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Quando è la struttura a diventare smart ?

I materiali compositi sono particolarmente interessanti per la realizzazione di strutture intelligenti, non solo leggere e ad elevata resistenza, ma dotate di sensori e attuatori inseriti direttamente al loro interno, così da realizzare un vero e proprio sistema integrato. Negli ultimi anni, sono state sviluppate tecnologie che rendono possibile l’integrazione di sistemi di monitoraggio e attuazione nelle strutture, come per esempio i sensori in fibra ottica.

Recenti studi sulle nanotecnologie hanno mostrato che l’aggiunta di specifiche nanoparticelle conduttive all’interno di una matrice cementizia possa dare origine a materiali compositi capaci di diagnosticare il proprio stato di deformazione e di tensione. In sostanza, queste strutture edilizie dispongono di una rete interna di sensori a fibre ottiche che permettono la sorveglianza di diversi parametri, critici per la sicurezza e utili per una pianificazione efficace degli interventi di manutenzione.

Tra questi, le deformazioni degli elementi strutturali provocati da sbalzi di temperature, pressioni, penetrazioni di agenti chimici nocivi, inizio di prime fessurazioni e variazione degli stati tensionali. Con i sensori a fibra ottica si può eseguire sia un monitoraggio strutturale – inteso come controllo di spostamenti e deformazioni di membrature portanti – sia un controllo sul deterioramento dei materiali, seguendone in tempo reale gli sviluppi fisici e chimici.

È inevitabile, quindi, che in un futuro non molto lontano i materiali saranno internet addicted. Già oggi l’adozione di sensori perennemente connessi – grazie alle tecnologie wireless – viene considerata una soluzione di eccellenza per il monitoraggio di opere come viadotti, dighe, gallerie e ponti. Questi materiali intelligenti, a breve saranno in grado di svolgere una serie di funzioni e di prendere il posto di congegni e dispositivi. Quindi, le nuove costruzioni dovranno integrare già nei materiali un’elevata quantità di chip, in modo da poter monitorare lo stato di salute delle pareti e delle parti strutturali, oltre ai livelli di umidità, isolamento, risparmio energetico.

L’obiettivo? Poter gestire al meglio le attività di manutenzione e intervenire solo dove è necessario, senza spreco di inutili risorse. Ma non solo: sarà possibile anche, in relazione alla temperatura percepita dai sensori, attivare una serie di funzioni in automatico come la ventilazione o l’ombreggiamento delle vetrate.

«Le fibre ottiche intelligenti – aveva spiegato Massimiliano Moruzzi, Senior Research Scientist di Autodesk, in occasione dell’evento Autodesk Redshift svoltosi a Milano lo scorso anno – possono funzionare all’interno dell’edificio come un sistema nervoso. Questa fibra ha al suo interno delle nanostrutture che reagiscono ai vari cambiamenti e, tra l’altro, si può stendere con un robot, quindi è altamente sostenibile.

Non siamo nel campo della fantascienza: creare questo tipo di sistema nervoso è un modo per riuscire a iniettare vita all’interno di una struttura. Sarebbe bello poter costruire un domani un edificio in grado di comprendere le esigenze di chi lo abita, un edificio in grado di comunicare con le persone. Realizzato con materiali capaci di immagazzinare dati in base alle nostre sensazioni e di restituirci una risposta; di percepire, cioè, la persona a livello biologico.

Questo è il futuro dell’edilizia. Arriveremo a parlare di cognitive building che sarà in pratica la naturale evoluzione dello smart building. Le nostre case – attraverso l’applicazione di sensori all’avanguardia collocati negli smart materials – potranno raccogliere costantemente dati e apprendere da sole sempre di più, autogestendosi e continuando a elevare il livello di benessere dei suoi abitanti, così come migliorare le prestazioni energetiche».