Air Factories 2.0

L’esperienza Air Factories

Durante il picco dell’emergenza COVID-19, alcuni ricercatori del Dipartimento di Ingegneria dell’Università di Messina, con il supporto di alcune startup innovative, hanno realizzato una infrastruttura immateriale che ha permesso di mettere agilmente in rete la capacità di produzione di 3D maker volontari. La piattaforma no-profit “Air Factories” (www.airfactories.org) ha gestito decine di call-to-action provenienti da strutture pubbliche e coordinato l’azione di centinaia di 3D maker in tutta Italia secondo la teoria della “fabbrica distribuita”. Anche sotto stress, la piattaforma si è dimostrata agile e responsiva. In poche settimane ha permesso la realizzazione di più di 4000 pezzi. Tra gli oltre 40 committenti, hanno figurato l’Ospedale Niguarda di Milano, il Gemelli di Roma, la Croce Rossa Italiana e la Protezione Civile della Regione Lombardia. Le produzioni più richieste sono state: visiere protettive, valvole e connettori per ventilatori polmonari, tendi-mascherine. Del progetto hanno parlato, tra gli altri, il Corriere.it il 20 Aprile e il tg Leonardo di Rai 3 il 19 Maggio.

Che problemi abbiamo riscontrato?

Il principale problema della piattaforma Air Factories è stata l’impossibilità di certificare i processi produttivi e quindi i prodotti realizzati, per via delle numerose incognite relative al reale rispetto dei parametri di stampa da parte dei 3D maker coinvolti. Ciò ha reso impossibile la distribuzione di dispositivi medicali o di protezione individuale nella fasi successive al lockdown, una volta cessata la condizione di comprovata emergenza. Si è quindi rilevata la necessità di re-ingegnerizzare la piattaforma, superando le difficoltà riscontrate per la certificazione dei prodotti. Ciò per consentire una risposta efficace sia nella fase di emergenza che in quella di superamento dell’emergenza, grazie alla produzione di dispositivi ufficialmente distribuibili. La nuova piattaforma sarà utile anche nel caso di emergenze future, di qualunque natura, in quanto in grado di prototipare e produrre nuovi dispositivi emergenziali con tempi di risposta rapidi.

Lo scenario di riferimento

Scopo finale del progetto Air Factories 2.0 è l’implementazione di una catena di produzione intelligente,decentralizzata, sostenibile e resiliente che consenta la prototipazione rapida di nuoviprogetti e garantisca la certificabilità dei pezzi prodotti. Gli attori coinvolti sono i seguenti: -Air Designer: mettono a punto nuovi progetti da produrre nella fabbrica distribuita e la utilizzano per la prototipazione dei primi pezzi. - Air Maker: agiscono sia da validatori dei progetti in fase di prototipazione del prodotto che da produttori di pezzi finiti. - Air Caller: sono coloro che richiedono la produzione di un certo numero di pezzi finiti da parte della fabbrica distribuita. - Air Admin: agiscono da gestori della fabbrica mappando semi-automaticamente le richieste con la capacità di produzione degli Air Maker. L’attuale versione della piattaforma Air Factories mette in comunicazione Air Caller e Air Makertramite la mediazione degli Air Admin. Essa è centralizzata e svolge il suo compito in modo non strutturalmente trasparente e verificabile dall’esterno. Gli Air Maker utilizzano classiche stampanti 3D per cui la produzione non è verificabile da remoto. Infine, la raccomandazionedel materiale da utilizzare per la stampa è stata finora applicata su basi prettamente fiduciarie.

L’idea progettuale di Air Factories 2.0

Obiettivo principale del progetto Air Factories 2.0 è relativo alla progettazione,implementazione e testing dei seguenti deliverable: - Air Factories 2.0: nuova piattaforma software basata sull’utilizzo di tecnologie blockchain. Requisito fondamentale è limitare il ruolo degli Air Admin. Potenzialmente tale ruolo dovrebbe sparire per rendere la fabbrica una infrastruttura totalmente decentralizzata e trasparente. - Air Kit: kit universale basato su tecnologie a crypto-processor, per la trasformazione di classiche stampanti 3D in nodi della rete blockchain che costituirà la fabbrica distribuita. - Air Printer: stampante 3D “a basso costo”, modulare e con Air Kit incorporato, che consenta a chiunque di costruire, partendo dalle materie prime, un’entità costituente la fabbrica distribuita, abbattendo costi e tempi di logistica. Ulteriore obiettivo del progetto è l’applicazione di metodologie per l’identificazione remota dei materiali usati in produzione al fine della compatibilità biologica in funzione dei diversi prodotti.

Data l’intrinseca multidisciplinarietà degli obiettivi, il progetto prevede la collaborazione di 4 unità di personale universitario afferente a settori scientifico disciplinari nelle aree 03 e 09. Il principal investigator (ING-INF/05) presenta competenze importanti, attestate dalla produzione scientifica, sull’utilizzo di tecnologie blockchain, smart contract e crypto-processor per la realizzazione di piattaforme decentralizzate. Le altre unità coinvolte forniranno le proprie competenze nell’ambito della realizzazione della infrastruttura materiale (macchine di stampa 3D) e dei processi di controllo qualità (ING-IND/14 e ING-IND/15) e nell’analisi dei materiali per le attività di identificazione (CHIM/07). Un gruppo di borsisti di ricerca si è unito al progetto con entusiamo ed è già al lavoro per l’implementazione della piattaforma.

Francesco Longo

Ricercatore TD di tipo B

Esperto di Cloud Continuum, Internet of Things, Blockchain, Smart City, Industry 4.0. Principal Investigator del progetto, si occupa della progettazione della piattaforma Air Factories 2.0.

Giacomo Risitano

Professore Associato

Professore di Costruzione di Macchine all’Università degli Studi di Messina. Faculty Advisor di SIC e Vice Faculty Advisor di ZeD UNIME. Si occupa della progettazione e realizzazione del sistema e degli apparati di "Air Kit" e "Air Printer".

Filippo Cucinotta

Professore Associato

Docente di Disegno industriale e Modellazione 3D, si occupa di progettazione orientata all'Additive Manufacturing, ottimizzazioni topologiche e green design. Per Airfactories 2.0 si occupa di coordinare le macchine di stampa 3D e le attività di disegno dei prodotti.

Candida Milone

Professore Ordinario

Docente di Fondamenti Chimici delle Tecnologie. In Air Factories si occupa del riconoscimento remoto dei materiali di stampa.

Antonio Pipitone

Borsista di ricerca

Laureato in Informatica. Appassionato di Blockchain e Web 3.0, in passato ha fatto esperienza tramite l'utilizzo del framework Hyperledger Fabric per lo sviluppo di Blockchain permissioned. Si occupa della creazione degli Smart Contracts di Ethereum, il chaincode di Hyperledger e il front-end di Air Factories 2.0.

Gabriele Marabello

Borsista di ricerca

Laureato in Ingegneria Industriale. Esperto in campo di: additive manufacturing, rapid prototyping, computer-aided design, finite element method, computational fluid dynamics. Si occupa della progettazione e realizzazione del sistema e degli apparati di "Air Kit" e "Air Printer".

Attilio Azzarelli

Borsista di ricerca

Ingegnere Informatico e da sempre appassionato di scienza e tecnologia. In Air Factories 2.0 si occupa della progettazione ed implementazione del sistema embedded per la raccolta e l'analisi dei dati sul processo di stampa 3D.

Marcello Raffaele

Dottorando

Dottorando in Ingegneria e Chimica dei Materiali e delle Costruzioni. La sua ricerca riguarda la modellazione avanzata e la simulazione numerica in campo meccanico e l’ottimizzazione dei processi produttivi. Esperto delle tecniche di additive manufacturing, si occupa, inoltre, in Airfactories 2.0 della realizzazione di prototipi e parti di design da utilizzare negli “Air Kit” e negli “Air Printer”.

La Piattaforma Air Factories 2.0 è raggiungibile qui.

Per l’utilizzo è necessario installare il tool Metamask e connettersi alla rete di test Rinkeby. Per poter registrarsi e interagire con la piattaforma è necessario possedere degli ETH sulla suddetta rete. Questi possono essere ottenuti tramite i vari faucet presenti online (ad esempio qui).

Il tecnical report ufficiale del progetto Air Factories 2.0, con dettagli relativi alla piattaforma software, alle stampanti e alle loro caratteristiche tecniche, è scaricabile da qui.

Nei seguenti video, le presentazioni di alcune tesi di laurea svolte nell’ambito del progetto.