare dati e servizi, così da agevolare la mobilità di persone e merci, facilitando e semplificando il trasporto.
È ben noto come la trasformazione digitale delle infrastrutture di trasporto rappresenti sia un fattore imprescindibile per il rilancio del settore che un fattore abilitante per una crescita sostenibile, intelligente ed inclusiva per l’intero territorio nazionale. Altrettanto nota è la presenza di un indissolubile trinomio: l’infrastruttura, il veicolo e l’utente, tutti contraddistinti da stati dell’arte “tecnologica” disallineati, da tempi realizzativi imparagonabili, da necessità tra loro conflittuali, da attrattività diverse.
In questo scenario, l’approccio secondo cui tutto si possa compiere banalmente aggiungendo intelligenza alle strade, ovvero l’idea secondo cui si è portati a considerare una Smart Road alla stregua di una linea con un cavidotto per la fibra ottica, qualche nuova spira, nuovo sensore o nuova antenna, è un facile luogo comune da evitare, pena il rischio di ottenere, non solo un livello tecnologico di mobilità profondamente disomogeneo, ma, più di ogni altra cosa, scarsa longevità degli investimenti previsti.
Se, infatti, da un lato la produzione di veicoli sempre più “smart” è, per fortuna, ineluttabile – basti pensare al notevole sviluppo ed ai considerevoli capitali stanziati, per la guida automatica o per le “detection & prediction skills” delle autovetture – dall’altro occorre rendere l’ambiente in cui queste vetture operano massivamente dialogante. Questa caratteristica deve, per di più, essere raggiunta con capillarità, facilità, bassa obsolescenza, e costi di installazione e manutenzione contenuti, per far sì che non rimangano progetti pilota, a macchia di leopardo ed isolati.
A fronte di ciò, non dobbiamo limitarci all’integrazione di sistemi complessi nelle strade, la vera intelligenza deve restare, per ben ovvie ragioni – tecniche, economiche e commerciali -, sulle autovetture che, allo stato attuale, come molti noi hanno avuto modo di provare, dispongono già di sistemi basati su tecnologie radar, (es. il sistema di prevenzione dalle collisioni) e\o su tecniche di acquisizione e riconoscimento di tipo “fotogrammetrico”, (es. sistema di controllo di invasione della carreggiata).
Sebbene tali sistemi di lettura non abbiano ancora una perfetta resa in condizioni meteo particolari e siano quindi migliorabili, sono tuttavia gli elementi stradali (cartelli, indicazioni, etc) che con il loro pessimo stato di conservazione o il loro errato posizionamento, rappresentano la variabile più impattante sul “fail rate” di questi apparati.
Con simili ipotesi, ecco quindi delinearsi un concetto di Smart Road focalizzato sull’impiego di un sistema di acquisizione di informazioni basato sulla lettura di elementi road-side esclusivamente passivi, in grado di far raccogliere informazioni e dati ai veicoli, grazie ai sistemi radar già installati, e di far loro condividerli direttamente in punti precisi dell’infrastruttura mediante hot spot, presenti in numero inferiore ed in luoghi strategici (caselli, autogrill, aree soste, parcheggi o tratti stradali ben precisi).
Non una banale rete di sensori, ma elementi solidali con le normali installazioni stradali (segnaletica, sicurezza, etc) facilmente realizzabili da chi già produce questi elementi, senza l’introduzione di ulteriori fornitori di processo o system integrator. Una simile tecnologia esiste già e può essere utilmente impiegata in tutte le fasi di vita dell’infrastruttura e dell’esperienza di guida: dai sistemi di infomobilità ai sensori e sistemi di rilievo dello stato delle infrastrutture (ponti, viadotti e gallerie), alle tecnologie di connessione veicolo-infrastruttura in vista della guida automatica.
Si tratta di un film sottile, opportunamente prodotto, da applicarsi sulla superficie, ad esempio, dei cartelli stradali. Tali film rientrano nella definizione di metamateriali, ovvero un materiale artificiale costruito mediante l’impiego di strutture ingegnerizzate metallo-dielettriche molto più piccole della lunghezza d’onda impiegata per la “lettura”, con cui è possibile sintetizzare proprietà non reperibili in natura quali permettività dielettrica e permeabilità magnetica negative ed indice di rifrazione negativo.
Questi mezzi innovativi permettono di controllare la propagazione dei campi elettromagnetici, e quindi la risposta ad un segnale radar, e possono essere sia strutture tridimensionali che bidimensionali, caso in cui si descrivono comunemente con l’appellativo di “superfici selettive in frequenza” (Frequency Selective Surfaces – FSSs). Le FSSs sono elementi planari con l’interessante caratteristica di lasciar passare inalterate le onde elettromagnetiche in un certo range di frequenze e di riflettere tutte le altre, permettendo ad esempio alla cartellonista di rispondere con un “codice” diverso in funzione del tipo di segnaletica. Per l’analisi delle FSS sono comunemente impiegati sia metodi numerici volumetrici, come FEM e FDTD, oppure codici MoM dedicati.
Sebbene l’analisi mediante queste tecniche sia a livello progettuale complessa, i risultati sono estremamente accurati e non richiedono ulteriori variazioni una volta stabilite le dimensioni dell’oggetto a cui deve essere applicata ed il “messaggio da trasmettere”, rendendo quindi il produttore dell’elemento completamente libero e slegato nelle fasi di produzione.
Si tratta, in conclusione, di una tecnologia che può contribuire ad una graduale trasformazione digitale della rete stradale, rendendola idonea a “parlare” con i veicoli connessi di nuova e nuovissima generazione, permettendo l’utilizzo dei più avanzati livelli di assistenza automatica alla guida in qualsiasi condizione ed ottenendo di riflesso sia un traffico stradale più snello che una sensibile riduzione dell’incidentalità stradale.
Note bibliografiche
- F. Costa, A. Monorchio, G. Manara “Efficient Analysis of Frequency Selective Surfaces by a Simple Equivalent Circuit Model” IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 54, 2012.
- G. Manara, A. Monorchio, and R. Mittra, “Frequency selective surface design based on genetic algorithm”, Electronics Letters, vol. 35, no. 17, August 1999, pp. 1400–1401.
- S. Genovesi, R. Mittra, A. Monorchio, G. Manara, “Particle Swarm Optimization for the Design of Frequency Selective Surfaces”, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 5, pp. 277-279, 2006.
- F. Costa, A Monorchio, G Manara, “ Wideband scattering diffusion by using diffraction of periodic surfaces and optimized unit cell geometries”, Scientific reports, 2016.
- F. Costa, A Monorchio, G Manara, “An overview of equivalent circuit modeling techniques of frequency selective surfaces and metasurfaces”,- Appl. Comput. Electromagn. Soc. J., 2014.
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