Questo è un viaggio in tre tappe per provare a comprendere il potenziale di innovazione e trasformazione che la cosiddetta “economia dello spazio” introduce per le piccole e medie imprese italiane.
E’ un viaggio che Antares realizza in collaborazione con Fondazione Nordest e che condurrà ad un evento nazionale dedicato alle skills ed alle competenze per la “space economy”.
In questa prima puntata parliamo di “tecnologie che si parlano” o “contaminazioni” possibili per generare nuove applicazioni e prodotti. Si tratta di innovazioni che utilizzano diversi ambiti del sapere e diverse tecnologie per introdurre nuove applicazioni o migliorare le prestazioni di un prodotto, sistema o materiale, espressamente pensato per l’aeronautica o lo spazio.
Innanzitutto iniziamo con una definizione. Una mappa degli ambiti di sviluppo della space economy è quella riprodotta qui sotto.
La space economy in una prospettiva di value chain sviluppa componenti, infrastrutture e soluzioni upstream e downstream. Da una prospettiva di competenze R&D e di tecnologie abilitanti la space economy può essere distinta tra aeronautica, avionica e spazio.
Fig.1 – mappa della space economy
Nella prospettiva downstream la nuova economia dello spazio si avvale delle tecnologie di gestione Big Data e intelligenza artificiale per analizzare e interpretare i dati satellitari a fini di monitoraggio del suolo, prevenzione di rischi climatici, servizi georeferenziati avanzati.
In Europa il downstream, nel solo segmento “space”, ha un valore di mercato di circa 60 miliardi, 8 volte il valore upstream che però cresce ad una velocità maggiore (fonte ESA)
Da una prospettiva manifatturiera (quindi più upstream e riguardante aeronautica e avionica) occorre distinguere tra una economia aerospaziale tradizionale (quella che permette di progettare e produrre componenti e sistemi per velivoli e satelliti) e una “nuova economia spaziale” che porta la frontiera della produzione manifatturiera letteralmente “nello spazio”.
Il ruolo del settore pubblico nel determinare la crescita commerciale del settore è ancora determinante. Ha senso quindi guardare a megatrends spinti anche dai programmi strategici delle agenzie spaziali. L’Agenzia spaziale europea (ESA) nel recente Technology Strategy del 2022 individua 5 megatrends: Big Data, Industry 4.0 e digitalizzazione, Intelligenza artificiale, Cybersecurity, Quantum technologies.
Dalla prospettiva manifatturiera, ESA, nel 2015, ha lanciato un programma di “advanced manufacturing” volto proprio a favorire la capacità di produzione di prodotti destinati allo spazio ad elevata performance utilizzando nuove tecnologie digitali, soprattutto stampa 3D, per produrre oggetti nello spazio, superando limiti di trasporto e costo collegati al peso dei componenti. Una sfida di questo programma sarà quella di garantire anche la capacità di veivoli e strumenti di essere ri-utilizzati con l’obiettivo di ridurre entro il 2030 la mole di residui e detriti di precedenti missioni che orbitano nello spazio.
Nel progetto ESA sono cinque gli ambiti manifatturieri interessati dalle nuove potenzialità della space economy: produzione di materiali, ingegnerizzazione delle superfici, manifattura additiva, fissaggio e giunzioni, assemblaggio. I materiali ad essere interessati sono: materiali ceramici, polimeri, metalli, l’elettronica, i materiali funzionali ibridi*.
Nella visione dell’Agenzia spaziale europea la possibilità che si apre nel superare tradizionali limiti funzionali e strutturali della produzione di manufatti per lo spazio apre a considerevoli opportunità di “contaminazione” tra conoscenze e tecnologie.
E’ una prospettiva, che sebbene con un coinvolgimento ancora limitato di imprese, pone una frontiera di assoluto interesse per i sistemi manifatturieri delle piccole e medie imprese italiane. Si comprende che, sotto la spinta di una frontiera industriale con evidenti implicazioni geostrategiche, si apre la possibilità di contribuire con innovazioni di prodotto ad una nuova catena del valore nella manifattura.
Per comprendere meglio questo potenziale dal punto di vista delle tecnologie, abbiamo condotto un esercizio sulla banca dati dell’Ufficio europeo dei brevetti (EPO) individuando i due ambiti di ideazione più collegati alla space economy (la componentistica aeronautica-avionica e la produzione di veivoli ed equipaggiamenti spaziali).
L’esercizio costruito attraverso un algoritmo di ricerca nella banca dati PATSTAT è volto a individuare le maggiori ricorrenze di brevetti collegati alla space economy negli ultimi 20 anni classificandoli per ambiti tecnologici.
Fig. 2 – obiettivi di esplorazione attraverso i brevetti
Una parte dell’esercizio che riportiamo in questo articolo è relativo ai brevetti che collegano la componentistica aeronautica-avionica (sistemi, strumenti e componenti per veivoli e loro apparati di propulsione). Abbiamo analizzato sulla banca dati EPO – Patstat con ricerca “cross-reference” tutte le principali relazioni di famiglie di brevetto pubblicate dal 2000 al 2022 a livello globale e collegate alla famiglia di brevetto della componentistica aeronautica (B64D – equipment fitting in aircraft). L’esplorazione del segmento aeronautica è motivata dalla presunta prevalenza di questa specializzazione nello sviluppo delle filiere della space economy nel Nordest (sulla base delle analisi condotte in Emilia-Romagna). Si tratta del segmento dedicato alle infrastrutture del settore e nasce spesso come evoluzione di specializzazioni automotive o meccatroniche.
Abbiamo individuato 9 ambiti tecnologici afferenti alla famiglia della componentistica aeronautica. Con ricerca cross-reference nella banca dati Patstat, queste tecnologie risultano collegate con 12 famiglie brevettuali.
Abbiamo analizzato la specializzazione delle 9 tecnologie con un indice di concentrazione. Qui sotto il risultato presentato come mappa della complessità tecnologica della componentistica aeronautica. Negli ultimi venti anni una quota rilevante di brevetti è riconducibile alla famiglia delle tecnologie per la mitigazione dei rischi climatici con particolare riferimento all’area tecnologica dei materiali. Le aree tecnologiche a maggior potenziale “ricombinatorio” (ovvero dove coesistono diverse famiglie di brevetti) sono quelle dei materiali, dei processi termici e degli apparati elettronici. Di interesse notare che l’intelligenza artificiale contribuisce al totale della conoscenza generata nell’ambito delle tecnologie digitali ed è in relazione con le tecnologie di propulsione e con la costruzione di veivoli ed elicotteri.
Fig. 3 – Mappa della complessità tecnologica. Principali ambiti tecnologici e famiglie di brevetto collegate alla componentistica aeronautica. Brevetti a livello globale presentati dal 2000 al 2020 (ambito tecnologico = 100)
In una seconda fase abbiamo interrogato la banca dati PATSTAT sulla generazione di brevetti afferenti alla complessità dell’aeronautica, per il periodo 2016-2022, per tutte le province italiane. L’informazione territoriale sulla generazione dei brevetti è considerata in letteratura una misura cruciale per comprendere la specializzazione tecnologica di una determinata regione.
Fig. 4 – I brevetti e le aree tecnologiche che interessano le province italiane
Quali sono le tecnologie afferenti all’aeronautica-avionica in cui si è generato, nelle province italiane, il maggior volume di brevetti tra il 2016 e il 2022? Una misura di sintesi è data da un indicatore di “centralità” all’interno di una matrice di corrispondenza tra famiglie di brevetti individuate e province italiane.
Nella network analysis le misure di “centralità” servono ad individuare I percorsi più brevi di collegamento e “comunicazione” tra nodi della rete
A livello di conoscenza generata sui territori italiani negli ultimi dieci anni si registra una centralità di brevetti dedicati al tema dei sistemi di fissaggio, alla frontiera della trasmissione di informazioni digitali che include l’edge computing e a tecnologie collegate alla mitigazione del cambiamento climatico.
Fig. 5 – Le tecnologie collegate alla space economy con più elevato potenziale di applicazione
A livello geografico le province con il potenziale di collegamento più elevato tra tutte le tecnologie esplorate sono Roma, Torino, Milano e Genova.
Centralità in questo caso significa maggiore possibilità di generare contaminazioni tra tecnologie abilitanti ed applicazioni
Tuttavia il Nordest appare come l’area con un potenziale più diffuso di collegamento. Il Nordest detiene il 19% dei brevetti critici per la space economy ma detiene una centralità per effetto dei collegamenti a rete che è il 26% della centralità totale in ambito di tecnologie collegate all’economia dello spazio.
Fig. 6 – Mappa del potenziale di contaminazione tecnologica per la produzione di componentistica aeronautica
Per completare l’esercizio abbiamo eseguito una analisi relativa all’ Economic complexity index**. Alcune province italiane per numero e specializzazione relativa detengono una maggiore “competenza” in determinate aree tecnologiche collegate alla componentistica aeronautica.
L’economic complexity index (ECI) misura la frequenza di una particolare voce di specializzazione economica, sia a livello di nodi geografici che di tecnologie esplorate. L’indice che se ne ricava consegna un indice di maggiore o minore specializzazione di un determinato luogo nel produrre una determinata tecnologia (“complessità”)
Tab. 1 – Le prime 6 province italiane per complessità nei brevetti per la componentistica aeronautica
La mappa della complessità tecnologica italiana relativa alla componentistica aeronautica è riportata nel grafico di seguito
Fig. 7 – Mappa della complessità
Conclusioni
In questa prima tappa del nostro viaggio nel potenziale della space economy per l’industria italiana ci siamo soffermati sulla varietà di tecnologie riconducibili alla produzione di nuove applicazioni, nuovi materiali e nuovi prodotti per l’aeronautica e l’avionica.
A livello globale si registra una “contaminazione” crescente tra generazione di brevetti per componenti di veivoli e soluzioni di mitigazione dei rischi climatici collegate a nuovi materiali e trattamento di superfici. C’è da attendersi una ulteriore crescita di questo ambito di ricerca e sviluppo. E’ del resto la frontiera posta dall’Agenzia spaziale europea con il programma di advanced manufacturing.
A livello italiano, si registrano alcune importanti specializzazioni che coincidono anche con alcuni dei principali distretti aeronautici del paese. Il Nordest del nuovo triangolo industriale e dei distretti presenta però un elevato potenziale di “contaminazione” tecnologica. La domanda è se tale potenziale dispone oggi di modelli di business adeguati sul lato delle imprese, sostenibili anche in uno scenario di minor dipendenza da commesse pubbliche e di una capacità delle stesse di partecipare alle value chain globali upstream e downstream.
Appare interessante la grande potenzialità che esiste nelle prime tre tecnologie mappate a livello di territori: soluzioni di fissaggio e giunzione (quindi ambito meccanico e meccatronico), l’edge computing (quindi la nuova frontiera dell’Ict applicata a sistemi dell’avionica) e lo sviluppo di soluzioni per motori elettrici.
Nella prossima tappa esploreremo a quali prodotti e processi della manifattura italiana corrisponde questo potenziale di innovazione
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*= Si veda https://technology.esa.int/program/advanced-manufacturing
**= esercizio con algoritmo ECI basato su Hidalgo e Hausmann (2009), eseguito con STATA17