Nel contesto industriale attuale, la trasformazione digitale coinvolge in modo sempre più profondo la progettazione dei componenti, la gestione dei dati e la sostenibilità dei sistemi produttivi. Le innovazioni dell’Industria 5.0 spingono le PMI verso modelli basati su integrazione fisico–digitale, intelligenza distribuita e capacità di adattamento in tempo reale. In questo scenario, i componenti tradizionali mostrano limiti evidenti, che comportano inefficienze operative, sprechi di risorse e rischi elevati.

Il progetto CYPHER nasce per rispondere a questa sfida: trasformare materiali e componenti strutturali in smart components cyber-fisici, basati su materiali compositi self-sensing, capaci di generare dati, monitorare il proprio stato e supportare decisioni più consapevoli in ambienti industriali complessi e dinamici.

In questo articolo racconteremo il contesto industriale in cui si inserisce CYPHER, gli obiettivi, le tecnologie all’avanguardia utilizzate e le applicazioni reali, con un focus sul ruolo di BI-REX nel portare innovazione e trasferimento tecnologico alle PMI.

Progetto CYPHER: quando i componenti diventano intelligenti

CYPHER è un progetto di ricerca industriale strategica finanziato nell’ambito del bando della Regione Emilia-Romagna dedicato ai progetti coerenti con gli ambiti prioritari della Strategia di Specializzazione Intelligente (S3), con l’obiettivo di rafforzare la competitività del sistema produttivo regionale attraverso l’innovazione tecnologica avanzata. Il progetto nasce da una collaborazione strutturata tra BI-REX Competence Center e l’Università di Bologna, attraverso i centri di ricerca CIRI MAM (Meccanica Avanzata e Materiali) e CIRI ICT (Information and Communication Technologies), che uniscono competenze complementari su materiali, manifattura avanzata, elettronica e sistemi digitali. 

Oltre alla dimensione tecnologica, CYPHER ha generato un impatto rilevante in termini di trasferimento tecnologico e sviluppo territoriale, favorendo la creazione di nuove filiere produttive ad alto valore aggiunto e l’apertura di opportunità industriali e commerciali per le imprese locali. Un esempio emblematico è la Rondella IoT, un sensore di serraggio universale che abilita applicazioni trasversali in ambiti industriali complessi. L’adozione delle soluzioni sviluppate dal progetto ha, inoltre, stimolato la domanda di nuove competenze specialistiche, in particolare legate alla stampa 3D di elettronica e al design per l’Additive Manufacturing. 

 

CYPHER: obiettivi e grado di innovazione

Il progetto CYPHER nasce per superare i limiti degli approcci tradizionali, proponendo una metodologia cyber-fisica integrata che mette in relazione, fin dalle fasi iniziali di design, materiali avanzati, sensoristica, sistemi elettronici e software di analisi dei dati. L’obiettivo è ripensare il ruolo del componente industriale, trasformandolo da elemento strutturale passivo a sistema intelligente capace di percepire, elaborare e comunicare informazioni sul proprio stato operativo. In questa direzione si colloca lo sviluppo di materiali compositi self-sensing, realizzati anche mediante l’impiego di fibre di carbonio riciclate, in grado di monitorare in modo continuo parametri fisici e meccanici rilevanti per l’integrità strutturale. A questi si affiancano giunzioni e sistemi di fissaggio intelligenti, progettati per integrare funzionalità di auto-rilevamento, e le tecnologie di Additive Manufacturing Electronics, che consentono la produzione, tramite stampa 3D, di architetture hardware dedicate all’acquisizione dei segnali generati dagli smart components.

Il valore innovativo della metodologia CYPHER si rafforza grazie alla definizione di architetture software per l’Edge Computing, che permettono l’elaborazione locale dei dati direttamente a bordo componente o impianto, migliorando reattività, affidabilità e continuità operativa, e alla realizzazione di una piattaforma di progettazione e simulazione cyber-physical basata su Digital Twin, capace di collegare il comportamento fisico dei componenti ai modelli digitali. Questo approccio end-to-end, che connette materiale, dato e decisione all’interno di un unico processo, rappresenta un salto qualitativo rispetto ai modelli tradizionali, abilitando la Manutenzione Predittiva, riducendo complessità progettuale, sprechi ed energia, limitando il ricorso a prototipi fisici grazie alla simulazione avanzata.

In termini di risultati attesi, CYPHER prevede: 

  • la qualificazione delle tecnologie per la realizzazione di materiali compositi self-sensing e delle soluzioni di giunzione intelligente per smart components; 
  • la creazione di un database strutturato delle proprietà multifisiche (fisiche, meccaniche ed elettriche) dei materiali sviluppati a supporto della progettazione;
  • la qualificazione sperimentale delle architetture hardware stampate in 3D e dei software per la gestione e l’interpretazione dei segnali. 

Il percorso progettuale culmina nella prototipazione e validazione sperimentale di componenti intelligenti, con un focus applicativo sulla realizzazione di un battery box per la mobilità sostenibile, dimostrando la concreta trasferibilità industriale delle soluzioni sviluppate e il loro potenziale impatto sui processi di innovazione delle imprese.

 

Le tecnologie abilitanti coinvolte del progetto CYPHER

Il progetto CYPHER si fonda su un insieme coerente di Tecnologie Abilitanti, integrate all’interno di un approccio cyber-fisico che collega progettazione, produzione e analisi dei dati. Uno degli elementi centrali è l’Additive Manufacturing Electronics, che consente la stampa 3D di sistemi elettronici direttamente integrati nei componenti strutturali. Grazie a questa tecnologia, è possibile realizzare elementi come rondelle e giunzioni self-sensing, in grado di rilevare sollecitazioni, deformazioni o variazioni di stato e di trasmettere in modo continuo i dati generati, superando la logica della sensoristica esterna applicata a posteriori.

Sul fronte hardware, CYPHER sperimenta microsistemi sensoriali avanzati basati su diverse tipologie di trasduttori (resistivi, capacitivi e piezoelettrici) valutandone prestazioni, affidabilità e integrazione nei materiali compositi. Tra queste soluzioni, la tecnologia capacitiva emerge come particolarmente promettente nei casi d’uso industriali, in quanto autoalimentata e capace di sfruttare fenomeni di auto-eccitazione, riducendo la necessità di cablaggi e fonti di energia esterne. A completamento dell’architettura hardware, i sistemi di comunicazione wireless permettono la trasmissione dei dati in modo flessibile e scalabile, anche in ambienti industriali complessi.

La componente software rappresenta un ulteriore pilastro del progetto: CYPHER utilizza strumenti avanzati di simulazione cyber-fisica e Digital Twin, basati su NVIDIA Omniverse, per riprodurre virtualmente il comportamento dei componenti intelligenti e delle loro interazioni con l’ambiente operativo. Questo approccio consente di ottimizzare i parametri elettronici e meccanici, validare le soluzioni progettuali e ridurre in modo significativo il ricorso a prototipi fisici, accelerando le fasi di design e industrializzazione. L’elaborazione dei segnali avviene, infine, attraverso architetture di Edge Computing, che permettono l’analisi locale dei dati generati dagli smart components, garantendo maggiore reattività, affidabilità operativa e continuità di funzionamento anche in contesti critici.

 

CYPHER: settori industriali di applicazione e casi concreti

Le applicazioni industriali del progetto CYPHER evidenziano un’elevata maturità tecnologica e una forte trasversalità settoriale, con ricadute concrete nei principali ambiti strategici della transizione digitale e sostenibile. Il focus prioritario riguarda la mobilità sostenibile, il settore energetico e l’impiantistica industriale, senza trascurare ambiti ad alto impatto sociale come il biomedicale.

Nel settore della mobilità sostenibile, CYPHER trova una delle sue applicazioni chiave nel battery box per veicoli elettrici. Si tratta di un componente ibrido metallo–composito sensorizzato, progettato per integrarsi nell’architettura di veicoli elettrici ad alto contenuto tecnologico. Grazie ai materiali self-sensing, il battery box è in grado di monitorare in tempo reale l’integrità strutturale, rilevando sollecitazioni, deformazioni o anomalie che possono compromettere sicurezza ed efficienza del sistema, contribuendo a una gestione più affidabile e predittiva dei componenti critici.

Nel campo delle energie rinnovabili, in particolare nell’eolico, gli smart components sviluppati all’interno del progetto possono essere integrati nelle pale eoliche per la rilevazione continua di urti, sovraccarichi e stress strutturali. Questa capacità di monitoraggio distribuito consente di anticipare condizioni di degrado, supportando strategie di Manutenzione Predittiva e riducendo fermi impianto, costi operativi e rischi di guasti improvvisi.

Per quanto riguarda l’impiantistica industriale, le rondelle self-sensing rappresentano una soluzione innovativa per il monitoraggio dei serraggi e dell’integrità delle giunzioni in impianti complessi. L’applicazione in settori come oil & gas, chimico e processi industriali ad alta criticità permette il controllo remoto e continuo di ogni punto di installazione, aumentando sicurezza, affidabilità e tracciabilità delle condizioni operative, anche in contesti difficilmente accessibili.

Di grande rilievo è infine il settore biomedicale, dove i materiali self-sensing possono essere integrati in protesi intelligenti per arti inferiori, rendendole più leggere, affidabili e adattabili alle esigenze del paziente. La possibilità di monitorare il comportamento strutturale della protesi durante l’uso quotidiano apre a nuove prospettive in termini di personalizzazione, comfort e miglioramento della qualità della vita, dimostrando come le tecnologie sviluppate da CYPHER possano generare valore non solo industriale, ma anche sociale.

 

Il ruolo strategico di BI-REX e le prospettive future di CYPHER

All’interno del progetto CYPHER, BI-REX svolge un ruolo centrale come abilitatore tecnologico, contribuendo in modo diretto allo sviluppo e alla validazione delle soluzioni cyber-fisiche oggetto della ricerca. Il Competence Center ha fornito competenze avanzate e infrastrutture di eccellenza, supportando lo studio dei materiali compositi e dei componenti di fissaggio con proprietà self-sensing per la realizzazione degli smart components, oltre all’analisi e allo sviluppo dei sistemi elettronici e delle architetture di Edge Computing dedicate al monitoraggio dei componenti intelligenti.

Un contributo rilevante riguarda inoltre lo studio e la realizzazione, mediante tecnologie di stampa 3D, dei sistemi elettronici embedded negli smart components, insieme alla messa a punto delle procedure di simulazione cyber-physical, fondamentali per collegare progettazione digitale e comportamento reale dei componenti. In questo contesto, l’accesso alla Linea Pilota BI-REX e alle sue tecnologie ha rappresentato un fattore chiave per la sperimentazione, la prototipazione e il testing in ambiente industriale, fino alla progettazione, realizzazione e validazione dello smart component prototipale per la mobilità sostenibile.

Accanto a questo contributo tecnico, BI-REX ha, inoltre, accompagnato la valorizzazione dei risultati del progetto, favorendo il dialogo con il sistema produttivo e creando le condizioni per una reale trasferibilità industriale delle soluzioni sviluppate. Per le imprese che intendono avviare o rafforzare percorsi di innovazione digitale, i progetti del Competence Center rappresentano un punto di accesso a competenze, tecnologie e infrastrutture avanzate, a supporto di una transizione digitale e sostenibile strutturata e consapevole. Scopri i progetti di BI-REX e contattaci per entrare nell’ecosistema di innovazione del Competence Center per esplorare opportunità, tecnologie e casi d’uso applicabili alla tua azienda e avviare un percorso strutturato verso la transizione digitale e sostenibile.