Scheda di Sintesi (Abstract) Progetto Premiale EOS: Elettronica Organica per Strumentazione Innovativa di Ricerca Articolo 5 DM n.... del... Titolo progetto: Ambito di Intervento: Struttura di riferimento: Coordinatore di progetto: Elettronica Organica per Strumentazione Innovativa di Ricerca ICT e DISPOSITIVI SENSORIALI Sezione di Napoli Alberto Aloisio Altri EPR coinvolti: Progetto congiunto con il CNR Altri Organismi e soggetti coinvolti: Universita di Napoli Federico II, Universita di Roma 3, Universita di Milano Bicocca, Universita del Salento Descrizione breve progetto: Il progetto propone lo sviluppo di strumentazione innovativa basata sull impiego dell Elettronica Organica con particolare riferimento ad applicazioni di diretto interesse per esperimenti di fisica fondamentale. Attraverso l impiego di materiali organici polimerici, oligomerici, cristallini e nanostrutturati, l Elettronica Organica permette la realizzazione di sensori e transistor a film sottile dalle caratteristiche fortemente innovative. I dispositivi sono realizzati con processi a basse temperature e sono compatibili con supporti non convenzionali (plastica, carta, tessuto, materiali bio-compatibili). Le ricerche a livello internazionale vanno nella direzione di un elettronica a basso costo, con ingombri, masse e potenze dissipate trascurabili, in grado teoricamente di equipaggiare e rendere intelligente un generico manufatto tradizionalmente considerato passivo (vestiti, imballaggi, supporti, involucri, arredamento, generici beni di consumo). Attraverso la sinergia di competenze tipiche del CNR e dell INFN, questo progetto si propone di sviluppare circuiti complessi in tecnologia organica per equipaggiare strumentazione di ricerca in fisica fondamentale e applicata. Questo include, da una parte, la ricerca di nuovi materiali e processi costruttivi di transistor e sensori chimici organici a film sottile; successivamente prevede la progettazione di circuiti integrati organici sia analogici sia digitali (amplificatori, discriminatori, blocchi logici sequenziali e combinatori). Una tale elettronica potrebbe essere stampata, depositata o addirittura immersa in un qualunque tipo di strumento, realizzando una sorta di interfacciamento intrinseco tra grandezza fisica da misurare e segnale elettrico d uscita analogico o digitale. Obiettivi del progetto: Il progetto intende perseguire due obiettivi principali.
a) Si intendono studiare e realizzare dispositivi e circuiti integrati organici con prestazione migliori di quelli riportati in letteratura. Tali circuiti saranno progettati per rendere attivi (o anche funzionalizzare) strumenti, rivelatori o trasduttori che tipicamente necessitano di elettronica esterna, remota e ingombrante. Il risultato desiderato supera la semplice miniaturizzazione del circuito (peraltro gia ampiamente raggiungibile con l elettronica tradizionale) ma va nella direzione di includere l elettronica di controllo e di lettura nella struttura stessa dello strumento/trasduttore, intervenendo direttamente, ove possibile, sui principi di funzionamento al fine di esaltarne le caratteristiche. b) Si intende quindi sfruttare la sinergia tra CNR e INFN per formare un gruppo di lavoro che possa mettere a fattore comune competenze diverse, contribuire alla realizzare un polo di eccellenza nello sviluppo di Elettronica Organica e fare da attrattore anche di altre risorse. Lo stato dell arte delle ricerche nel campo mostra che un tale obiettivo e alla portata della comunita di ricerca che propone questo progetto. Occorre tuttavia un importante investimento scientifico e economico per colmare un gap di conoscenze e tecnologie che rischia di allontanare in modo irreversibile l Italia e l Europa da una posizione di leadership in uno dei settori applicativi e di ricerca piu promettenti e fecondi degli ultimi dieci anni. Nel primo anno di attivita si individueranno i semiconduttori organici piu promettenti, saranno realizzati OFET con caratteristiche innovative e si avviera la progettazione di veri e propri circuti integrati organici. Nel secondo anno si completera lo sviluppo di librerie di simulazione circuitale e si collauderanno circuiti complessi su substrato flessibile, che saranno interfacciati con sensori e strumentazione di ricerca. Linea di intervento ai sensi dell'articolo 3 (indicare una sola linea di intervento): Criteri di valutazione Sviluppo delle competenze: Linea di intervento 2 Il progetto valorizza le competenze di un ampia comunita di ricerca, suddivisa in Sezioni e Istituti diversi dell INFN e del CNR e presso le Universita di Napoli Federico II, del Salento, di Milano Bicocca e di Roma 3. Le ricerche proposte richiedono la collaborazione di fisici, chimici e ingegneri di diversa
formazione e con esperienze complementari, figure queste difficilmente disponibili in una sola struttura. Lo formazione di un polo di eccellenza va nella direzione di offrire una continuita scientifica che massimizzi gli investimenti effettuati e permetta ai ricercatori coinvolti di essere presenti sullo scenario internazionale nel medio-lungo termine, ben oltre il completamento del progetto proposto. Grado di coinvolgimento di soggetti pubblici e privati: Attrazione degli investimenti, impatto socio-economico e sostenibilità economico finanziari: Team di programma/progetto e governance (con dimostrazione dei profili coinvolti e dei giovani): Lo sviluppo di tecnologie allo stato dell arte nel settore dell Elettronica Organica richiede all interno di questo progetto l interazione con Agenzie di innovazione tecnologica (in primis l ENEA), Distretti Tecnologici, Centri di Competenza, PMI specializzate in trattamenti di materiali e superfici, grandi Industrie del settore chimico e dei semiconduttori. Questo progetto si configura quindi come baricentro di tutta una serie di soggetti pubblici e privati indispensabili per il successo dell iniziativa. L Elettronica Organica e senza dubbio considerata tra i settori di ricerca a piu ampio impatto sociale e economico. L aspetto sociale riguarda la possibilita di un uso pervasivo dell elettronica, fino a trasformarla da valore aggiunto di un manufatto a sua parte integrante e sostanziale. A questo va aggiunta la sua intrinseca bio-compatibilita, che apre scenari applicativi che si estendono dalle protesi intelligenti, a nuovi strumenti diagnostici fino all interfacciamento bio-elettrico con organismi viventi. Le principali Industrie elettroniche e quelle del settore chimico e dei materiali (Bell, Lucent, Samsung, Sony, Philips, BASF, per citarne alcune) hanno investito negli ultimi dieci anni cifre ingenti in queste ricerche. Alcuni risultati sono gia maturi per il mercato e riguardano schermi attivi ultraflessibili, emettitori di luce organici, cellule solari ad alto rendimento. Un attivita di eccellenza sullo sviluppo di circuiti integrati organici offre le migliori garanzie di attrazione di fondi sia da finanziamenti pubblici regionali e europei, sia da privati interessati allo sfruttamento industriale delle tecnologie sviluppate. I partecipanti hanno una lunga e comprovata esperienza a livello internazionale sulle tematiche di interesse del progetto. Le Università di Napoli, del Salento, di Milano Bicocca e di Roma 3 partecipano con personale associato agli Enti proponenti e conducono da tempo ricerche di eccellenza su aspetti sia teorici sia sperimentali legati al tema dell Elettronica Organica. Lo sviluppo di un progetto congiunto tra INFN e CNR implica la suddivisione dei compiti in piu workpackages. Sono di competenza CNR le ricerche su nuovi materiali organici, lo
sviluppo di modelli teorici e la realizzazione di prototipi di dispositivi e circuiti integrati. Sono invece responsabilita dell INFN il loro studio e caratterizzazione funzionale, lo sviluppo di modelli di simulazione circuitale, la progettazione di circuiti integrati per applicazioni specifiche su strumentazione e trasduttori. In un tale schema sono coinvolti: - fisici della materia - chimici, ingegneri chimici e specialisti di materiali innovativi - ingegneri elettronici e progettisti di sistemi - fisici sperimentali delle interazioni fondamentali - specialisti di modelli numerici e simulazioni MonteCarlo - tecnologi con competenze di sensori e rivelatori Ad essi si affiancheranno le competenze di ditte e Agenzie esterne, che saranno via via coinvolte in base alle necessita e allo stadio di avanzamento del progetto. Per quanto riguarda la governance, il cofinaziamento e la rendicontazione del progetto, la sua natura congiunta tra due EPR richiedera la stipula di oppurtune Convenzioni che normino i principali aspetti burocratico-amministrativi del suo funzionamento. La composizione del progetto e paritetica tra INFN e CNR,. La divisione dei compiti, del budget e del cofinanziamento segue proporzionalmente. Come gia menzionato in precedenza, questo progetto offre inequivocabili garanzie di sviluppo per il sistema Paese sia in termini di crescita in un settore ad alta tecnologia, sia di ricaduta sulla formazione accademica, sulle attivita di ricerca e sul trasferimento tecnologico. Il progetto si propone di contribuire in modo significativo al recupero da parte dell Italia di una posizione di primo piano nei settori dei semiconduttori organici e dello sviluppo di circuiti complessi su di essi basati. Si propone inoltre di giocare un ruolo fortemente innovativo nella progettazione di strumentazione di misura di nuova generazione, equipaggiata con elettronica organica. Viene di seguito riportato il numero di persone coinvolte per i diversi profili 2 ricercatori INFN - Sezione di Roma 3 1 tecnologo INFN - Sezione di Roma 3 1 tecnico INFN - Sezione di Roma 3 2 ricercatore INFN - Sezione di Napoli 2 tecnologi INFN - Sezione di Napoli 2 tecnici INFN - Sezione di Napoli
7 ricercatori CNR del Dip. di Scienze Fisiche e Tecnologie della Materia 3 ricercatori CNR del Dip. di Scienze Chimiche e Tecnologie dei Materiali (Il 15% dei dipendenti EPR partecipanti al progetto e costituito da donne - 1 ricercatrice INFN e due CNR) 6 Ricercatori dell Università di Napoli Federico II 2 Ricercatori dell Università di Roma 3 1 Ricercatore dell Università di Milano Bicocca 1 Ricercatore dell Università del Salento (tutti associati all INFN e/o CNR) Valore economico stimato e dimostrazione dei costi futuri di gestione e manutenzione occorrenti per la vita utile del programma/progetto ed evidenziazione della previsione di copertura dell'eventuale autofinanziamento: La durata complessiva del progetto e di 24 mesi. Il costo totale e stimato in 2,5 M, di cui: 2 M a carico del MIUR (per il primo anno) 0.5 M a titolo di cofinanziamento (per il secondo anno) Il cofinanziamento esposto si basa sulla valorizzazione del costo dei partecipanti normalizzato alla percentuale di tempo dedicata al progetto. Si prevedono inoltre le seguenti disponibilita aggiuntive: - fondi di Ricerca di Ateneo - fondi derivanti da Contratti e Progetti di Ricerca - attrazione di fondi Regionali e di programmi PON Si prevede che i costi relativi alla gestione e manutenzione della strumentazione successivamente alla fine del progetto siano a carico di un polo di eccellenza attivo nei settori della ricerca e del trasferimento tecnologico. Potenziali ulteriori coperture finanziare: Status del progetto (avviato, nuovo, fasi concluse...): durata del progetto (anni e mesi): Parole chiavi proposte: Partecipazione a Progetti Europei, PRIN, FIRB NUOVO 24 mesi Elettronica organica, ofet, semiconduttori organici n-type, circuiti integrati organici, elettronica embedded, acquisizione dati di sensori e rivelatori
STIMA dei COSTI del PROGETTO Macrovoci di spesa INFN + CNR (WP2 + WP1) Personale INFN + CNR (come da elenco dei Ammontare previsto Fonte FOE7% Cofinanziamento. Altre fonti di copertura Incidenza percentuale (sul totale di 2500 k ) 570 k 300 k 270 k 23 % partecipanti) Prestazione di terzi 170 k 160 k 10 k 7 % Materiali 440 k 380 k 60 k 18 % Attrezzature 825 k 795 k 30 k 32 % Infrastrutture 200 k 150 k 50 k 8 % Spese generali 155 k 95 k 60 k 6 % Altre tipologie (missioni, conferenze) 140 k 120 k 20 k 6 % Totale 2500 k 2000 k 500 k 100%