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Fiber Sensing: come la fibra ottica è anche un sensore

Ci avete mai pensato a quali possono essere tutti i vantaggi della fibra ottica? Beh, sappiate che, oltre a portare internet super veloce nelle nostre case, essa può essere sfruttata come sensore. In che senso? Ce lo spiega il concetto di fiber sensing che andremo ad esplorare quest’oggi nelle prossime righe.

Il progetto Open Fiber

Questo concetto di fiber sensing in Italia potrà essere portato avanti da Open Fiber. Cos’é Open Fiber? In sostanza è l’ente che si sta occupando di cablare l’intera Italia, sfruttando la tecnologia della fibra FTTH. Perché, dovete sapere che esistono più tipi di fibra ottica: FTTH e FTTC. Ricordiamo in breve qual’è la differenza:

FFTH VS FTTC

Tradurre l’acronimo ci aiuta molto nel capire qual’è la differenza:

  • FTTH = Fiber To The Home
  • FTTC = Fiber To The Cabinet

Possedere una connessione in fibra FTTH, significa avere il cavo di fibra ottica che arriva fino all’interno della nostra abitazione, e che si collega direttamente al nostro modem router. Invece, possedere una connessione FTTC (come la maggior parte dei casi al giorno d’oggi) significa che la fibra arriva fino al “cabinet“, ovvero quella colonnina grigia, che si trova per strada, con scritto “Fibra ottica”.

Fibra ottica fiber sensing esempio cabinet armadio
Armadio fibra ottica

Ciò significa che la connessione, da questo armadio fino a casa vostra, proseguirà con un tradizionale cavo in rame. Questo fa perdere molti benefici dei benefici di una connessione in fibra ottica.

La fibra ottica come sensore

All’interno della fibra ottica, viaggia un segnale luminoso che non produce alcun campo elettromagnetico. Non viene trasportata della corrente affinché il segnale possa avanzare lungo i cavi (come accade nel tradizionale cavo in rame).

Ora: immaginate che ci sia un terremoto. La terra inizierà a tremare, e assieme ad essa tutto il resto. Anche i cavi in fibra ottica, sottoterra, inizieranno a tremare. Quindi, il fascio luminoso all’interno dei cavi inizierà ad oscillare. Questa oscillazione potrebbe essere sfruttata dall’ente nazionale che si occupa del monitoraggio dei terremoti (l’INGV in Italia) per capire con maggior precisione dove si è sentita la scossa, e mettere in moto più rapidamente il sistema di soccorsi. Misurando “il livello di queste oscillazioni” del segnale luminoso, possiamo immaginare di capire anche l’intensità del terremoto. Capite che potrebbe essere qualcosa di davvero molto efficace da sfruttare.

Qualche tecnicismo

Basta con l’immaginazione, e passiamo alla pratica. La fibra ottica è un cavo molto piccolo: è sottilissimo. Inoltre, non richiede alimentazione elettrica, e possiamo immaginare di piazzare anche più sensori lungo una stessa linea di fibra ottica, senza preoccuparci di interferenze elettromagnetiche. Si potrebbero fare delle misure molto precise.

La propagazione del segnale luminoso

Certo. Non stiamo parlando di un meccanismo semplice da implementare. Quando si tratta della necessità di avere a disposizione sensori molto precisi, che possano sostituire, o affiancare, quelli attuali, ci sono molti altri fattori da tenere in considerazione.

La propagazione della luce nella fibra ottica non è sempre uguale: dipende dal percorso che fa, quanti ostacoli e curvature deve fare lungo il suo percorso. Infatti la luce, normalmente, viaggia dritta per dritta: al fine di non perdere parte del segnale luminoso, una fibra ottica non può fare molte curve e superare tanti ostacoli senza che il segnale venga “ripetuto”. Effettuare un misura precisa con dei sensori, potrebbe quindi essere un problema. Non per forza: le cosidette “reti dorsali” sono progettate per essere più dritte possibili, per garantire un’ottima propagazione del segnale. La “dorsale” è il canale principale di internet, al quale, ci colleghiamo tutti, e che si estende tutto lungo il nostro paese. La rete di casa nostra è una piccola sotto rete, connessa ad una sotto rete più grande, connessa a sua volta ad una sotto rete ancora più grande, la quale a sua volta è connessa alla dorsale di Internet.

La rete internet dorsale dell'Italia che potrebbe essere sfruttata per il fiber sensing
Rete Internet dorsale Italia

Come possono essere distribuiti i sensori

Il sensore che rileva i terremoti potrebbe analizzare come arriva la luce in un certo punto grazie a un rifrattometro. Un rifrattometro è uno strumento in grado di analizzare come avviene la rifrazione di un segnale luminoso, e quindi ci può fornire dei dati da interpretare. Esistono diversi tipi di rifrattometri: vi lascio un riferimento a Wikipedia se siete curiosi di saperne di più.

Tornando a noi. La luce che viaggia all’interno della fibra ottica, può essere quindi osservata in vari punti, ad intervalli definiti. In questo modo una singola linea di fibra ottica può diventare una serie di sensori distribuiti sul territorio.

Ci sono diverse tecniche con cui si può analizzare la luce lungo la linea di fibra ottica. Una delle tecniche più famose è lo Scattering di Raman, grazie al quale si può capire come i fotoni della luce si diffondono. Potete pensare al fotone come l’insieme delle particelle che formano il fascio luminoso, ma in verità è un concetto più complicato. Servirebbe qualche lezione di fisica quantistica per farvi capire tutto nel dettaglio, per cui spero non vi stiate perdendo :).

Comunque, grazie a questa tecnica si possono valutare temperature, e deformazioni in modo molto preciso. Fare stime con precisione di metri, senza aver bisogno di migliaia di sensori (ne bastano pochi). Ovviamente, non dovete pensare alla fibra come un termometro. Tutto è si basa si come viene riflessa la luce: dopodiché, per ottenere il risultato finale (la temperatura in gradi) vengono aggiunti dei fattori correttivi; cioè sui dati rilevati dai sensori si eseguono dei calcoli secondo precisi modelli matematici, che poi restituiscono il risultato finale.

Il beneficio che porterà la fibra ottica

Come avrete intuito il nocciolo del discorso è piuttosto semplice:

Quando l’Italia intera sarà ricoperta dalla fibra ottica avremo un sacco di vantaggi.

Perché i complessi modelli matematici per poter avere un risultato, saranno prodotti da sofisticati algoritmi, messi a punto dal lavoro di informatici e matematici. Poi, questi risultati, potranno viaggiare alla velocità della luce in tutto l’Internet, raggiungere i server dove ci sono delle applicazioni, le quali ci permetteranno di ricevere ricevere in tempo reale le notifiche sui nostri smartphone (grazie anche all’ausilio della rete 5g), su come comportarci in caso di terremoti, alluvioni, o perché no, anche in caso di pandemie.

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Scritto da Michele Falcomer

"Non si può descrivere la passione, la si può solo vivere". Con questa citazione di Enzo Ferrari, vivo la passione per la tecnologia, i videogiochi e il mondo dello sport, sapendo che si vive una volta sola!

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