Crittografia ottica caotica. Caos ed epilessia. Microstrutture ottiche

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1 Università degli Studi di Pavia Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell Informazione Laboratorio di Elettroottica Crittografia ottica caotica Caos ed epilessia Microstrutture ottiche Valerio Annovazzi Lodi, Mauro Benedetti, Giuseppe Aromataris Sabina Merlo, Francesca Carpignano, Gloria Silva

2 Crittografia Elaborazione un messaggio in modo da renderlo inintelleggibile agli ascoltatori non autorizzati ovvero Trasmissione sicura su di una rete insicura Metodi basati su algoritmi (crittografia software) Metodi al livello fisico (crittografia hardware) Crittografia caotica

3 Caos Il caos e un regime deterministico, ma assai complesso (pseudocasuale), osservabile in un ampia classe di sistemi non-lineari Un laser può essere portato al caos per retroriflessione da specchio remoto Un tipico laser a semiconduttore per telecomunicazioni, reso caotico, mostra una modulazione RF di decine di GHz

4 Crittografia ottica caotica LASER CAOTICO Trasmettitore (Laser MASTER) Ricevitore (Laser SLAVE) Segnale Linea di trasmissione in fibra LASER CAOTICO Segnale estratto

5 Sincronizzazione del caos Slave Master Acquisizione della forma d onda caotica nel dominio del tempo con Cavità CORTA ad Anello CHIUSO

6 Mascheratura caotica Master con segnale nascosto Cavità CORTA Anello CHIUSO Differenza con segnale estratto

7 Trasmissione di un segnale video con portante a 2.4GHz Messaggio in chiaro Messaggio mascherato Messaggio estratto

8 Epilessia L'epilessia è una patologia del sistema nervoso, caratterizzata da ricorrenti crisi convulsive, che provocano gravi problemi nella normale attività di un individuo (possono portare anche alla perdita della coscienza) peggiorandone la qualità della vita. La previsione della convulsione è di fondamentale importanza per evitare continue cure farmacologiche, non sempre efficaci e non prive di effetti collaterali

9 Epilessia Previsione della crisi epilettica: -Stima della dimensione caotica di EEG -Ricerca di pattern CRISI CRISI ANTICIPO

10 Argomenti di progetto triennale sul caos - Caratterizzazione laser caotici - Caratterizzazione di moduli integrati per crittografia - Nuovi schemi di crittografia - - Analisi di tracciati EEG umani per la previsione di crisi epilettica Collaborazione con Istituto Mario Negri (MI)

11 Microstrutture ottiche in silicio Cristalli fotonici per applicazioni biomediche Microspecchi per picoproiettori

12 Cristalli fotonici Materiali artificiali con distribuzione periodica dell indice di rifrazione Hanno bande fotoniche di energia proibita Ovvero lunghezze d onda in cui si comportano da isolanti ottici 1-D 2-D 3-D periodic in one direction periodic in two directions periodic in three directions

13 Cristalli fotonici in natura Morpho butterfly Peacock feather wing scale: [ L. P. Biró et al., PRE 67, (2003) ] 6.21µm [J. Zi et al, Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 100, (2003) ] [figs: Blau, Physics Today 57, 18 (2004)]

14 Foto al microscopio a scansione elettronica (SEM) di cristalli fotonici in silicio microlavorato realizzate presso l'università di Pisa con tecnologia di microlavorazione del Silicio 3 µm µm Periodo = 8 µm

15 PROGETTO CARIPLO Microstrutture tridimensionali in silicio per la rivelazione diretta di cellule tumorali circolanti mediante tomografia ottica (in collaborazione con IGM-CNR di Pavia e UniPISA)

16 Foto al microscopio (vista dall alto) di fibroblasti marcati con colorante rosso: le cellule sono cresciute tra le pareti in silicio del cristallo fotonico Vista dall alto con microscopio a fluorescenza Cells 125 µm 50 µm Optical Fiber 16 µm Silicon

17 Microstrutture ottiche in silicio Cristalli fotonici per applicazioni biomediche Microspecchi per picoproiettori

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19 Pico Projector (STMicroelectonics & btendo)

20 Horizontal scanning mirror Pico Projector (STMicroelectonics & btendo)

21 Argomenti di progetti triennali e tesi per studenti di Bioingegneria e di Ingegneria Elettronica Caratterizzazione ottica di cristalli fotonici 1D Misure di riflettività e trasmissività a varie lunghezze d'onda su cristalli fotonici 1D in silicio, anche in presenza di cellule e materiale biologico vario. Prevede l utilizzo di fibre ottiche e strumentazione optoelettronica. Caratterizzazione del funzionamento dinamico di microspecchi in silicio Misure di frequenze di risonanza di microspecchi utilizzando tecniche ottiche. Prevede l utilizzo di laser e strumentazione elettronica.