Nanotecnologie e Fotonica: tecnologie abilitanti per il controllo di processo e di prodotto conciario
A cura di Claudia Florio, Coordinatore Tecnico-Scientifico del Dipartimento di Biotecnologie Conciarie SSIP e Marco Pisco, Vincenzo Calcagno, Concetta Esposito e Sara Spaziani del Gruppo di ricerca CNOS/Cerict
Pubblicato su CPMC 1/2022
L’impegno progressivamente crescente dei produttori del comparto conciario nel garantire lo sviluppo di soluzioni sempre più
sostenibili e circolari, coerentemente con gli obiettivi del PNRR, e particolarmente in tema di transizione ecologica, ha determinato un sostanziale cambiamento del modus operandi dei tecnologi di settore, favorendo la produzione di una molteplicità di articoli con caratteristiche tecniche significativamente differenti da quelle degli articoli realizzati con processi tradizionali.
A tale scenario di complessità che caratterizza le recenti produzioni conciarie, si aggiunge la necessità di garantire, la
sussistenza delle caratteristiche di qualità e performance dei cuoi sia sul piano tecnico-prestazionale sia di caratteristiche
merceologiche e di gradevolezza sensoriale; tali fabbisogni impongono l’impiego di soluzioni tecnologiche sempre più sfidanti, al fine di preservare il primato del cuoio, quale materiale di punta di settori strategici per i mercati nazionali e mondiali.
A questa esigenza rispondono in maniera promettente specifici approcci diagnostici innovativi basati su tecnologie abilitanti avanzate, quali le Nanotecnologie e la Fotonica, per il controllo dei processi e dei prodotti. Tali tecnologie abilitanti sono il punto
di forza del Centro Regionale Information Communication Technology (CeRICT), un organismo di ricerca di natura privata che,
grazie al contributo dei propri ricercatori, progetta e realizza soluzioni innovative sia nell’ambito delle ICT che in svariati ambiti ad esso trasversali. Il CeRICT ha lo scopo di fungere da ponte tra il mondo della ricerca e le realtà produttive del territorio, al fine di traslare le innovazioni tecnologiche verso il mondo industriale. Lavorando in sinergia con il mondo industriale e con prestigiosi enti pubblici di ricerca, il CeRICT è già riuscito a sviluppare applicazioni innovative, concretizzatesi in numerosi brevetti e nella generazione di numerose aziende Start-up e Spin off accademici, consentendo la realizzazione di nuovi prodotti industriali e trasferimenti tecnologici verso player industriali rilevanti (quali Leonardo, Hospital Consulting, Reglass …) ed enti pubblici di ricerca (quali il CERN, INGV, ENEA, ..). Grazie alla sinergia tra fotonica e nanotecnologie, il CeRICT è riuscito a sviluppare numerosi strumenti di diagnostica e monitoraggio che trovano applicazioni in svariati settori: un sistema di misura multifunzionale, attualmente nel portafoglio prodotti di Hitachi Rail STS, per la diagnostica in linea ed in modo continuo della rete ferroviaria; la realizzazione di cilindri intelligenti per la stampa flessografica, per conto della azienda Reglass fornitrice del colosso tedesco ‘Windmöller&Hölsher’; un sistema di misura delle vibrazioni wireless su un organo rotante per il miglioramento della qualità della stampa; installazione e integrazione di sensori ottici nella rete dell’Osservatorio Vesuviano per il monitoraggio geofisico e vulcanologico. Inoltre, il CeRICT negli ultimi anni si è dotata di un‘importante infrastruttura di ricerca regionale (iscritta al PNIR), il Centro di Nanofotonica e Optoelettronica per industriali rilevanti (quali Leonardo, Hospital Consulting, Reglass …) ed enti pubblici di ricerca (quali il CERN, INGV, ENEA, ..). Grazie alla sinergia tra fotonica e nanotecnologie,
il CeRICT è riuscito a sviluppare numerosi strumenti di diagnostica e monitoraggio che trovano applicazioni in svariati settori:
un sistema di misura multifunzionale, attualmente nel portafoglio prodotti di Hitachi Rail STS, per la diagnostica in linea ed in modo continuo della rete ferroviaria; la realizzazione di cilindri intelligenti per la stampa flessografica, per conto della azienda
Reglass fornitrice del colosso tedesco ‘Windmöller&Hölsher’; un sistema di misura delle vibrazioni wireless su un organo rotante per il miglioramento della qualità della stampa; installazione e integrazione di sensori ottici nella rete dell’Osservatorio Vesuviano per il monitoraggio geofisico e vulcanologico. Inoltre, il CeRICT negli ultimi anni si è dotata di un‘importante infrastruttura di ricerca regionale (iscritta al PNIR), il Centro di Nanofotonica e Optoelettronica per la Salute dell’Uomo (CNOS), dall’elevato potenziale tecnologico e scientifico in grado di offrire servizi di eccellenza per il supporto allo sviluppo industriale utilizzando come tecnologie abilitanti le Nanotecnologie, la Fotonica e le Biotecnologie.
Il CNOS, dotato di strumentazioni e impianti tecnologici unici in Italia, includendo laboratori di nanotecnologie, nanofotonica, biotecnologia, chimica, caratterizzazione e prototipazione, additive manufacturing, si candida come partner tecnologico per lo sviluppo di:
• approcci diagnostici avanzati da applicare nell’industri conciaria,
• piattaforme sensoristiche mono o multi-parametriche avanzate per il monitoraggio di parametri per il controllo di processo e di prodotto conciario,
• una nuova categoria di Smart Textile che preveda l’integrazione di piattaforme funzionali in fibra ottica direttamente nel
cuoio e nei tessuti.
Nell’ambito dell’utilizzo di approcci diagnostici avanzati da applicare all’industria conciaria, il CeRICT dispone di un notevole
know-how ed expertise in un settore di punta come la Spettroscopia Raman, una tecnica per analisi biochimiche e la classificazione “senza contatto” di campioni solidi o liquidi. La dotazione strumentale di ultima generazione del laboratorio di spettroscopia del CNOS consente di eseguire analisi Raman, Surface Enhanced Raman Spectroscopy e Tip Enhanced Raman Spectroscopy, per ottenere informazioni puntuali e mappe chimico-fisiche dei campioni. Nell’ambito dell’industria conciaria, il CeRICT propone l’utilizzo della spettroscopia Raman come tecnologia abilitante per l’analisi, il controllo qualità di processo e di prodotto, e la classificazione dei prodotti conciari. Studi preliminari, condotti in collaborazione con la Stazione Sperimentale per l’Industria delle Pelli e delle Materie concianti, hanno dimostrato che è possibile caratterizzare e distinguere le variazioni tra diversi campioni in esame, ovvero la classificazione di alcuni intermedi di concia (e relativa individuazione degli effetti di singoli step di lavorazione) e l’analisi di componenti di prodotti costituiti da prodotti sintetici. Il successo di tale studio può essere ulteriormente potenziato grazie all’applicazione di differenti approcci di intelligenza artificiale, sviluppati e utilizzati in ambito medicale dal CeRICT, che consentono una visualizzazione grafica e una differenziazione immediata dei campioni rilevando differenze e identificando i cambiamenti spettrali (fingerprint). Questa capacità di delineare una fine granularità dei fenotipi abilita uno studio pilota unico nel suo genere finalizzato alla creazione di un innovativo database con dati Raman ottenuti da materie prime del settore e da frammenti di cuoio sottoposti a differenti lavorazioni, creando nuovi checkpoints per i controlli di qualità di processo, dei semilavorati e dei prodotti finiti. Il CeRICT, inoltre, può mettere a disposizione del comparto conciario la sua pluriennale expertise nello sviluppo di sistemi di monitoraggio avanzato, candidandosi a partner tecnologico ideale per una rivoluzione tecnologica del settore (“Comparto Conciario 4.0”).
Infatti, il CeRICT è un riferimento internazionale per lo sviluppo di sistemi elettronici e fotonici, basati sulla tecnologia delle fibre ottiche integrate con materiali funzionali su scala nanometrica, per applicazioni al monitoraggio in situ e continuo di grandezze fisiche, chimiche e biologiche.
Il CNOS è da considerarsi tra i pionieri a livello mondiale nello sviluppo di piattaforme tecnologiche nano-bio-fotoniche innovative basate sulla tecnologia “Lab-On-Fiber”, mediante la quale ha sviluppato sistemi diagnostici avanzati per applicazioni life science e ambientali, con particolare riferimento a piattaforme integrate per la rilevazione di inquinanti, temperatura, contenuto d’acqua, deformazioni, molecole biologiche e biomarcatori di patologie oncologiche. I sensori in fibra ottica grazie agli innumerevoli vantaggi rispetto alla controparte elettronica (immunità all’interferenza elettromagnetica, elevata sensibilità, capacità di misure multi parametriche a singola piattaforma, livello di miniaturizzazione e di consumo energetico)
si candidano come tecnologie abilitanti ideali per concepire stazioni di monitoraggio avanzate in grado di monitorare in tempo
reale la qualità del processo, dei prodotti intermedi e finali del comparto conciario.
L’integrazione della tecnologia delle fibre ottiche con le più moderne tecniche di intelligenza artificiale potrebbe costituire
un asset tecnologico fondamentale per trasformare l’attuale settore conciario in un vero e proprio “Comparto Conciario di
Precisione” con un notevole miglioramento della qualità dei prodotti finiti, una sensibile ottimizzazione dei processi di produzione, una rilevante riduzione dei costi associati e una riduzione importante degli scarti di produzione; di particolare impatto può risultare, in tal senso, l’impiego di tale tecnologia per la prevenzione ed il monitoraggio dei difetti, oltre che per la gestione razionale delle risorse, idriche, energetiche e di prodotti chimici. Altre applicazioni potranno inoltre riguardare il monitoraggio in continuo di analiti di interesse eco-tossicologico, per la tracciabilità l’ottimizzazione ambientale dei processi e dei prodotti.
La versatilità delle fibre ottiche e l’expertise del CeRICT nell’integrazione di tali piattaforme in tessuti e materiali, potrebbe
aprire ad uno scenario visionario che vede la trasformazione dei classici tessuti passivi in prodotti di abbigliamento Smart con funzioni diagnostiche e con dettagli tecnologici integrati volti ad impreziosire in modo elegante molti prodotti, dall’abbigliamento
all’arredamento. In conclusione, il CeRICT, avvalendosi di un team multidisciplinare si pone come potenziale promotore dell’innovazione nel campo delle nanotecnologie e fotonica incentivando la ricerca di eccellenza esplorando frontiere innovative del sapere con particolare riguardo alla dimensione applicativa e al supporto di aziende conciarie attraverso “Service Tecnologico Dedicato”.
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