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Descrizione della commessa "Sensori e tecniche di elaborazione per l'imaging elettromagnetico nelle applicazioni di sicurezza fisica (INT.P01.008)"
- Type
- Label
- Descrizione della commessa "Sensori e tecniche di elaborazione per l'imaging elettromagnetico nelle applicazioni di sicurezza fisica (INT.P01.008)" (literal)
- Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
- Per quanto attiene ai bisogni collettivi, le attività della commessa
trovano potenziale impiego in:
- sicurezza, con particolare riferimento agli aspetti della sicurezza fisica ossia la sorveglianza e la protezione di infrastrutture critiche, la protezione contro il terrorismo, la sicurezza dei confini;
- monitoraggio ambientale e dei Beni Culturali nelle fasi di prevenzione e mitigazione del rischio, gestione delle emergenze e pianificazione degli interventi in situazione di crisi;
- in ambito medico, dove la diagnosi precoce rappresenta la più efficace forma di prevenzione del tumore al seno che risulta una delle principali cause di mortalità nelle donne. (literal)
- Strumentazione
- Dual Processor con 8 GigaByte di RAM
3 Workstations con 8 Processori Xeon (256, 144, 48 GB di RAM).
Radar Imaging:
- un georadar K2Ris con un'antenna dual frequency operante alle frequenze di centro banda di 200MHz e 600MHz ed un'antenna ad alta frequenza (2GHz);
- un radar olografico RASCAN4/4000,
- un sistema operante alle frequenze dei THz, Zomega-THz Fico..
- un prototipo di esposizione per imaging in presenza di nanoparticelle magnetiche
- un prototipo bio-radar per il rilevamento dei segnali vitali
- un radar marino
Sensoristica ottica ed optolettronica:
- Prototipo di rivelatore di deformazioni/temperatura a fibra ottica;
- Banchi per la caratterizzazione ottica ed microfluidica di sensori ottici, optolelettronici ed optofluidici;
- Sistema per riflettometria ottica ad alta risoluzione nel dominio del tempo a conteggio di fotoni
- Sistema per riflettometria ottica ad altissima risoluzione.
- Camera bianca con spin coating e sistema di fotolitografia senza maschera per la realizzazione di dispositivi ottici e microfluidici.
- Sistema di microlavorazione a controllo numero.
- Sistema per la scrittura diretta di dispositivi ottici submicrometrici- (literal)
- Tematiche di ricerca
- I temi di ricerca riguardano lo:
- sviluppo di tecniche di elaborazione di dati radar per l'imaging, a microonde ed onde mm, di oggetti nascosti o sepolti e la rivelazione di segnali fisiologici (battito, respirazione);
- sviluppo di modellistica diretta ed algoritmi di inversione basati sulla diffusione elettromagnetica per il monitoraggio ad alta risoluzione di infrastrutture critiche e per applicazioni di diagnostica medica e teranostica
- sviluppo di tecniche per la diagnostica precoce del tumore al seno basate sull'utilizzo congiunto delle tecniche di tomografia a microonde e delle capacità di addensamento selettivo offerte dalle nanoparticelle magnetiche;
- sviluppo di tecniche di imaging e spettroscopia alle frequenze dei THz.
- sviluppo di tecniche di elaborazione per il monitoraggio dello stato del mare da dati radar in banda X;
- sviluppo di sensoristica distribuita in fibra ottica per il controllo di deformazioni e temperatura;
Sviluppo, e caratterizzazione di lab-on-chip microfluidici per applicazioni ambientale e medicali;
Sviluppo di sensori optofluidici per la rilevazione ad elevatissimisa sensibilità di sostanze chimiche/biologiche (contaminanti, inquinanti). (literal)
- Competenze
- Le competenze del personale afferente alla commessa riguardano i campi elettromagnetici, l'ottica, l'opto-elettronica e l'optofluidica. In particolare, il personale coinvolto nelle attività di ricerca ha una consolidata esperienza nei seguenti ambiti:
-modellizzazione, esatta ed approssimata, del fenomeno della diffusione elettromagnetica a microonde, onde millimetriche e THz necessaria per la comprensione delle criticità del fenomeno e per lo sviluppo di approcci di imaging/tomografici, capaci di operare sia nelle condizioni realistiche tipiche dell'ambito \"physical security\" che in scenari elettromagneticamente complessi;
-analisi dei problemi inversi ed elaborazione di segnali ed immagini per la messa a punto di approcci di ricostruzione efficienti e stabili rispetto alle incertezze ed al rumore con lo scopo di una \"diagnostica\" ad alta risoluzione quasi real-time e possibilmente quantitativa;
-sviluppo di sensori puntuali e distribuiti in fibra ottica per il monitoraggio di temperatura e deformazione e sensori ottico-integrati (lab on chip) per il monitoraggio di parametri fisici ed il sensing di sostanze chimiche/biologiche
-sviluppo di sensori e dipositivi optofluidici. (literal)
- Potenziale impiego per processi produttivi
- Per quanto concerne i processi produttivi, il potenziale impiego dei risultati della ricerca riguarda le Aziende high-tech operanti:
- nello sviluppo e distribuzione di servizi basati sull'analisi di dati rilevati per applicazioni di monitoraggio ambientale, dei beni culturali, di infrastrutture critiche e di sicurezza fisica;
- produzione di sensori ottici e opto-elettronici innovativi per la diagnostica non invasiva di infrastrutture e il rilevamento di sostanze chimiche/biologiche (contaminanti, inquinanti..). (literal)
- Tecnologie
- Tomografia a microonde
Si intendono sfruttare tecnologie basate su: sistemi georadar e radar olografici per l'imaging di oggetti nascosti e oltre un ostacolo; radar a corto raggio ed olografici per la sorveglianza di aree e rivelazione di segni fisiologici; sistemi alle onde millimetriche ed ai THZ per detection ad alta risoluzione di oggetti nascosti e la caratterizzazione di materiali; sistemi tomografici alle microonde per la diagnostica non invasiva in ambito medico, in particolare per la diagnostica del tumore al seno, eventualmente potenziata dall'uso di nanoparticelle magnetiche come agente di contrasto (capace di addensarsi selettivamente nelle cellule tumorali).
Analisi dello stato del mare
Si intende sfruttare una tecnologia basata su sistemi radar nautici in banda X (10 GHz).
Sensoristica ottica
Si intendono sfruttare tecnologie basate su fibre ottiche per il monitoraggio distribuito e puntuale di temperatura e
deformazione su grandi infrastrutture e per il monitoraggio di fenomeni precursori di eventi naturali; tecnologie basati su sensori ottici ed optofluidici integrati per la spettroscopia e la rilevazione di sostanze chimiche e biologiche in liquidi e gas. (literal)
- Obiettivi
- - sviluppo e validazione di approcci di tomografia a microonde per l'imaging 3D di oggetti nascosti/sepolti ed oltre un ostacolo, a partire da dati raccolti in situ o da piattaforme aeree;
-sviluppo di tecniche per l'imaging e la spettroscopia ai Terahertz;
- Messa a punto di protocolli di misura per l'elaborazione dati ai THz ai fini della stima del contenuto d'acqua nella vegetazione;
-sviluppo di tecniche per il rilevamento dei segni fisiologici;
-sviluppo e validazione di tecniche innovative alle microonde per la diagnostica in ambito medico (diagnostica del tumore al seno, ictus celebrali);
-sviluppo e validazione di metodologie innovative per la focalizzazione del campo elettromagnetico (ipertermia a microonde);
-sviluppo di tecniche per il monitoraggio dello stato del mare da dati radar in banda X;
-sviluppo di sensori distribuiti in fibra per il monitoraggio ad alta risoluzione di temperatura e deformazione;
-sviluppo di sensori ottici integrati ed a microonde per il rilevamento di sostanze chimiche/ biologiche in liquidi e gas (contaminanti, inquinanti).
- sviluppo di dispositivi optofluidici per tecniche di spettroscopia in fluoresceza e Raman ad elevatissima sensibilità (literal)
- Stato dell'arte
- La necessità di tecnologie basate sul sensing elettromagnetico nella banda dalle radiofrequenza all'ottica è ampiamente dimostrata dai temi resenti in H2020 con particolare riferimento alle Societal Challenges.
In particolare, si mira sia allo sviluppo di nuovi dispositivi sia alla messa a punto ed integrazione di tecniche di acquisizione e di elaborazione dati per le applicazioni relative alla \"physical security\". D'altro canto, lo stato dell'arte raramente considera tecniche in grado di sfruttare completamente le informazioni legate alla fisica dei fenomeni di sensing, in quanto sono richiesti sistemi in grado, in tempo quasi reale, di fornire immagini oggettive ed accurate dei parametri fisico/chimici di interesse. Conseguentemente, è spesso necessario il ricorso all'interpretazione del dato basato sull'esperienza dell'operatore. L'attività di diagnostica risulta quindi vincolata ad un giudizio soggettivo, con il rischio tangibile di inficiarne la validità. Tale limitazione risulta ancora più stringente nelle applicazioni di diagnostica medica dove bisogna ridurre al minimo possibile sia l'incidenza dei falsi allarmi che la possibilità di mancata rivelazione della patologia. (literal)
- Tecniche di indagine
- Le attività della commessa si basano su tecniche di indagine di tipo teorico-numerico e sperimentale.
Tecniche teorico-numeriche
Simulazione dei fenomeni di propagazione e diffusione elettromagnetica dalle microonde all'ottica;
Design di sistemi e sensori \"custom\" alle microonde;
Ricostruzione tomografica a microonde ed alle onde millimetriche a partire da misure di campo radiato/diffuso;
Analisi dello stato del mare mediante dati da radar in banda X;
Determinazione di profili di temperatura e deformazioni su larga scala basata su sensoristica ottica distribuita;
Tecniche per la detection di sostanze chimiche e biologiche in liquidi e gas basate sulla spettroscopia e sui fenomeni di fluorescenza.
Tecniche sperimentali per:
Validazione dei modelli e degli algoritmi di tomografia a microonde con dati di laboratorio ed in situazioni reali acquisiti mediante strumentazioni radar (geoaradar, radar olografico, sistema ai THz);
Misure dello scattering di Brillouin;
Misure dello scattering di Raleigh;
Realizzazione e caratterizzazione di sensori ottici ed optofluidici integrati;
Misure radar in Banda X per il monitoraggio dello stato del mare. (literal)
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