MATLAB e Simulink, modellazione matematica e simulazione d’avanguardia per la nuova frontiera dell’automazione basata su logiche di intelligenza artificiale. Intervista a Fabrizio Sara, Country Manager per l’Italia, e ad Alessandro Tarchini, Educational Marketing per EMEA e referente del progetto Arduino.

di Piero Macrì

Fabrizio Sara, Country Manager di MathWorks Italia

Nell’ambito scientifico e ingegneristico MathWorks è diventato l’alleato naturale per tutti coloro, in primis ingegneri e scienziati, che in tutto il mondo hanno necessità di utilizzare soluzioni per la modellazione matematica e la simulazione. In questo scenario le soluzioni MathWorks sono rappresentate dai due fondamenti tecnologici che la società ha sviluppato nel corso del tempo ovvero MATLAB  e Simulink.

Una realtà, quella di MathWorks, che vanta più di 4 mila dipendenti a livello globale, con un core business, storicamente rappresentato dal mercato automotive e aerospace, che sta oggi rapidamente estendendosi a tutti quei settori interessati a introdurre un nuovo livello di automazione di sistemi e macchinari, grazie all’implementazione di logiche di machine e deep learning in uno scenario di big data analytics.

Per MathWorks significa dare alle aziende e alle organizzazioni scientifiche la possibilità di sviluppare capacità algoritmica in grado di tradurre in realtà le crescenti opportunità che si vanno definendo con l’affermazione dell’Internet of Things, traendo vantaggio dal numero esponenziale di dati che “oggetti” dotati di sensori rendono progressivamente disponibili.

Ma non solo, l’utilizzo combinato di MATLAB e Simulink, diventa un elemento di primaria importanza in tutti quei contesti applicativi dove la logica algoritmica viene implementata per gestire tutte le variabili che sottendono, per esempio, alla gestione del rischio finanziario, dando la possibilità di avere soluzioni in grado di ottimizzare i processi decisionali.

Come ci si può rendere conto, il target di mercato di MathWorks, una volta confinato all’interno di specifici settori di industry, sta via via ampliandosi fino a inglobare mercati del tutto inediti poiché il paradigma di cambiamento introdotto dall’Industry 4.0 abilita scenari una volta inimmaginabili.

Un percorso, quello intrapreso in questi ultimi anni, che è anche saldamente ancorato al mondo universitario, dove MATLAB è una risorsa accessibile a migliaia di studenti e docenti di facoltà ingegneristiche. Una presenza e un ruolo, quello in ambito universitario, che la società ha voluto rendere più efficace siglando un accordo con Arduino (vedi riquadro) in base al quale nel kit di sviluppo ingegneristico di quest’ultima si rendono disponibili MATLAB e Simulink per affrontare le nuove sfide della programmazione.

“L’automotive è il settore di industry in cui storicamente si sono imposte le nostre soluzioni, racconta Fabrizio Sara, Country Manager di Matworks Italia, basti pensare che in una qualsiasi automobile non esiste una funzione che non sia stata implementata utilizzando MATLAB. Altrettanto vale per l’industria aerospaziale. Ora la nostra offerta si sta rapidamente estendendo a tutti quei settori che vivono una profonda trasformazione dei mercati, trasformazione che necessita di una rivisitazione dei processi esistenti, di nuovi modelli di business e di una rinnovata operatività improntata al paradigma digitale e all’implicita domanda di una maggiore autonomia funzionale dei sistemi fisici e logici”. In qualsivoglia contesto, MathWorks mette a disposizione soluzioni all’avanguardia per quanto riguarda modellazione matematica e simulazione“.

“Significa – spiega il Country Manager – avere capacità di mettere a punto una logica di controllo dove è implicita l’implementazione di una modellazione matematica in grado di interagire con la logica di comportamento del sistema fisico di riferimento, in modo da avere la possibilità di controllarlo in maniera appropriata”. Si va da applicazioni molto semplici che possono essere implementate su hardware di basso costo fino ad applicazioni estremamente complesse.

“In questo caso–  sottolinea Sara – è sufficiente pensare a tutto ciò che oggi è riferibile alla guida autonoma, una delle applicazioni di nuova generazione che in questi ultimissimi anni ha conosciuto un’accelerazione impressionante, sulla quale tutte le più importanti case automobilistiche stanno investendo ingenti risorse finanziarie in quanto rappresenta la sfida più grande per riuscire a essere protagonisti di un futuro ormai prossimo”.

La conoscenza acquisita in gran parte nel settore auto si sta oggi trasferendo nell’ambito dell’automazione industriale. “In generale il concetto da cui muove l’utilizzo delle nostre applicazioni è dato dall’acquisizione delle più disparate serie di dati che possano permettere, attraverso una opportuna modellazione matematica, di controllare il sistema/macchinario di riferimento. Significa, in buona sostanza, avere a disposizione i dati per interpretare l’ambiente circostante e sviluppare algoritmi che possano determinare le reazioni più appropriate in virtù delle variabili in gioco”.

Due le macro aree applicative su cui si concentrano gran parte degli sviluppi. “Da una parte la manutenzione predittiva, che attraverso opportune logiche di machine learning consente di ottimizzare la pianificazione dei guasti e dei pezzi di ricambio evitando possibili fermi macchina.  Dall’altra tutta la questione della sicurezza, si pensi per esempio alla gestione di tutte le parti in movimento all’interno di un ambiente di produzione e del necessario controllo che si deve esercitare su di esse per salvaguardare la sicurezza degli operatori. E’ un tema di estrema attualità, basti pensare alla più recente evoluzione della robotica, sempre più attenta alla creazione di sistemi cobot, ovvero robot non più isolati nella propria gabbia di produzione, ma inseriti in contesti collaborativi uomo-macchina“.

“Stiamo di fatto assistendo all’esplosione di un interesse generalizzato verso tutto ciò che riguarda le tecnologie che consentono di realizzare sistemi autonomi. E’ un fenomeno del tutto nuovo che solleva di anno in anno un interesse via via sempre maggiore. Fino a qualche anno fa era impensabile che le aziende si confrontassero su questi temi, oggi ci accorgiamo invece che esiste un interesse reale. Per noi, sembrerà un po’ paradossale, la vera difficoltà consiste nel tenere il passo con la velocità esponenziale con cui si sta muovendo il mercato e la relativa domanda. Non esiste più un perimetro esclusivo all’interno del quale utilizzare potenti modelli matematici e di simulazione. Il confine applicativo – conclude Sara – è del tutto virtuale e si espande a velocità impressionante a una nuova molteplicità di aree di settori e attività”.

Il progetto Arduino

Alessandro Tarchini, Educational Marketing per EMEA e referente del progetto Arduino

La collaborazione con Arduino –  spiega Alessandro Tarchini, Educational Marketing per EMEA e referente del progetto – è nata dalla volontà di mettere a disposizione di docenti, studenti e hobbisti un kit hardware/software che consentisse di acquisire a basso costo tutte le componenti abilitanti lo sviluppo di applicazioni di controllo dei sistemi. È per noi un modo per semplificare e rendere accessibile una tecnologia a un pubblico ampio e diversificato, creando l’opportunità di una metodologia didattica che possa ridurre il gap teorico/pratico di cui soffrono molte università. In altre parole dare agli studenti la possibilità di mettere in pratica concetti teorici, di programmazione, di sviluppo di logiche di controllo e algoritmiche sfruttando tutte le potenzialità che derivano da strumenti come MATLAB e Simulink associate alla tecnologia open source di Arduino”.

La scheda open source-hardware di Arduino consente la creazione semplificata di prototipi per progetti interattivi, basati su microcontrollori, dove è previsto l’uso di sensori di vario tipo. Arduino è infatti una scheda che mette in correlazione degli stimoli che possono derivare da fonti tra le più disparate, captati e trasmessi da sensori, i quali vengono poi associati a un output. Le fonti di input possono comprendere luce, grado di umidità, movimenti, suoni, accensione/spegnimento di pulsanti o altro, e il sistema le traduce in azioni secondo le istruzioni che sono state codificate e impartite. MATLAB e Simulink consentono di affrontare varie sfide della progettazione Arduino. I prodotti supportano due flussi di lavoro primari: lettura, scrittura e analisi di dati da sensori; sviluppo di algoritmi che vengono eseguiti autonomamente sul dispositivo Arduino.

Il  pacchetto di supporto MATLAB per Arduino consente di scrivere programmi MATLAB che leggono e scrivono i dati sul dispositivo Arduino e su dispositivi collegati quali motor shield Adafruit, dispositivi I2C e SPI. Poiché MATLAB è un linguaggio interpretato ad alto livello, programmare con esso è più facile che con C/C++ e altri linguaggi compilati; inoltre, permette di vedere immediatamente i risultati dalle istruzioni di I/O senza rendere necessaria alcuna compilazione. MATLAB include migliaia di funzioni integrate di matematica, ingegneria e rappresentazione grafica per analizzare e visualizzare rapidamente i dati raccolti dal dispositivo Arduino.

Il pacchetto di supporto Simulink per Arduino consente di sviluppare algoritmi in Simulink, un ambiente di diagrammi a blocchi per modellare sistemi dinamici e sviluppare algoritmi, e di eseguirli autonomamente sul tuo dispositivo Arduino. Il pacchetto di supporto estende Simulink con blocchi per configurare sensori Arduino e poi leggere e scrivere dati da essi.  Dopo aver creato il modello Simulink, è possibile procedere alla simulazione, regolare i parametri dell’algoritmo fino a ottimizzarlo e poi scaricare l’algoritmo per eseguirlo autonomamente sul dispositivo. Il blocco MATLAB Function, permette di integrare il codice MATLAB nel modello Simulink.