Luce e ricerca: storia di un’eccellenza tutta italiana

Nato negli anni ’90 grazie a piccoli finanziamenti, il Laboratorio di Illuminotecnica e Fotometria dell’Università di Padova è uno dei centri specializzati per la ricerca nel settore in Italia. A partire dal 2000, il laboratorio si è consolidato nella sua attuale struttura e dotazione. Abbiamo chiesto al fondatore del centro Lorenzo Fellin (professore ordinario a riposo) e all’attuale responsabile Pietro Fiorentin (Professore associato di Misure Elettriche e di Illuminotecnica e Fotometria) di raccontarci come è nato il laboratorio e come la ricerca si è evoluta nel corso degli anni.

Quali esigenze hanno portato alla nascita del laboratorio? Quali erano, allora, i temi “caldi”?

In quegli anni – spiega Fellin – la cultura universitaria considerava il tema della luce dal punto di vista fenomenologico, nell’ambito dei corsi di Fisica. Lo studio dell’illuminotecnica e delle sue applicazioni era presente solo quale “sottoprodotto” dei corsi di Fisica Tecnica (prevalentemente per gli aspetti energetici) o di Architettura (per i suoi risvolti  ergonomici). Mancava uno “spazio proprio” atto a trattare la materia nei suoi molteplici aspetti, soprattutto nei risvolti applicativi e tecnologici legati all’ingegneria.
Una situazione alquanto paradossale perché proprio in quegli anni, le industrie italiane del settore illuminotecnico hanno conosciuto momenti di grande autorevolezza, fino ad occupare i primi posti mondiali nell’ambito del design. Vi era dunque la necessità di dotare i fattori produttivi anche di una robusta base scientifica nonché di dare risposte concrete ad una domanda di “riconoscimento di prodotto” tramite un soggetto “terzo”. Da qui l’idea del laboratorio e la sua concretizzazione.
Il laboratorio ha voluto fin dalla sua nascita caratterizzarsi non solo per le sue potenzialità prestazionali, ma anche quale sede di ricerca scientifica e di attività didattica, puntando a promuovere la nascita di un corso di studio specifico in illuminotecnica che, con non poca fatica a causa delle resistenze accademiche, si è riusciti a realizzare dall’anno accademico 2008-2009.

Ricerca e industria, che rapporto avete con le imprese del settore?

Il laboratorio – prosegue Fellin – ha cercato di offrire un supporto alle imprese del settore, non solo, come detto, per la certificazione di prodotto, ma anche quale stimolo all’inventiva e all’innovazione. In questo senso il laboratorio ha puntato fin da subito su tematiche abbastanza “scoperte” quali l’illuminazione delle opere d’arte, il rapporto tra queste e la radiazione luminosa (con conseguenti studi sui fattori di danno, in particolare prodotti da sorgenti luminose innovative come i Led), gli studi di riflettometria (anche con analisi spettrali) volti a ottimizzare gli impianti di illuminazione pubblica sotto il profilo energetico e del comfort, il problema della “luce dispersa” (erroneamente definita in letteratura quale “inquinamento” luminoso).
Questa offerta di conoscenze e strumentazioni ha registrato  la convinta adesione e il plauso di molte industrie (nonché del Distretto veneto per l’illuminazione, che raggruppa qualche centinaio di piccole imprese). L’industria non ha però capito, salvo poche e lodevoli eccezioni, i vantaggi di una collaborazione non occasionale ma orientata a risultati di lungo periodo, quali quelli che possono derivare da investimenti soprattutto in “materiale umano”, tramite la formazione di ricercatori, dottorati, master, ecc. da trasferire successivamente e con successo all’attività produttiva. Il laboratorio si è perciò trovato nella situazione di non poter far fronte a interessanti ricerche innovative di prodotto o di sistema a causa dell’impossibilità di poter fruire di adeguato personale universitario. La mentalità piuttosto provinciale di molte industrie del settore – conclude Fellin – non ha compreso i vantaggi di un investimento temporaneo in persone giovani e motivate da affidare al laboratorio. In sostanza, occorre riconoscere che il rapporto con l’industria è stato, nel complesso, piuttosto deludente.

Sfera Integratrice o di Ulbricht

Nel corso degli anni il laboratorio si è evoluto come pure il settore dell’illuminazione. Quali sono i principali temi di ricerca oggi?

Lo studio della luce – risponde Fiorentin – ebbe le sue origini nell’analisi della percezione umana per poi spostarsi verso descrizioni sempre più precise legate allo sviluppo di strumentazione sempre più sofisticata. Contemporaneamente ciò ha portato la fotometria e la colorimetria, e di conseguenza l’illuminotecnica, ad allontanarsi dalla percezione della luce e dei colori a favore di un’analisi piuttosto meccanicistica, anche se precisa, ma sempre più lontana da quelle che sono le nostre reali sensazioni visive. In particolare questo è accaduto nella descrizione della capacità delle sorgenti di fare vedere i colori degli oggetti illuminati, normalmente fatta attraverso l’uso dell’indice di resa del colore. A livello internazionale, ed anche presso il laboratorio di Illuminotecnica e Fotometria dell’Università di Padova, è in atto una ricerca che vuole rinnovare le conoscenze e la descrizione di come i colori degli oggetti illuminati vengano percepiti in modo diverso sotto diverse sorgenti d’illuminazione. Sono ricerche molto impegnative perché si basano su analisi statistiche di risultati di osservatori umani, ma contemporaneamente sono le uniche che possono permettere di analizzare realmente come diverse luci ci fanno vedere in modo diverso, o simile, il mondo attorno a noi. Tali ricerche sono nate anche dal fatto che l’indice di resa dei colori, convenzionalmente usato, non era in grado di descrivere alcune variazioni dei colori introdotte dalla nuova tecnologia Led, in accordo con quanto invece percepito da osservatori, penalizzando, ad esempio l’incremento della saturazione dei colori, che invece, talvolta è un effetto desiderato e ricercato.
Passando in un altro abito, una ricerca estremamente interessante da un punto di vista del risparmio energetico, è legata all’utilizzo della tecnologia Led e al suo impiego nell’illuminazione stradale, non solo nelle sorgenti vere e proprie d’illuminazione, dove vi è la possibilità di assoluta regolazione della luce emessa, ma anche nei dispositivi di segnalazione che, con potenze ridotte, possono incrementare la sicurezza degli utenti della strada.

Goniometro

Secondo molti il Led è stata una rivoluzione per il settore: è così?

I Led – prosegue Fiorentin – sono senz’altro delle importanti nuove sorgenti per l’illuminazione e ragionevolmente avranno sempre maggiore importanza nel futuro di questo campo. Hanno un’ottima efficienza che promette di migliorare nei prossimi anni e una durata molto elevata, in condizioni ambientali favorevoli, rispetto a quella delle più convenzionali sorgenti luminose. I Led hanno il vantaggio di essere dispositivi piccoli, per i quali è facile regolare la potenza luminosa; per le loro ridotte dimensioni possono essere facilmente integrati nell’ambiente di applicazione e rendono meno difficoltoso lo studio di ottiche di elevate prestazioni. La loro ridotta dimensione però è al contempo una delle cause della limitazione del loro utilizzo. La potenza che ricevono in ingesso e che non viene trasformata in luce deve essere smaltita e ciò avviene essenzialmente per conduzione attraverso la piccola superficie del Led stesso, verso opportuni dissipatori termici. Tanto più elevata è la potenza del Led, tanto maggiore sarà la sua temperatura, se manteniamo piccola la superficie. Un innalzamento termico del chip ha come conseguenza un’accelerazione del suo invecchiamento e quindi una significativa riduzione della vita del dispositivo. Inoltre, fin da subito si ha una diminuzione della sua efficienza luminosa.
Oggetti luminosi piccoli come i Led, che si integrano bene nell’arredo, hanno poi luminanze elevate e, se non opportunamente schermati, possono essere facilmente causa di abbagliamento.
I Led hanno senz’altro introdotto un nuovo modo di pensare all’illuminazione, ma, allo stato attuale, non devono essere considerate le uniche sorgenti luminose impiegabili nella realizzazione di un impianto d’illuminazione, sia di interni che di esterni. La tecnologia delle lampade al sodio ad alta pressione – conclude il responsabile del laboratorio – può ancora essere interessante per l’illuminazione d’esterni, mentre per gli interni le lampade fluorescenti possono essere ancora una valida alternativa.