All’apparenza sembrano dei piccoli coni come quelli da gelato. Ma non sono commestibili e, se proprio la vostra curiosità vi spingesse a cercarli, dovreste fare un viaggio di quasi un milione e mezzo di chilometri per trovarli. Questi piccoli gioielli di ricerca e tecnologia, che gli addetti ai lavori chiamano horn, si trovano infatti a bordo della sonda spaziale Planck dell’ESA. La loro funzione è tanto semplice quanto fondamentale: raccogliere la radiazione messa a fuoco dal telescopio e convogliarla nel ricevitore evitando perdite o alterazioni del segnale. Quale? La più antica che sia possibile captare: la radiazione cosmica a microonde, l’eco del Big Bang, l’immane esplosione dalla quale si sarebbe generato l’Universo.
Da questa tecnologia di avanguardia, che equipaggia lo strumento LFI (Low Frequency Instrument) è nata Viky, una speciale videocamera, studiata e realizzata – per ora come prototipo – da ricercatori dell’INAF-IASF di Bologna. ViKy riesce a individuare la presenza di oggetti metallici anche sotto ai vestiti, in condizioni di scarsa visibilità e in modo totalmente passivo: ovvero, senza inviare sul soggetto da esaminare alcun tipo di radiazione.
Qualità che potrebbero essere di enorme interesse nel settore della sicurezza, specie in aree soggette ad elevato rischio di attentati terroristici, come ad esempio nei controlli ai varchi aeroportuali o in zone in cui si trova una grande concentrazione di persone.
In più, la videocamera ViKy, già nella sua attuale configurazione è compatta e facilmente trasportabile. Il PC al quale è collegata permette di osservare in tempo reale l’immagine della scena sia alle microonde sia nell’ottico. E rispetto ai tradizionali sistemi di mappatura termica, come per esempio i sensori a infrarossi, la tecnologia a microonde che utilizza gli consente di funzionare senza problemi anche in condizioni estreme: nebbia, fumo, polvere e pioggia non sarebbero assolutamente di intralcio per un sistema di controllo che utilizzasse la tecnologia di ViKy.
Abbiamo rivolto alcune domande su questo sistema a Juri Zuccarelli, dell’INAF-IASF di Bologna, che è il referente del progetto.
Cosa è il sistema ViKy?
ViKy è l’acronimo di video camera per immagini in banda Ka. La video camera riproduce in tempo reale l’immagine della scena che si sta osservando utilizzando un ricevitore alle onde millimetriche. Il prototipo realizzato può essere distinto in 5 sottosistemi composti rispettivamente da un sistema d’antenna, un sistema elettronico per il controllo della scansione dell’immagine, una catena radiometrica, un sistema di movimentazione meccanico su due assi e un sistema di acquisizione ed elaborazione elettronica dell’immagine. Tale video camera è in grado di identificare la presenza di eventuali oggetti metallici (anche nell’eventualità in cui questi siano coperti da vestiti). Il lavoro di studio, progettazione e test del sistema ViKy è stato interamente condotto da personale IASF presso i laboratori della sezione di Bologna.
Da quale ambito scientifico proviene la sua tecnologia?
Il progetto di video camera millimetrica è nato nel 2005 come uno dei possibili progetti di trasferimento delle tecnologie millimetriche in uso nel satellite Planck dell’Agenzia Spaziale Europea. In particolare l’antenna horn di ViKy è stata realizzata seguendo lo stesso procedimento di elettroformatura adottato per la realizzazione delle antenne dello strumento LFI a bordo di Planck.
Quali sono le sue caratteristiche principali?
ViKy è un sistema completamente passivo ovvero non utilizza alcune forma di radiazione ionizzante. L’imaging passivo a questa frequenza permette di ottenere immagini in falsi colori sia durante il giorno sia durante la notte; inoltre, grazie alla trasparenza alle lunghezze d’onda millimetriche del vapor d’acqua, è possibile vedere anche in presenza di avverse condizioni meteo: nebbia, nuvole e pioggia sottile al contrario di quanto non si riesca a fare con sistemi di visione infrarossi. Il primo componente innovativo della video camera ViKy consiste nel sistema d’antenna funzionante a 35 GHz e composto da un riflettore piatto (reflectarray) e da una antenna horn corrugata. Benché negli ultimi anni la teoria elettromagnetica dei reflectarray sia stata ampiamente discussa, ne esistono solo pochi che operano a questa frequenza a causa delle difficoltà di progettazione e realizzazione. Il reflectarray è illuminato da un horn che può trovarsi in una configurazione in asse o fuori asse. Nella superficie piatta del reflectarray sono uniformemente distribuiti gli elementi radianti dell’antenna chiamati patch. Variando in maniera opportuna le dimensioni di ciascuna patch è possibile variare la fase dell’onda riflessa rispetto a quella incidente. L’onda piana incidente sul reflectarray viene focalizzata sull’horn come farebbe un riflettore parabolico.
Il secondo componente innovativo è il radiometro total power. Esso amplifica e rivela il segnale proveniente dal sistema d’antenna trasformando una radiazione elettromagnetica in un segnale in corrente continua che viene successivamente elaborato e digitalizzato per ottenere l’immagine finale. Il prototipo realizzato effettua una scansione meccanica che potrà in futuro essere sostituita da una scansione elettronica del fascio d’antenna avvalendosi di variatori di fase a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Tale soluzione permetterà di ottenere un sistema d’antenna riconfigurabile a basso costo, veloce nella scansione e di dimensioni e peso ridotti in modo da essere utilizzato in dispositivi portatili ultraleggeri.
Quali vantaggi potrebbe portare l’introduzione di Viky nei controlli per la sicurezza di aree sensibili come, ad esempio, gli aeroporti?
Un’indagine pre-brevettuale ha evidenziato l’originalità del progetto ViKy dimostrata dal fatto che non esistono ad oggi sistemi di visione passivi, accoppiati ad un’antenna reflectarray. L’indagine sottolinea quindi le elevate potenzialità del sistema ViKy in termini di applicazioni commerciali; una delle quali potrebbe per esempio consistere nell’implementazione degli attuali sistemi di sicurezza in campo aeroportuale. La video camera potrebbe essere infatti integrata agli attuali sistemi radar usati per “guidare” un aereo nelle fasi di decollo e atterraggio e per scongiurare la presenza di oggetti nella pista. In alternativa può integrare o sostituire gli attuali metal detector per la rivelazioni di armi nascoste.
State pensando di utilizzare questa tecnologia anche in altri settori della vita quotidiana?
Stiamo attualmente lavorando alla progettazione di un analogo sistema che funzioni a frequenze prossime ai 100 GHz in modo da poter contare su una maggior risoluzione spaziale e una migliore sensibilità termica rispetto a quelle attualmente ottenibili con il prototipo ViKy. Queste migliorie consentirebbero di ampliare lo spettro delle possibili applicazioni pratiche di questa tecnologia potendo eventualmente arrivare ad includere, per esempio, anche applicazioni in ambito medicale.
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