Istituto per il rilevamento elettromagnetico dell'ambiente (IREA)

Attività di ricerca

L'Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell'Ambiente (IREA) svolge attività di ricerca legate allo sviluppo di metodologie e tecnologie per l'acquisizione, l'elaborazione, la fusione e l'interpretazione di immagini e dati ottenuti da sensori di tipo elettromagnetico, operanti da satellite, aereo e in situ, finalizzate al monitoraggio dell'ambiente e del territorio, alla diagnostica non invasiva ed alla valutazione del rischio elettromagnetico. Inoltre, vengono sviluppate metodologie e tecnologie per la realizzazione di infrastrutture di dati geo-spaziali e per applicazioni biomedicali dei campi elettromagnetici.
In coerenza con la "mission" dell'Istituto, le attività di ricerca si concentrano su 5 tematiche principali:
- Telerilevamento a Microonde
- Telerilevamento Ottico
- Diagnostica Elettromagnetica
- Bioelettromagnetismo
- Sistemi per l'Informazione Geografica
Vengono inoltre condotte attività di indagine, ricerca e sperimentazione sulla comunicazione pubblica della scienza ed attività di educazione scientifica.

Si riportano qui di seguito gli elementi salienti delle attività articolate per settori di ricerca.

1. Telerilevamento a microonde
Le attività si incentrano principalmente sullo sviluppo di metodologie e tecniche innovative di elaborazione e interpretazione di dati acquisiti con sensori operanti nella banda delle microonde. In particolare, grande rilevanza hanno le tecniche di interferometria SAR differenziale che consentono la misura di deformazioni della superficie terrestre con un'accuratezza del centimetro (in alcuni casi del millimetro) e sono perciò di estremo interesse per lo studio di fenomeni naturali (attività vulcaniche, terremoti, frane) e antropogenici (subsidenze). In tale ambito l'IREA ha sviluppato una tecnica innovativa largamente utilizzata a livello internazionale, denominata SBAS, che permette di studiare l'evoluzione temporale dei fenomeni di deformazione rilevati, con evidenti ricadute nell'ambito della prevenzione del rischio e del supporto alle decisioni in scenari di crisi. Inoltre l'IREA è impegnata nello sviluppo di attività di ricerca sul tema della modellazione geofisica di dati telerilevati e geodetici relativi alle sorgenti causa delle deformazioni. Le competenze acquisite in tali settori hanno portato l'IREA a divenire Centro di Competenza per il Dipartimento della Protezione Civile. Nell'ambito delle nuove tecnologie di elaborazione di segnali SAR i ricercatori dell'IREA hanno poi sviluppato tecniche tomografiche che consentono di effettuare ricostruzioni 3D e di monitorare deformazioni di singoli edifici e infrastrutture. Inoltre, le attività in questo ambito hanno contribuito all'estensione delle tecniche SAR interferometriche a sensori aerotrasportati per la ricostruzione di mappe digitali di eleva-zione del terreno ad altissima risoluzione. Di recente ci si è anche concentrati sullo studio, sviluppo ed implementazione di sistemi distribuiti per l'elaborazione di dati satellitari, con particolare riferimento alle piattaforme Cloud, capaci di ospitare grandi archivi di dati radar satellitari e di fornire notevoli risorse per la loro elaborazione.

2. Telerilevamento ottico
Nel settore del telerilevamento ottico le attività si focalizzano sull'analisi delle informazioni relative al territorio e all'ambiente, ottenute grazie ai sensori ottico-elettronici installati a bordo di aerei o satelliti e alle misure dell'energia elettromagnetica riflessa e/o emessa dalla superficie terrestre. I principali campi applicativi sono: il controllo della qualità delle acque, il monitoraggio delle risorse agricole e della vegetazione naturale, l'identificazione degli incendi, la valutazione della disponibilità idrica, il censimento dei ghiacciai alpini e l'analisi dei cambiamenti di uso del suolo. Le ricerche spaziano dalla scala locale (es. qualità delle acque lago di Garda) a quella continentale (es. stato della vegetazione ecosistemi in Africa). Le attività mirano in particolare alla produzione di cartografia tematica del territorio mediante tecniche di interpretazione automatica delle immagini ed alla caratterizzazione dello stato dell'ambiente mediante estrazione di parametri biogeofisici descrittori dello stato delle superfici naturali. La disponibilità di mappe tematiche è fondamentale sia per la gestione delle risorse dell'ambiente e del territorio sia nel caso di disastri naturali (valutazione dei danni, programmazione dei primi interventi, predisposizione dei piani di recupero). Inoltre, essa riveste un ruolo essenziale anche per la pianificazione territoriale e urbana, l'identificazione di materiali pericolosi come il cemento amianto o gli sversamenti di idrocarburi, l'impermeabilizzazione dei suoli causata dalla cementificazione del territorio. Ugualmente rilevanti sono le ricerche dedicate al monitoraggio del territorio e dell'ambiente mediante serie temporali di dati satellitari e quelle rivolte all'acquisizione di dati di campo per l'interpretazione e l'elaborazione del segnale telerilevato. L'analisi di lunghe serie storiche di dati, oggi disponibili su un arco trentennale, consente infatti di individuare condizioni del territorio significativamente diverse da un comportamento normale e quindi da sottoporre ad una analisi di dettaglio per comprendere i processi in corso.

3. Diagnostica elettromagnetica
Le attività di ricerca in questo ambito mirano a mettere a punto tecnologie capaci di ottenere, in modo non invasivo, informazioni su strutture ed aree non direttamente accessibili. Tali tecnologie diagnostiche si basano sull'interazione tra onde elettromagnetiche e materia e, utilizzando lo spettro elettromagnetico dalle microonde ai TeraHertz, fino alle frequenze ottiche, trovano applicazione in molteplici settori quali il monitoraggio ambientale, la sicurezza di edifici e luoghi pubblici, la sicurezza fisica, la diagnostica di beni culturali e quella biomedicale. Le attività svolte coinvolgono aspetti metodologici e tecnologici e riguardano lo sviluppo di strategie per l'imaging tomografico a microonde e per l'elaborazione di dati radar in close sensing (georadar, imaging oltre un ostacolo ...), la messa a punto di sensori distribuiti in fibra ottica per misure di temperatura e deformazione, nonché lo sviluppo e la realizzazione di sensori optofluidici ed a microonde per analisi ambientali, chimiche e biologiche. L'integrazione di queste competenze è alla base di metodologie (fibra ottica/georadar) per il monitoraggio di aree urbane ed infrastrutture critiche. Recentemente, l'attività di ricerca è stata estesa allo studio delle potenzialità dell'uso delle microonde per la diagnostica precoce del tumore al seno ed allo sviluppo di sistemi radar in banda X per il monitoraggio dello stato del mare. Quest'ultima attività ha anche portato alla nascita della società Remocean S.r.l., spinoff del CNR.

4. Bioelettromagnetismo
Obiettivo primario delle attività di ricerca è lo studio dell'interazione tra campi elettromagnetici (CEM) non ionizzanti e sistemi biologici al fine di valutare sia i possibili rischi per la salute della popolazione sia le applicazioni in ambito medicale. L'attività è svolta attraverso sperimentazioni in vitro su colture cellulari di mammifero esposte a campi elettromagnetici di bassa e di alta frequenza, con particolare riferimento alle frequenze in uso per la telefonia cellulare. A valle delle esposizioni, i campioni cellulari vengono processati per l'analisi degli effetti, con particolare riferimento a quelli correlati al processo di cancerogenesi. Considerato l'elevato grado d'inquinamento ambientale e la larga diffusione di sorgenti di CEM, vengono anche valutati gli effetti di esposizioni combinate a CEM e inquinanti ambientali, o sostanze chimiche dal noto meccanismo di azione. Recentemente, le interazioni vengono anche studiate in presenza di nanoparticelle le quali, legandosi selettivamente alle cellule tumorali, da un lato ne incrementano l'individuazione, dall'altro facilitano la localizzazione del trattamento terapeutico. In questo ambito viene anche valutata la loro citotossicità in linee cellulari umane sia di tessuti sani che tumorali. Inoltre vengono studiati i meccanismi di interazione tra campi elettrici pulsati e strutture cellulari al fine di ampliare le applicazioni in ambito oncologico. Infine, viene effettuata un'attività di monitoraggio dei livelli di campi elettrici, magnetici ed elettro-magnetici in ambiente urbano e occupazionale allo scopo di caratterizzare le condizioni di esposizione della popolazione e verificare il rispetto dei limiti di esposizione definiti da normative nazionali ed internazionali.

5. Sistemi per l'informazione geografica
L'attività dell'IREA in questo settore nasce dall'esigenza di usare Internet per diffondere ed elaborare online i prodotti geospaziali della ricerca, si tratti di mappe digitali che derivano dall'osservazione satellitare o di misure effettuate da sensori sul campo. Essa riguarda lo studio di tecniche per l'integrazione di informazioni geografiche multisorgente e la messa a punto di infrastrutture per condividere sul web i dati geografici che in gran parte l'IREA stessa produce. Le chiavi di volta sono: l'interoperabilità, l'indipendenza degli strumenti di distribuzione da quelli di fruizione, il mantenimento dei dati presso chi li ha prodotti. L'attività fa diretto riferimento alla direttiva europea INSPIRE, che mira a rendere l'informazione territoriale dei vari stati europei compatibile e utilizzabile in un contesto transfrontaliero, e si svolge nel quadro di altre importanti iniziative internazionali, come il Programma Copernicus della Commissione Europea e le iniziative legate allo sviluppo degli standard OGC e della Digital Earth.