Settori d'intervento

Energia - Generazione pulita e efficiente

Libro Bianco recentemente pubblicato della Commissione Europea in proiezione al 2050. La finalità è lo sviluppo e la diffusione di tecnologie innovative per applicazioni nel campo dell'energia, finalizzate al raggiungimento di maggiori efficienze ed alla riduzione dell'impatto ambientale dei processi di produzione, trasformazione, accumulo e trasporto dell'energia. L'attività include i processi di conversione energetica ecosostenibile da combustibili fossili, da biomasse/biocombustibili e da rifiuti con l'obiettivo di: aumentare l'efficienza energetica, promuovere la cogenerazione, ridurre e monitorare le emissioni inquinanti e climalteranti, aumentare la quota di rinnovabili nella produzione e nei consumi di energia. In particolare, è oggetto di indagine lo sfruttamento delle energie rinnovabili dal sole, dal mare (principalmente onde, correnti) e dal vento.

Energia - Fusione Termonucleare Controllata

Programma di ricerca della Fusione Termonucleare Controllata in linea con le linee strategiche della Fusion Roadmap Europea per il prossimo Programma Quadro Horizon 2020. Obiettivo sul lungo periodo: contribuire alla costruzione di ITER e dei suoi ausiliari (~ 2022), al suo sfruttamento scientifico e agli studi di progetto del prototipo di reattore DEMO (2040). In H2020 partecipare al programma europeo di accompagnamento perseguendo le attività strategiche individuate nel Workplan 2014-18, nei settori R&D di fisica, tecnologia e sfruttamento di JET.
Nell'ambito delle attività finanziate da Fusion for Energy, ultimare il progetto del lanciatore di potenza ECRH ed ottimizzare il carico bolometrico per il gyrotron europeo, partecipare alla progettazione delle diagnostiche di riflettometria e spettroscopia gamma per ITER, realizzare la diagnostica di neutroni per la NBTF (presso RFX). Offrire supporto di know-how specifico sulla fusione alle industrie che intendono partecipare a gare europee di forniture ad ITER.
Contribuire al Project Plan di JT60-SA.
Partecipazione al contributo italiano alla ESS con il progetto DANTE del CNR.
Nell'ambito dell'accordo CNR-Regione Lombardia su "Tecnologie e materiali per l'utilizzo efficiente dell'energia solare", sviluppare nuove tecnologie e nuovi materiali per lo sfruttamento efficiente dell'energia solare attraverso la realizzazione di celle fotovoltaiche con alta efficienza e costi di produzione limitati, in combinazione con l'utilizzo dell'idrogeno come vettore energetico per un efficiente immagazzinamento dell'energia prodotta.

Trasporti - Sistemi di Propulsione

1. Conversione e gestione ottimale dell'energia nei sistemi di propulsione e nel miglioramento del loro impatto ambientale:
o Ottimizzazione della termofluidodinamica dei motori a combustione per applicazioni al trasporto terrestre, navale ed aereo;
o Sviluppo di tecnologia dei sistemi propulsivi avanzati (incluso ibrido, fuel cell, info-mobility);
o Ottimizzazione dell'interazione combustibile-propulsore;
o Valutazione dei fattori di emissione e delle prestazioni dei veicoli (per il trasporto stradale, navale ed aereo) in uso reale.
2. Sviluppo di tecnologie e processi energetici innovativi a basso impatto ambientale con particolare riferimento alle tecnologie elettrochimiche per la produzione di energia elettrica, per la produzione, l'accumulo e l'utilizzo dell'idrogeno, alle tecnologie che sfruttano energie rinnovabili, allo sviluppo di nuovi combustibili puliti e di dispositivi non elettromeccanici per il condizionamento dell'aria per applicazioni nei trasporti (terrestri, aerospaziali e navali). Una finalità più articolata è lo sviluppo di un sistema integrato mobilità elettrica/produzione di energia da FER/accumulo/gestione. Campi di applicazione sono indirizzati all'integrazione di sistemi alternativi di mobilità sostenibile (Intelligent Transport Systems-ITS) tramite l'impiego di una piattaforma ICT orientata ai servizi, alle infrastrutture e ai veicoli a propulsione elettrica, a FC ed ibrida (FC e Batterie).

Trasporti - Tecnologie Marittime

Obiettivo: Incrementare la sicurezza e l'efficienza del sistema di trasporto marittimo. In particolare:
1. In tema di sicurezza delle unità navali e nautiche, lo scopo è quello di rendere disponibili strumenti basati su criteri di analisi di rischio ad elevata flessibilità, in modo da superare le rigidità degli attuali strumenti e permettere una più veloce capacità di innovazione di prodotto, consentendo una rapida e precisa definizione delle caratteristiche di sopravvivenza dei veicoli marini nelle diverse fasi del ciclo della loro vita, a partire dalla progettazione;
2. In materia di sostenibilità ambientale, si punterà a sviluppare tecnologie che mirino, già in fase di progetto di nuove costruzioni, a ridurre ulteriormente l'impatto ambientale sia in termini di emissioni in aria e in mare, sia relativamente all'inquinamento acustico ed alla formazione di onda; inoltre, si vogliono sviluppare tecnologie specifiche per estendere gli interventi anche sul naviglio esistente, preparando l'industria marittima italiana ad affrontare la post hydrocarbon era;
3. Relativamente all'accettazione sociale del trasporto marittimo è fondamentale, insieme allo sviluppo delle tecnologie ambientali, puntare all'ottenimento di livelli crescenti di comfort in relazione alla sempre maggiore attenzione alla qualità della vita a bordo di passeggeri ed equipaggio, anche in considerazione del fatto che il comfort percepito è un elemento competitivo primario per il prodotto nazionale;
4. In materia di capacità di trasporto, avendo presente che a livello mondiale il trasporto marittimo aumenta in misura doppia della crescita del PIL, si svilupperanno tecnologie atte a permettere significativi incrementi di efficienza del sistema, al fine di consentire all'Italia, che non può affrontare questo mutamento aumentando significativamente le proprie infrastrutture portuali e logistiche, di potenziare comunque il proprio ruolo di piattaforma di interfaccia terra-mare nel Mediterraneo; in particolare saranno rese operative le potenzialità delle moderne tecniche di weather-routing, cioè le tecniche di instradamento dei natanti in funzione delle condizioni meteo-marine. Il Weather-routing consente di ottimizzare le rotte navali in modo da permettere una navigazione a costi bassi con minimi rischi ambientali e garantendo la sicurezza dell'equipaggio, dei passeggeri e del carico;
5. La ricerca nel campo dei materiali, processi e componenti innovativi mira ad innalzare la qualità della nave in termini di prestazioni, estetica e sostenibilità ambientale per puntare al mantenimento del livello competitivo dell'industria nazionale, basato sulla capacità di produrre mezzi navali e componenti sempre collocati sulla frontiera tecnologica, oltre che peculiari per qualità stilistica e rispondenza alle necessità del mercato.

ICT

La Macro-area copre gli obiettivi della LEIT Information and Communication Technolgies:
Future Internet: Smart Networks e nuove architetture di Internet, sicurezza della rete e dei servizi; infrastrutture 5G per l'Internet del futuro; Internet ubiquitario; Internet delle cose e delle persone.
Communications systems: sistemi radio cognitivi, tecnologie per reti wireless, wireless sensor networks, MIMO, broadband communications.
Big Data: Sviluppo di tecniche e algoritmi per la gestione di grandi flussi di dati e la rappresentazione ed estrazione di conoscenza da Big data.
HPC e Cloud Progettazione, realizzazione e gestione di sistemi di calcolo parallelo, anche eterogenei, griglie computazionali, sistemi di cloud computing e sistemi peer-to-peer. Realizzazione di librerie, simulatori e applicazioni di calcolo scientifico ad alte prestazioni, studio e progettazione di architetture evolute ed applicazioni innovative in diversi settori applicativi, tra cui la bio-informatica, l'e-health, la logistica, le smart city e il risparmio energetico.
Software Sviluppo di metodologie di supporto alla progettazione e realizzazione di sistemi software complessi, quali sistemi critici, tolleranti ai guasti, applicazioni a servizi, etc. con l'obiettivo di garantirne la qualità mediante la loro verifica, validazione e certificazione utilizzando tecniche d'analisi sia qualitative che quantitative.
Imaging & graphics Metodologie, tecnologie e strumenti innovativi per il trattamento, la creazione e la comprensione del contenuto informativo di segnali e immagini multidimensionali e multimodali. Metodi e algoritmi per la creazione, manipolazione e analisi di contenuto digitale multidimensionale, fortemente orientati all'uso e restituzione di informazioni di tipo semantico. Modellazione della conoscenza.
Information systems: Temi principali: la categorizzazione automatica di testi, l'interazione uomo-macchina, le infrastrutture di gestione dati, le tecniche search & retrieval basate sulla similarità, i metodi per la rappresentazione e la gestione automatica della conoscenza d'impresa.
e-Health Sviluppo di sistemi e applicazioni innovativi per l'e-health e per la sanità elettronica. Realizzazione di sistemi federati di supporto al fascicolo sanitario elettronico e ai processi sanitari distribuiti. Sviluppo di sistemi ad agenti cognitivi per la robotica e fruizione intelligente di informazioni sensoriali e di servizi avanzati. Progettazione di modelli e tecniche di machine learning per la bioinformatica. Ideazione e sviluppo di ambienti intelligenti per la qualità della vita e la sicurezza

Sistemi di Produzione

Il settore manifatturiero costituisce uno dei settori rilevanti per l'economia europea. In Italia, in particolare, esso contribuisce fattivamente, con la sua capacità di esportare, ad equilibrare in termini reali la bilancia dei pagamenti del Paese. Questi settori industriali si trovano oggi nella necessità di adeguarsi al mutato scenario internazionale, proiettato verso l'integrazione industriale di Paesi in sviluppo e minacciato dalle difficoltà di approvvigionamento dei materiali di base e dell'energia. È quindi strategico che la ricerca sostenga questa transizione, favorendo il passaggio ad una società basata sulla conoscenza, sviluppando know-how mirato all'aumento della competitività del manifatturiero, declinato nelle sue componenti che vanno dai beni strumentali al tessile, dall'industria del legno alla ceramica. Le principali direttrici di sviluppo, tutte a fortissimo carattere di interdisciplinarità sono guidate dalle necessità di: (i) una riqualificazione dei processi produttivi verso tecnologie più efficienti, sicure e sostenibili; (ii) un incremento dell'efficienza energetica nello sfruttamento delle risorse primarie non rinnovabili e l'introduzione massiva, attraverso un approccio olistico, di risorse rinnovabili; (iii) modelli di sviluppo basati su una maggiore integrazione fra tessuto produttivo e sociale attraverso l'adeguamento infrastrutturale; (iv) lo sviluppo di modelli oggettivi per la rilevazione dei parametri di sostenibilità in grado di promuovere l'innovazione competitiva ed il trasferimento tecnologico; (v) l'integrazione delle competenze interdisciplinari per favorire la "cross fertilization" delle idee innovative fra settori eterogenei; (vi) lo sviluppo pervasivo di strumenti di ICT funzionali ai sistemi di produzione, industriali e rurali, ivi inclusa precision farming e smart construction.
Nell'ambito generale di questi indirizzi, obiettivi specifici saranno relativi a: (i) Sviluppo di sistemi intelligenti per l'automazione ed il controllo di qualità; (ii) realizzazione di specifici dimostratori tecnologici, anche attraverso la partecipazione a bandi di ricerca competitiva; (iii) la focalizzazione su progetti interdisciplinari ad elevato indice di trasferibilità tecnologica su aspetti specifici dei sistemi di produzione industriale e rurale (energia, efficienza di componenti, sistemi e macchine, sicurezza intrinseca, LCA integrata, tutela del territorio e delle risorse, biomimic engineering, sistemi autonomi, agricoltura di precisione e sensoristica innovativa).

Costruzioni

Il progetto si confronta con la realtà nazionale ed internazionale del complesso settore delle costruzioni inerente tecnologie, sistemi e materiali prioritariamente indirizzati a con l'obiettivo di migliorarne la funzionalità, il livello prestazionale e la sicurezza, così come l'ottimizzazione degli impieghi finali dell'energia. L'approccio, prevalentemente sperimentale, si sviluppa secondo due principali e parallele direttrici tematiche. Da un lato la complessità tecnologica, che spazia dai materiali, ai componenti, ai sistemi a scala di edificio, fino alla città nel suo insieme. Dall'altro, con la costante esigenza di sinergia operativa di competenze multidisciplinari, sono indagate le problematiche della nuova edificazione e quelle del recupero funzionale del patrimonio costruito esistente e la sua valorizzazione. Tutti obiettivi tecnico-scientifici ad alto valore aggiunto, in termini economici e sociali, dichiarativamente tesi ad assicurare la trasferibilità dei risultati sia in termini di innovazione tecnologica, sia quale solida base per la definizione di strategie, metodi e strumenti finalizzati alla riqualificazione della città e al miglioramento consapevole della gestione energetica ed ambientale integrata, e dunque sostenibile, delle aree metropolitane. Particolare enfasi è indirizzata a rendere misurabili le prestazioni degli edifici in condizioni d'opera e in laboratorio. A partire da necessarie basi di competenza ingegneristica, l'approccio presenta un interessante livello di duttilità multidisciplinare e si presta a mirati contributi di specifiche competenze scientifiche che il DIITET è in grado di mettere a disposizione al proprio interno (es. sensoristica, modellazione avanzata, ICT, ecc). Trasversalmente a tutte le attività di ricerca e supporto allo sviluppo, vengono affrontati i temi relativi a formazione, informazione tecnica e trasferimento del know-how.

Sensoristica

Sensing per sicurezza. Le necessità di detection e imaging da dati collezionati da strumentazioni capaci di close e remote sensing sono di rilevante interesse in diversi campi applicativi ed in particolare nella sicurezza fisica. In tale ambito, gli obiettivi sono molteplici. Il primo consiste nello sviluppo e nella validazione, in casi realistici, di tecniche di elaborazione dati basate sulla tomografia a microonde per l'imaging di oggetti e persone in applicazioni non solo di sicurezza fisica, ma anche di diagnostica e monitoraggio del territorio e di diagnostica e terapia medica.
Sviluppo di sensori distribuiti in fibra ottica per misure di parametri chimico fisici su lunghe distanze e la fabbricazione e caratterizzazione di microsensori ottici ed optofluidici integrati per applicazioni ambientali e biomedicali.
Sviluppo di tecniche di analisi di dati acquisiti da sensori radar in banda X per la stima dei parametri del mare.
Ricostruzione ed interpretazione di ambienti non/poco strutturati anche caratterizzati dalla presenza di agenti autonomi (umani o macchine).
Sviluppo di sensori e di piattaforme robotiche cooperanti in grado di monitorare ed interagire con ambienti operativi complessi.
Sensori ottici per diagnostica biomedica;
Strumentazione e metodi per applicazioni nel settore ambientale e beni culturali.

Nuovi Materiali

Le attività di ricerca sono finalizzate allo sviluppo di metodi e processi per lo studio e applicazione di materiali ingegnerizzati alle diverse scale di lunghezza e dotati di (multi)funzionalità, quali tecnologie abilitanti per l'energia, la sicurezza, la sensoristica e la biomedica. Le principali iniziative di ricerca riguardano:
o Materiali e architetture dei dispositivi e dei sistemi, che mirano ad ottimizzare processi di conversione dell'energia nei campi del fotovoltaico, dell'energy harvesting e del magnetocalorico.
o Simulazione e preparazione di nuovi materiali per celle DSSC ad effetto plasmonico
o Nuovi materiali per la sicurezza e sensoristica;
o Nuovi materali per nanomedicina e applicazioni biomedicali: nanostrutture per veicolazione di farmaci all'interno di cellule, nanoparticelle e nanovettori fotosensibili per teranostica tumorale, nanopunte in silice per sensing;
o Sviluppo di materiali ibridi cristallini microporosi ad alta area superficiale (> 1500 m2/g) di tipo MOF/graphene-like;
o Sviluppo di materiali nanoparticellari a base di carbonio a partire dai prodotti di combustione, con differente morfologia, funzionalizzazione chimica (carbossilica o amminica) e ricoprimento (ossidi di ferro o liquidi ionici).
o Risonatori ottici per applicazioni non lineari e fotonica a radiofrequenza;
o Caratterizzazione di vetri drogati con terre rare per fotovoltaico e sorgenti di luce a stato solido;

Aerospazio

Gli investimenti degli ultimi anni da parte delle maggiori Agenzie spaziali internazionali hanno arricchito l'insieme dei sensori per il telerilevamento disponibili, con sistemi sempre più performanti tra cui sensori ad altissima risoluzione. L'Italia con la costellazione COSMO/SKYMED ed il programma di sviluppo COSMO/SKYMED Second Generation gioca un ruolo fondamentale, a livello internazionale, nel panorama in termini di investimenti e sviluppo tecnologico. A livello Europeo l'interesse è ugualmente molto rilevante, con i programmi spaziali di riferimento Copernicus ed H2020 incentrati sui futuri sensori Sentinel.
Le attività del dipartimento si inquadrano in questo contesto e riguardano lo sviluppo tecnologico del settore dell'aerospazio dedicato all'osservazione della Terra per applicazioni di monitoraggio e sicurezza. In particolare, le attività si basano sull'uso di sensori attivi e passivi alloggiati su piattaforme aeree e satellitari ed operanti nelle differenti bande dello spettro EM dall'ottico alle microonde.

Matematica Applicata

La matematica è una scienza di base con estrema versatilità, la cui utilizzazione va ben al di là dei settori più tradizionali quali la fisica e l'ingegneria, spaziando dalla biomedicina, all'ambiente, alle scienze sociali, ai processi industriali, ai servizi, alla pubblica amministrazione, ai sistemi organizzativi complessi, solo per fare alcuni esempi. Infatti un mondo sempre più digitalizzato richiede una sempre maggiore formalizzazione per essere compreso, modellato e gestito.
La sempre più rilevante e ampia utilizzazione della matematica deriva in maniera determinante dalla combinazione della disponibilità di potenti mezzi di calcolo e di enormi quantità di dati disponibili, mentre le sfide attuali hanno spinto verso un potenziamento ed un allargamento delle sue basi disciplinari, garantendo in questo modo una sempre maggiore affidabilità ed adeguatezza metodologica.
Per questo la matematica applicata si configura come una "enabling technology", in quanto per esempio, la produzione di algoritmi di calcolo talvolta può essere più rilevante degli stessi avanzamenti di natura più prettamente tecnologica.
Le attività di ricerca svolte dai tre Istituti IAC, IASI e IMATI, oltre ad avere una forte affinità scientifica con il settore ICT, sono rivolte a una matematica che si distingue da quella tradizionale accademica, essendo in grado di coprire tutta la catena a partire dalla ricerca applicata, fino al contesto computazionale, e all'ingegnerizzazione dei propri risultati e algoritmi. In particolare, i tre Istituti esprimono una Matematica Applicata intesa non come disciplina di servizio, ma come elemento essenziale in grado di anticipare e orientare i bisogni delle varie applicazioni con i prodotti delle sue ricerche.
Fra i più significativi obbiettivi di natura metodologica e applicativa si menzionano: lo sviluppo della modellistica differenziale con l'obiettivo di fornire strumenti di prototipizzazione rapida, modelli robusti per il traffico e la dinamica delle folle; il calcolo stocastico a sostegno dei procedimenti decisionali in condizioni di incertezza, come succede spesso nel settore dell'energia (carichi); il calcolo ad alte prestazioni soprattutto su architetture eterogenee per le applicazioni scientifiche, con lo scopo di portare il calcolo (massivo) alla portata di "tutti"; i metodi di ottimizzazione, soprattutto in quei casi in cui sono presenti aspetti di non linearità e di interezza delle variabili; i metodi per la stabilizzazione globale di sistemi differenziali non lineari.
Infine, finalità cardine dell'Area Matematica è un sempre maggiore coinvolgimento nelle applicazioni della modellistica nel settore biomedico: dallo studio dei tumori, alla simulazione dei flussi del sangue, allo studio della modellistica in biologia molecolare. Bioinformatica, biologia computazionale e systems biology sono considerati i tre capisaldi per la soluzione dei problemi nelle scienze della vita e della salute e forniscono una serie di obiettivi tra i più ambiziosi per l'attività del Dipartimento.