Fuzzy logic: applicazioni

La prima applicazione degli insiemi fuzzy si ebbe a metà degli anni Settanta, grazie al progetto dell’ingegnere Ebrahim Mamdani per un sistema di controllo di una macchina a vapore. Da allora la logica fuzzy è entrata prepotentemente in diversi settori industriali.

La prima vera applicazione industriale risale a metà degli anni Ottanta, quando la Hitachi progettò e realizzò un sistema di controllo fuzzy per la metropolitana della città di Sendai: a differenza dei sistemi di controllo automatico tradizionali, il nuovo sistema di controllo in logica fuzzy tiene conto anche delle pendenze del terreno e delle caratteristiche delle curve, oltre che della distanza del treno tra due stazioni contigue. In base a tutte queste informazioni con il nuovo sistema di controllo il treno procede senza scatti ma l’accelerazione e decelerazione sono graduali grazie al controllo “soft” realizzato utilizzando regole fuzzy in grado di gestire variabili relative al comportamento del treno come, per esempio, la variazione di velocità e la frequenza delle manovre di accelerazione e decelerazione. Grazie a questo sistema di controllo fuzzy, le prestazioni della metropolitana sono migliorate garantendo più sicurezza e comfort ai passeggeri oltre che una riduzione del 10 % consumo energetico.

Da allora l’impiego della logica fuzzy si è esteso a macchia d’olio in numerosi settori industriali per il controllo di processi o meccanismi (robotica, automazione, industriale, ecc.), in genere con risultati estremamente soddisfacenti.

Case produttrici come Minolta, Panasonic, Hitachi, Sony hanno fatto uso di fuzzy logic nella realizzazione di oggetti come macchine fotografiche (per il controllo della messa a fuoco automatica), lavatrici (scelta del lavaggio: la prima lavabiancheria basata su sistemi fuzzy è stata il modello Margherita Dialogic della Merloni), televisori (regolazione della luminosità) ecc.

Si annoverano anche alcune applicazioni nell’industria automobilistica; le più importanti sono la selezione del rapporto nel cambio automatico, il sistema Antilock Braking System (ABS).

Di seguito sono descritte alcune applicazioni della fuzzy logic nel controllo di processo e di meccanismi in diversi settori.

Fuzzy logic: Applicazioni in campo biomedico.

La prima applicazione descritta riguarda il controllo della concentrazione di ossigeno inspirato dai neonati intubati sottoposti a respirazione meccanica.

In questo caso il controllo della diffusione di ossigeno nei neonati intubati è un processo di bilanciamento delicato: infatti è necessario fornire una quantità di ossigeno sufficiente ad avere un’adeguata ossigenazione dei tessuti e per prevenire ischemie e allo stesso tempo la quantità di ossigeno  non deve essere elevata per evitare i possibili effetti tossici di esposizione dell’ossigeno (fibrosi per diminuzione dell’elasticità del tessuto polmonare, cecità).

Per i motivi suddetti il controllo dell’erogazione di ossigeno ai neonati ventilati in modo meccanico si è trasformato in un problema di primaria importanza. In quest’ambito si inseriscono le ricerche mirate al controllo assistito dal software per la variazione dell’erogazione dell’ossigeno. È attualmente in uso presso l’Unità di Cura Intensiva Neonatale di Boston un regolatore fuzzy che, in tempo reale, fornisce indicazioni sulla quantità di ossigeno da erogare ai neonati ventilati artificialmente, in base a regole studiate e fornite dai neonatologi.

Una seconda applicazione in ambito medico è legata al controllo del diabete.

La glicemia rappresenta il valore della concentrazione di glucosio nel sangue: valori a digiuno compresi tra 60 mg/dl e 70 mg/dl sono considerati normali, valori superiori a 125 mg/dl a digiuno potrebbero essere sintomo di diabete, mentre a due ore da un pasto il valore può salire a 150 mg/dl.

Inoltre, esistono determinate situazioni per cui una persona può non essere diabetica, anche se il livello di glucosio nel sangue supera i 120 mg/dl. Ad esempio, a seguito di un affaticamento, il livello di glucosio supera i 120 mg/dl; o ancora, una donna in gravidanza, può presentare valori di glicemia superiori a 120 mg/dl. Entrambi questi casi non sono caratteristici di pazienti diabetici. A partire da queste considerazioni si è pensato di applicare la fuzzy logic ai microinfusori portatili da insulina.

A tal proposito un gruppo di ricerca dell’University of Technology Sidney ha progettato un sistema non invasivo per il controllo dell’ipoglicemia in pazienti diabetici. Il sistema tiene conto di diversi fattori fisiologici quali il sudore, il russare, la frequenza cardiaca, e di segnali prodotti da  Elettroencefalogramma e Elettrocardiogramma. Questi parametri sono elaborati con fuzzy logic, evitano l’esigenza del prelievo e dell’analisi del sangue e in base all’interfaccia del sistema con un PC si è ottenuto uno strumento per studiare e diagnosticare l’ipoglicemia in pazienti diabetici. Nelle situazioni critiche, il PC è stato collegato ad un sistema di allarme per avvertire il paziente ed il medico dell’inizio dello stato di ipoglicemia.

Sono tutt’ora in corso diverse ricerche nell’ambito della cardiologia per lo sviluppo e realizzazioni di pacemaker di nuova generazione cercando di migliorare quelli esistenti tramite un controllo più preciso ed affidabile dei processi di adattamento in base  al carico del cuore così come alle diverse caratteristiche del paziente.