Istituto di fisica applicata "Nello Carrara" (IFAC)

Attività di ricerca

La progettualità dell'Istituto rispecchia un'ampia multidisciplinarità, sviluppando progetti nelle Aree Progettuali di ben 6 Dipartimenti, ma con peso prevalente nel DIITET (Dipartimento delle Ingegnerie, ICT e Tecnologie per l'Energia e i Trasporti).
Nel PDGP 2018 - 2020 vi erano n. 118 Progetti Attivi di IFAC, afferenti a:
o DIITET: 74 Progetti
o DTA: 19 Progetti
o DSFTM: 9 Progetti
o DSU: 8 Progetti
o DISBA: 5 Progetti
o DSCTM: 1 Progetto

Gruppi e tematiche di ricerca

A seguito della riorganizzazione economico-finanziaria dell'Ente del 2016, che ha sancito la cessazione delle Commesse di Istituto e la ridefinizione del Piano di Gestione Previsionale (PdGP) sulla base dei Progetti di Istituto, le attività di ricerca di IFAC sono state riorganizzate in 10 Gruppi di ricerca, ognuno con un organico di circa una decina di unità, fra personale ricercatore e tecnico:

=> Macro-Area applicativa: Spazio, Aerospazio e Osservazione della Terra

1) IFAC-SADVS: Sondaggio della Atmosfera e Dinamica del Volo Spaziale; Referenti: Ugo Cortesi/Alessandro Rossi
Temi di ricerca:
o Atmosfera: sviluppo, implementazione e utilizzo di modelli diretti ed inversi del trasferimento radiativo in atmosfera per la simulazione e l'analisi di osservazioni di sondaggio remoto della composizione e della temperatura atmosferica. Applicazioni all'analisi di dati acquisiti in missioni operative per monitoraggio dell'ozono stratosferico, dei composti serra e del bilancio radiativo terrestre, della qualità dell'aria.
o Detriti spaziali: studio della dinamica in orbita terrestre (principalmente in orbita bassa) al fine di individuare traiettorie per la rimozione di satelliti a fine vita operativa. Studio dell'influenza delle mega costellazioni di satelliti sull'evoluzione a lungo termine della popolazione di detriti spaziali. Studio dell'efficacia delle misure di mitigazione attualmente applicate per la riduzione della popolazione dei detriti.
Principali collaborazioni
o Imprese: FlyBy, Space Dynamics, Deimos-ES, Epsilon-GR, BLR-UK, LuxSpace-LUX, Airbus
o Centri di Ricerca: INO, ISAC, INAF-FI, UNIPI, UNIPD, POLIMI, UNIRM1, CNRS, CSIC, BIRA-IASB-Brux, KNMI-NL, FMI-SF, ECMWF-UK, Oxford Univ, Southampton Univ, Thessaloniki Univ
o Agenzie: ASI, ESA, ESOC, EUMETSAT, NASA

2) IFAC-METEMW: Metodi di telerilevamento con sensori a microonde per il monitoraggio della superficie terrestre; Referente: Simonetta Paloscia
Temi di ricerca:
o Ciclo Idrogeologico: sviluppo di sensori a microonde da terra, da aereo e da satellite, di impiego in campagne di misura e raccolta dei dati relativi; modellistica elettromagnetica per simulazione di emissione e backscattering da superfici naturali; mappe di biomassa, di umidità del terreno e di vapor acqueo da satellite, misura di vento sul mare, gestione degli eventi alluvionali.
o Criosfera: Monitoraggio di Aree Polari con radiometri a microonde in sito e da aereo, stima dei profili di temperatura della calotta, mappe di spessore della neve su rilievi montuosi.
Principali collaborazioni
o Imprese: e-GEOS, Eurac, Thales Alenia, Wavecomm, Pasquali
o Centri di Ricerca: UNISI, INGV-RM2, IBIMET, IREA, IRPI, CNIT, Ohio State Univ, FMI-SF, CESBIO-FR
o Agenzie: ASI, ESA, ENEA, JAXA

3) IFAC-TATTO: Tecnologie Aerospaziali e meTodi di Telerilevamento Ottico attivo e passivo; Responsabile: Valentina Raimondi
Temi di ricerca:
o Progettazione e prototipazione di sistemi aerospaziali in banda ottica per l'osservazione della Terra e di sistemi LIDAR per misure in campo; sviluppo di tecniche e metodi avanzati per il trattamento dei dati in tutte le fasi che vanno dall'acquisizione alla fruizione dell'informazione da parte degli utenti finali.
o Settori applicativi: ricerca fondamentale nell'osservazione della superficie terrestre, studio dell'ambiente con strumentazione ottica da campo, diagnostica e documentazione dei beni culturali con strumenti di telerilevamento.
Principali collaborazioni
o Imprese: Leonardo-Finmeccanica, SITAEL, Aerospazio Tec., SAITEC, FlyBy, Durazzani, Tesifer, Promel, CERTEMA
o Centri di Ricerca: UNIFI, UNISI, INFN-FI, IREA, IMAA, Waseda Univ-JAP
o Agenzie: ASI, ISPRA, ESA, JAXA

=> Macro-Area applicativa: Salute, Well-being e Sicurezza

4) IFAC-SENS: Sensori fotonici per applicazioni biomedicali, ambientali e agrifood; Responsabile: Francesco Baldini
Temi di ricerca:
o Progettazione, realizzazione e sperimentazione in condizioni reali di sensori microottici, a fibra ottica e piattaforme microottiche per spettroscopia di assorbimento/ riflettività/fluorescenza/Raman diretta o tramite trasduttore per la misura di parametri d'interesse ambientale, industriale, agroalimentare e biomedico; sensori a modulazione di lunghezza d'onda per la misura di deformazioni e temperatura di strutture estese; software per analisi dati multivariata per la valutazione qualitativa e quantitativa di contaminanti ed indicatori nutraceutici.
o Applicazioni: agrifood, per la rivelazione della qualità e della contaminazione di prodotti alimentari tramite tecniche spettroscopiche ottiche ed analisi dati; diagnostica biomedicale mediante lo sviluppo di dispositivi point-of-care e teranostica con lo sviluppo di nanosonde ottiche da veicolare all'interno delle cellule.
Principali collaborazioni
o Imprese: Datamed, Cecchi srl, Aerospazio Tecnologie, Cons. GRINT, Probe-UK, Chip&Shop-D, Verifood-IS
o Centri di Ricerca: IREA, IFC, INO, ISOF, UNIFI, UNIPI, UNIRM2, Harbin Univ, Vrjie Univ. Bruxelles, Fraunhofer IWS, IPHT-Jena, INESC-P, Univ.Polit. Madrid, Stuttgart Univ, Tubingen Univ, Tech Univ Munich
o Agenzie: Ist. Tosc. Tumori

5) IFAC-BNLAB: Biofotonica, Nanobiofotonica e Optoelettronica per appl. biomedicali ed industriali; Responsabile: Giovanni Agati
Temi di ricerca:
o Biofotonica: Tecniche di spettroscopia Raman potenziata con piattaforme plasmoniche (SERS) per la diagnosi precoce di malattie neurodegenerative; microscopie avanzate di tipo multifotonico e fotoacustico; localizzazione con microscopia confocale di polifenoli nei tessuti vegetali; mappatura di biomolecole vegetali mediante sensori ottici a fluorescenza.
o Nanomedicina: sintesi e funzionalizzazione di nanoparticelle plasmoniche per teranostica tumorale; dispositivi impiantabili sensibili alla luce per il rilascio controllato di farmaci.
o Optoelettronica: Sviluppo di sistemi laser innovativi a stato solido a ioni Yb3; tecniche laser per la riparazione di tessuti biologici; tecnologie LED per fotocoagulazione di abrasioni e cicatrizzazione.
Principali collaborazioni
o Imprese: EL.EN., CSO, Colorobbia, Light4Tech, NANESA, Cabro, SACMI Imola
o Centri di Ricerca: UNIFI, INO, LENS, SSSant'Anna, ISTEC, IBBR, UNICATT, UNIPG, IPHT-D, ICFO, Miami Univ, Austrian Inst. Tech, Tel Aviv Univ
o Agenzie/Enti: Reg. Toscana, AOUCareggi, AOUPisa, ASL10-FI, ASL4-Prato, Pole Optitech-F

6) IFAC-MIPLAB: Laboratorio di microdispositivi per la fotonica; Responsabile: Stefano Pelli
Temi di ricerca:
o Studio di dispositivi basati su microrisonatori ottici a modi di galleria per la realizzazione di sensori biologici, di linee di ritardo e filtri per oscillatori optoelettronici a radiofrequenza, di sorgenti parametriche di luce classica e quantistica, di trasduttori fotoacustici.
o Sviluppo e caratterizzazione di vetri drogati con terre rare e/o fotorifrattivi con applicazioni nella conversione di frequenza per generazione di luce bianca, miglioramento dell'efficienza delle celle fotovoltaiche, realizzazione di amplificatori e sorgenti ottiche integrate nello spettro visibile e vicino infrarosso.
o Realizzazione di sorgenti supercontinue in fibre ottiche microstrutturate per applicazioni alla microscopia e spettroscopia.
o Sviluppo di sensori ai THz per la caratterizzazione di plasmi e dell'ambiente.
Principali collaborazioni
o Imprese: Leonardo-Finmeccanica, Aerospazio Tecn., Thales
o Centri di Ricerca: IFN, Centro Fermi, FBK, POLITO, POLIBA, CONACYT-Mexico, CSIC-S, FZK-D, ANAS-Azerbaijan, CNRS, NRC-Canada

7) IFAC-DAPPA: Elaborazione dati, dallo studio del fenomeno fisico all'applicazione; Responsabile: Laura Burzagli
Temi di ricerca:
o Progettazione di servizi ICT di supporto alla persona in contesti diversi, basati sugli aspetti di personalizzazione e ottimizzazione in termini di accessibilità, usabilità e accettabilità.
o Definizione di procedure per la valutazione dell'esposizione umana ai campi elettromagnetici; sviluppo di misura e modelli numerici per stima delle intensità dei campi, caratterizzazione delle sorgenti, elaborazione dei dati misurati, estrazione dei parametri protezionistici e la dosimetria numerica; analisi critica delle norme di sicurezza.
o Analisi teorica e sperimentazione di fenomeni diffrattivi al fine di ottenere dispositivi super-risolventi (pupille Toraldo), modellistica relativa a fenomeni di tunneling in criogenia.
Principali collaborazioni
o Imprese: ENI, Trenitalia, ITALCERTIFER, LUBE, New Changer
o Centri di Ricerca: UNIFI, INAF, ISTI, STIIMA, POLIMI, UNIPR, IRCCS-PV, POLIMARCHE, UNITO, ENEA, Cardiff Univ
o Agenzie: ARPAT, INAIL, ISPRA, ISS, ASL7-SI

=> Macro-Area applicativa: Beni Culturali

8) IFAC-LASBEC: Tecniche laser per i beni culturali e le applicazioni industriali: Responsabile: Salvatore Siano
Temi di ricerca:
Sperimentazione di nuove tecnologie per lo studio e la conservazione di opere d'arte, applicate a capolavori scultorei e pittorici, in collaborazione con i principali centri di restauro nazionali:
o Diagnostiche avanzate, come ad esempio LIPS (Laser Induced Plasma Spectroscopy) e microscopia 3D per studi archeometrici e caratterizzazione materiali.
o Restauro conservativo: sviluppo originale di sistemi laser per la pulitura di opere d'arte in pietra, metallo e di superfici pittoriche.
Principali collaborazioni
o Imprese: EL.EN., Petrologic Sinergy, Opera Duomo-FI
o Centri di Ricerca: INO, ICVBC, INFN-FI, UNIFI, UNISI, ISCR
o Agenzie/Enti: Opificio Pietre Dure, Sopr. Archeol. Tosc., ASTER

9) IFAC-SABEC: Strumentazioni e metodologie spettroscopiche integrate per diagnostica e monitoraggio di beni culturali; Responsabile: Marcello Picollo
Temi di ricerca:
o Messa a punto di tecniche e metodologie di analisi innovative per lo studio dei materiali costituenti i manufatti artistici, per la diagnostica, documentazione e analisi dello stato di conservazione di manufatti artistici e architettonici e i relativi fenomeni di degrado.
o Progettazione e ottimizzazione di strumentazione dedicata a supporto di interventi conservativi e di restauro e per il monitoraggio dell'ambiente museale.
o Tecniche di elaborazione e interpretazione di immagini telerilevate a microonde, multifrequenza, multiscala e multitemporali.
Principali collaborazioni
o Imprese: LEGNODOC
o Centri di Ricerca: ISTI, IVALSA, ICVBC, Nova Univ-P
o Agenzie/Enti: Regione Toscana, Opificio Pietre Dure, Polo Museale FI, Soprint. FI, Nat. Gallery of Art-USA, NICT-JAP, Louvre-F

=> Macro-Area applicativa: Infrastrutture: Neutronica

10) IFAC-MADSON: Spettroscopia neutronica e ottica per studio materiali funzionali e disordinati; Responsabile: Lorenzo Ulivi
Temi di ricerca:
o Studio delle caratteristiche dei materiali funzionali utilizzando in stretta correlazione tecniche di diffrazione e spettroscopiche, sia ottica che neutronica, sviluppando anche modelli teorici e simulazioni.
o Applicazioni all'immagazzinamento dell'idrogeno, alla diagnostica non distruttiva di materiali per studi di metallurgia industriale.
o Progetto e costruzione di strumentazione neutronica, da installare presso le sorgenti internazionali, ISIS al RAL (Didcot, UK) e ESS (Lund, S)
Principali collaborazioni
o Imprese: General Electric
o Centri di Ricerca: UNIPD, UNITO, RAL-UK, Institut Laue-Langevin-F
o Agenzie: ESS-S