Institute of applied physics "Nello Carrara" (IFAC)

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L'Istituto esprime competenze che riguardano principalmente metodi della fisica applicata e dell'ICT.

Da queste si dipartono attività più finalizzate verso l' applicazione delle tecnologie correlate in settori di ricerca più ampi ed interdisciplinari, tramite il progetto e lo sviluppo originale di dispositivi e strumenti, oltre a modelli di analisi di tipo informatico, che rappresentano spesso essi stessi dei prodotti originali della ricerca, per il trattamento dei dati prodotti da tali dispositivi o di dati ottenibili da data bases esterni.


Dip. DIITET (Ingegneria, ICT e tecnologie per l'energia e i trasporti)

Commessa ICT.P.010.005
Alla commessa fanno capo fisici, ingegneri, geologi e tecnici elettronici specializzati. Si è quindi in grado di operare sia sullo studio fisico dei fenomeni che sulla realizzazione di sistemi e procedure per la loro caratterizzazione. La componente applicativa rappresenta un punto di forza per l'individuazione degli obiettivi e la validazione di ciò che si studia e si realizza. Le conoscenze, patrimonio della commessa, riguardano l'ottica, l'elettronica, la meccanica di precisione, la teoria dei segnali e delle immagini, l'ingegneria dell'informazione, il telerilevamento per l'osservazione della terra. La commessa ha le competenze per sviluppare i propri strumenti di lavoro, sia hardware che software, che, talvolta, più propriamente costituiscono uno dei prodotti dell'attività di ricerca.

Modulo ICT.P10.016.001
L'attività ha come caratteristica di base la multidisciplinarietà. Infatti oltre a competenze sulla modellazione degli utenti, degli ambienti e dei contesti d'uso, sono necessarie, dapprima, competenze di base nel settore delle telecomunicazioni e dell'informatica e capacità del loro utilizzo nella realizzazione di servizi e applicazioni, che tengano conto dell'attuale migrazione da un loro uso individuale ad uno in interazione con gruppi sociali di varia estensione. Particolarmente importanti sono poi le interfacce che evolvono dal permettere interazioni con singoli apparati a favorire interazioni complesse con l'ambiente nel suo insieme, favorite dall'utilizzo di concetti e tecniche dell'intelligenza artificiale. È infine necessario un continuo confronto con le realtà industriali, che stanno consorziandosi per permettere l'emergere d'infrastrutture comuni e standardizzate, nell'ambito delle quali inserire innovazioni a livello di servizio e interazione.

Modulo ICT.P10.016.002
Materiali e metodi per la sorveglianza fisica dei campi elettromagnetici: progetto e realizzazione di strumentazione e messa a punto di procedure per la misura delle intensità dei campi finalizzata alla valutazione dell'esposizione umana; sviluppo di applicazioni per l'elaborazione dei dati misurati e l'estrazione dei parametri previsti dalla normativa radioprotezionistica; sviluppo di modelli di calcolo numerico per la previsione teorica delle intensità dei campi. Interventi sul territorio: caratterizzazione di sorgenti di campo elettromagnetico significative dal punto di vista radioprotezionistico; indagini su situazioni espositive tipiche in ambienti residenziali, di lavoro ed esterni. Aspetti biofisici e fisico-sanitari dell'interazione tra campi elettromagnetici e sistemi biologici: approfondimento dei razionali e analisi critica delle norme di sicurezza. Sviluppo di modelli per la dosimetria numerica; realizzazione di dispositivi di esposizione, "fantocci" e sensori per la dosimetria sperimentale.

Commessa SP.P01.035
Esperienza nella gestione di progetti e nel coordinamento di reti per la ricerca applicata ed il trasferimento industriale nel campo delle applicazioni dei laser e dell'optoelettronica. Competenze nella tecnologia e nella progettazione di sistemi laser e delivery systems per impiego industriale e biomedicale (laser a diodo, eccimeri, Nd:YAG, CO2). Competenze nello sviluppo e caratterizzazione di nanoparticelle laser-attivabili (nanogold, nanorods, collagene, ecc) per uso medico ed industriale. Competenze nello sviluppo di sistemi e tecniche per la diagnostica di processo nell'interazione laser-materiale (diagnostiche spettroscopiche, ombrografiche, sensoristica in linea). Competenze nella modellistica dei processi laser-indotti di ablazione, taglio, foratura, saldatura, micromarcatura e cleaning di materiali di interesse industriale e tessuti biologici. Competenze su tecniche laser-chirurgiche mininvasive (in oculistica, chirurgia vascolare, urologia, neurochirurgia).

Commessa SP.P06.011.001
Il gruppo è costituito da fisici, ingegneri e tecnici elettronici ed è quindi in grado sia di studiare i processi fisici alla base dei fenomeni osservati sia di progettare la strumentazione, realizzarla e implementare le procedure per la sua caratterizzazione. In particolare, la commessa possiede competenze specifiche in: progettazione ottica, elettronica e sistemistica; procedure di correzione atmosferica e calibrazione radiometrica di dati acquisiti da piattaforme aerospaziali; - programmazione - anche ad oggetti - C, Java, Matlab, IDL, etc.; spettroscopia di fluorescenza sia attiva che passiva; tecniche di telerilevamento sia attive (lidar) che passive, con particolare riguardo a quelle ad alta risoluzione spettrale; teoria dei segnali e delle immagini; elaborazione immagini ad alta dimensionalità con tecniche statistiche multivariate.
La progettazione, la realizzazione di strumentazione spettroscopica da campo e di sistemi ottici aerospaziali, nonché il processamento dei dati acquisiti in campo o da piattaforma aerospaziale attraverso la calibrazione radiometrica e le correzioni atmosferiche, rappresentano la filiera delle competenze della commessa.
Per perseguire gli obiettivi prefissati si adottano metodi di indagine altamente multidisciplinari che, basandosi sulle competenze del gruppo e partendo dall'esame delle applicazioni specifiche, possano identificare la tipologia di strumentazione, la sua configurazione migliore e le sue caratteristiche. In alcuni casi le indagini si estendono allo studio e sviluppo di nuove applicazioni e procedure di elaborazione specifiche nel settore della spettroscopia di fluorescenza per applicazioni ambientali e sui beni culturali. Per quanto riguarda i dati telerilevati da piattaforma aerospaziale, queste metodologie si incentrano sulla correzione dei dati acquisiti per ricavare - attraverso le correzioni radiometriche - il dato di radianza al sensore e poi - attraverso le correzioni degli effetti atmosferici - il dato di riflettenza o l'emissività e la temperatura delle superfici osservate.

Commessa SP.P06.012
La commessa ha competenze nei settori della Fisica dello stato solido, Spettroscopia, Colorimetria, Fluorescenza, Chimica-fisica, Ottica, Elaborazione immagini, Elettronica, Fisica delle microonde, Mineralogia, Scienza dei Materiali costituenti Beni Culturali in quanto vi afferiscono fisici, chimici, geologi, ingegneri e tecnici elettronici specializzati. Le competenze riguardano lo sviluppo e ottimizzazione di strumentazioni, e loro accessori, spettroscopiche puntuali e areali unite alla realizzazione di specifici software di gestione, acquisizione ed elaborazione dati. Messa a punto di protocolli di misura ottimizzati per consentire la riproducibilità e la comparabilità delle analisi anche su scale di tempo medio lunghe (mesi/anni). Definizione di metodi e procedure per acquisizione, elaborazione e fruizione dati iperspettrali. Progettazione e sviluppo di strumentazione elettromagnetica, in particolare sistemi riflettometrici a microonde per diagnostica di pareti. Queste competenze, hardware e software, sono fortemente focalizzate ad aumentare la competitività della commessa nei suoi campi di attività, che va ben al di là dei settori Beni Culturali, ambientale e dei processi produttivi, in quanto si prestano alla caratterizzazione non invasiva e invasiva di materiali diversi e quindi possono essere applicate in altri settori quali biomedico, agro-alimentare e applicazione di telerilevamento.


Dip. DSFTM (Scienze fisiche e tecnologie della materia)

Commessa MD. P03.001
Gli afferenti alla Commessa possiedono competenze interdisciplinari nel campo dell'ottica e della fotonica. In particolare, i partecipanti alla commessa hanno specifica esperienza nel campo della realizzazione e caratterizzazione di dispositivi ottici guidanti e risonanti (fibre ottiche, guide planari, risonatori a modi di galleria) per le quali hanno spesso sviluppato tecniche proprie ed innovative a livello internazionale. Grande esperienza è stata accumulata nella caratterizzazione di vetri innovativi per usi speciali (ottica nonlineare, amplificazione ottica, sensoristica).L'attività nel settore è documentata da una produzione bibliografica di alta qualità, anche in collaborazioni con altri centri d istituzioni nazionali ed internazionali, sia pubblici che privati.

Commessa MD.P03.037
Progettazione, realizzazione e caratterizzazione di 1) sensori microottici e a fibra ottica e di piattaforme ottiche funzionanti in spettroscopia (assorbimento, fluorescenza, Raman) diretta o a trasduttore per la misura di parametri d'interesse ambientale, industriale e biomedico; 2) sensori a modulazione di lunghezza d'onda per la misura di deformazioni e temperatura di strutture estese. Nel caso di spettroscopia diretta importante è l'elaborazione dati tramite tecniche di analisi multivariata, mentre nel caso dei sensori chimici e biochimici le competenze si estendono anche alle problematiche di natura chimica/biochimica essenziali per una corretta realizzazione del sensore.


Commessa INT.P07.001
Il gruppo è altamente multidisciplinare, formato da fisici, chimici, biologi, ingegneri. Competenze su tecniche laser-chirurgiche mininvasive (in oculistica, chirurgia vascolare, urologia, neurochirurgia). Competenze nello sviluppo e caratterizzazione di nanoparticelle laser-attivabili (nanogold, nanorods, collagene, ecc) per tecniche di nanomedicina applicate alla riparazione tissutale e alla terapia tumorale. Competenze nella modellistica dell'interazione laser-tessuti biologici. Esperienza nella caratterizzazione delle proprietà ottiche di molecole biologiche in soluzione ed in situ. Competenze su tecniche di microscopia di fluorescenza su tessuti e cellule biologiche. Esperienza di spettroscopia di fluorescenza applicata a sistemi biologici. Competenze nella stabilizzazione di sorgenti laser in particolare per il loro impiego in spettroscopia ad alta risoluzione e sensibilità. Competenze nella diagnostica ad interferometria ottica.

Modulo MD.P03.038.003
Dispositivi e materiali Laser innovativi, e tecniche spettroscopiche avanzate: Progettazione e realizzazione di sorgenti laser a stato solido. Ottica non lineare. Tecniche e strumentazione per spettroscopia ottica.


Dip. DTA (Scienze del sistema Terra e tecnologie per l'ambiente)

Commessa TA P06.002.002
Spettroscopia a trasformata di Fourier (FTS): sviluppo di spettroradiometri nel medio e lontano infrarosso per applicazioni in campagne di misura da terra e da piattaforme aerotrasportate: aereo e pallone stratosferici.
Modelli di trasferimento radiativo in atmosfera con e senza nubi: sviluppo di codici numerici per la simulazione della radianza atmosferica (modello diretto) e per l'analisi di livello 2 (modello inverso) finalizzata alla ricostruzione dei profili verticali di concentrazione e temperatura. Uso sinergico di dati atmosferici: sviluppo di algoritmi innovativi per la fusione di dati da misure simultanee e indipendenti dello stesso target atmosferico.
Controllo in azimuth di gondole stratosferiche: sviluppo di sistemi di puntamento.

Commessa TA.P06.016.001
Il gruppo si occupa dai primi anni '80 di tecniche e metodologie di Osservazione della Terra con sensori a microonde attivi (SAR) e passivi (radiometri). Le principali attività sono: Tecniche di geocodifica e co-registrazione delle immagini SAR; Procedure di calibrazione e elaborazione di immagini da satellite sia di sensori attivi che passivi; Modellistica elettromagnetica (modelli coerenti e incoerenti) per l'analisi dell'interazione di emissione e scattering con le superfici naturali (suolo nudo e ricoperto da vegetazione agricolo-forestale e neve); Algoritmi di inversione di emissione e scattering basati su metodi statistici, iterativi, reti neurali e algoritmi genetici per la produzione di mappe di parametri geofisici a scale diverse (regionali e globali) in funzione della risoluzione spaziale dei sensori utilizzati; Algoritmi di classificazione del territorio partendo da dati SAR; Progettazione e realizzazione di radiometri a microonde multi-frequenza, tecniche di calibrazione; Progettazione e realizzazione di campagne di validazione/calibrazione di algoritmi e modelli con dati EO e/o con radiometri a microonde da terra e da aereo.

Commessa TA.P06.028
Sviluppo e progettazione di strumentazione a microonde avanzata per l'osservazione della superficie e dell'atmosfera. Sviluppo di modellistica elettromagnetica per la descrizione di emissione e scattering da mezzi naturali. Trattamento di immagini satellitarie. Sviluppo di metodologie di inversione, partendo da dati EO, di parametri geofisici e loro interazione con modelli di processo. Sviluppo di nuove missioni spaziali.


Dip. DSU (Scienze Umane e sociali - Patrimonio Culturale)

Commessa PC.P03.016.001
Il modulo ha sviluppato competenze nei seguenti ambiti disciplinari e tematici: Dinamiche di interazione laser-materiale coinvolte nella pulitura laser e in altre applicazioni ablative; Sviluppo di nuovi sistemi laser per il restauro e ottimizzazione delle condizioni e dei parametri di irraggiamento per la pulitura di varie tipologie di manufatti, la passivazione e la saldatura di metalli; Pulitura laser ottimizzata di manufatti, lapidei e metallici e di dipinti murali; Sviluppo di strumentazione optoelettronica per l'analisi tessiturale di superfici finalizzata allo studio, conservazione e monitoraggio.; Tecniche di diffrattometria neutronica per lo studio di metalli di interesse storico-artistico; Sviluppo di sistemi e metodi analitici di spettroscopia di plasma indotto da laser (LIPS); Fonderia artistica antica e rinascimentale; Coordinamento di campagne analitiche integrate su "grandi bronzi" antichi e rinascimentali finalizzate alla conoscenza ed alla conservazione.

Modulo PC.P01.007.001
I partecipanti all'attività hanno una lunga esperienza nel settore del telerilevamento di immagini multispettrali e multi-temporali da satellite applicato allo studio, la conoscenza ed il monitoraggio del territorio, mediante l'impiego e lo sviluppo di tecniche di analisi ed elaborazione numerica delle immagini unitamente all'impiego dei sistemi GIS.

Dip. DISBA (Scienze Bio-Agroalimentari)

Commessa AG.P04.037
Competenze di spettroscopia di assorbimento, riflettanza, fluorescenza e Raman per la rivelazione di contraffazione di prodotti alimentari, per il controllo di qualità e sicurezza nell'intera filiera di produzione e per la rivelazione di indicatori nutraceutici (matrici sperimentate: olio d'oliva e di soia, latte, vino, birra, whisky, granaglie). Competenze in dispositivi fotonici per agricoltura intelligente: tecniche di fluorescenza non distruttive per il controllo della qualità in campo agroalimentare; monitoraggio ottico della maturazione fenolica dell'uva; controllo ottico della carenza di azoto fogliare per la fertilizzazione di precisione.

Modulo AG.P03.001.002
L'attività si avvale di competenze scientifiche e tecnologiche di telerilevamento spaziale da aereo e da satellite, di elaborazione ed analisi spaziale e spettrale delle immagini e di estrazione di parametri ed informazioni ambientali dalle immagini satellitari. Essendo il tema dell'attività altamente multidisciplinare, lo svolgimento della ricerca prevede una forte sinergia con specialisti degli ecosistemi naturali, dei processi agro-forestali e dei Sistemi Informativi Geografici (GIS).