ANNALI DELLA FACOLTÀ DI INGEGNERIA

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1 ANNALI DELLA FACOLTÀ DI INGEGNERIA NEL DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL INFORMAZIONE SISTEMI ELETTRONICI MICROELETTRONICA E DISPOSITIVI AUTOMAZIONE INDUSTRIALE SISTEMI INFORMATICI ROBOTICA E VISIONE ARTIFICIALE SISTEMI DI CONTROLLO PER AUTOMAZIONE TELECOMUNICAZIONI DIGITALI ED OTTICHE RETI DI TELECOMUNICAZIONI COMPONENTI PER COMUNICAZIONI OTTICHE E RADIO RESEARCH IN THE DEPARTMENT OF INFORMATION ENGINEERING UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PARMA

2 DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL INFORMAZIONE Il Dipartimento di Ingegneria dell'informazione ha la finalità istituzionale di promuovere e svolgere attività di ricerca nelle grandi aree dell'ingegneria Elettronica, Informatica e delle Telecomunicazioni che nel loro complesso comprendono l'intero settore della ICT o Information and Communication Technology. Il Dipartimento svolge attività di ricerca avanzata collaborando spesso con prestigiose istituzioni scientifiche internazionali e nel contempo costituisce sul territorio un sicuro riferimento di competenze per aziende, enti ed amministrazioni pubbliche in un settore estremamente dinamico e di grande rilevanza economica e sociale. Il Dipartimento soddisfa con i propri docenti le esigenze didattiche dell'università di Parma ed in particolare della Facoltà di Ingegneria nel settore dell'ingegneria dell'informazione e mette a disposizione i propri laboratori per lo svolgimento di esercitazioni di corsi avanzati e per lo sviluppo di tesi e progetti. Presso il Dipartimento è attivo il corso triennale di Dottorato di Ricerca in Tecnologie dell'informazione e corsi annuali di Master sono attivati secondo le esigenze dell Ateneo. Il Dipartimento è ubicato presso la sede scientifica della Facoltà di Ingegneria (Parco Area delle Scienze 181/A) ed occupa circa 4000 mq nelle palazzine 1, 2, 3, e 4 dove ospita anche la sede centrale del Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni (CNIT) che coordina l attività scientifica di 34 università italiane nel settore delle telecomunicazioni. BUS Ingegneria Sede Scientifica BUS FERMATA AUTOBUS 7-14 CAPOLINEA Ingegneria Sede Didattica B Il Direttore del Dipartimento è il Prof. Giorgio Picchi Parco Area delle Scienze 181/A Parma Tel Fax GIUNTA DI DIPARTIMENTO Prof. Giorgio Picchi - Direttore Prof. Paolo Ciampolini Prof. Gianni Conte Prof.ssa Carla Tassoni Prof. Dario Bianchi Prof. Alberto Bononi Prof. Roberto Menozzi Ing. Corrado Guarino Lo Bianco Ing. Armando Vannucci Dott.ssa Paola Magri - Segretaria PERSONALE TECNICO E AMMINISTRATIVO Dott. Paola Magri - Segretaria Amministrativa Sig.ra Miria Vecchi Dott. Marina Cassano Dott. Giuliana Negri Sig.ra Paola Rebecchi Sig. Paolo Federici Sig. Roberto Roca Sig. Francisco Saia Sig. Daniele Salvini PERSONALE AFFERENTE AL DIPARTIMENTO Professori Ordinari 9 Professori Associati 11 Ricercatori e Assegnisti 20 Tecnici 4 Amministrativi 3 Collaboratori all amministrazione 2 Dottorandi 27 telefono

3 SISTEMI ELETTRONICI Le attività in questo settore riguardano la progettazione di sistemi elettronici per l acquisizione, il trattamento e la trasmissione dei segnali. TEMI DI RICERCA CIRCUITI INTEGRATI ELETTRONICA A RADIOFREQUENZA SISTEMI ELETTRONICI DIGITALI CARATTERIZZAZIONE DI CIRCUITI Circuiti integrati Sono stati progettati e realizzati, nell ambito di collaborazioni scientifiche ed industriali, circuiti integrati CMOS e BiCMOS, analogici e a segnale misto per applicazioni che spaziano dal trattamento dei segnali audio, ai driver di linea ADSL per applicazioni nelle centrali telefoniche, ai convertitori A/D ad alta velocità e basso consumo. Layout convertitore A/D pipeline 14 bit, 100 MHz. Layout of a 14 bit, 100 MHz, A/D converter. Tra le realizzazioni più recenti si segnala un sample and hold con dinamica di 60dB a 1GS/s, con segnale d ingresso a 500MHz e un convertitore A/D 14bit a 100MS/s in tecnologia CMOS. È stato inoltre realizzato un sensore integrato di radiazioni ad alta risoluzione spaziale per esperimenti di fisica nucleare, basato su pixel attivi CMOS. Sono infine in corso ricerche sui limiti estremi di scalabilità delle strutture integrate, con particolare riferimento alle correnti di perdita attraverso ossidi di gate ultrasottili e al relativo degrado del comportamento circuitale. Elettronica a radiofrequenza Tra le più recenti realizzazioni circuitali si ricordano un VCO a basso rumore per un transceiver wireless nella banda 5-6GHz, un sintetizzatore per lo standard IEEE a, lo studio di un mixer in tecnologia SiGe BiCMOS a 0.35 μm, un ricetrasmettitore integrato a 900MHz per l identificazione dei prodotti nelle catene di distribuzione commerciale (RFID tagging). Da segnalare inoltre l attività di sviluppo di nuovi strumenti CAD per la simulazione degli effetti di propagazione elettromagnetica nei circuiti ibridi o integrati per altissime frequenze. Sistemi elettronici digitali e applicazioni Il dipartimento è dotato della strumentazione hardware e software necessaria allo sviluppo di diverse tipologie di sistemi digitali, basati su microcontrollori, microprocessori, DSP, logiche programmabili. Tra le applicazioni realizzate si ricordano sistemi di equalizzazione dei segnali audio per interni di automobili, la realizzazione di sistemi di controllo per automazione industriale e automobilistica basati su bus di campo, e lo sviluppo di sistemi embedded basati su FPGA. È attivo inoltre un laboratorio per lo studio delle applicazioni di automazione domestica e di edificio. Studi in questo ambito vengono condotti in collaborazione con aziende produttrici e con enti pubblici, anche in relazione alle problematiche dell assistenza di anziani e disabili. Caratterizzazione di circuiti La caratterizzazione dei circuiti integrati a segnale misto analogico-digitale e dei circuiti RF pone rilevanti problemi di misura, al punto che alcuni parametri di specifica sono a mala pena misurabili, e talvolta vengono specificati sulla base delle simulazioni. Le competenze maturate su questa tematica riguardano in particolare il collaudo delle interfacce analogico digitali ad alta velocità. Personale Prof. Carlo Morandi, Professore ordinario Prof. Paolo Ciampolini, Professore ordinario Prof. Roberto Menozzi, Professore associato Prof. Giovanni Chiorboli, Professore associato Prof. Andrea Boni, Professore associato Prof.ssa Ilaria De Munari, Professore associato Ing. Guido Matrella, Assegnista di ricerca Ing. Davide Vecchi, Assegnista di ricerca 1

4 MICROELETTRONICA E DISPOSITIVI Le ricerche in corso riguardano sia la fabbricazione di celle solari ad alta efficienza per applicazioni spaziali e rivelatori in silicio per la fisica delle alte energie, sia aspetti di modellistica e caratterizzazione, sia infine la stima dell affidabilità dei dispositivi stessi. TEMI DI RICERCA RIVELATORI DI RADIAZIONE SUPERINTEGRAZIONE MISURE PER LA MICROELETTRONICA DISPOSITIVI AD ETEROGIUNZIONE DISPOSITIVI DI POTENZA PROCESSI DI FABBRICAZIONE Rivelatori di radiazione È stato realizzato un sensore integrato di radiazioni ad alta risoluzione spaziale per esperimenti di fisica nucleare, basato su pixel attivi CMOS. Superintegrazione Sono in corso ricerche sui limiti estremi di scalabilità delle strutture integrate, con particolare riferimento alle correnti di perdita attraverso ossidi di gate ultrasottili e al relativo degrado del comportamento circuitale. UV Mask Aligner nella camera pulita. UV Mask aligner in the clean room. Affidabilità dei dispositivi ad eterogiunzione Il Gruppo Dispositivi Elettronici ha acquisito negli ultimi anni notevole rinomanza internazionale nel campo dello studio sperimentale degli effetti di elettroni caldi nei dispositivi FET a eterogiunzione (PHEMT, HFET) e del loro impatto sull affidabilità. Sono inoltre in corso studi teorici e sperimentali sugli effetti di auto-riscaldamento negli stessi dispositivi e nei transistori bipolari ad eterogiunzione (HBT). Banco per misure a microonde su fetta. On-wafer microwave measurement bench. Dispositivi di potenza Le attività sono concentrate sullo studio delle caratteristiche di commutazione, sulla progettazione di diodi p-i-n ad irraggiamento elettronico o protonico e di resistori integrati in silicio, e sulla modellistica degli effetti termici nei dispositivi e nei moduli di potenza. Processi tecnologici di fabbricazione La camera pulita (clean room) del Dipartimento è attrezzata per la deposizione di film metallici per evaporazione o sputtering, la fotolitografia ultravioletta ed i relativi processi di attacco chimico. Sono attivi progetti per la produzione di celle solari ad alta efficienza su semiconduttori III-V (in collaborazione con il Dipartimento di Fisica e INFM) e di condensatori ferroelettrici per dispositivi di memoria innovativi. Misure per la microelettronica Accanto alla strumentazione per la misura delle caratteristiche elettriche DC dei dispositivi, è presente nel laboratorio di Misure a Microonde un Analizzatore Vettoriale di Rete per misure di parametri S fino a 20 GHz connesso ad una stazione micropunte coplanari per le misure su fetta. Personale Prof. Roberto Menozzi, Professore associato Prof. Andrea Boni, Professore associato Prof.ssa Ilaria De Munari, Professore associato Prof. Paolo Ciampolini, Professore ordinario Prof. Carlo Morandi, Professore ordinario Prof. Giovanni Chiorboli, Professore associato Ing. Paolo Cova, Ricercatore universitario Ing. Guido Matrella, Assegnista di ricerca 2

5 AUTOMAZIONE INDUSTRIALE Sono qui raccolte le attività nel settore delle correnti forti, con particolare riferimento agli azionamenti elettrici ed all elettronica di potenza, e le attività relative alla misura, con tecniche elettroniche, di grandezze non elettriche. TEMI DI RICERCA esigenze industriali; tra le più significative si ricorda lo sviluppo delle procedure di calibrazione delle telecamere per misure dimensionali, il progetto di sensori di posizione basati sull effetto magnetostrittivo e quello, in corso, di sensori di livello per serbatoi di processo e di stoccaggio mediante tecnica radar. AZIONAMENTI ELETTRICI DI TIPO DIGITALE DISPOSITIVI DI POTENZA AMPLIFICATORI AUDIO SWITCHING MISURE PER APPLICAZIONI INDUSTRIALI IMPATTO AMBIENTALE DI CAMPI ELETTROMAGNETICI Azionamenti elettrici L attività di ricerca è rivolta alla progettazione, realizzazione e diagnosi di azionamenti elettrici. Laboratorio di automazione industriale: dettaglio di apriporta. Industrial Automation laboratory: lift door detail. Sono stati realizzati diversi controlli vettoriali per motori ad induzione e brushless per applicazioni nel settore del bianco e degli ascensori. Sono inoltre state sviluppate e brevettate tecniche per la diagnosi non invasiva di azionamenti elettrici. Amplificatori audio switching L attività di ricerca è rivolta alla progettazione di amplificatori audio ibridi. È stato realizzato e brevettato un amplificatore audio ibrido per applicazioni automotive con elevato rendimento e bassa distorsione rispetto ad un equivalente lineare. Misure per applicazioni industriali Si tratta di attività spesso originate da specifiche Sensori di posizione di tipo magnetostrittivo. Magnetostrictive linear position sensors. Dispositivi di potenza Le attività in questo settore sono focalizzate sullo studio del comportamento in commutazione dei dispositivi, sulla modellistica degli effetti termici e su prove di vita accelerate per previsioni affidabilistiche. Impatto ambientale di campi ettromagnetici È stato realizzato un simulatore 3D di campi elettrici e magnetici a frequenza industriale, ed è disponibile la relativa strumentazione di misura. Questi strumenti consentono di individuare le fasce di rispetto degli elettrodotti e di assicurare un valido supporto alla progettazione di nuovi insediamenti o alla bonifica delle infrastrutture esistenti. Personale Prof.ssa Carla Tassoni, Professore ordinario Prof. Giovanni Franceschini, Professore ordinario Prof. Mario Cacciari, Professore associato Prof. Giovanni Chiorboli, Professore associato Ing. Paolo Cova, Ricercatore universitario 3

6 SISTEMI INFORMATICI Queste attività riguardano lo studio dei principali paradigmi dell informatica distribuita moderna e del loro impatto sulle applicazioni. TEMI DI RICERCA SISTEMI DISTRIBUITI SISTEMI AD AGENTI SISTEMI MULTIMEDIALI ED E-LEARNING Sistemi distribuiti L attività di ricerca è volta a supportare l utenza mobile e le organizzazioni virtuali dinamiche fornendo strumenti per applicazioni distribuite. Sono approfondite le tecniche di AAA, le metodologie di sicurezza e i meccanismi di pubblicazione e ricerca dei servizi in infrastrutture rivolte ad organizzazioni complesse (comunità universitarie, distretti digitali,...). Uno degli obiettivi è definire e sviluppare servizi per la gestione di risorse distribuite (contenuti, applicativi, servizi Web,...) su reti eterogenee, permettendo l uso coordinato e condiviso delle risorse da parte di utenti di organizzazioni virtuali. L integrazione delle metodologie di Grid Computing e del paradigma peer-to-peer consente di ottenere sistemi scalabili e robusti. L attività di ricerca è svolta in collaborazione con IBM e, nell ambito di progetti regionali per applicazioni dedicate alla logistica, con realtà imprenditoriali locali. Sistemi ad agenti Le attività riguardano lo studio e lo sviluppo di sistemi, tecnologie e metodologie per consentire la fruizione di servizi mediante diversi tipi di dispositivi di elaborazione (personal computer, palmari e telefoni mobili) e reti di comunicazione (Internet, reti telefoniche fisse, reti mobili e reti ad hoc). In particolare, questo settore coinvolge attività di ricerca sui sistemi orientati agli agenti e sul loro utilizzo per la personalizzazione e la composizione dei servizi, nonché sui portali Web e sul loro uso per l adattamento automatico dei contenuti al dispositivo dell utente. Le attività di ricerca sono condotte in collaborazione con aziende come Telecom Italia e Motorola ed enti di ricerca nazionali e internazionali nell ambito di progetti finanziati dalla Comunità Europea (CoMMA, LEAP, Agentcities, Collaborator Technology Net). I risultati ottenuti sono stati applicati alla realizzazione di sistemi a supporto del lavoro collaborativo, all e-learning e alla teledidattica, nonché alla gestione della conoscenza aziendale, alla gestione delle reti di telecomunicazione ed al turismo. Sistemi multimediali ed e-learning Vengono studiate le tecnologie per la realizzazione di servizi di streaming multimediale a Qualità di Servizio (QoS) garantita considerando come scenario di riferimento l e-learning e la infrastruttura di rete wired/wireless di un Campus. L attività riguarda la sperimentazione di meccanismi di QoS end-to-end su rete besteffort, attraverso la selezione del server più conveniente, e l adattamento dinamico del sistema alle variazioni del carico di rete e alle caratteristiche dei terminali di utente. Per valutare le prestazioni di sistemi multimediali si è fatto uso di metodologie di modellazione e valutazione delle prestazioni basate su reti di Petri stocastiche (GSPN). Sono in fase di studio portali per il servizio di e- learning agli studenti e l erogazione di moduli didattici conformi agli standard internazionali (SCORM). Gli stessi servizi potranno essere offerti anche su dispositivi mobili quali telefoni e PDA con adattamento dei contenuti ai terminali. Per le attività sperimentali sono utilizzati i laboratori attrezzati con sistemi di calcolo (cluster LINUX) e la rete Wi-Fi del Dipartimento. Personale Cluster LINUX per elaborazione parallela e servizi multimediali. LINUX Cluster for parallel computing and multimedia services. Prof. Gianni Conte, Professore ordinario Prof. Agostino Poggi, Professore ordinario Prof. Eduardo Calabrese, Professore associato Prof. Dario Bianchi, Professore associato Ing. Francesco Zanichelli, Ricercatore universitario Ing. Monica Mordonini, Ricercatrice universitaria Ing. Federico Bergenti, Ricercatore Cnit Ing. Paola Turci, Assegnista di ricerca 4

7 ROBOTICA E VISIONE ARTIFICIALE Il gruppo di Ingegneria Informatica sviluppa diversi progetti nel settore dei sistemi robotici e di visione intelligenti: TEMI DI RICERCA VISIONE ARTIFICIALE E VEICOLI INTELLIGENTI SISTEMI ROBOTICI SENSORI VISIVI NON CONVENZIONALI l esecuzione di compiti di servizio per anziani e persone a mobilità ridotta all interno di edifici. La sicurezza viene perseguita sia attraverso appropriate soluzioni elettromeccaniche, sia tramite l elaborazione in tempo reale delle informazioni generate da più sensori (visione, ultrasuoni, contatto, infrarossi, bussola, etc.). Visione artificiale e veicoli intelligenti Le principali attività di ricerca riguardano l utilizzo della visione artificiale per individuazione di pedoni nell infrarosso o nello spettro visibile, individuazione e classificazione di o- stacoli, individuazione di veicoli. Tali attività vengono condotte in collaborazione con aziende come Volkswagen AG e Centro Ricerche FIAT, con US Army TACOM, e nell ambito del progetto europeo PReVENT. Il laboratorio di Visione Artificiale e Sistemi Intelligenti è equipaggiato con un veicolo prototipo, una Volkswagen Touareg dotata con sistemi di visione monoculare e stereoscopica per visibile, vicino infrarosso e infrarosso termico, computer per elaborazione e sistemi per la visualizzazione delle immagini acquisite. Prototipo di veicolo intelligente presso il laboratorio di Visione Artificiale. Prototype of intelligent vehicle from the Artificial Vision Lab. È stato anche sviluppato il sistema di visone di TerraMax, un veicolo totalmente autonomo che ha partecipato alla GrandChallenge, una gara internazionale tra veicoli autonomi che si è svolta tra Los Angeles e Las Vegas nel Sistemi robotici L attività più recente è rivolta alla realizzazione di sistemi robotici per compiti di servizio. E in corso lo sviluppo di una piattaforma mobile autonoma dotata di manipolatore, con elevata sensorialità e capacità di elaborazione e comunicazione. La piattaforma è concepita per Robot mobili presso il laboratorio di Robotica. Mobile robots in the Robotics Lab. Un altra linea di ricerca riguarda le interfacce utente evolute, basate sulla presentazione e manipolazione di informazioni grafiche in ambienti virtuali e sulla interazione multimodale bidirezionale (tramite gesti, voce, tatto, visualizzazione). Tali interfacce sono destinate a consentire operazioni complesse a distanza mediante l uso di robot, ad esempio per la manutenzione remota di apparati. Sensori visivi non convenzionali Sistemi di visione non convenzionali, basati sull impiego di sensori multipli e su tecniche di soft computing, vengono progettati per un utilizzo a bordo di robot mobili e per applicazioni indu-striali. In particolare, vengono studiati sensori omnidirezionali, utilizzati singolarmente o in associazione con telecamere di tipo tradizionale (HOPS, Hybrid Omnidirectional Pinhole System). Sensori di questo tipo realizzano approcci alla visione artificiale analoghi a quelli dell occhio umano. Personale Prof. Stefano Caselli, Professore ordinario Prof. Alberto Broggi, Professore associato Prof. Stefano Cagnoni, Professore associato Ing. Massimo Bertozzi, Ricercatore universitario Ing. Alessandra Fascioli, Ricercatrice Cnit Ing. Monica Reggiani, Assegnista di ricerca 5

8 SISTEMI DI CONTROLLO PER AUTOMAZIONE Le attività in questo settore riguardano l analisi dei sistemi dinamici, la sintesi di tecniche di controllo innovative e la meccatronica. TEMI DI RICERCA INVERSIONE DINAMICA CONTROLLO MEDIANTE VISIONE ARTIFICIALE NAVIGAZIONE AUTONOMA CONTROLLO NON LINEARE Inversione dinamica per sistemi di controllo ad alte prestazioni La ricerca è centrata sullo sviluppo di metodologie di progetto che combinino un azione di controllo in retroazione (feedback) ad un azione diretta (feedforward), basata sull inversione dinamica del sistema, per ottenere elevate prestazioni nel controllo e nella regolazione di sistemi incerti. L obiettivo principale è l individuazione di metodi per la regolazione robusta di set-point per sistemi lineari, multivariabili, a fase non minima, che siano affetti da incertezze di tipo parametrico. I regolatori devono soddisfare esigenze di ottimalità, quali la minimizzazione del tempo di assestamento con vincoli di sovraelongazione e di saturazione. Un possibile impiego di questa ricerca riguarda i settori della meccatronica e del controllo di processo. Tecniche di inversione dinamica sono state utilizzate per progettare controllori ottimi e robustamente stabili per apparati quali servomeccanismi, pendoli inversi, bracci flessibili, ecc. Controllo mediante visione artificiale di forni industriali Obiettivo della ricerca è la realizzazione di un controllo attivo real-time per la cottura di biscotti in forni continui industriali. Il controllore con struttura a supervisione utilizza un sistema di visione artificiale basato su una videocamera a colori posta all uscita del forno. Un algoritmo specializzato di image-processing determina il livello di cottura dei biscotti e, conseguentemente, un controllore con logica fuzzy permette di effettuare correzioni di temperatura sul forno al fine di ottenere una cottura ottimale. Il miglioramento complessivo della qualità del prodotto alimentare comporta una drastica riduzione degli scarti, con conseguenti economie di gestione. Il progetto di ricerca è sviluppato in collaborazione con il Gruppo Colussi (Perugia). Controllo per la navigazione autonoma L attività di ricerca è focalizzata sullo sviluppo di tecniche per il controllo del moto di veicoli autonomi su ruote. Particolare attenzione è rivolta allo studio di primitive del moto basate sulla pianificazione ottima di traiettorie e sul loro inseguimento mediante un approccio incentrato sull inversione dinamica delle equazioni del veicolo. La robustezza dell approccio è assicurata dall uso di tecniche di sterzatura iterativa. Il sistema di controllo del moto è attualmente testato su un veicolo sperimentale dotato di un sistema di visione artificiale. Controllo non lineare L attività di ricerca per il controllo di impianti o sistemi non lineari si sviluppa nelle seguenti direzioni. a) Inseguimento di percorso: sintesi di strategie di controllo per il problema dell inseguimento di percorso con sistemi non olonomi incerti. Sono state messe in evidenza condizioni geometriche sul percorso che ne assicurano la risolvibilità. Le leggi di controllo trovate sono state estese al caso di sistemi affetti da disturbi b) Invarianza controllata per sistemi generali non lineari: sono state valutate condizioni sufficienti per far sì che il moto di un sistema rimanga confinato all interno di una varietà nello spazio degli stati. c) Inseguimento di percorso per sistemi a fase non minima: un tipico esempio di applicazione è rappresentato dal controllo di percorso per il VTOL (aereo a decollo verticale), un sistema a fase non minima preso come benchmark per i problemi di controllo non lineare. Controllo di una sfera su guida. Ball-beam control. Personale Prof. Aurelio Piazzi, Professore ordinario Ing. Corrado Guarino Lo Bianco, Ricercatore universitario 6

9 TELECOMUNICAZIONI DIGITALI ED OTTICHE TEMI DI RICERCA SISTEMI DI COMUNICAZIONE A BANDA LARGA SISTEMI DI COMUNICAZIONE VIA SATELLITE SISTEMI DI NAVIGAZIONE SATELLITARE SISTEMI DI MEMORIZZAZIONE DIGITALI SISTEMI DI TRASMISSIONE IN FIBRA OTTICA AMPLIFICATORI OTTICI Sistemi di navigazione satellitare Nei prossimi anni sarà disponibile il sistema di navigazione radio satellitare europeo Galileo che oltre a fornire gli stessi servizi del sistema statunitense GPS (Global Positioning System) Sistemi di comunicazione a banda larga La modulazione multiportante OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) si sta affermando come valida soluzione in quasi tutti i moderni sistemi di comunicazione. Essi includono i sistemi xdsl (digital subscriber line), fra cui la nota ADSL (asymmetric DSL), le reti WLAN (wireless local area network), i sistemi digitali di diffusione terrestre, quali il DAB (digital audio broadcasting) ed il DVB-T (digital video broadcasting - terrestrial), i sistemi WPAN (wireless personal area network) per le comunicazioni a brevissima distanza con modulazioni UWB (ultra-wide band) e molti altri. In questi ambiti si stanno studiando tecniche innovative di elaborazione e codifica dei segnali e progettando alcuni sistemi di comunicazione. A questo tema è anche riconducibile una collaborazione con Selta S.p.A sui sistemi di comunicazione su linea elettrica PLC (power line communications). Sistemi di comunicazione via satellite Nelle moderne comunicazioni via satellite, come ad esempio la diffusione di segnali televisivi digitali, ed in particolare nel nuovo standard DVB-S2 (digital video broadcasting - satellite version 2) sono utilizzate delle tecniche di codifica di canale molto potenti e dei formati di modulazione particolarmente densi. Alle frequenze di trasmissione tipiche di queste comunicazioni, il rumore di fase introdotto dagli oscillatori di trasmissione e ricezione e le instabilità di frequenza rappresentano quindi una causa notevole di degrado delle prestazioni del sistema. Nell ambito di tale tema di ricerca si studiano tecniche innovative di rivelazione e decodifica per questo tipo di applicazioni. Tale attività è svolta in collaborazione con l Agenzia Spaziale Europea (ESA), altri centri di ricerca europei, ed aziende leader nel settore. Laboratorio di Comunicazioni Ottiche. Optical Communications Laboratory. metterà a disposizione nuovi servizi. Nell ambito di tale progetto, si studiano delle tecniche di elaborazione avanzata del segnale al ricevitore allo scopo di mitigare le interferenze rappresentate dai sistemi attualmente in uso che utilizzano le stesse bande di trasmissione. Tale attività è svolta nell ambito di un iniziativa del Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni (CNIT). Sistemi di memorizzazione digitali I sistemi di memorizzazione digitali quali i dischi rigidi (hard disk), i CD (compact disk) ed i DVD (digital versatile disk) fanno uso di tecniche di elaborazione e codifica dei segnali tipiche dei sistemi di comunicazione. In questo ambito si stanno studiando algoritmi avanzati di elaborazione e codifica del segnale, anche in collaborazione con industrie del settore. Sistemi di trasmissione in fibra ottica Nelle reti di trasporto, a lunga distanza, i segnali digitali viaggano per centinaia di km su fibre ottiche ad elevata capacità, trasportando decine di canali, ognuno modulato a velocità di 10 Gb/s ed oltre. Il Gruppo di Ricerca di Comunicazioni Ottiche si occupa dello studio, della modellistica, del progetto e della valutazione di prestazioni di 7

10 TELECOMUNICAZIONI DIGITALI ED OTTICHE (segue) sistemi multi-lunghezza d onda (WDM) a lunga tratta, sia terrestri che sottomarini. Vengono inoltre studiate e progettate soluzioni sia per gli effetti di distorsione nonlineare (SPM, XPM, FWM), sia per gli effetti di dispersione di polarizzazione (PMD). Tra le altre, è attiva una pluriennale collaborazione con l azienda leader Alcatel, nel cui centro di ricerche di Marcoussis (Parigi) si testano alcune soluzioni innovative frutto della collaborazione. Amplificatori Ottici L uso di amplificatori ottici ha rivoluzionato il panorama delle Comunicazioni Ottiche, come tecnologia-chiave per la realizzazione di sistemi a lunghissima distanza. Il Gruppo di Ricerca di Comunicazioni Ottiche si occupa della modellistica e del test sia degli Amplificatori Ottici in fibra drogata con Erbio (EDFA), sia degli Amplificatori Ottici e Semicon- duttore (SOA), che rappresentano una promettente soluzione per la realizzazione di sistemi di elaborazione all-optical. E in corso, tra gli altri, un progetto di ricerca biennale col Politecnico di Torino, finanziato dal MIUR, per lo sfruttamento dei SOA nelle reti ottiche metropolitane. Personale Prof. Giorgio Picchi, Professore ordinario Prof. Riccardo Raheli, Professore ordinario Prof. Alberto Bononi, Professore associato Prof. Giulio Colavolpe, Professore associato Ing. Gianluigi Ferrari, Ricercatore universitario Ing. Armando Vannucci, Ricercatore universitario Ing. Paolo Serena, Ricercatore universitario Ing. Alessandra Orlandini, Assegnista di ricerca RETI DI TELECOMUNICAZIONI TEMI DI RICERCA SICUREZZA IP TELEHPONY E NUOVI SERVIZI P2P SUPPORTO DELLA QUALITÀ DEL SERVIZIO GESTIONE DELLA MOBILITÀ Riguardo alla sicurezza vengono studiati i meccanismi per la protezione della comunicazione, per l autenticazione degli utenti/terminali, e per la gestione sicura del roaming tra reti eterogenee (e.g. Wireless LAN e UMTS). Riguardo alle reti di nuova generazione e nuovi servizi, una importante attività è quella relativa allo studio e allo sviluppo di tecnologie di rete e servizi per comunicazione multimediale audio/video real-time (IP Telephony) in modalità punto-punto e punto multipunto (conferenza), e peer-to-peer (P2P). Viene seguita in modo stretto l attività di standardizzazione effettuata in ambiente IETF e 3GPP/UMTS dell architettura e dei protocolli per servizi IMS (IP Multimedia Subsystem) delle reti di terza generazione. Riguardo alla qualità del servizio, vengono studiate e realizzate reti integrate con supporto di comunicazioni a qualità garantita, sia in ambito wired che wireless, ed in particolare scenari di comunicazioni attraverso domini di rete differenti. Sono poi approfondite tematiche relative a reti in area personale (PAN) e domestiche (home Interfaccia di sviluppo per terminali mobili. Development interface for mobile terminals. networking), e scenari di ambienti intelligenti. Esistono inoltre importanti attività di sviluppo e di prototipazione di nuovi servizi di comunicazione multimediale e di realizzazione di architetture di rete innovative (per la qualità del servizio, supporto e gestione della mobilità, sicurezza), e di sviluppo di applicazioni su terminali mobili leggeri quali palmari e smarthphone. Personale Ing. Luca Veltri, Ricercatore universitario Ing. Gianluigi Ferrari, Ricercatore universitario Ing. Andrea Morelli, Collaboratore di ricerca Cnit 8

11 COMPONENTI PER COMUNICAZIONI OTTICHE E RADIO Le attività in questo settore riguardano principalmente lo studio, la progettazione e la caratterizzazione di componenti e dispositivi per sistemi di telecomunicazione, sia in fibra che a radiofrequenza TEMI DI RICERCA FIBRE A CRISTALLO FOTONICO E AMPLIFICATORI ANTENNE PER APPLICAZIONI RF Fibre a cristallo fotonico e amplificatori La ricerca in corso è incentrata sullo studio e la modellizzazione di dispositivi ottici in fibra, principalmente le cosiddette fibre a cristallo fotonico, e gli amplificatori ottici per sistemi di telecomunicazione. Le fibre a cristallo fotonico, o microstrutturate, sono fibre silicate caratterizzate da una particolare distribuzione di fori d aria sulla sezione traversa, distribuzione che si mantiene per tutta la lunghezza della fibra. Queste fibre presentano nuove e inesplorate proprietà per il guidaggio e controllo della luce, inimmaginabili con fibre tradizionali, come, ad esempio, la monomodalità su ampi intervalli spettrali o il guidaggio in aria. Foto di una fibra a cristallo fotonico e immagine SNOM del campo guidato. Photo of a photonic crystal fiber and SNOM image of the guided field. Il laboratorio di Componenti Ottici è attrezzato per misure di attenuazione, perdite per curvatura, birifrangenza, area efficace, non linearità. Inoltre il recente sviluppo di un microscopio ottico a scansione di campo vicino (SNOM) permette l analisi su scale submicrometriche della luce emessa delle fibre, o da qualsiasi altro dispositivo, come laser convenzionali o ad emissione verticale. Questa attività di laboratorio è poi affiancata da un intenso lavoro teorico di analisi e progettazione che prevede l utilizzo di potenti codici numerici basati sul metodo degli elementi finiti. Tramite questi codici è possibile progettare fibre con le volute proprietà, ad esempio di dispersione, non linearità o amplificazione, nonché ana- lizzare quelle di fibre disponibili. Il laboratorio è anche attrezzato per la caratterizzazione e lo studio di amplificatori ottici in fibra drogata. Anche questa attività sperimentale è accompagnata dallo sviluppo di modelli teorici e numerici in grado di fornire una descrizione spaziale a spettrale dei componenti in esame. Nel corso degli anni sono stati sviluppati progetti di ricerca a livello europeo per la progettazione di amplificatori sia per la seconda che terza finestra delle telecomunicazioni. Microscopio a scala nanometrica (SNOM) per la caratterizzazione di fibre ottiche realizzato presso il Dipartimento. Scanning Near-Field Optical Microscope (SNOM) developed in the Department. É inoltre attivo un filone di ricerca dedicato allo sviluppo di sensori, basati su tecnologie ottiche, per la filiera alimentare. In particolare sensori di presenza di liquidi, di livello, di concentrazione e di pressione. La fibra è utilizzata sia come elemento sensore, puntuale o distribuito, che per allontanare la strumentazione di misura da ambienti ostili. Antenne per applicazioni RF L attività in questo campo riguarda la progettazione e la misura di antenne per le più disparate applicazioni a frequenze radio e microonde, principalmente di tipo industriale. Sono disponibili potenti strumenti di CAD sia commerciali che sviluppati internamente. Di recente si stanno affrontando tematiche di integrazione tra sistemi wireless e sistemi in fibra con tecnologia radioover-fiber, prestando particolare attenzione alle tecniche di ottimizzazione della trasmissione di segnali ottici modulati a frequenze radio. Personale Prof. Stefano Selleri, Professore associato Dott.ssa Annamaria Cucinotta, Ricercatrice universitaria 9

12 DOTTORATO DI RICERCA E SPIN OFF Il Dottorato di ricerca in Tecnologie dell Informazione Presso il Dipartimento ha sede il corso di Dottorato di ricerca in Tecnologie dell Informazione il cui scopo è quello di fornire agli allievi una preparazione di livello superiore in uno dei settori dell area scientifica delle tecnologie dell informazione. Tale vasta area comprende l elettronica, l informatica, le telecomunicazioni e le discipline ad esse collegate. Il corso si articola in tre anni e vi si accede per concorso dopo aver conseguito la laurea magistrale o la vecchia laurea quinquennale: il numero medio di posti con borsa di studio è di circa cinque all anno. Nel triennio l allievo completa la sua attività di formazione seguendo corsi integrativi e seminari ed impara a svolgere attività di ricerca partecipando alle attività scientifiche di uno dei gruppi del Dipartimento. L attività può svolgersi in parte presso qualificati centri di ricerca italiani o stranieri. Il corso si conclude con la stesura di una tesi scritta che è sintetizzata l attività scientifica svolta. Gli allievi che fino ad oggi hanno conseguito il titolo sono 50 e di questi 20 sono professori o ricercatori di ruolo presso varie università, altrettanti sono impiegati in posizioni di rilievo presso aziende italiane o straniere ed i restanti (i più giovani) sono titolari borse o assegni di ricerca. Gli spin-off Il Dipartimento ospita anche due spin off accademici ossia società originate dalla sua attività scientifica. SILIS Silis è uno spin-off accademico che nasce per iniziativa di un gruppo di docenti e dottori di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria dell Informazione ed offre servizi ad alto contenuto tecnologico in diversi campi dell elettronica: progettazione di circuiti integrati analogici, di sistemi digitali, testing, valutazioni di affidabilità, selezione e formazione del personale tecnico, consulenza alla Certificazione Qualità. MEDIABASE Lo spin-off Mediabase nasce dal Laboratorio di applicazioni multimediali e calcolo parallelo del Dipartimento dal quale ricava competenze sui sistemi di Video on Demand e streaming su reti IP, sui sistemi mobili e wireless LAN e sui sistemi distribuiti multimediali GRID-based. Campi di attività sono: gli archivi digitali basati su cluster, la videosorveglianza attraverso reti mobili IP, gli ambienti di supporto multimediale all e-learning, i proxy per l adattamento di contenuti multimediali a diversi terminali utente. Il Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni (CNIT) Radio d epoca dalla collezione CNIT esposta presso la Sede scientifica della Facoltà di Ingegneria. Antique radio from a CNIT collection exhibited at the Faculty of Engineering. Il Dipartimento ospita la sede centrale del Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni (Cnit), organismo che raggruppa 34 Università italiane per lo svolgimento di attività di ricerca e formazione avanzate nel settore delle telecomunicazioni e dei campi elettromagnetici. Il Consorzio fornisce un supporto organizzativo e di coordinamento alle realtà accademiche e aziendali che lavorano nel campo della progettazione, realizzazione, utilizzazione e gestione di apparati, sistemi e servizi di Telecomunicazioni, in ambito nazionale e internazionale. Il Consorzio ha capacità operative sostanziali che mette a disposizione delle Università per sviluppare progetti comuni e per consentire loro di presentarsi in modo coordinato quando se ne ravvisi l opportunità. 10

13 THE DEPARTMENT OF INFORMATION ENGINEERING The Department of Information Engineering is the main site of advanced research and graduate studies in Electronics, Computer Engineering, Telecommunications and related fields. Expertise in all the ICT disciplines is present in the Department. The research activity is carried on by several groups often in collaboration with universities of different countries and renowned international institutions. The Department also supplies scientific and technical support to industries, firms and public bodies in Italy and abroad. According to the needs this kind of collaboration takes on the shape of contracts for applied research, development of specific projects and joint participation to scientific research programs supported by European or national institutions. The Department has also the teaching responsibility for all the undergraduate courses in the Faculty of Engineering concerning disciplines within its scientific competence. These courses lead to three different three-year Degrees (Laurea) in Electronics Engineering, Computer Engineering and Telecommunications Engineering respectively. Each of these courses is followed by a corresponding two-year Advanced Degree in the same discipline (Laurea magistrale) and one common graduate course at Ph.D. level in Information Technologies (Dottorato di ricerca). Graduate course in Information Technologies (Ph.D.). The Department hosts the graduate course in Information Technologies (Ph.D.). During the three-year program the students both complete their background by attending seminars or courses and do research within one of the research groups in Electronics, Computer Engineering, Telecommunications or related fields. The activity is carried out under the guidance of a supervisor and ends with the defence of a written thesis in front of an external evaluation panel. Part of the period is often spent in major research centres in Italy or abroad. Of the 50 students who got the title since 1991, 20 are now associate or assistant professors in various universities and many others hold important postions in Italian or foreign firms. The Department is located in the Scientific Campus of the University of Parma where it occupies 4,000 sq. metres distributed in four buildings out of the thirteen assigned to the Engineering Departments. 11

14 ELECTRONIC SYSTEMS Research activity in the field of electronic systems is mainly focused on the design and characterization of electronic systems for signal acquisition, elaboration and transmission. RESEARCH FIELDS Integrated circuits Radio frequency electronics Digital electronic systems Circuit characterization Integrated circuits A variety of analog and mixed signals integrated circuits like audio processors, central-office ADSL line drivers, high speed and low power A/D converters were designed and implemented in CMOS or BiCMOS technologies. The projects were supported by national, European and industrial programs. Among recent designs, a full-nyquist sample-andhold amplifier with a SFDR of 60 db at 1GS/s and a 14 bit 100MS/s A/D converter in 0.18 μm CMOS can be mentioned. SoC s are being designed as well: a monolithic radiation sensors, suitable for nuclear physics experiments, has been realized, featuring highspatial resolution, smart read-out circuitry and high radiation hardness. Finally, research on extreme scaling of CMOS circuits is being carried out, with particular emphasis on the system performance degradation due to gate leakage current. Radio Frequency electronics Among the most recent implementations it is worth mentioning a transceiver working in the 5-6GHz band, a IEEE a synthesizer, a down-conversion mixer in a 0.35 μm SiGe BiCMOS, a 900 MHz integrated transceiver for a RFID passive tag. New CAD tools for the simulation of electromagnetic effects in high speed hybrid or integrated circuits were developed. Solid State devices The present activity mainly concerns the design and manufacturing of innovative devices, such as high efficiency solar cells for space applications or vertex detectors for high energy physics (HEP), device simulation (effects of aggressive scaling in MOSFETs, thermal and reliability aspects of III-V FETs), and device reliability. Moreover, a remarkable experience has been acquired on failure mechanisms and reliability of advanced metallizations and heterojunctions devices. Digital electronic systems and applications Digital systems based on microcontrollers, microprocessors, DSP, programmable devices are developed in the Department labs. Among the applications it is worth mentioning a digital acoustic audio equalizer for automotive systems, control systems based on field buses for industrial and automotive automation and FPGA-based reconfigurable systems. Moreover, a laboratory is dedicated to home and building automation technologies. Activities in this field are carried out in collaboration with industries and public structures, especially oriented to assistive technologies for elderly and disabled. Measurements for microelectronics The characterization of mixedsignal and RF IC s poses such relevant issues, that sometimes hard-to measure performance parameters are specified on the basis of simulation results only. The skills acquired in this field mainly regard the testing and characterization of high-speed analog/digital interfaces. MICROELECTRONICS AND DEVICES Ongoing research deals with the fabrication of high-efficiency solar cells for space applications and silicon detectors for high-energy physics, as well as with the modeling, characterization and reliability evaluation of electron devices. RESEARCH FIELDS Radiation detectors Superintegration Measurements for microelectronics Heterojunction devices High-power devices Fabrication processes Radiation Detectors A high-spatial-resolution integrated radiation detector, based on CMOS active pixels, was developed for nuclear physics experiments. Superintegration Ongoing research focuses on the ultimate limits of scalability of integrated structures, with specific attention to leakage currents through ultra-thin oxides and the corresponding degradation of the circuit behavior. Measurements for Microelectronics In addition to measurement equipment for the DC characterization 12

15 of electron devices, the Microwave Measurements Lab features a Vector Network Analyzer (VNA) for S-parameter measurements up to 20 GHz; the VNA is connected to a microwave probe station for on-wafer measurements. Heterojunction Device Reliability Over the last few years, the Electron Devices Group has gained significant international recognition for the experimental investigation of hot-electron effects in heterojunction FETs (PHEMTs, HFETs) and their impact on reliability. Ongoing research also focuses on the theoretical and experimental study of self-heating in heterojunction FETs and bipolar devices (HBT). High-Power Devices The activities focus on the device switching behavior, the design of electron- or proton-irradiated p-in diodes and silicon integrated resistors, and the modeling of thermal effects in high-power devices and modules. CMOS active pixel array detector. Microelectronic Fabrication Processes Our clean room is equipped for metal film deposition via evaporation or sputtering, UV photolithography and chemical etch processes. Active projects include the fabrication of high-efficiency solar cells on III-V semiconductors (in collaboration with the Department of Physics and the Italian Institute for the Physics of Matter, INFM) and ferroelectric capacitors for innovative memory devices. Thermal simulation of a silicon resistor. Simulazione termica di un resistore in silicio. Rivelatore a matrice di pixel attivi CMOS. INDUSTRIAL AUTOMATION The industrial automation area gathers all the activities in the high-current field, with particular reference to electric drives and power electronics. It also includes the measurement of non-electric quantities with electronic techniques. RESEARCH FIELDS Digital control of electric drives Power devices Audio switching amplifiers Measurements for industrial applications Environmental impact of electric and magnetic fields Electric Drives The research activity is focused on the design, implementation and diagnosis of electric drives. Field oriented controls of induction and brushless machines were realized for applications in washing machines and lifts. Moreover several techniques for the non-invasive diagnosis of electric drives were developed and patented. Audio switching amplifiers The research activity is focused on the design of hybrid audio amplifiers. A hybrid audio amplifier with higher efficiency and lower distortion than a linear one has been realized and patented for automotive applications. Industrial applications measurements The activities often result from specific industrial requests. Among them, it is worth mentioning the development of camera calibra- 13

16 tion procedures to be used in bidimensional measurements, and the design of magnetostrictive position sensors and of guided microwave radar transmitters for non-contact level indication, process control and tank gauging. Power devices Research activity concerns the improvement of device switching behaviour, thermal modeling and accelerated life tests for lifetime extrapolation. Environmental impact of electric and magnetic fields A 3D simulator of electric and magnetic field at industrial frequency is available, together with the related measurement instrumentation. This allows defining minimum distances between buildings and power lines and comes to help in the design of new buildings or in improving pre-existent situations. INFORMATION SYSTEMS Research is focused on paradigms of modern distributed computer science and their impact on applications. RESEARCH FIELDS Distributed systems Agent technologies Multimedia and e-learning Distributed systems Research activity aims at supporting mobile users and dynamic virtual organizations, providing a middleware for distributed applications. In particular objects of study are AAA techniques, security metodologies, service pubblication and discovery mechanisms suitable for infrastructures devoted to complex organizations (university communities, digital districts,...). One of the main goals is to define and deploy new services for the management of distributed resources (contents, applications, Web Services,...) on heterogeneus networks, allowing the coordinate use and sharing of resources among users of virtual organizations. The integration of Grid Computing tecnologies with peer-to-peer paradigm concurs to obtain scalable and robust systems. Research activities have been carried out in collaboration with IBM and, within regional projects for logistics applications, with local companies. Agent technologies Research activities are focused on the study and development of systems, technologies and methodologies aiming at providing services accessible through different kinds of computing devices (e.g. personal computers, PDAs and mobile phones) and networks (e.g. Internet, fixed telephone networks, mobile and ad-hoc networks). In particular this area mainly deals with multiagent systems and their exploitation in service composition and personalization as well as Web portals and the automatic content adaptation to the user s device. Research activities have been carrying out in collaboration with industries, such as Telecom Italia and Motorola, national and international research institutes within projects funded by the European Community (e.g. CoMMA, LEAP, Agentcities, Collaborator Technology Net). The results achieved so far have been exploited in the development of systems supporting collaborative work, e-learning, and teleteaching as well as in the area of the corporate memory management, network management and tourism. Multimedia and e-learning The research activity investigates technologies for the deployment of multimedia streaming services with assured Quality of Service (QoS) in the context of e-learning for the wired/wireless network infrastructure of a Campus. The activity concerns the experimentation of end-to-end QoS mechanisms both on best-effort networks (with continuous selection of the best among replicated servers) as well as on DiffServ domains. The goal is to develop adaptive systems with respect to network workload and user terminals. In order to evaluate the performance of multimedia systems, modelization and evaluation techniques based on stochastic Petri nets have been applied to video on demand applications. Unider investigation are portals to provide e-learning services to students and to deliver teaching contents conforming to international standards (SCORM). These services will also be offered to mobile devices (such as smartphones and PDAs) with content adaptation to user terminals. Experimental activities are performed in the Department laboratories equipped with computing (LINUX cluster and workstations) and network. Multi agent systems development tool graphical user interface. Interfaccia grafica di un ambiente di sviluppo per sistemi multiagente. 14

17 ROBOTICS AND ARTIFICIAL VISION Several reasearch activities of the Computer Engineering group deal with intelligent embodied systems: RESEARCH FIELDS Artificial Vision and Intelligent Vehicles Robotic Systems Non-conventional Vision Sensors Artificial Vision and Intelligent Vehicles The main research activities are focused on the use of artificial vision to localize pedestrians in the infrared and daylight domains, detection and classification of obstacles, vehicle localization. These activities are performed in collaboration with Volkswagen AG, Centro Ricerche FIAT, US Army TACOM, and within the PRe-VENT European Project. The Artificial Vision and Intelligent Systems Lab works on a prototype vehicle, a Volkswagen Touareg, equipped with monocular and stereoscopic vision system in the daylight, near infrared, and far infrared, processing systems for real-time data analysis and visualization of acquired images. The vision system integrated on TerraMax was also developed by this Lab. TerraMax is a completely autonomous vehicle which participated to the DARPA Grand- Challenge, an international race among autonomous vehicles that took place between Los Angeles e Las Vegas in Robotic systems Current activity focuses on systems and prototypes for service robotics. We are developing a mobile platform equipped with a 6 d.o.f. light-weight manipulator and exploiting state-of-the-art sensory, processing, and communication capabilities. The platform aims to support daily chores of elderly and motion-impaired people in indoor environments. Safety is achieved by integration of lightweight mechanical components and by realtime processing of heterogeneous sensory data (vision, ultrasound, infrared, compass, etc.). The Terra Max vehicle. Il veicolo Terra Max. Advanced human-robot interfaces are also being developed at the Robotics Lab to enable presentation and manipulation of graphical information in virtual environments. These interfaces leverage upon multimodal and bidirectional interaction involving gesture, voice, touch, and visualization. Multimodal interfaces support complex robot tasks such as remote maintenance of industrial equipment. Non-conventional vision sensors These sensors exploit multiple sensing elements and soft com- puting techniques to achieve panoramic vision capabilities. They find applications onboard mobile robots and in industrial systems. Omnidirectional sensors can be used alone or in combination with traditional cameras to implement a so called HOPS, Hybrid Omnidirectional Pin-hole System. Non-conventional approaches to artificial vision mimic the complex foveal human vision system. Human-robot interface based on virtual reality glove and 3D graphics. Interfaccia uomo-robot basata su guanto per realtà virtuale e grafica 3D. 15

18 CONTROL SYSTEM FOR AUTOMATION The research activity in the automation field is mainly focused on dynamic systems analysis, implementation of innovative control strategies and mechatronics. RESEARCH FIELDS Dynamic inversion Visual control Autonomous navigation Nonlinear control Dynamic inversion for highperformance control systems The research effort is spent on devising design methodologies which combine inversion-based feedforward and feedback actions to achieve high-performances in the control and regulation of uncertain systems. The main purpose is the robust set-point regulation of linear, multivariable, nonminimum - phase systems affected by parametric uncertainties. The synthesized regulators have to satisfy optimality criterions, such as the minimization of the worst-case settling-time subject to overshoot constraints and to amplitude and time-rate limits on the control variables. A possible application of this research concerns both mechatronics and process control fields. Dynamic inversion has been used to design optimal and robustly stable controllers for mechatronics systems such as servos, inverted pendulum, flexible link, etc. Artificial vision based control of industrial ovens The research aims at the implementation of a real-time control system to bake biscuits in continuous industrial band ovens. The supervisory controller uses an artificial vision system based on a color-recognition, high-end camera placed at the oven outlet. A specialized imageprocessing algorithm gauges the biscuits baking status and, then, a fuzzy logic based controller makes temperature adjustments in order to obtain an optimal baking. The overall improvement of the alimentary product quality implies a sharp reduction of scraps with associated oven management savings. This research project is developed in collaboration with the Gruppo Colussi (Perugia). Autonomous navigation control The research activity is focused on the development of motion control techniques for wheeled autonomous vehicles. Particular attention is devoted to the study of motion primitives, based on an optimal trajectory planning, and on the planned path tracking achieved by means of the dynamic inversion of the vehicle model. Approach robustness is ensured by iterative steering techniques. The motion control system is currently tested on an experimental vehicle equipped with an artificial visual system. Nonlinear control The research activity for the control of nonlinear plants or systems is developed along the following directions. a) Path-following: synthesis of control strategies to address the path-following problem for uncertain non-holonomic systems. Geometric conditions for the path, which ensure the problem solvability, have been found. b) Controlled invariance for general nonlinear system: sufficient conditions and control algorithms are found in order to keep the motion of a system confined in a given state space manifold. c) Path-following for non-minimum phase systems: a typical case is represented by the pathfollowing control of a VTOL (vertical take off and landing) aircraft, a non-minimum phase system often used as a benchmark test for nonlinear control problems. Autonomous vehicle with a visual system. Veicolo autonomo con visione stereoscopica. 16

19 DIGITAL AND OPTICAL COMMUNICATIONS RESEARCH FIELDS Wideband communication systems Satellite communication systems Satellite navigation systems Digital storage systems Fiber optics transmission systems Optical Amplifiers Wideband communication systems Multicarrier modulation based on OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) is emerging as a viable solution in almost all modern communication systems. These include xdsl (digital subscriber line) systems, such as ADSL (asymmetric DSL), WLAN (wireless local area network) systems, terrestrial digital broadcasting systems, such as DAB (digital audio broadcasting) and DVB-T (digital video broadcasting-terrestrial), WPAN (wireless personal area network) systems for very short range communication based on UWB (ultra-wide band), and many others. In these fields, advanced signal processing and coding techniques are being investigated and communication systems are being designed. In this area, a collaboration with Selta S.p.A on power line communications (PLC) is currently ongoing. Satellite communication systems In modern satellite communications, as for example in digital video broadcasting and in particular in the future DVB-S2 standard (digital video broadcasting satellite version 2) powerful coding techniques as long as dense modulation formats are employed. At the transmission frequencies typical of these communications, the phase noise due to the transmitter and receiver oscillators and the frequency instabilities heavily degrade the system performance. In this field, advanced detection and decoding techniques are being investigated in collaboration with the European Space Agency (ESA), other European research centers and leader European industries. Satellite navigation systems In the next future, the European navigation satellite system Galileo will be available. This navigation system will provide further services with respect to the Global Positioning System (GPS). In this research field, advanced techniques necessary to process the received signal are being investigated with the aim of mitigating the interferences represented by the signals employing the same transmission frequencies. This activity is developed within a framework of the National Inter-University Consortium for Telecommunications (CNIT). Fiber optics transmission systems In the long-distance transport networks, digital signals travel for hundreds of kilometers on high capacity optical fibers, carrying tens of channels, each modulated at a rate of 10 Gb/s and beyond. The Galileo satellite navigation system. Il sistema di navigazione satellitare Galileo. Constellation of 16-QAM modulation. Modulazione digitale 16-QAM. The Optical Communications Research Group is focused on studying, modeling, designing and evaluating the performance of long-haul multiwavelength (WDM) systems, both terrestrial and submarine. Moreover, both nonlinear distortion effects (SPM, XPM, FWM) and polarization dispersione effects (PMD) are studied and solutions are devised. Among ot-hers, there is an active collaboration since many years with the leading firm Alcatel, in whose research center in Marcoussis (Paris) some innovative solutions are tested, yield by the collaboration. 17

20 Optical Amplifiers The use of optical amplifiers has dramatically changed the optical communications scenario, being the enabling technology for ultra-long-haul systems. The Optical Communications Research Group is focused on modeling and testing Erbium Doped Fiber Amplifiers (EDFA), as well as Semiconductor Optical Amplifiers (SOA), which represent a promising solution for the realization of all-optical processing systems. Among others, a two-years research project, funded by the Italian Research and Education Ministery (MIUR), is jointly carried out with the Politecnico of Turin, regarding the exploitation of SOA for metropolitan optical networks. Digital storage systems Digital storage systems, such as the hard disk, compact disk (CD) and digital versatile disk (DVD) employ signal processing and coding techniques typical of communication systems. In this area, advanced signal processing and coding algorithms are being investigated, also in collaboration with partner industries. TELECOMMUNICATION NETWORKS Research activities in this field mainly concern with the study and development of solutions for next generation mobile networks. Particularly, it focus aspects related to IPv4 and IPv6 networking, access technologies such as wireless LAN and UMTS and 4th generation networks, and network access and communication security. RESEARCH FIELDS Network security IP Telehpony and new P2P services Quality of service support Mobility management Multi-spot satellite system. Comunicazioni satellitari multi-spot. The research activity on security is very important and it focuses on mechanisms for protecting communications (privacy), for user/terminal authentication and authorization, and for securing the roaming between heterogeneous networks (e.g. WLAN and UMTS). The research activity on new mobile network and services is also very important and aims to study and develop technologies and services for multimedia real-time (IP Telephony) and peer-to-peer communications (P2P). New protocols for Voice-over-IP and for the IP Multimedia Subsystem (IMS) of 3rd generation networks are studied. Regarding quality of service support, new mechanisms and architectures for providing strict quality Internet IP Telephony. Telefonia via Internet. of service guarantees are considered, in both wired and wireless environments. Finally, Personal Area Networks (PAN) and home networking issues are also studied. Moreover, important activities are carried out on the development of prototypes for new multimedia communications and services. Applications are developed for both server and terminal sides (e.g running on handled devices such as PDAs and smartphones). 18

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