Progettazione hardware, sviluppo software, attività di compliance e testing. HiFuture contribuisce allo sviluppo dell’edge computing con la progettazione di sistemi embedded. Dalle soluzioni per il controllo di qualità ai sistemi per la guida autonoma, dal testing e collaudo anti-acing di velivoli a dispositivi per cabine di pilotaggio dei treni a sistemi per il controllo di avviamento di motori tri-fase e dei processi biomedicali. E nell’aerospace il coinvolgimento nello sviluppo del sistema di simulazione del braccio robotico che andrà su Marte con la missione Msr (Mars Sample Return). HiFuture, società milanese fondata nel 2013, ora integrata in Teoresi, gruppo internazionale di ingegneria in ambito automotive, railway e aerospazio con headquarter a Torino (oltre mille addetti e un fatturato di 64 milioni nel 2022) che l’ha acquisita nel gennaio del 2023, punta ora all’internazionalizzazione. «Grazie alla presenza globale di Teoresi nei mercati Usa, Svizzera e Germania, e alla volontà di diversificazione delle attività, nel 2024 puntiamo a rafforzare ulteriormente l’offerta tecnologica, con importanti applicazioni in settori altamente strategici come i trasporti, l’healthcare, la mobilità connessa e sostenibile, l’automazione industriale», afferma Luigi Zoccolante, amministratore delegato di HiFuture. Secondo Market.us, nel 2023 il mercato mondiale dei sistemi embedded – hardware più software – ha generato ricavi per 97 miliardi di dollari. Un settore in piena espansione. La previsione è di una crescita media annua, da qui al 2032, del 6,8%. Insomma, nel giro dieci anni il valore potrebbe tranquillamente superare i 170 miliardi.
Dall’automotive all’aerospace, dall’industria dei trasporti, all’automazione industriale, al biomedicale. «L’integrazione di sistemi embedded contribuirà allo sviluppo di nuovi prodotti e soluzioni smart, con a bordo l’intelligenza e la capacità elaborativa per eseguire compiti e funzioni con un grado di autonomia sempre più elevato», dice Zoccolante. I sistemi embedded svolgono infatti un ruolo cruciale nell’Industrial IoT e rappresentano la base della piramide tecnologica dell’edge computing. Forniscono le componenti per la raccolta, l’elaborazione e la trasmissione di dati, contribuendo a migliorare l’efficienza operativa, la manutenzione predittiva e la presa di decisioni informate. Sono in grado di elaborare i dati a livello locale, lì dove vengono generati. Vantaggi? «Riduzione della latenza ovvero dei tempi di risposta, automazione in tempo reale, riduzione del traffico di rete poiché non vi è necessità di trasferire i dati a un sistema centralizzato, on premise o in cloud», dice Zoccolante che sottolinea come i sistemi stiano diventando sempre più intelligenti grazie allo sviluppo soluzioni hardware e firmware che implementano funzioni di machine learning.
Le competenze end-to-end di HiFuture nel mercato dei sistemi embedded
Nello specifico, HiFuture – che ha tra i suoi clienti storici aziende leader del settore tecnologico – realizza soluzioni embedded, sistemi o schede elettroniche, che integrano le componenti hardware primarie sulle quali viene installato il software per svolgere le funzioni richieste. Competenze che si estendono ad attività di compliance, di verifica e validazione, elemento, quest’ultimo, imprescindibile in mercati fortemente normati, come l’automotive, l’aerospace, i trasporti che sono tra i mercati target di HiFuture.
«Progettiamo tutto l’apparato, la scheda elettronica e il software embedded, oppure una di queste componenti, dipende dalle richieste del cliente, racconta Zoccolante. Alcuni end user hanno proprie competenze per sviluppare in autonomia l’hardware e chiede a noi di sviluppare il software oppure vi sono clienti che hanno realizzato un loro sistema e ci chiedono di fornire il banco di collaudo, l’elemento che permette il testing dell’apparato. Grazie a competenze nell’ambito nell’integrazione dei sistemi, siamo in grado di soddisfare le esigenze più specifiche, sia in campo software che hardware, in diversi settori», aggiunge Zoccolante. Come dire, HiFuture, rappresenta un vero e proprio laboratorio di tecnologia embedded che accompagna le aziende dallo sviluppo dei prodotti fino alla validazione e certificazione della sicurezza dei sistemi, fase finale di fondamentale importanza, anche per il costo economico, paragonabile a quello di sviluppo del sistema stesso.
I sistemi embedded ovvero l’invisible computing dell’Industry 4.0
Dotati di capacità elaborativa i sistemi embedded eseguono un controllo su tutta una serie di parametri funzionali del prodotto in cui sono annidati, un’auto, un aereo, un treno, una linea di produzione, una macchina utensile o automatica, un dispositivo biomedicale. Cuore del sistema embedded è il microprocessore o microcontroller: svolge le operazioni di elaborazione a seconda delle esigenze del sistema. Accanto ai microprocessori i sensori, che possono esterni essere esterni o integrati nello stesso processore, in questo caso si parla di system on a chip. In un fattore forma di ridottissime dimensioni i systems on a chip possono contenere unità di elaborazione grafica, encoder/decoder video, dispositivi di connettività, gps, controllori audio e video e sensori vibrazionali, di pressione e umidità, accelerometri, giroscopi, magnetometri, termometri.
I chip ultra specializzati costano pochi dollari, hanno dimensioni di qualche millimetro e contengono tutto quello che serve per eseguire le funzioni per cui sono stati programmati: nulla di più, nulla di meno. Hanno una capacità elaborativa dimensionata per assolvere compiti ben definiti. Utilizzano solo la potenza per portare a termine una specifica missione. «Proprio per la loro capacità di elaborare e scambiare informazioni con l’ambiente fisico rappresentano la nuova frontiera del mercato manifatturiero per sviluppare soluzioni di edge computing», dice Zoccolante. Tra i key player globali nella produzione dei componenti alla base della piramide tecnologica dei sistemi embedded, le multinazionali del silicio: Intel, Texas Instruments, Nxp, Qualcomm, Cypress, Infineon Technologies, Analog Devices Microchip, Stmicroelectronics, On Semiconductor, Renesas Electronics, Toshiba.
Dal controllo di qualità per il tessile, all’automotive, all’aerospace, all’energy e al medicale
Tra i dispositivi elettronici che integrano le tecnologie di HiFuture, il progetto di un sistema di controllo della qualità della produzione dei tessuti: il dispositivo, composto da una centralina dotata di microprocessore, interfaccia utente e differenti rilevatori ottici periferici, verifica la presenza di fori o smagliature durante la produzione del tessuto a telaio e riconosce la rottura degli aghi di lavorazione durante la produzione del tessuto. Esempi di integrazione del software embedded di HiFuture nell’ambito della mobilità riguardano invece la progettazione elettronica e software di sistemi e dispositivi dell’infrastruttura di frontiera per l’elettrificazione, nonché applicazioni a bordo veicolo: dal progetto di un nuovo bus di connessione e controllo per dispositivi di bordo per l’automotive a esperienze di codesign hardware e software con i principali player del mercato. In ambito railway, i progetti di system integration di HiFuture trovano applicazione nella traction simulation, in test di sicurezza all’interno della cabina di pilotaggio, e nel data-logging funzionale alla misurazione dell’energia assorbita e rigenerata dai convertitori ferroviari. Da citare anche il lavoro che HiFuture svolge in ambito medicale collaborando con Cnao (Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica) per lo sviluppo di tecnologie per terapie antitumorali innovative come l’adroterapia. Sempre in ambito medicale l’azienda ha lavorato al controllo del processo sperimentale che permette di inserire un farmaco direttamente nel sangue prelevato per poi reinserirlo in circolo, così da rendere più efficace la somministrazione e accelerare il processo di cura del paziente.
Automazione industriale. Il sistema embedded HiFuture per il comando di avviamento di un motore trifase
Per conto di un’azienda italiana del machinery, HiFuture ha invece lavorato a una soluzione per il sistema di avviamento dei motori trifase, utilizzabile in contesti eterogenei, dal controllo pompe, ai motori diretti fino a nastri trasportatori e compressori, fornendo al committente una soluzione per il controllo della partenza del motore trifase e per la diagnostica completa del funzionamento del motore. «La sfida progettuale è stata quella di identificare un’architettura che fosse il migliore compromesso per garantire i due requisiti di safety ovvero di spegnimento e di protezione del motore trifase», racconta Zoccolante. Con la soluzione custom hardware, progettata e realizzata da HiFuture, è stato possibile garantire lo spegnimento del motore trifase in condizioni di sicurezza: il dispositivo implementa il requisito soddisfatto dalla certificazione SIL3 (Safety Integrity Level 3) di safe shutdown e il requisito SIL2 (Safety Integrity Level 2) di protezione del motore in conformità alla normativa IEC 61508, norma centrale sulla sicurezza funzionale dei sistemi di comando.
Il sistema implementato e certificato ha consentito di isolare la funzionalità di spegnimento sulla sola componente hardware. La funzionalità di protezione motore è invece gestita dal combinato disposto firmware e hardware.
Settore avionico, le competenze HiFuture per il testing del sistema anti-icing dei velivoli
In ambito aerospaziale, HiFuture ha inoltre supportato un player primario del settore per scrivere le specifiche e le procedure di test relative al software di un sistema anti-icing, un apparato complesso che protegge i due rotori e i sensori di base, nonché la visibilità dei piloti. Nello specifico, HiFuture ha predisposto la documentazione di test relativa al software del sistema anti-ice di un aeromobile ad ala rotante, al quale viene richiesto il massimo dell’affidabilità del mondo avionico. «Il design assurance level del software è codificato con livello “DAL A”, il più critico per il settore dell’aviazione. Da parte del progettista, ma anche del verificatore, viene richiesto un particolare rigore, come indicato dalla normativa di settore DO-178C, standard per lo sviluppo e certificazione dei software in ambito aerospaziale», spiega Zoccolante. Alla fase di progettazione ha fatto seguito l’esecuzione dei test di verifica, affidando ad HiFuture la redazione delle specifiche e delle procedure di test per verificare i requisiti software del sistema.
Anatomia di un sistema embedded. Le componenti che permettono di creare un’unità elaborativa autonoma e indipendente
Un sistema embedded è composto da diversi elementi che collaborano per eseguire funzioni specifiche all’interno di un dispositivo o di un sistema più ampio. L’architettura specifica e i componenti di un sistema embedded possono variare notevolmente in base all’applicazione e alle esigenze del dispositivo o del sistema in cui sono integrati. Ecco i componenti principali tipicamente inclusi in un sistema embedded.
Microcontroller o microprocessore – È il cuore del sistema embedded e svolge le operazioni di elaborazione principali. Può essere un microcontroller dedicato o un microprocessore più potente, a seconda delle esigenze del sistema.
Sistema operativo embedded – Alcuni sistemi utilizzano un sistema operativo embedded per semplificare lo sviluppo del software e migliorare la gestione delle risorse.
Firmware – E’ il software incorporato direttamente nel dispositivo e fornisce le istruzioni di basso livello necessarie per il funzionamento del sistema.
Sensori e attuatori – I sensori rilevano le condizioni nell’ambiente circostante, mentre gli attuatori eseguono azioni in risposta alle istruzioni del sistema. Entrambi sono essenziali per il feedback e il controllo del sistema.
Memoria – include la memoria Ram per l’archiviazione temporanea dei dati e la memoria ROM o Flash per conservare il firmware e le istruzioni permanenti.
Oscillatore o clock source: Fornisce il segnale di clock che regola il tempo di esecuzione delle operazioni nel sistema. La precisione di questo componente è cruciale per il corretto funzionamento del sistema.
Interfacce di Input/Output – Consentono al sistema embedded di comunicare con il mondo esterno. Queste interfacce possono includere porte seriali, porte parallele, bus di comunicazione, sensori, attuatori, e altro ancora.
Periferiche di comunicazione – I sistemi embedded spesso includono moduli di comunicazione come Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth o altre tecnologie per consentire la connettività con altri dispositivi o reti.
Alimentazione – La componente che gestisce l’alimentazione del sistema può includere regolatori di tensione, batterie o altri sistemi di alimentazione a seconda delle esigenze del dispositivo.
Sistemi di gestione dell’energia: In sistemi alimentati a batteria, possono essere presenti componenti per la gestione dell’energia, come circuiti di risparmio energetico o dispositivi per il controllo del consumo.
Teoresi, dall’auto a guida autonoma alle nanotecnologie applicate al settore medicale
Teoresi, nata a Torino nel 1987 come società di consulenza informatica, è oggi una società internazionale di ingegneria in ambito automotive, aerospace, industriale e medicale. 15 sedi operative in Italia e 11 in Usa, Svizzera e Germania, supporta le aziende nella creazione di progetti tecnologicamente avanzati, dall’auto a guida autonoma alle nanotecnologie applicate al settore medicale. A partire dal 2023 la crescita del Gruppo è avvenuta anche per linee esterne con l’acquisizione di tre aziende italiane: HiFuture, specializzata in hardware e firmware, BindingFuture, specializzata in web, app e applicazioni cloud, e la bolognese MediCon, operativa nel settore medicale. Teoresi ha inoltre all’attivo lo sviluppo di un simulatore in grado di testare le funzionalità di guida autonoma di una city car elettrica in ambito virtuale, progetto che si è sviluppato grazie al circuito di smart road sviluppato in collaborazione con il Comune di Torino e grazie alla collaborazione con la società Xev per lo sviluppo della city car a guida autonoma. Nel comparto medicale, ha sviluppato Nanocan, progetto per lo sviluppo di una nuova classe di dispositivi che integrano piattaforme per la diagnosi e la terapia in ambito oncologico, utilizzando la fibra ottica integrata in aghi medicali. Tra 2019 e 2020, Teoresi ha poi lavorato su Tiresia, motore di intelligenza artificiale che permette di classificare grosse moli di dati in diversi contesti applicativi.
