6. Area Scienze Tecnologiche, Ingegneristiche e dell Informazione

Transcript

1 Area scienze tecnologiche, ingegneristiche e dell informazione 6. Area Scienze Tecnologiche, Ingegneristiche e dell Informazione 6.1 Il quadro di riferimento Il settore delle Scienze Tecnologiche, Ingegneristiche e dell Informazione appare fortemente caratterizzato dallo sviluppo di un ampio spettro di Enabling Technologies, fondate su attività di ricerca scientifica (interna all Ente e in collaborazione con Istituzioni Scientifiche Italiane ed Estere), orientate ad uno sbocco finale definito e/o ad una pluralità di applicazioni. In particolare, l attività dell area Scienze Tecnologiche, Ingegneristiche e dell Informazione può essere inquadrata in tre ambiti: a) Generazione di innovazione, intesa quale risultato della coniugazione di Enabling Technologies con le esigenze dell operatore finale (dall impresa alla Pubblica Amministrazione) b) Produzione di ricerca tecnologica tesa allo sviluppo di nuove Enabling Technologies c) Sviluppo di ricerca scientifica, specificatamente necessaria per una ricerca tecnologica avanzata. Al fine di offrire una panoramica sulle dimensioni dell area Scienze Tecnologiche, Ingegneristiche e dell Informazione, vengono brevemente descritti alcuni dei principali settori che ne fanno parte Elettronica/Nanoelettronica Tutto lo sforzo della ricerca scientifica e dello sviluppo industriale nel settore dell elettronica si è concentrato, con un continuo e grande successo, nello studio e applicazioni di nuovi materiali e strutture e nella realizzazione, insieme alle relative interconnessioni, di dispositivi sempre più piccoli su singola tessera monolitica di semiconduttore, in numero che raddoppia ogni diciotto mesi, fino ad arrivare al prossimo numero di miliardi di componenti per chip, con tutta la conseguente riduzione del costo per bit che è alla base della grande espansione delle tecnologie dell informazione e di quelle connesse e indotte. La tendenza della ricerca scientifica e tecnologica e della produzione industriale di continuo scaling down dei dispositivi elettronici, motivato dall esigenza di continuare ad aumentare la densità funzionale, la complessità e la velocità dei circuiti integrati, riducendo al contempo il costo per bit, va incontro e cerca di superare sempre nuove difficoltà tecnologiche, si imbatte e deve utilizzare nuovi fenomeni fisici, da classici a quantistici, deve impiegare nuovi materiali e strutture con dimensionalità che scalano da 3 a 2, 1 e 0, e soprattutto va incontro alle dimensioni ultime di fisica realizzabilità della valvola elettronica. È pertanto verso la nanoelettronica che si stanno orientando le ricerche più avanzate nel settore delle tecnologie elettroniche (Future Emerging Technologies, FET, del V Programma quadro dell Unione Europea) in molti centri di ricerca industriali, universitari e degli enti pubblici in ambito internazionale. CNR Piano Triennale

2 Parte 1 Il piano scientifico Nell industria, all estero, si stanno facendo molteplici investimenti e ricerche a lungo termine nel campo della nanoelettronica. In Europa stanno operando nel settore dei circuiti integrati nanoelettronici Ericsson, IBM Zurich, OMICRON, Siemens, Thomson CSF, ecc. Risultati incoraggianti sono già stati ottenuti dalla Hitachi, che ha ottenuto una memoria funzionante a 128 Mbit, nella quale ciascun bit è immagazzinato tramite la carica di pochi elettroni. Nel campo delle memorie la single-electronics è particolarmente attraente perché consentirebbe di ottenere densità altrimenti impensabili e consumi ragionevoli anche per strutture con dimensioni dell ordine del Terabit Reti e Sistemi di Telecomunicazione All inizio del nuovo millennio, a causa di ben precisi fenomeni di evoluzione tecnologica che hanno selezionato tra diverse possibili alternative quelle che si imporranno nel prossimo futuro, il nucleo dell evoluzione delle telecomunicazioni è facilmente individuabile nella rete ; a tale parola si associa istintivamente il termine Internet, che certamente rappresenta la realtà in più rapida evoluzione, anche se non bisogna dimenticare il comparto delle reti telefoniche e delle reti di distribuzione di segnali televisivi. La progressiva convergenza dei settori della trasmissione dati, della telefonia digitale e del trasporto di video a larga banda (in modalità broadcast, multicast e unicast) unitamente alla non trascurabile evoluzione dell infrastruttura domestica (information appliances per home area networks e small office/home office) ha portato a selezionare sia su reti cablate (wired) che su reti non cablate (wireless) la tecnica della commutazione di pacchetto, esaltando in particolare la modalità non orientata alla connessione (connection-less) che ha caratterizzato la semplicità ed il successo di Internet. Si assisterà ad una progressiva evoluzione della modalità di accesso wireless che consenta il trasporto di pacchetti ottenuti dalla codifica di sorgenti eterogenee ( voce, video, dati) su radiomobili di terza generazione con velocità trasmissive inferiori a Mbit/s. Si assisterà alla definizione di nuove soluzioni per l accesso a larga banda con particolare riferimento alla casistica di un traffico eterogeneo trasportato a pacchetto con allocazione statistica delle risorse nel dominio della frequenza, del tempo o del codice. Corrispondentemente si estenderanno le soluzioni cablate a velocità di centinaia o migliaia di volte superiore a quelle attuali, dove potranno svilupparsi applicazioni multimediali quali, ad esempio, quelle della cinematografia digitale intesa come produzione, conservazione, distribuzione e restauro Informatica Le tematiche sulle quali prevalentemente si indirizza la ricerca possono essere così sintetizzate: 96 CNR Piano Triennale

3 Area scienze tecnologiche, ingegneristiche e dell informazione Tecnologie del software. L obbiettivo generale è quello di migliorare il processo di produzione del software e la qualità del software prodotto. Obbiettivi specifici sono i metodi e le tecniche per la creazione di software affidabile, robusto e adattabile; i metodi per la valutazione e la validazione del software; le metriche per il software; i sistemi hardware/software resistenti ai guasti e alle intrusioni; i sistemi software scalabili. Reti di calcolatori e sistemi scalabili. L obbiettivo generale è quello di migliorare la banda, la sicurezza, la qualità del servizio e le pervasività delle reti di calcolatori. Temi specifici sono i modelli e i metodi di valutazione delle reti di elaboratori; la tecnologia delle reti a larga banda con trasmissione su fibra ottica, via radio o via satellite; gli ambienti di rete altamente distribuiti e mobili; i protocolli scalabili e adattabili; i meccanismi per garantire la qualità del servizio e la sicurezza dell informazione. Gestione dell informazione. L obbiettivo generale è la raccolta e la diffusione in rete di grandi quantità di informazioni di varia natura, con il supporto di adeguati strumenti per la categorizzazione e la ricerca. Obbiettivi specifici sono l organizzazione e la gestione in linea di grandi basi di dati; le tecniche di trasformazione e fusione di dati di origine e natura diverse; i metodi per la ricerca e il recupero di dati multimediali in linea, anche da stazioni mobili; le biblioteche digitali; i sistemi informativi multilingue. Interfaccia uomo-macchina. L obbiettivo generale è quello di sviluppare forme di interazione con il calcolatore armonizzate con le capacità percettive e cognitive degli utenti. Temi specifici sono le tecniche di visualizzazione e di elaborazione grafica; la percezione e la visione artificiali; i sistemi di realtà virtuale; lo sviluppo di sensori e di attuatori che facilitino l interazione degli utenti, anche appartenenti a categorie con esigenze speciali. Algoritmica. L obbiettivo generale è quello di risolvere efficientemente problemi di calcolo scientifico o ingegneristico. Obbiettivi specifici sono lo studio e la valutazione di nuovi algoritmi; l estensione di algoritmi noti a nuovi modelli computazionali, come quelli delle reti e dei sistemi distribuiti e scalabili; le librerie di programmi per la soluzione di problemi in specifici dominii applicativi. Applicazioni interdisciplinari. L informatica si è imposta come strumento essenziale nella risoluzione di problemi che interessano i più svariati settori della scienza, dell ingegneria, della medicina, dell economia, ecc. Ne sono esempio il calcolo scientifico e strutturale, l elaborazione dei segnali e delle immagini, la biologia computazionale, le applicazioni riguardanti i materiali innovativi, i beni culturali, i sistemi e i servizi per il cittadino Automazione e Sistemistica In tutti i settori organizzati, siano essi rivolti alla produzione di beni o all erogazione di servizio o anche alla gestione delle ordinarie attività umane, è sempre più spinta la tendenza ad automatizzare i processi in una concezione sistemica. Questa tendenza si traduce in una strisciante ed CNR Piano Triennale

4 Parte 1 Il piano scientifico inarrestabile rivoluzione delle modalità di vita dell uomo investendo anche la trasformazione profonda delle tipologie di prodotti industriali che divengono per questo sempre più innovative. La fabbrica si automatizza sempre più conseguendo maggiore produttività, più spinte garanzie della costanza e dei maggior livelli di qualità dei prodotti, più sofisticate prestazioni di quest ultimi e, se se ne ha cura, maggiore flessibilità della stessa fabbrica con la conseguente possibilità di adattare velocemente le tipologie costruttive all evoluzione della domanda del mercato. Stesso processo si instaura nella gestione dei sistemi di erogazione dei servizi ma anche nell organizzazione dell usuale attività dell uomo. In particolare la organizzazione automatizzata dell ambiente costruito è un significativo esempio di quanto detto. In questo campo, nuove scienze e tecnologie si perfezionano rapidamente quale la building automation e la domotica Robotica L assolvimento di funzioni complesse, sia nella filiera produttiva di una fabbrica che nella gestione di sistemi tecnologicamente organizzati, sempre più è riservato a macchine informatizzate dotate di svariate movimentazioni e spesso autorganizzantisi attraverso intelligenze artificiali. I robot a ciò adibiti possono operare in ambenti programmati, in ambienti non programmati per i quali essi devono assumere decisioni in rapporto all evoluzione non prevedibile ma rilevabile delle condizioni ambientali e infine in ambienti ostili cioè tali da manifestare modificazioni verso condizioni avverse ai robot stessi a causa della solo loro presenza Bioingegneria In campo biologico si assiste a una rapidissima evoluzione e massiccia utilizzazione delle tecnologie quali la strumentazione diagnostica, le protesi, la implementazione e gestione delle stesse, le apparecchiature chirurgiche miniaturizzate, le microsonde operative e dotate di visione, i sistemi stimolatori o sostitutivi di sensi dell uomo che nel paziente si sono attenuati o persi, etc. Grande è l impegno a livello mondiale in questo campo per la ricerca sia di materiali nuovi e più adatti sia nella concezione e definizione di nuove apparecchiature Tecnologie e sistemi per i beni strumentali Il confronto tra le aree industrialmente avanzate mostra che i prodotti con i valori più alti dell indice di specializzazione all export sono per Giappone e USA rispettivamente prodotti elettronici e computer, mentre per l Europa prodotti di medio-elevato contenuto tecnologico quali auto, beni strumentali, aerei, ecc., compaiono solo al quinto posto dopo cuoio e prodotti del cuoio e la moda. Una situazione analoga emerge per l Italia. 98 CNR Piano Triennale

5 Area scienze tecnologiche, ingegneristiche e dell informazione Tenuto conto della situazione la tendenza europea è quella di sostenere l innovazione dei Beni Strumentali ovvero delle macchine e dei sistemi avanzati di produzione nei vari settori manifatturieri che costituiscono prodotti meccatronici high-tech. I Beni Strumentali, insieme delle tecnologie, delle macchine e sistemi destinati a realizzare i processi di trasformazione che sostengono il ciclo di vita di tutti i prodotti industriali dalla concezione al riciclo, costituiscono quindi un prodotto, secondo soltanto all auto, e sono uno dei pochi prodotti di media alta tecnologia in cui l Europa è ancora leader mondiale. In Europa il settore dei Beni Strumentali ha un turn over pari a 2/3 di quello dell auto, impiega, in PMI, oltre persone - prevalentemente knowledge workers è terzo in contribuzione al V.A. Europeo e contribuisce con 40 miliardi di euro al saldo positivo della bilancia dei pagamenti europei. La Ricerca Scientifica Europea nel settore dei Beni Strumentali è indirizzata sulle seguenti tematiche: componenti, macchine e sistemi per lavorazioni, montaggi, misure; Macchine a cinematica parallela (PKM); Virtual Manufacturing enviroment (ME); Evolving Extended Enterprise (EEE); tools e metodologie di progettazione di macchine e sistemi; tools e metodologie di gestione dei sistemi produttivi; processi di produzione e riciclo innovativi e sostenibili; tecnologie e sistemi di lavorazione innovativi per i beni strumentali Ingegneria e tecnologia delle costruzioni Caratteristica distintiva di questa sotto-area è una corrispondenza totale alla definizione tematica dell area cui essa afferisce, derivante dal carattere di interdisciplinarità che le è proprio. Sul piano internazionale vanno sempre più evidenziandosi concetti guida che influenzeranno la ricerca scientifica e la produzione di innovazione nel settore nei prossimi anni. Sinteticamente essi possono essere riassunti come segue: a) le esigenze ambientali e le costruzioni sostenibili; b) la reingegnerizzazione del processo di costruzione. Per lo sviluppo sostenibile nel campo delle costruzioni, un punto di partenza fondamentale è costituito dalla predisposizione da parte del Conseil Iternational du Bâtiment dell Agenda 21 Sustainable Construction che contiene le informazioni strategiche fondamentali, affinché sia i paesi industrializzati, che quelli in via di sviluppo possano impostare un programma di studio e di ricerca su interventi finalizzati ad orientare la progettazione, l esecuzione e la gestione delle opere di costruzione nella direzione della sostenibilità. CNR Piano Triennale

6 Parte 1 Il piano scientifico Il processo formativo dell architettura e il territorio Per oltre un cinquantennio architetti e progettisti hanno condotto studi e ricerche, teoriche di campo partendo dalle asserzioni del movimento moderno e del successivo post moderno, accentuando l eplorazione di tematiche collegate ai problemi dei linguaggi, della contestualità storica, dei materiali come il calcestruzzo armato e l acciaio, ricercando le coerenti ricadute da un lato sulle tecnologie e sul controllo prestazionale dei processi, e dall altro sulla definizione dell idea di piano urbanistico come formazione di assetti zonizzati per omogeneità funzionali. Del tutto a latere, e tuttavia con ampia credibilità scientifica il collaterale lavoro degli storici e dei critici di architettura ha fortemente influenzato le azioni connesse al restauro del beni culturali (artistici ed architettonici) con risonanza internazionale. Recentemente si sta assistendo ad una ricaduta nel settore dell architettura e dell ingegneria edile del know-how definito ed impiegato in altri settori, quali quelli collegati alla produzione dei veicoli, alle ricerche spaziali e biomediche, alle fonti energetiche Il recupero e la valorizzazione del costruito Il patrimonio immobiliare italiano è di altissimo valore sia per la densità del costruito sia per il pregio di una sua grande parte con connotati storici ed architettonici particolarmente significativi, essendo unica al mondo. La valorizzazione di quest ultima parte del costruito italiano è iniziativa tra le più pregiate anche per i riflessi positivi sulla cultura in genere e sul turismo in particolare. Le tecniche da impiegare a tal fine così come i materiali e le scelte d intervento riguardano ambiti della ricerca scientifica tra i più raffinati. Oggi poi si pone di particolare importanza la soluzione, non ancora tecnologicamente perfezionata in tutti i suoi aspetti, del problema del recupero delle costruzioni in cemento armato che mostrano pericolosi segni d invecchiamento se non addirittura di cedimento al di là di qualsiasi previsione iniziale. Questa problematica presenta connotati singolari in Italia, che sono e saranno oggetto di studi specifici, soprattutto per la tipologia costruttiva adottata in larghe fasce dalla fine della seconda guerra mondiale sino ai giorni nostri Il governo delle acque La geotecnica da una parte e l approccio energetico dall altra costituiscono scienze e tecniche di fondamentale importanza per la gestione delle acque in rapporto all assetto idrogeologico del territorio italiano orograficamente accidentato e in relazione alla gestione della risorsa acqua sia ai fini civili che industriali. L Italia è stato uno tra i primi paesi al mondo ad utilizzare in modo massiccio i salti idrici per la produzione di energia elettrica. Questa produzione, ancor oggi importante, è però divenuta percentualmente 100 CNR Piano Triennale

7 Area scienze tecnologiche, ingegneristiche e dell informazione minoritaria in rapporto alla crescita dei consumi di energia elettrica e all approvvigionamento del petrolio greggio. Nuove prospettive si pongono attraverso la produzione di energia idroelettrica in forma distribuita utilizzante molteplici anche se piccole risorse idriche unitarie Mobilità e trasporti La mobilità di cose e persone è uno dei problemi di maggior crescente rilevanza a livello mondiale. La crescita dei consumi, l incremento del tenore di vita, le modifiche strutturali del sistema produttivo, le modifiche introdotte dalle nuove tecnologie nei sistemi di vita esaltano in forma crescente le esigenze di dare risposta alla domanda di mobilità e di trasporto, ma forniscono anche strumenti per contenere o modificare detta domanda. È questione strettamente connessa quella della salvaguardia dell ambiente contaminato dalle tradizionali risposte a questa domanda. Le stesse cause che producono i problemi forniscono anche strumenti per contenerli. Si pensi alle nuove soluzioni tecnologicamente innovative per soddisfare le esigenze di trasporto a grande e grandissima distanza e si pensi anche ai mezzi atti alla mobilità nei centri urbani e di trasporto intermodale che contengono un ridotto (compatibile) impatto ambientale. Ma si pensi anche ai cablaggi delle città o ai sistemi senza cavo di comunicazione che riducono la domanda di mobilità e di trasporto. Gli impegni finanziari a livello mondiale nel settore sono ancora più crescenti delle stesse esigenze in quanto le conseguenze ne sono più che proporzionali Energia La ricerca rivolta alla utilizzazione delle fonti energetiche rinnovabili e allo sfruttamento con più alti rendimenti di quelle tradizionali è un tema di rilevanza mondiale e determinante per l economia di molti paesi tra i quali l Italia. Infatti l Italia è priva di significativi giacimenti di petrolio greggio, di ingenti quantità di gas naturale e quasi del tutto di carbone economicamente utilizzabile. La scelta del no al nucleare esaspera le esigenze italiane. Grande attenzione e studi vanno quindi posti alla produzione distribuita in piccole ma numerose unità di energia elettrica, utilizzando fonti energetiche rinnovabili ma anche il gas naturale di cui una rete abbastanza capillare penetra nel territorio nazionale. Altrettanta attenzione va posta al risparmio energetico che può rimettere a disposizione, dell utenza elettrica soprattutto, ingenti quantità di energia Tecnologie per l ambiente Lo smaltimento dei rifiuti urbani e industriali è uno dei grandi e angosciosi temi delle società a maggior benessere. Esso va attuato con tecnologie progredite in modo da ottenere il minimo impatto sull ambiente e il massimo del recupero, attraverso la utilizzazione dell energia e dei manufatti ricavabili. CNR Piano Triennale

8 Parte 1 Il piano scientifico Lo studio dell impatto ambientale delle opere dell uomo è azione che contempla, pena la diseconomica disincentivazione delle opere stesse, l utilizzo di nuove tecnologie e l appropriato uso dei materiali. I problemi dell inquinamento chimico delle acque, dell aria e del terreno, dell inquinamento acustico, dell inquinamento elettromagnetico costituiscono problemi crescenti che abbisognano di tecnologie di contenimento sempre più sofisticate. Il trascurare la ricerca scientifica in questi settori è fortemente penalizzante sia in termini di salute della popolazione sia in termini economici Metrologia Alla base di ogni processo produttivo, di ogni azione di interscambio, di ogni valutazione tecnica ed economica sta la misura. Questa è garantita dalla metrologia che la suggerisce, la controlla, la rende confrontabile e la valida. Gli stessi rapporti internazionale di qualsiasi genere sarebbero fortemente penalizzai se non fossero supportati da una solida metrologia nazionale in grado di partecipare alle definizioni periodiche al livello mondiale dei valori delle unità di misura, di conservare i campioni primari nazionali e di diffondere al livello nazionale i campioni secondari. La dinamicità dell evoluzione della metrologia impone poi una attività di ricerca molto approfondita e sofisticata sia per abbracciare nuove soluzioni, sia per soddisfare domande in settori che si evolvono e in settori nuovi. 6.2 Obiettivi generali e progetti specifici In quest Area scientifica le attività degli Istituti del CNR si concentreranno su cinque Aree progettuali. Area progettuale 5_1: Ingegneria e Tecnologie dell Informazione Si tratta di una tra le più importanti aree della scienza e della tecnologia moderne. In realtà, come è noto, quest area e fondamentale dal punto di vista scientifico e da quello delle ricadute, delle reazioni a catena indotte e dell impatto trainante che hanno in ambito industriale, economico, sociale, dei servizi e dell occupazione. Essa e alla base dell esplosione della società dell informazione e dello sviluppo della produzione industriale e dei servizi in tutti i campi. In essa si identificano i seguenti progetti: Progetto 5_1_1: Tecnologie Micro e Nanoelettroniche: questo progetto mirerà allo sviluppo e all impiego di nuovi metodi e strumenti di progettazione e collaudo di circuiti integrati, nonchè allo studio di metodi e tecnologie di fabbricazione di dispositivi nanoelettronici per sistemi integrati a crescente funzionalità, frequenza e densità. Istituto di scienze e tecnologie dell'informazione Alessandro Faedo Pisa - ISTI; Istituto di informatica e telematica Pisa - IIT; 102 CNR Piano Triennale

9 Area scienze tecnologiche, ingegneristiche e dell informazione Istituto di studi sui sistemi intelligenti per l'automazione Bari - ISSIA; Istituto di elettronica e di ingegneria dell informazione e delle telecomunicazioni Torino - IEIIT; Istituto di scienza e tecnologia dei materiali ceramici Faenza - ISTEC. Progetto 5_1_2: Sistemi di Telecomunicazioni; il progetto affronterà diversi obiettivi significativi del settore, e precisamente: lo studio e confronto delle prestazioni delle tecniche di trasmissione ad accesso multiplo per reti locali di tipo wireless basate su sistemi ad impulso radio e CDMA multiportante; la modellizzazione e valutazione sperimentale delle prestazioni dei sistemi di reti di telecomunicazione per applicazioni multimediali con riferimento sia alle architetture sia alle caratteristiche statistiche del traffico; lo studio di metodologie di codifica integrata (compressione e protezione) idonee a trattare processi d immagine statici e dinamici con particolare riferimento alle applicazioni multimediali e alla cinematografia digitale; l elaborazione di segnali interferometrici SAR multiparametrici e lo studio di algoritmi efficienti per la stima dello spostamento doppler e del tempo di coerenza dell immagine in sistemi InSAR per il monitoraggio ad elevata risoluzione di ambienti naturali ed artificiali. Istituto di scienze e tecnologie dell'informazione Alessandro Faedo Pisa - ISTI; Istituto di analisi dei sistemi ed informatica "Antonio Ruberti" Roma - IASI; Istituto di informatica e telematica Pisa - IIT; Istituto di calcolo e reti ad alte prestazioni Cosenza - ICAR; Istituto di elettronica e di ingegneria dell informazione e delle telecomunicazioni Torino - IEIIT; Istituto sperimentale per il rilevamento elettromagnetico dell ambiente Napoli IREA. Progetto 5_1_3: Informatica; questo progetto affronterà parallelamente diversi temi tra loro interconnessi, e precisamente: i sistemi e le reti informatiche; la logica e la tecnologia della programmazione; la gestione dell informazione e le basi di conoscenza; l interazione uomo-macchina, l informatica grafica e l elaborazione di immagini; l algoritmica. Nell ambito del progetto si pensa di sviluppare numerose applicazioni interdisciplinari, che interessano la scienza e la tecnologia e con ricadute in vasti ambiti della società civile, come ad esempio la medicina, il patrimonio culturale, l ambiente, i servizi. Istituto di scienze e tecnologie dell'informazione Alessandro Faedo Pisa - ISTI; Istituto di tecnologie industriali e automazione Milano - ITIA; CNR Piano Triennale

10 Parte 1 Il piano scientifico Istituto di analisi dei sistemi ed informatica "Antonio Ruberti" Roma - IASI; Istituto di informatica e telematica Pisa - IIT; Istituto di studi sui sistemi intelligenti per l'automazione Bari - ISSIA; Istituto di calcolo e reti ad alte prestazioni Cosenza - ICAR; Istituto di elettronica e di ingegneria dell informazione e delle telecomunicazioni Torino - IEIIT; Istituto di ingegneria biomedica Padova - ISIB; Istituto per le tecnologie della costruzione Milano - ITC; Istituto per le tecnologie didattiche Genova - ITD. Progetto 5_1_4: Bioingegneria: Il progetto interessando in modo interdisciplinare le seguenti aree: biomateriali, strumentazioni biomedica, diagnostica automatizzata, analisi automatica di segnali biomedici, trattamento di segnali ed immagini biomediche, ingegneria della riabilitazione, robotica biomedica, protesi, ingegneria clinica, telemedicina, informatica biomedica e biomeccanica, ha come obiettivo complessivo lo sviluppo di modelli che siano di supporto alla validazione e certificazione di sistemi biomedicali esistenti, alla progettazione di sistemi innovativi, alla interpretazione funzionale e siano, in alcuni casi, di ausilio e guida alla pratica chirurgica o di rifunzionalizzazione del paziente. Istituto di scienze e tecnologie dell'informazione Alessandro Faedo Pisa - ISTI; Istituto di analisi dei sistemi ed informatica "Antonio Ruberti" Roma - IASI; Istituto di ingegneria biomedica Padova - ISIB; Istituto di elettronica e telecomunicazioni Pisa - IET. Progetto 5_1_5: Sistemi intelligenti: con questo progetto il CNR intende rafforzare il proprio ruolo di riferimento per le ricerche nel campo dei sistemi e che rientrano nei settori delle tecnologie dell Informazione e della Comunicazione, dei sistemi di produzione di beni e servizi e del Sistema dei Trasporti e Mobilità. La ricerca in ciascuno di questi settori è in grado di fornire innovazione nel sistema produttivo con conseguente incremento della competitività del Paese. La possibilità di far confluire sinergicamente le conoscenze di questi tre settori per una loro possibile valorizzazione congiunta, unitamente allo sviluppo e l utilizzo di competenze di alta tecnologia, costituisce il valore aggiunto di tale azione. Il prodotto finale può sinteticamente essere denominato sistemi intelligenti come schematizzato nella figura seguente. 104 CNR Piano Triennale

11 Area scienze tecnologiche, ingegneristiche e dell informazione Tecnologie della Mobilità e trasporti Sistemi di produzione informazione e della comunicazione Analisi di immagini, riconoscimento della voce e applicazioni multimediali avanzate Software per la modellizzazione, la simulazione e l ottimizzazione di sistemi complessi, fisici, sociali, cognitivi Robotica per la manipolazione di materiali per operazioni in ambienti ostili, per micro-chirurgia Micro-sistemi, nanotecnologie e modellistica di materiali e processi, materiali funzionali, sensori ottici ed elettroottici, optoelettronica Unità statiche di conversione dell energia elettrica associate a celle a combustibile Metodologie per la diffusione della conoscenza, conservazione, valorizzazione e fruizione dei beni culturali e paesaggistici Sistemi intelligenti In tale figura sono riportate alcune aree scientifico-tecnologiche prioritarie sulle quali peraltro l Unione Europea è impegnata, come richiamato dal PNR. Il carattere transettoriale di tali aree non solo le colloca nei tre settori strategici prima richiamati, ma ne permette altresì la loro valorizzazione con l acquisizione di intelligenza sfociando nei sistemi intelligenti. Lo svolgimento del presente progetto comporta la nascita di nuove configurazioni scientifiche caratterizzate da elevata interdisciplinarità fra le aree dell Automatica (Robotica, Automazione, Controlli Automatici), dell Informatica (Intelligenza Artificiale, Cibernetica, Sistemi ad Agenti e Sistemi Multiagente, Reti Neurali), della Fisica (ottica ed interazione lucemateria, acustica), dell Ingegneria Elettronica (Sensori ed Attuatori), dell Elaborazione Digitale dei Segnali e delle Immagini, della Ingegneria Elettrica (Azionamenti e macchine) e dell Ingegneria Meccanica (Microrobotica e Logistica). Istituto di studi sui sistemi intelligenti per l automazione Bari - ISSIA; Istituto di scienze e tecnologie dell'informazione Alessandro Faedo Pisa - ISTI; Istituto di tecnologie industriali e automazione Milano - ITIA; Istituto di analisi dei sistemi ed informatica "Antonio Ruberti" Roma - IASI; Istituto di informatica e telematica Pisa - IIT; Istituto di calcolo e reti ad alte prestazioni Cosenza - ICAR; CNR Piano Triennale

12 Parte 1 Il piano scientifico Istituto di ingegneria biomedica Padova - ISIB; Istituto di elettronica e di ingegneria dell informazione e delle telecomunicazioni Torino - IEIIT; Progetto 5_1_6: Robotica La robotica è oggi sviluppata all interno del CNR da un gran numero di Istituti di Ricerca. Molti fra questi aggregandosi nei nuovi Istituti hanno non solo confermato questa loro missione ma la hanno posto ad un livello di massima priorità. La robotica viene affrontata da alcuni Istituti sotto l aspetto della intelligenza artificiale adattabile e della programmazione informatizzata in funzione dei compiti che il robot deve svolgere rispettivamente in ambiente ostili o non programmati e in ambienti programmati. Da altri Istituti viene sviluppata nella sua struttura elettromeccanica guardando le funzioni dell agente robotico intelligente. Le applicazioni verso cui gli Istituti del CNR orientano i loro studi sugli agenti robotici sono tra le più svariate andando dalla fabbrica robotizzata ai robot sottomarini e spaziali, dalla robotizzazione dei veicoli ai robot chirurgici, dai robot antropomorfi ai robot (agenti intelligenti) informatici. Il CNR è impegnato a proseguire e potenziare questo variegato scenario di ricerca funzionale a risultatati tecnologicamente innovativi e armonici. Istituto di tecnologie industriali e automazione Milano - ITIA; Istituto di studi sui sistemi intelligenti per l automazione Bari - ISSIA; Istituto di scienze e tecnologie dell informazione Alessandro Faedo Pisa - ISTI; Istituto di elettronica e di ingegneria dell informazione e delle telecomunicazioni Torino - IEIIT; Trasferimento delle conoscenze: I risultati delle ricerche comprese in quest area progettuale offriranno prodotti e processi all avanguardia delle tecnologie elettroniche, informatiche e delle telecomunicazioni a tutto il mondo produttivo italiano, ma con particolare interesse per I gruppi coinvolti nel settore; numerosi accordi industriali per il trasfeimento delle tecnologie e per la collaborazione scientifica sono già in atto tra le industrie del settore e gli Istituti coinvolti nei progetti. Area progettuale 5_2: Ingegneria e tecnologia delle costruzioni L attività scientifica prevista si allinea di fatto con le priorità espresse sullo scenario internazionale dal mondo della ricerca sulla costruzione relativamente alla costruzione sostenibile, la reingegnerizzazione del 106 CNR Piano Triennale

13 Area scienze tecnologiche, ingegneristiche e dell informazione processo di costruzione, l analisi dei rischi del costruito, la salvaguardia delle costruzioni monumentali, le strutture in materiali innovativi ad alte prestazioni, i metodi computerizzati di analisi e progettazione, la biomeccanica. Questa attività sarà articolata nei seguenti progetti: Progetto 5_2_1: La costruzione sostenibile; sviluppare ricerca sulla costruzione sostenibile si traduce in sostanza nell affrontare e risolvere problematiche connesse con lo sviluppo e l impiego di materiali e soluzioni progettuali e tecnologiche che possono diminuire l impatto delle opere di costruzione sull ambiente costruito. Lo spettro di ricerche conseguentemente generabile è assai ampio: è tuttavia possibile individuare all interno di esso tre filiere prioritarie: 1) i metodi e le nuove soluzioni tecnologiche di involucro e di impianti tecnologici indirizzati ad abbattere il consumo energetico delle opere di costruzione; 2) la valutazione dell impatto sull ambiente abitato di materiali da costruzione tradizionali, innovativi o provenienti da riciclaggio; 3) lo studio dell impatto delle opere di costruzione sull ambiente tramite nuovi strumenti informatici utilizzabile per il rilevamento e la valutazione. Progetto 5_2_2: Analisi dei rischi del costruito e salvaguardia delle costruzioni monumentali. L Italia è riconosciuta quale leader mondiale nella conservazione delle costruzioni storico monumentali delle quali detiene la maggior quota; i problemi della conservazione, riparazione e riuso del patrimonio storico, per la conservazione del quale esistono diversi Enti con responsabilità diverse, sono stati e sono tuttora studiati fortemente in ambito CNR; oggetto della tematica è la valutazione del grado di rischio di edifici o complessi esistenti per le interazioni con il mondo fisico: aggressioni idrogeologiche (se ne hanno esempi tutti gli anni), eoliche, chimiche, da inquinamento, da sisma, da incendio, solo per farne una prima lista; ne sono vittime sia gli edifici del patrimonio monumentale che quelli delle costruzioni più recenti (di questo secolo), per le quali il degrado dei materiali (ossidazione del ferro e fessurazione del calcestruzzo) fa purtroppo prevedere la possibilità di collassi improvvisi e la necessità di adeguamenti e rinforzi per un enorme quantità di costruzioni, con impegni finanziari imponenti; la formulazione di criteri e metodi di valutazione del rischio del costruito, nonché delle strategie e delle modalità di intervento, rappresenta un tema di ricerca applicata di grande impatto esterno, con importanti ricadute socioeconomiche e normative, in particolare nel campo della pianificazione economica in funzione dei rischi del costruito. Progetto 5_2_3: Le strutture in materiali innovativi e/o ad alte prestazioni. Si sta concretando in questi anni e si svilupperà nel prossimo futuro l uso massivo in ingegneria civile di materiali finora tipicamente utilizzati in aeronautica o meccanica. I compositi fibrati o tessuti, specificamente progettati e realizzati per uso civile, i cementi ad altissima resistenza, i materiali a memoria di forma (smorzatori sismici), e i calcestruzzi ad CNR Piano Triennale

14 Parte 1 Il piano scientifico altissima resistenza (per grandi strutture) ne sono alcuni esempi; vi è dunque la necessità di approfondire la conoscenza delle proprietà meccaniche dei nuovi materiali allo scopo di fornire al mondo industriale nuovi ed affidabili strumenti di progettazione utili alla ottimizzazione delle prestazioni strutturali ed a possibili ampliamenti dei campi di applicazione. Istituti coinvolti nell area progettuale Istituto per le tecnologie della costruzione Milano - ITC; Istituto di tecnologie industriali e automazione Milano - ITIA; Istituto per la conservazione e valorizzazione dei beni culturali Firenze - ICVBC; Istituto per le tecnologie applicate ai beni culturali Roma - ITABC. Istituto per la valorizzazione del legno e delle specie arboree Firenze IVALSA. Relazione col PNR Questa area progettuale ha correlazione con alcuni programmi strategici previsti dal piano Nazionale di Ricerca MIUR. In particolare il progetto sulle strutture in materiali innovativi si correla con il programma strategico PNR sullo Sviluppo Integrato dei Materiali. Il progetto sulla costruzione sostenibile ha numerosi legami con programmi che fanno capo al Macro Obiettivo "Ambiente ed Energia" previsto dal Programma Nazionale della Ricerca. Questi due progetti si correlano inoltre con macrotematiche proposte nell'ambito del VI Programma Quadro Comunitario. Anche la tematica relativa alla salvaguardia del costruito con particolare riguardo ai beni monumentali, trova riscontro con gli interventi che il PNR prevede nel breve e medio periodo. Una connotazione caratteristica dei progetti è quella di prevedere una intensa collaborazione ed un forte interscambio col sistema produttivo con particolare riferimento alla Piccola e Media Impresa che è di gran lunga la componente percentualmente più rilevante degli operatori industriali coinvolti nel settore. Trasferimento delle conoscenze I risultati di questi progetti hanno carattere di immediata trasferibilità alle imprese italiane nel campo della costruzione, fornendo opportunità essenziali di aggiornamento e rinnovamento tecnologico a questo importantissimo settore produttivo nazionale; diversi accordi di trasferimento tecnologico e di collaborazione scientifica sono già in atto tra le imprese e gli Istituti coinvolti. Area progettuale 5_3: Metrologia Le principali tematiche che presentano interessi di sviluppo di competenze metrologiche possono essere identificate nei seguenti progetti: 108 CNR Piano Triennale

15 Area scienze tecnologiche, ingegneristiche e dell informazione Progetto 5_3_1: La metrologia di base per il sistema nazionale di misura e la metrologia innovativa nei settori della chimica, dell ambiente, dello spazio, dell astronomia, della nanotecnologia. Progetto 5_3_2: La metrologia industriale e per il trasferimento tecnologico. Progetto 5_3_3: Materiali di riferimento e sviluppo di sensori e di strumenti di misura innovativi. Istituti coinvolti nell area progettuale Istituto di metrologia "Gustavo Colonnetti" Torino - IMGC; Istituto per lo studio dell inquinamento atmosferico Roma - IIA. Trasferimento delle conoscenze L attivazione di interventi e sinergie fra gli Istituti del CNR nel settore della metrologia e della scienza delle misure produrrà benefici a livello nazionale per il miglioramento della riferibilità delle misure, la realizzazione di nuovi campioni di misura, l incremento della partecipazione ad attività internazionali per la metrologia, l incremento dei laboratori CNR accreditati per attività di taratura in nuovi settori. Area progettuale 5_4: Energia e Innovazione nel manifatturiero Le attività di ricerca previste in quest ambito progettuale sono ascrivibili ai tre seguenti progetti: Progetto 5_4_1: Propulsione elettrica a celle a combustibile per il trasporto pubblico collettivo e per autoambulanze con funzioni integrate di telemedicina e telediagnosi. L attività si propone i seguenti obiettivi: a) Caratterizzazione sperimentale al banco di un sistema di trazione elettrica con celle a combustibile alimentato ad idrogeno e finalizzato alla movimentazione di veicoli dedicati al trasporto pubblico collettivo. Il sistema di propulsione, costituito da uno stack di celle a combustibile tipo PEM con i suoi componenti ausiliari, un convertitore elettronico di potenza DC-DC, un sistema di accumulatori elettrochimici, azionamento elettrico comprensivo di motore asincrono e inverter con possibilità di recupero in frenatura dell energia, è accoppiato meccanicamente a un freno dinamico (generatore asincrono) che consente la simulazione al banco di cicli urbani di guida reali. b) Produzione catalitica di idrogeno a partire da combustibili derivanti da fonti rinnovabili. Sono valutate in un impianto da laboratorio le potenzialità di combustibili liquidi di origine vegetale (etanolo, oli vegetali e derivati) o animale (derivati di grassi animali grezzi) nei processi di produzione di idrogeno basati sulle reazioni di steamreforming e di ossidazione parziale. CNR Piano Triennale

16 Parte 1 Il piano scientifico c) Realizzazione e gestione di una autoambulanza elettrica a celle a combustibile che consenta il monitoraggio dei pazienti durante il tragitto verso il ricovero oltre che interventi di telemedicina. Istituto di tecnologie avanzate per l energia Nicola Giordano Messina - ITAE; Istituto motori Napoli - IM; Istituto di studio dei sistemi intelligenti per l automazione Bari - ISSIA. Progetto 5_4_2: Fusione Nucleare. Si tratta del progetto di collaborazione internazionale RFX. Istituto gas ionizzati Padova - IGI Progetto 5_4_3: Innovazione nel manifatturiero. Nell ambito del Programma l impegno sarà sullo studio di enabling technologies che sottendano l intero ciclo di vita dei beni materiali e, applicate a problemi industriali, portino allo sviluppo di nuovi prodotti e processi, competitivi nel mercato mondiale. L azione del Programma dovrà esplicitarsi lungo tre direzioni: 1) Ricerca scientifica orientata alle tecnologie abilitanti che, per il loro stadio primitivo, sono ancora poco suscettibili di una interazione strutturata con il mondo industriale. Ciò è quanto già è fatto dall ampia base delle Università e degli Istituti del CNR che si dedicano a tali tecnologie 2) Sviluppo di enabling technologies, principalmente di natura pervasiva, nell ottica delle applicazioni industriali. Tale azione è affidata ad Istituti del CNR che, anche in collaborazione con le Università, hanno maturato nel tempo una elevata capacità di interazione con le imprese nello sviluppo di tecnologie industriali 3) L orientamento, la gestione e la finalizzazione dell attività di ricerca per il Manifatturiero, che sarà compito delle strutture, all interno del CNR, che hanno maturato una capacità di visione tecnologica strategica. A questo dovrà accompagnarsi la capacità di concezione e gestione di complessi programmi di ricerca, nazionali e internazionali. Il Programma faciliterà la multidisciplinarità e l applicazione trasversale delle enabling technologies, studiate in Italia o all estero, per aumentare il vantaggio competitivo delle imprese Italiane nei settori ad elevata e media intensità tecnologica, con particolare riferimento alla progettazione e produzione sostenibile, efficiente, intelligente, in termini di tools, beni strumentali, impresa del futuro, contribuendo così all innovazione nel Manifatturiero. Tali temi saranno costantemente sviluppati, aggiornati e integrati, nell ottica della qualificazione tecnologica dei settori produttivi con 110 CNR Piano Triennale

17 Area scienze tecnologiche, ingegneristiche e dell informazione tecnologie di frontiera pervasive, dello sviluppo di nuove imprese, settori e filiere a più elevato contenuto tecnologico e del rilancio e della caratterizzazione dell economia meridionale. Istituto di tecnologia industriale ed automazione Milano - ITIA; Istituto per lo studio dei sistemi intelligenti per l automazione Bari - ISSIA. Trasferimento delle conoscenze. I risultati delle ricerche dei progetti indicati potranno essere immediatamente trasferiti nel sistema produttivo nazionale di autoveicoli elettrici e nella organizzazione della mobilità nei centri cittadini. Il trasferimento al mondo produttivo riguarderà sia i prodotti che le tecnologie produttive. Area progettuale 5_5: Mobilità e Trasporti In questa area progettuale si svilupperanno due tipologie di progetti qui di seguito enucleati. Progetto 5_5_1: Logistica e Trasporti. Trasporti e logistica hanno un elevato grado di pervasività nel sistema economico-sociale ed il loro funzionamento condiziona le possibilità di sviluppo economico e il benessere effettivo e percepito dei cittadini. In un epoca in cui si stanno diffondendo forme non convenzionali di transazione economica (business to consumer o business to business) rimane sempre il problema logistico della consegna del bene oggetto della transazione. Poiché l incremento della capacità infrastrutturale si scontra spesso con limiti di carattere fisico, ambientale e finanziario, diventa importante la ricerca di metodi e tecnologie in grado di migliorare l efficienza nell utilizzazione delle infrastrutture esistenti. Questo progetto si propone di integrare, in un sistema in grado di fornire informazioni e piani di gestione delle infrastrutture e dei servizi, tre componenti importanti: una base dati relativa a flussi, caratteristiche dei sistemi e sottosistemi coinvolti, struttura della domanda, parametri di gestione; le tecnologie di informazione e comunicazione; alcuni modelli di gestione. Le tematiche di ricerca riguarderanno: i sistemi di sorveglianza, intesi in senso lato come il complesso della sensoristica e dei sistemi di telerilevamento; i sistemi di gestione dei dati, ovvero informazioni provenienti dalle varie fonti, metodologie di fusione e di filtraggio statistico, algoritmi di ricostruzione; modelli di analisi e di previsione; sicurezza dei veicoli, delle infrastrutture e dei sistemi; modelli di gestione delle flotte; management delle infrastrutture e dei servizi (importante, in prospettiva, il CNR Piano Triennale

18 Parte 1 Il piano scientifico problema della allocazione delle tracce ferroviarie tra diverse aziende fornitrici di servizi in competizione); management di sistemi intermodali; gestione ottimale di sistemi logistici; modelli e sistemi di gestione delle emergenze. Il progetto coinvolge competenze multidisciplinari, distribuite tra enti di ricerca, università, imprese ed enti pubblici. L interesse per i risultati si estende a praticamente tutti i produttori ed utilizzatori di servizi e sistemi di trasporto. Istituto di analisi dei sistemi e informatica Antonio Ruberti Roma - IASI; Istituto motori Napoli - IM; Istituto per lo studio dei sistemi intelligenti per l automazione Bari - ISSIA. Progetto 5_5_2: Motoristica e movimentazione. All interno del CNR diversi Istituti sia di grandi dimensioni e di consolidata esperienza sia di più recente costituzione ma dotati di particolare vivacità e brillantezza scientifica si occupano delle motorizzazioni innovative e basso impatto ambientale di veicoli sia con motori a combustione interna che con motori elettrici, oltreché di azionamenti elettrici destinati alla movimentazione nella fabbrica così come alla mobilità di cose e persone. Sono anche sviluppati gli studi precipui diretti alle movimentazioni in svariati campi applicativi quali quelli industriali, agricoli, forestali, di movimento terra per manufatti di grande rilevanza. In questi settori il CNR ha svolto e si propone di continuare a svolgere un compito primario per l innovazione tecnologica non solo in ambito italiano ma anche europeo e mondiale dando fra l altro contributi di rilievo negli studi di prenormazione la cui necessità è manifestata dalla Pubblica Amministrazione in primo luogo e dalle relazioni internazionali nel settore. Istituto motori Napoli - IM; Istituto per lo studio dei sistemi intelligenti per l automazione Bari - ISSIA; Istituto macchine agricole e movimento terra Ferrara - IMAMOTER. Trasferimento delle conoscenze. I prodotti di questi progetti avranno carattere direttamente applicativo nella organizzazione dei flussi trasportistici oltre che nell introduzione di nuovi prodotti destinati alla propulsione sia nei trasporti che nella movimentazione. 112 CNR Piano Triennale