Piano Triennale INOA 2005-2007

Transcript

Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Piano di attività per il triennio 2005-2007
Dall’eccellenza scientifica alle tecnologie abilitanti
per la competitività del sistema paese
Firenze, Dicembre 2004
In copertina:
Particolare dalla Croce di Rosano - Anonimo - XII sec., in restauro presso l'Opificio delle Pietre Dure, Firenze.
Riflettografia IR (dietro), falso colore e colore (primo piano) ottenuti mediante uno
spettrofotometro a scansione a 32 bande. Lo strumento, realizzato nel progetto PON
SIDART, consente la ripresa di immagini multispettrali ad alta risoluzione spaziale. Le
applicazioni sono: misura e monitoraggio del colore, riconoscimento e mappatura dei tipi
di pigmento
La procedura adottata per la stesura della revisione di Piano
La revisione del Piano Triennale è stata essenzialmente una messa a punto delle linee
individuate con la stesura 2004-2006. Il processo è stato svolto prevalentemente dalle
strutture e in particolare nella sede del Collegio di Istituto ed in accordo con le richieste
del Comitato Interno di Valutazione Scientifica (CIVS). Il formato è lo stesso del
precedente Piano Triennale.
La revisione del Piano Triennale è stata esaminata dal Comitato di Consulenza
Scientifica, che nella riunione del 19/01/2005 lo ha approvato all’unanimità.
Il decreto di approvazione definitivo sarà assunto dal Commissario Straordinario Prof. F.
Pistella.
Piano Triennale 2005-2007
5
6
Indice
SCELTE DI FONDO ...................................................................................................................................... 1
LE FINALITÀ ISTITUZIONALI ...................................................................................................................................3
IL CONTESTO DI RIFERIMENTO ...............................................................................................................................3
STRATEGIA PROGETTUALE (*) .................................................................................................................. 5
LE COMPETENZE PRIORITARIE ...............................................................................................................................7
LA FATTIBILITÀ DELLE AZIONI PROGETTUALI ........................................................................................................8
MODO DI OPERARE(*)...............................................................................................................................11
L’IPOTESI DI RIORGANIZZAZIONE ........................................................................................................................ 13
IL SISTEMA DELLE RELAZIONI ............................................................................................................................. 13
LA GESTIONE DEI PROGETTI E LA VALUTAZIONE DEI RISULTATI ........................................................................ 15
DESCRIZIONE DELLE ATTIVITÀ .............................................................................................................17
LE PROPOSTE AFFERENTI A CIASCUNA MACROLINEA.......................................................................................... 18
M1 – Ottica quantistica e spettroscopia .......................................................................................................19
M2 – Imaging, materiali e dispositivi ottici ..................................................................................................35
M3 – Ottica per ambiente, spazio e industria ..............................................................................................69
CPX.M1 – Applicazioni interdisciplinari dei sistemi complessi.....................................................................89
CPX.M5 – Metodi sperimentali per i sistemi complessi.................................................................................99
F – Formazione e Comunicazione Scientifica ............................................................................................109
S – Servizi tecnologici ................................................................................................................................115
ANALISI DEL PORTAFOGLIO DI ATTIVITÀ E RELATIVI COSTI .............................................................................. 121
RISORSE UMANE................................................................................................................................................. 125
A) DOTAZIONE ORGANICA .....................................................................................................................125
B) COSTI PER L’ANNO 2004 ...................................................................................................................126
C) PROGRAMMAZIONE TRIENNALE DEL PERSONALE ......................................................................127
ENTITÀ E MODALITÀ DI REPERIMENTO DELLE RISORSE FINANZIARIE ......................................131
LA DINAMICA DELLE RISORSE............................................................................................................................ 133
LA GESTIONE DEI PROGETTI E IL REPERIMENTO DELLE RISORSE AGGIUNTIVE ................................................ 135
ALLEGATI..................................................................................................................................................139
CORRISPONDENZA TRA LA DEFINIZIONE DELLE AZIONI PROGETTUALI ADOTTATA PER LA REVISIONE 2005-2007 E
QUELLA RELATIVA AL PIANO 2004-2006 ....................................................................................................... 141
ELEMENTI DI CONSUNTIVO PROGRAMMATICO ................................................................................................... 143
ATTIVITÀ APPLICATIVE SVOLTE DALL’INOA PER I DIVERSI BACINI DI UTENZA ................................................ 277
PROCESSI INDUSTRIALI E TELECOMUNICAZIONI ............................................................................277
BIOMEDICINA .........................................................................................................................................280
BENI CULTURALI ...................................................................................................................................281
AMBIENTE ...............................................................................................................................................282
IL CONSORZIO CEO (CENTRO DI ECCELLENZA OPTRONICA) OBIETTIVI, COMPOSIZIONE SOCIETARIA,
ORGANIZZAZIONE............................................................................................................................................ 285
7
8
Scelte di fondo
1
2
Le finalità istituzionali
L’Istituto Nazionale di Ottica Applicata (INOA) è un ente pubblico di ricerca le cui
finalità istituzionali, precisate dalla riforma (art. 13 del decreto legislativo 29 settembre
n. 381/1999) sono:
a) predisporre e attuare programmi di attività, ricerca e sviluppo nei campi dell'ottica
compresa la qualificazione e certificazione dei sistemi ottici e delle sue applicazioni ivi
incluse quelle industriali, anche in collaborazione con università, enti, consorzi
partecipati o costituiti o altri soggetti pubblici e privati, nazionali, comunitari e
internazionali;
b) partecipare alla elaborazione, al coordinamento e all'esecuzione di programmi di
ricerca comunitari e internazionali;
c) rendere disponibili per la comunità scientifica i risultati delle attività e dei programmi
di ricerca;
d) curare e promuovere la valorizzazione, lo sviluppo pre-competitivo, il trasferimento
tecnologico e la diffusione dei risultati delle ricerche e degli studi svolti in proprio o in
collaborazione con altri soggetti pubblici e privati, italiani e stranieri;
e) svolgere, anche attraverso assegnazione di borse o di premi di studio e di ricerca,
ovvero in convenzione con le università, attività di formazione specialistica e di
formazione continua, permanente e ricorrente, non universitaria, universitaria, postuniversitaria e post-dottorato di ricercatori e tecnici;
f) fornire a soggetti pubblici e privati, nell'ambito del perseguimento delle proprie
finalità, attività di consulenza, di ricerca e di formazione, di supporto tecnico-scientifico,
nonché servizi, nei campi dell'ottica e delle applicazioni industriali dell'ottica.
Il cambiamento di denominazione con l’introduzione dell’aggettivo “applicata” sottolineava il
rilievo sia della funzione di trasferimento al sistema produttivo dei risultati delle attività di
ricerca, sia l’opportunità di un collegamento con il sistema produttivo già nello stesso
svolgimento delle ricerche.
L’art. 23 del Decreto Legislativo n.127 del 4 giugno 2003 (riordino del Consiglio Nazionale
delle Ricerche) ha sancito la confluenza di INOA nel CNR.
Ed in previsione di questa confluenza, che avverrà entro il 2005, la stesura della revisione del
Piano Triennale non può non tener conto delle indicazioni contenute nel riordino del CNR
che prevedono l’attivazione dei Dipartimenti che a loro volta si organizzano in Progetti.
Il contesto di riferimento
Le Linee Guida per la Politica Scientifica e Tecnologica del Governo redatte dal MIUR il
19 aprile 2002 e approvate dal Consiglio dei Ministri hanno individuato il contesto di
riferimento per il processo di rifinalizzazione e riorganizzazione delle attività di ricerca e
sviluppo nel Paese in coerenza con il quale vanno definite le scelte dell’INOA. Tra le
scelte di fondo è confermata quella che include laser e optoelettronica tra le tecnologie
chiave abilitanti a carattere multisettoriale sulle quali concentrare lo sforzo di ricerca. E’
confermata altresì la scelta di promuovere la realizzazione di centri di eccellenza e di
grandi infrastrutture aggreganti, il tutto in una logica che accetti la competizione tra
strutture di ricerca all’interno del sistema dell’UE e chieda, soprattutto, che queste
stabiliscano i necessari rapporti di collaborazione tra loro e con il sistema produttivo.
3
Ed è in questa ottica che l’INOA si inserisce nel Dipartimento Materiali e Dispositivi
(DMD) la cui struttura è adeguata a far crescere le infrastrutture di ricerca selezionando
bacini di tecnologia e formazione e creando centri di attrazione nazionale e
internazionale.
Per ottimizzare questo processo di riorganizzazione e valorizzazione del patrimonio di
competenze esistenti, il DMD si articolerà su 11 Progetti organizzati a rete sul territorio
nazionale; ed in questo contesto l’INOA potrà fornire il proprio know-how di ricerca
principalmente al progetto “Ottica e BEC” ma anche al progetto “Complessità”.
Il 2004 ha visto operare coerentemente strumenti quali il FIRB (Fondo per gli
Investimenti della Ricerca di Base), il rilancio del FISR (Fondo Integrativo Speciale per la
Ricerca), del FAR (Fondo per le Agevolazioni alla Ricerca) sui quali l’INOA ha puntato
nel suo Piano. Significativo è stato per l’INOA anche il varo del PON (Programma
Operativo Nazionale) e dei POR (Programmi Operativi Regionali) che realizzano la nuova
politica della ricerca nelle Regioni del Mezzogiorno e costituiscono per l’INOA un vincolo,
ma anche un’opportunità favorevole. Le possibilità aperte dall’attività di Agenzie con
finalità settoriali, quali l’ASI (Agenzia Spaziale Italiana) e il suo omologo europeo l’ESA
(European Space Agency), i cui obiettivi programmatici comprendono segmenti di
potenziale interesse per l’INOA, hanno cominciato a concretizzarsi. I riconoscimenti avuti
dall’INOA con l’attribuzione di progetti FIRB conferma come ricerca di base e ricerca
applicata rappresentano due elementi della stessa realtà, non in sequenza, ma in stretta
correlazione. L’INOA non ha usufruito, pur avendone fatto richiesta, dei finanziamenti
previsti per il 2004 dallo strumento FISS (Funzionamento Istituti Scientifici Speciali),
poiché ne è stato escluso come soggetto non avente diritto.
Quanto agli specifici contenuti tecnico-scientifici è destinato a crescere ulteriormente il
peso delle competenze che l’INOA esprime (addensate attorno ai progetti Ottica e BEC e
Complessità); la loro disponibilità è vitale per una molteplicità di settori, sia di punta, sia
convenzionali, da rivitalizzare. Questa centralità è evidente in tutti i documenti di
programmazione del MIUR e dell’UE per quanto riguarda sia il VI Programma Quadro
sia altre iniziative a livello dell’Unione Europea, con riferimento alle scelte di fondo
dell’Area Europea della Ricerca (promozione dell’eccellenza e delle relative
infrastrutture, sistemi a rete, operazione per progetti, bandi competitivi). L’azione
condotta nel 2004 volta alla selezione di aspetti specifici su cui concentrare le risorse e la
tempestività di risposta alle opportunità che via via si creano ha iniziato a dare i suoi
frutti rafforzando la capacità dell’INOA di valorizzare con successo le opportunità offerte
dal nuovo contesto di riferimento.
4
Strategia progettuale (*)
(*) Aggiornamento della stesura relativa al Triennio 2004-2006
5
6
Le competenze prioritarie
Le competenze che l’INOA mette a disposizione nell’ambito del Progetto “Ottica e BEC”
si possono riassumere in 3 delle 4 Macrolinenee caratterizzanti il progetto stesso e
precisamente:
• M1. Ottica quantistica e spettroscopia.
L’obiettivo è lo studio dell’interazione radiazione-materia nei suoi aspetti più
innovativi, che includono gli effetti quantistici e lo sviluppo di sistemi coerenti per
spettroscopia di alta sensibilità e precisione in regioni spettrali fino ad ora non
accessibili.
• M2. Imaging, materiali e dispositivi ottici.
L’attività si concentrerà sullo sviluppo di nuovi materiali e dispositivi e sulla loro
caratterizzazione per mezzo di tecniche innovative di “imaging” in diverse regioni
spettrali, che faranno uso di adeguate metodologie di analisi di immagine.
• M3. Ottica per ambiente, spazio e industria.
Tale attività sarà rivolta allo sviluppo di tecniche e metodologie che consentano un
efficace monitoraggio ambientale, anche con sistemi su pallone, aereo e da satellite, ed
introducano strumentazione innovativa che consenta anche un razionale controllo dei
processi industriali.
Nel contempo l’INOA si inserisce nel progetto “Complessità”con competenze specifiche su
due delle 5 Macrolinee, ovvero:
• CPX.M1. Applicazioni interdisciplinari dei sistemi complessi.
• CPX.M5. Metodi sperimentali per i sistemi complessi.
La padronanza di queste competenze è dimostrata dal curriculum dei ricercatori e
tecnologi che operano nell’Istituto, dalle apparecchiature disponibili, in parte di originale
concezione e in alcuni casi esclusive nel Paese, e soprattutto dai risultati in tal modo
raggiunti. Il numero di pubblicazioni realizzate (quasi un centinaio nel corso del 2004
con 39 ricercatori in organico) è un indicatore che, pur con i ben noti limiti, testimonia
una vivacità di interessi e un inserimento nella comunità scientifica degni di
apprezzamento. Le collaborazioni internazionali, l’ammissione dopo selezioni
competitive ai progetti finanziati dall’UE o da organismi internazionali quali EUREKA o
ESA, le proposte di collaborazione rivolte all’INOA da altri operatori nazionali, sono un
riconoscimento di cui va dato atto ai ricercatori dell’Istituto.
I laureati scientifici operanti presso l’Istituto raggiungono nel 2004 una consistenza
superiore a 1000 mesi uomo corrispondenti a più di 80 unità di laureati a tempo pieno.
Come dipendenti INOA, saranno operativi, nel 2005, 43 fra ricercatori e tecnologi in
sistematica collaborazione con giovani in formazione che partecipano alle attività
dell’Ente attraverso diverse formule quali borse, assegni di ricerca, contratti di
collaborazione temporanea. Tali meccanismi sono una modalità per assolvere al compito
istituzionale della formazione, per un apporto importante anche se temporaneo alle
attività dell’Istituto, ma anche concreta occasione di trasferimento tecnologico mediante
la futura collocazione lavorativa nelle imprese del personale di ricerca e sviluppo formato
nell’Istituto. A questa dimensione va aggiunta quella degli associati di ricerca (oltre una
decina di qualificati docenti universitari o ricercatori di altre strutture - prevalentemente
pubbliche - che collaborano sistematicamente alle attività dell’INOA) e dell’apporto di
competenze operanti nell’ambito delle attività tecnico-scientifiche dell’INOA in base a
contratti di collaborazione di varia natura prevalentemente con organismi scientifici e
industriali.
7
La fattibilità delle azioni progettuali
L’Istituto intende concretamente perseguire gli obiettivi sopra indicati attraverso 27
proposte1 puntualmente definite nella parte “Descrizione delle attività” e la cui
denominazione sintetica è esposta nel seguito.
M1. Ottica qunatistica e spettroscopia
M1.1 Ottica quantistica con laser pulsati.
M1.2 Dispositivi fotonici per la spettroscopia e la fisica quantistica.
M1.3 Sviluppo di tecniche nell’infrarosso per il controllo dei fasci.
M2. Imaging, materiali e dispositivi ottici
M2.1 Dispositivi e metodologie di analisi per il patrimonio culturale.
M2.2 Diagnostica non distruttiva con tecniche di tipo imaging ad alta risoluzione,
costituzione di archivi e database.
M2.3 Ergonomia degli ambienti e dinamica della percezionei processi.
M2.4 Sviluppo di strumentazione e tecniche di microscopia per le bio- e nanotecnologie.
M2.5 Metodi e tecniche interferometriche per la caratterizzazione di materiali e
componenti.
M2.6 Sistemi ottici per il controllo di processi.
M2.7 Progettazione di sistemi ottici.
M2.8 Supporto al progetto realizzazione e verifica della deposizione di film sottili per
applicazioni industriali.
M2.9 Sviluppo di nuovi materiali e dispositivi per l’optoelettronica.
M3. Ottica per ambiente, spazio e industria
M3.1 Collettori di luce solare.
M3.2 Ottica aerospaziale ed ambientale.
M3.3 Sistemi ottici per nuove geometrie laser.
M3.4 Qualità ottica dei fasci laser.
M3.5 Laboratorio di interferometria (Centro SIT n.130)
M3.6 Laboratorio di fotometria e illuminotecnica.
F – Formazione e comunicazione scientifica
F.1 Documentazione scientifica
F.2 Formazione nel campo dell’ottica e diffusione della cultura scientifica
S – Servizi tecnologici
S.1 Tecnologie meccaniche
S.2 Tecnologie ottiche
S.3 Tecnologie elettroniche
S.4 Sistemi di calcolo scientifico
1
Nell’allegato n.1 è mostrata la correlazione con i contenuti progettuali del precedente Piano Triennale. Si
potrà notare il rilievo attribuito alle iniziative di integrazione con realtà esterne.
8
CPX.M1. Applicazioni interdisciplinari dei sistemi complessi
CPX.M1.1 Sincronizzazione e controllo di dinamiche complesse.
CPX.M1.2 Formazione spontanea di strutture e fenomeni di trasporto.
CPX.M5. Metodi sperimentali per i sistemi complessi
CPX.M5.1 Dinamica di fenomeni complessi in ottica nonlineare.
CPX.M5.2 Dinamica di biopolimeri: approccio integrato sperimentale e teorico.
Sono ovviamente inserite nel piano alcune linee di attività dedicate ai servizi tecnicoscientifici che operano a supporto dei diversi obiettivi progettuali e in quanto tali hanno
carattere orizzontale. Anche i servizi tecnico-scientifici sono aperti ad una logica
d’integrazione con altri operatori del settore: in questo campo la contiguità territoriale
può essere un fattore importante per un’efficace collaborazione.
Un altro obiettivo a carattere orizzontale è quello della Formazione e comunicazione
scientifica. Si sottolinea l’attività di formazione, un settore nel quale l’INOA ha una
gloriosa tradizione che è stata mantenuta nel tempo e che ora, in ossequio a un’esplicita
indicazione della legge di riforma, va riattualizzata nelle due forme della formazione “sul
campo” e della docenza “frontale” strutturata presso i laboratori INOA alla luce delle
nuove tecnologie e della nuova normativa in materia, a cominciare dalla riforma
universitaria. Sui temi della diffusione della cultura scientifica nei campi dell’ottica
l’INOA si sente impegnato in coerenza con le scelte generali del sistema paese (si pensi
alla legge 6/2000) che trovano riscontro nelle indicazioni coerenti provenienti
dall’Unione Europea, secondo la quale la promozione e la diffusione della cultura
scientifica è una priorità per l’Europa che rischia altrimenti di vedere compromesse non
solo le proprie capacità di competizione sul piano produttivo, ma più in generale la
capacità di affrontare adeguatamente le grandi sfide poste da uno scambio
internazionale ormai globalizzato e quindi con una molteplicità di attori operanti nel
settore scientifico-tecnologico.
Le schede tecniche di ciascun progetto sono piuttosto dettagliate. Gli elementi costituenti
le schede descrittive delle attività progettuali sono:
1. Contesto esterno
2. Attività in corso
3. Obiettivi generali e competenze da utilizzare
4. Attività da svolgere
5. Obiettivi specifici e sviluppo temporale
6. Impegno personale (mesi uomo) ed eventuali collaborazioni
7. Risorse finanziarie
8. Flusso di risorse generabile nel sistema produttivo e sociale per settore
9. Punti critici e condizioni di fattibilità
Le informazioni fornite sono mirate a realizzare un approccio tipico della gestione per
commesse, con la contabilizzazione di ogni voce di costo per consentire la piena
valorizzazione dell’apporto di tutti, ma anche la piena comprensione dell’entità e del
flusso delle risorse gestite. L’efficacia delle schede programmatiche è supportata
9
dall’adozione di un formato coerente per le schede di consuntivo2 in modo da facilitare
un confronto tra obiettivi previsti e risultati conseguiti.
La metodologia di lavoro per commesse era già parte del patrimonio operativo
dell’Istituto in quanto ampiamente impiegata per la presentazione di progetti a strutture
di finanziamento esterno (tipico è il caso dei progetti UE). Nel 2004 se ne è estesa
l’applicazione a comprendere anche attività di ricerca che non abbiano imposto
dall’esterno l’obbligo di evidenziare natura ed entità dei costi previsti e sostenuti, nonché
l’avanzamento delle attività rispetto ai risultati attesi.
2
Il formato delle schede di preconsuntivo è già stato adottato nella redazione del consuntivo 2001 come
richiesto dal Comitato Interno di Valutazione Scientifica (CIVS) e costitutisce l’allegato 2 della presente
revisione di Piano Triennale.
10
Modo di operare(*)
(*) Aggiornamento della stesura relativa al Triennio 2004-2006
11
12
L’ipotesi di riorganizzazione
Il CNR ha adottato un modello organizzativo a matrice in cui si incrociano gli Istituti
(con funzioni di svolgimento delle attività di ricerca e gestione dinamica delle
competenze) e i Dipartimenti (con funzioni programmatiche) che commissionano la
ricerca sia agli Istituti ad essi afferenti, sia ad altri Istituti del CNR, sia all’esterno.
Per questo il nuovo CNR ha previsto che l’attività di ricerca si svolga attraverso
l’introduzione di un sistema di Commesse (per altro filosofia gestionale già presente
nell’INOA) che coinvolga in modo trasversale tutti gli Istituti, e quindi anche INOA, in
modo da poter affrontare progetti complessi che coinvolgono più esecutori, anche
nell’ambito industriale.
Una prima fase di attivazione delle Commesse è stata già avviata dal DMD e l’INOA,
adeguandosi alle indicazioni ricevute, ha ipotizzato la possibilità di organizzare la
propria ricerca su 4 commesse del progetto “Ottica e BEC”, e precisamente:
• Dispositivi ottici e metodologie di analisi per il patrimonio culturale.
• Dispositivi ottici per applicazioni industriali: diagnostica, sviluppo e caratterizzazione
di nuove sorgenti e componenti ottici.
• Sviluppo di tecnologie, materiali e dispositivi per applicazioni alla fisica quantistica e
alla spettroscopia.
• Sviluppo di tecniche di diagnostica ottica, microscopia ed interferometria.
Poiché questo schema operativo è ancora in fase di perfezionamento da parte del DMD,
nella stesura del Piano Triennale 2005-2007 l’INOA ha ritenuto inopportuno utilizzare
da subito la classificazione per Commesse essa viene quindi riportata solo a livello di
ipotesi.
Il sistema delle relazioni
Gli obiettivi identificati nel Piano sono realisticamente perseguibili solo attraverso
un’integrazione stretta ed estesa con una molteplicità di interlocutori. E’ stata alimentata
e razionalizzata la tradizione dell’Istituto in tal senso.
Gli attuali interlocutori dell’INOA per forme tradizionali di collaborazione scientifica
sono numerosi e qualificati. Si citano tra questi:
• tra le Università, quelle di: Firenze, Pisa, Bologna, Padova, Milano Statale e Milano
Politecnico, Insubria (Como); Bruxelles (Belgio); Maryland, Rice University Houston e
Howard (USA); Paris sud, Lille ed Ecole Normale Supérieure de Lyon (Francia);
Potsdam (Germania); Strathclyde, Cambridge University e Southampton (Gran
Bretagna); Rey Juan Carlos, Mostoles e Navarra (Spagna); Helsinki e Politecnico di
Tampere (Finlandia), Royal University di Stoccolma (Svezia), università di TelAviv
(Israele);
• tra gli organismi di ricerca : CNR, ENEA, INFM, INGV, LENS (Firenze), ISUFI
(Lecce), Galileo Ferraris (Torino), Centro de Investigaciones en Optica Leon (Mexico),
IMEDEA (Palma de Maiorca, Spagna), CNRS, CEA e INLN di Nizza, (Francia), Max
Plack Institut,(Garching, Germania), NRL di Washington, Institute for Nonlinear
Science della California e NASA (USA).
Questa rete di collaborazioni dovrà essere valorizzata non solo a sostegno diretto dei
nuovi obiettivi programmatici, ma soprattutto per costruire quegli aggregati che
renderanno i laboratori INOA eleggibili per lo “status” di eccellenza a livello UE.
13
Altre collaborazioni, prevalentemente con organismi attivi su segmenti applicativi (tipico
il caso dei beni culturali) coinvolgono ruoli complementari a quelli dell’INOA; tra questi
interlocutori ricordiamo: la Galleria degli Uffizi (Firenze), l’Istituto e Museo di Storia
della Scienza (Firenze), il Museo Stibbert (Firenze), l’Opificio delle Pietre Dure (Firenze),
la Galleria dell’Accademia (Venezia), la Soprintendenza Archeologica (Firenze), la
Soprintendenza di Milano, l’Accademia Carrara (Bergamo), la Lighting Academy
(Firenze), il Museo del Prado (Spagna), la National Gallery (Londra).
Le collaborazioni con soggetti industriali comprendono programmi congiunti con:
Targetti Sankey (Firenze), Sirio Panel (Firenze), Omga (Carpi), ElbaTech Srl (Marciana,
Livorno), Falcon Instruments (Firenze), Festo S.p.A. (Milano), Hewlett Packard (Milano),
El.En. (Firenze), Officine Galileo (Firenze), Media Lario (Lecco), Alenia Spazio (Torino),
Hamamatsu (Giappone), LAV (Firenze), SIT (Pisa), D’Appollonia (Roma), Alenia Marconi
sistemi (Roma), AVANEX Italia (Milano).
Per espandere e valorizzare il sistema delle collaborazioni, hanno costituito (e continuano
a costituire) evidenti opportunità di sinergia su scala toscana, da un parte, l’Università di
Firenze e il LENS (che dell’Università è elemento integrante), l’Osservatorio Astronomico
(ora inserito nell’INAF), l’IFAC del CNR, le unità dell’INFN e dell’INFM operanti
nell’area e, dall’altra, le strutture industriali del comparto “high tech”, sia le grandi
aziende quali la Galileo, sia le piccole e medie imprese attive in Toscana. Questo rapporto
si è sviluppato anche alla luce di nuove funzioni che vengono, in generale, assunte
dall’Ente Regione e più specificamente da uno sforzo in atto in Toscana per
accompagnare la collaborazione tra imprese e Istituzioni di ricerca e per favorire concrete
azioni d’innovazione tecnologica anche con riferimento a specifici comparti. Esempi in
tal senso sono le collaborazioni in atto tra INOA, LAV, Targetti Sankey, Cassa di
Risparmio di Firenze e INOA, Regione Toscana, IFAC CNR, LENS, CEO, EL-EN, Galileo
Avionica, CONSER (Prato), Università di Pisa, FLYBY e KAISER (Livorno).
Ma la proiezione dell’INOA va aldilà della dimensione regionale: lo dimostra il rilancio
della sezione di Napoli che, a seguito di una ridefinizione dei suoi compiti, ha assunto la
denominazione di “Dispositivi fotonici innovativi” ed ha ormai un’attività di ricerca
articolata in molti settori applicativi, che vanno dalla realizzazione di nuovi componenti
ottici alla loro utilizzazione in in sistemi di diagnostica e monitoraggio con percentuali di
finanziamentidi importo rilevante, provenienti sia dall’UE che da fonti regionali e
govenative, con forti sinergie sia con le aziende che con altri Enti di Ricerca (in primo
luogo l’Istituto di Cibernetica) ed Università operanti in Campania. Grazie all’attività di
ricerca a sviluppo tecnologico, nonchè di alta formazione, svolta presso questa sede
dell’INOA, il numero dei ricercatori operanti è in crescita molto rapida, come si evince
anche dalle schede delle proposta che descrivono le attività a cui partecipa questa
sezione.
Nella stessa direzione vanno sia l’apertura della sezione di Lecce, sia l’adozione di una
nuova modalità di integrazione con il sistema della ricerca universitaria.
Al contempo, l’INOA non ignora la propria dimensione europea: l’eccellenza si misurerà
sempre più su scala continentale (basti pensare alle logiche, cui si è già fatto cenno,
dell’Area Europea della Ricerca e al connesso VI Programma Quadro Ricerca in fase di
approvazione da parte dell’UE): un’opportunità di risorse finanziarie e di collaborazione
con primari interlocutori da valorizzare ulteriormente partendo dalle buone esperienze
14
del passato in tal senso; ma anche un vincolo, non banale, di credibilità e di confronto in
un contesto che ha caratteristiche tipiche di un mercato competitivo.
La scelta di sviluppare le competenze dell’INOA oltre che all’interno delle proprie sedi
anche attraverso l’attivazione di laboratori presso i suoi partner, siano essi operatori di
ricerca e sviluppo (pubblici o privati) impegnati su tematiche connesse con le competenze
dell’Istituto, o utenti delle competenze dell’Istituto stesso, porta i benefici di una
riduzione dei costi fissi e di una più concreta sinergia programmatica e operativa tra gli
apporti derivanti da diversi soggetti. Come necessari criteri di selezione sono stati
adottati: l’esistenza di un gruppo di ricerca consolidato già operante in loco sui temi
d’interesse dell’Istituto; il prestigio scientifico e più in generale la rilevanza
dell’istituzione ospitante; la capacità di mobilitare una consistente utenza in loco; la
disponibilità di spazi adeguati senza oneri gravosi per l’Istituto; la disponibilità di
attrezzature di ricerca e l’opportunità di effetto scala positivo, realizzando nuove
attrezzature in collaborazione; la disponibilità di personale qualificato potenzialmente
da utilizzare. Parallelamente si è razionalizzata la logica delle “associature”3,
sottolineando il livello di eccellenza scientifica dei partner.
In questa logica l’INOA intende agire, in attuazione della legge di riforma, da nucleo di
condensazione delle capacità di ricerca e sviluppo attive nel Paese sulle tematiche
dell’ottica e costituire il nucleo centrale attorno al quale si sviluppa il progetto “Ottica e
BEC”. L’adozione del formato delle schede di preventivo e di consuntivo definite
dall’INOA (che data la struttura modulare per commesse si possono applicare utilmente
anche ad organismi più complessi dell’INOA) ha rappresentato un primo passo verso un
utile coordinamento. Il Comitato di Consulenza Scientifico per la sua composizione,
come designazione e competenze individuali, ha costituito la sede per definire contenuti e
modalità del processo di integrazione sopra delineato.
Un’attenzione specifica va dedicata agli interlocutori istituzionali con funzioni di
committenza di ricerca e sviluppo che sono individuabili, oltre che nell’UE di cui si è
detto, in primo luogo nel MIUR, ma anche nel Ministero per le Attività produttive, nel
Ministero dell’Ambiente, nel Ministero della Sanità, nel Ministero per i Beni e le Attività
Culturali, nelle Regioni, nell’ASI.
La gestione dei progetti e la valutazione dei risultati
Strumenti per la realizzazione di questa strategia scientifico-programmatica sono:
• la gestione per commesse di ricerca e sviluppo come scelta di carattere generale per
l’allocazione delle risorse e per il monitoraggio sull’andamento delle attività;
• la programmazione corredata della valutazione ex-ante sull’attrattività e in
particolare sul margine di contribuzione4 dei potenziali progetti;
3
Con questo termine si intende un apporto di esperti qualificati (prevalentemente docenti universitari o
ricercatori di enti pubblici) che avendo interessi di attività scientifica e tecnologica in comune con il
personale dell’INOA, partecipano ai programmi dell’Istituto mettendo a disposizione le proprie competenze
e utilizzando le sue risorse.
4
Il margine di contribuzione è inteso in questo contesto come la quota di costi fissi che la commessa
consente di coprire con risorse diverse dal Finanziamento Ordinario dello Stato.
15
•
il controllo di gestione in particolare per l’assegnazione dinamica delle risorse, ma
anche come contrappunto dell’indispensabile responsabilizzazione delle Unità
Operative.
• la procedura di valutazione dei risultati che si realizza attraverso i due Comitati,
previsti dal Regolamento INOA, ai quali il Consiglio Direttivo ha provveduto ad
indicare i rispettivi parametri di valutazione. Al Comitato Interno di Valutazione
Scientifica (CIVS) sono stati indicati: produttività complessiva dell’Istituto, qualità del
lavoro svolto, grado di internazionalizzazione, prospettive di innovazione delle
ricerche, interazione con il sistema produttivo e sociale, grado di sinergia con altri
enti, capacità di attrarre risorse; al Comitato di Valutazione e Controllo Strategico
(CVCS) sono stati indicati: impatto sul sistema produttivo e sul sistema sociale, grado
di focalizzazione degli obiettivi in relazione all’uso ottimale delle risorse, capacità di
gestione delle risorse, prospettive di innovazione delle ricerche, interazione con il
sistema produttivo e sociale, capacità di attrarre risorse.
Nella riunione del 8 Luglio 2004 il Comitato Interno di Valutazione Scientifica (ex art.
19, Regolamento 4/05/2001) ha validato i dati e le informazioni contenute nel consuntivo
relativo all’anno 2003. Sulla base di queste informazioni ha poi effettuato la valutazione
dei singoli progetti di ricerca, nonché la valutazione complessiva dei risultati scientifici e
tecnologici ottenuti dall’Istituto nell’anno 2003. La relazione del Comitato ha evidenziato
come “l’Istituto ha mantenuto gli eccellenti livelli qualitativi e quantitativi di attività di ricerca
scientifica del 2002, nonostante i problemi istituzionali di governance e di organizzazione
connessi all’incorporazione presso il CNR”. Inoltre viene sottolineato che ogni progetto “si
conferma con valori più alti rispetto agli altri indicatori, con ben sei progetti di ricerca ai
livelli di assoluta eccellenza significativi”.
Obiettivo dell’Istituto è espandere progressivamente la quota di risorse derivanti da fonti
diverse dal Finanziamento Ordinario dello Stato. Un punto delicato a questo riguardo è
la previsione delle entrate con riferimento alla tecnica di bilancio tipica dell’Ente
Pubblico per il quale, a differenza di quanto avviene per un soggetto privato, il bilancio
preventivo non solo costituisce uno strumento di gestione, ma ha anche un rilievo
giuridico formale. Pertanto il bilancio preventivo, dovendo riportare solo le entrate certe
non potrà evidenziare ad inizio esercizio, ma solo via via, con opportune variazioni di
bilancio, le entrate provenienti da terzi che, coerentemente con le previsioni
programmatiche, saranno definite contrattualmente in corso d’esercizio. In questo
quadro risalta il rilievo del Programma di attività dove possono essere evidenziate ad
inizio esercizio anche le entrate ragionevolmente prevedibili, pur se non ancora
formalizzate attraverso obbligazione giuridica certa. Naturalmente la gestione non potrà
che far riferimento alle entrate definitivamente accertate in bilancio e questo richiederà
notevole accortezza, da parte della struttura in interazione con il responsabile di ciascun
progetto, per concordare la dinamica di effettiva attivazione delle singole voci di spesa
preventivate. E’ stata quindi attivata una procedura di controllo quadrimestrale per il
monitoraggio della spesa in modo da poter adeguare “dinamicamente” le risorse da
destinare ai singoli progetti
16
Descrizione delle Attività
17
Le proposte5 afferenti a ciascuna Macrolinea
M1 – Ottica quantistica e spettroscopia
M2 – Imaging, materiali e dispositivi ottici
M3 – Ottica per ambiente, spazio e industria
F – Formazione e comunicazioni scientifica
CPXM1 – Applicazioni interdisciplinari dei sistemi complessi
CPXM5 – Metodi sperimentali per i sistemi complessi
5
Tutte le cifre, valuta, utilizzate nella tabella delle risorse finanziarie delle schede e nelle tabelle
riepilogative di sintesi si devono intendere espresse in Euro (prive di centesimi).
18
M1 – Ottica quantistica e spettroscopia
Macrolinea: M1 - Ottica quantistica e spettroscopia
Proposta: M1.1 - Ottica quantistica con laser pulsati
Proponente: Marco Bellini
Sezione INOA: Firenze
Possibili Riferimenti CNR
Dipartimento: 4. Materiali e Dispositivi
Progetto: Ottica e BEC
1) Contesto esterno
La generazione e la manipolazione di stati non-classici del campo elettromagnetico è di
estrema importanza sia per lo studio dei fondamenti della fisica che per le applicazioni
alla teoria dell'informazione, con la possibilità di costruire un calcolatore o sistemi di
comunicazione basati sulle proprietà quantistiche della luce. L’interazione di luce laser
pulsata in cristalli nonlineari e la conseguente produzione di coppie di fotoni entangled
caratterizzati da una funzione d’onda non-locale, è alla base della maggior parte degli
schemi di comunicazione e computazione quantistica attualmente in discussione. Negli
ultimi anni, tali sorgenti di fotoni correlati hanno trovato numerose applicazioni in
esperimenti di fisica fondamentale e per l’implementazione di protocolli di comunicazione
quantistica quali il teletrasporto e la distribuzione sicura di chiavi crittografiche. D’altra
parte, i laser ad impulsi ultracorti, grazie alle elevatissime intensità di picco raggiungibili,
permettono lo studio di interazioni radiazione-materia fortemente nonlineari per la
generazione di radiazione coerente dalle caratteristiche uniche. La generazione di
armoniche elevate in gas costituisce ormai una valida alternativa ai sincrotroni per la
produzione di radiazione coerente fino ai raggi x molli ed è alla base degli schemi per la
produzione di impulsi agli attosecondi. La generazione di impulsi di supercontinuo in
mezzi condensati è invece alla base della realizzazione dei “frequency comb” che
costituiscono ormai lo strumento più preciso per la misura di frequenze ottiche.
2) Attività in corso
Le attività si sono divise in due filoni abbastanza distinti: da una parte la generazione e lo
studio delle proprietà quantistiche della luce e, dall’altra, l’utilizzo di sorgenti laser
ultracorte e ultraintense per studiare interazioni fortemente non lineari tra radiazione e
materia. Per il primo punto il gruppo INOA, sebbene di recente costituzione ed in
presenza di limitate risorse sia strumentali che umane, ha già raggiunto importantissimi
risultati e si sta ponendo come una delle realtà più in vista del panorama italiano
dell’ottica quantistica sperimentale. Ci siamo impegnati nella messa a punto di schemi
efficienti per la generazione e la caratterizzazione di stati di campo non-classici per
possibili applicazioni al campo della comunicazione e della computazione quantistica e ci
siamo dotati delle sorgenti laser primarie, sviluppando tecniche all’avanguardia per la
generazione di stati entangled. Le correlazioni di tipo quantistico tra i fotoni delle coppie
emesse con tale set-up sperimentale sono state analizzate in dettaglio sia per quanto
riguarda gli effetti di tipo non-locale propri di tali stati, sia come base per la generazione
di stati altamente non-classici, quali quelli a numero di fotoni definito. Parallelamente si è
sviluppato un sistema dalle caratteristiche eccezionali per l’analisi di tali stati attraverso la
cosiddetta tomografia quantistica. Per quanto riguarda invece l’interazione radiazionemateria ad alte intensità, l’ultimo anno è stato principalmente dedicato allo studio del
processo di generazione di supercontinuo e alle proprietà di coerenza della radiazione
emessa in diverse configurazioni. Si stanno inoltre mettendo a punto nuove configurazioni
19
per la generazione di armoniche laser di ordine elevato, con particolare attenzione alla
possibilità di spettroscopia atomica ad alta risoluzione nell'estremo UV con sequenze di
impulsi armonici.
3) Obiettivi generali e competenze da utilizzare
I principali obiettivi di questa linea di ricerca consistono nella generazione,
manipolazione e rivelazione di stati di campo non classici e nell’investigazione di effetti
quantistici in sistemi ottici e nell’interazione coerente e ad alte intensità tra radiazione e
materia.
Il programma di ricerca futuro tenderà ad ampliare la base di competenze già sviluppate e
rivolgerle principalmente verso lo sviluppo di nuove sorgenti di stati di campo non-classico,
sia in vista di test di fisica fondamentale, sia per la realizzazione di nuovi dispositivi. Più
in particolare, si intendono investigare la generazione e la ricostruzione tomografica di
stati di campo quantistici, la manifestazione di vari tipi di effetti nonlocali in coppie di
fotoni “entangled”, e lo studio dell’interferenza tra stati a singolo fotone e campi classici.
Al contempo si cercherà di ottimizzare il sistema di generazione di radiazione coerente
nell’XUV, in vista delle applicazioni di questa nuova sorgente all’interferometria e alla
spettroscopia, nonché alla diagnostica e caratterizzazione di nuovi materiali e dispositivi.
Infine verranno studiate approfonditamente le proprietà degli impulsi di supercontinuo
per le possibili applicazioni al campo delle comunicazioni e per la realizzazione di
strumenti diagnostici avanzati (tipo Optical Coherence Tomography).
Competenze:
Sorgenti laser (impulsi ultracorti), Ottica nonlineare (seconda armonica, generazione
parametrica, armoniche elevate, effetto Kerr, ecc.), Ottica quantistica (generazione e
rivelazione campi non classici, tomografia).
4) Attività da svolgere
• Messa a punto di nuove sorgenti di campo non classico.
• Manipolazione e analisi completa di stati di luce quantistici.
• Studio interazione tra luce entangled e materia per manipolazione dell’informazione
quantistica.
• Analisi di interazioni fortemente nonlineari tra impulsi laser ultracorti e materia.
• Analisi e applicazioni di sorgenti di supercontinuo.
• Analisi del processo di generazione di armoniche elevate.
• Applicazioni spettroscopiche e interferometriche di sorgenti armoniche.
• Applicazioni di sorgenti armoniche in test di sensori e ottiche UV.
5) Obiettivi specifici e sviluppo temporale
L'articolazione del progetto di ricerca nei prossimi anni è schematicamente indicata di
seguito: la realizzazione di tutti gli obiettivi previsti è subordinata al reperimento delle
risorse e all'ampliamento del personale.
2005
• Individuazione delle configurazioni ottimali per l’utilizzo di cristalli nonlineari con
polarizzazione periodica per migliorare l’efficienza di generazione.
• Studio sistemi in fibra per ottimizzazione efficienza di generazione e rivelazione stati
non-classici.
• Generazione ed analisi tomografica di stati di Fock con numero di fotoni >=1.
• Realizzazione nuovo rivelatore omodina ad alta efficienza e altissima frequenza,
basato su componenti elettronici a montaggio superficiale.
• Studio interferenza quantistica tra traiettorie elettroniche per ottimizzazione
20
generazione XUV.
• Realizzazione nuove sorgenti di armoniche elevate basate su valvole piezoelettriche e
flusso continuo.
2006
• Tecniche avanzate di shaping nonlocale con fotoni entangled.
• Generazione ed analisi di stati non-classici esotici.
• Test di cristalli con polarizzazione periodica per generazione di seconda armonica e
conversione parametrica in regime continuo e pulsato.
• Test nuove sorgenti e tecniche per generazione e controllo di campi non classici.
• Individuazione schemi per memorie atomiche.
• Realizzazione sistema efficiente e affidabile per spettroscopia XUV.
2007
• Realizzazione di una sorgente di luce quantistica compatta basata su laser in continua
a stato solido, propagazione in fibre monomodo e cristalli nonlineari ingegnerizzati.
• Test per la manipolazione di stati quantistici e per il trasferimento dell’entanglement.
• Test di schemi di interazione tra stati di campo quantistici e campioni atomici.
• Spettroscopia ad alta risoluzione con armoniche elevate.
6) Impegno personale (mesi uomo) ed eventuali collaborazioni
PERSONALE
2005
2006
2007
Bellini
12
12
12
Zavatta (T.D. FIRB)
12
12
12
Tortora (B)
12
Collaborazioni:
F. Marin, C. Fort, S. Cavalieri, M. Inguscio, F. T. Arecchi (Dip. Fisica, FI), C. Corsi (LENS),
P. Tombesi (Camerino), T. W. Haensch (Max-Plank-Inst., Garching, D), A. L'Huillier (Lund,
S), P. Salieres (Saclay, F), A. Maquet (Paris, F), A. Sergienko (Boston, USA), L. Vazquez
(Madrid, E).
7) Risorse finanziarie
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
TD/Ass/Bor/Coll su Progetti
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
2005
50.000
30.000
46.667
36.389
6.000
12.400
181.456
2006
60.000
40.000
46.667
36.389
6.000
2007
70.000
50.000
46.667
36.389
6.000
189.056
209.056
Totale
180.000
120.000
140.001
109.167
18.000
12.400
579.568
Finanziamento Ordinario
133.456
166.056
209.056
508.568
Finanziamenti Esterni
XTRA network EU
CRF
FIRB
Totale Finanziamenti Esterni
2005
3.000
20.000
25.000
48.000
2006
3.000
20.000
2007
23.000
0
Totale
6.000
40.000
25.000
71.000
8) Flusso di risorse generabile nel sistema produttivo e sociale per settore
Settore telecomunicazioni – Dall’interazione con aziende (ELSAG, gruppo Finmeccanica)
leader in Italia nel campo delle telecomunicazioni avanzate si produrrà il know-how
21
necessario alla realizzazione di prototipi di schemi di crittografia quantistica. Le ricadute
dell’industrializzazione di tali sistemi di comunicazione intrinsecamente sicuri andranno
dal settore bancario a quello militare con un flusso di risorse stimabile in milioni di euro.
9) Punti critici e condizioni di fattibilità
Di fondamentale importanza è la possibilità di procedere all’acquisizione di nuovo
personale di ricerca per portare avanti le linee intraprese e comunque accedere a nuovi
fondi per assegni di ricerca e borse di studio. Scarsa reperibilità di cristalli nonlineari con
opportune proprietà di poling per ottimizzare l’efficienza di generazione di stati non
classici; possibile difficoltà di funzionamento del sistema di generazione di armoniche ad
alto rate di ripetizione; problemi di instabilità termiche in laboratorio per misure di
precisione.
22
Macrolinea: M1 - Ottica Quantistica e Spettroscopia
Proposta: Dispositivi fotonici per la spettroscopia e la fisica quantistica
Proponente: Paolo De Natale
Sezione INOA: Firenze e Napoli
Dipartimento: Materiali e Dispositivi
1) Contesto esterno
Il tema di questa ricerca è lo sviluppo di sorgenti coerenti e dispositivi ottici per applicazioni
sia alla fisica quantistica che a settori quali il monitoraggio ambientale con tecniche
spettroscopiche, le telecomunicazioni in fibra ottica, la sensoristica industriale, il controllo
non distruttivo. Se gli enormi progressi che stanno caratterizzando non solo il settore delle
sorgenti coerenti, ma tutto l'ambito della componentistica optoelettronica, danno la
possibilità di realizzare apparati sperimentali innovativi, con i quali è possibile ottenere
misure fisiche molto più accurate e riproducibili che in passato, con livelli di sensibilità
significativamente più elevati, è senza dubbio vero che di questi progressi beneficiano
direttamente anche settori più applicativi. Ad esempio, nel campo dell’indagine
vulcanologica, lo sviluppo di dispositivi fotonici e sistemi optoelettronici, quali spettrometri
basati su sorgenti laser a semiconduttore, possono essere utilizzati per effettuare un
monitoraggio continuo "in situ" di gas geochimici, con altissima precisione. Inoltre, nel campo
del monitoraggio delle deformazioni, l’utilizzo di sensori in fibra ottica rappresenta una
tecnologia estremamente versatile, essendo questi particolarmente semplici e a basso costo,
oltre che adatti ad essere controllati a distanza e collegabili in architetture di rete. In
generale, poi, il raggiungimento di livelli di accuratezza e sensibilità sempre più elevati nelle
misure fisiche può consentire una verifica diretta di modelli teorici per ciò che riguarda la
ricerca di base, ad esempio degli stessi principi fondanti della Meccanica Quantistica e della
Relatività Generale, ma anche dei modelli di previsione di eventi catastrofici, in ambito
geofisico, o di circolazione degli inquinanti atmosferici, nel caso del monitoraggio ambientale.
Tale processo è quindi di stimolo sia per la fisica teorica e la modellistica, sia per l'attività di
tipo sperimentale, spinta all'affinamento e all'approfondimento sempre maggiore di nuove
tecnologie.
La capacità simultanea di progettare, realizzare ed applicare a problemi specifici dispositivi
ottici a tecnologia innovativa, costituisce la caratteristica peculiare di questa attività, resa
possibile da un nucleo collaudato di ricercatori a cui si sono aggiunte nel tempo nuove figure,
sia a tempo indeterminato che con contratti a progetto che, unitamente ad una intensa
collaborazione con altri gruppi, sia a livello nazionale che internazionale, hanno reso
possibile l’ulteriore espansione di un patrimonio di conoscenze molto composito. Il successo
di queste attività, oltre che dagli indicatori scientifici e tecnologici citati in precedenza, è ben
testimoniato dalle ingenti risorse che tale Progetto riesce a procurarsi da fonti esterne di
finanziamento. A tale proposito, è essenziale sottolineare la forte sinergia tra l’attività svolta
in questo progetto e quella svolta, presso la sez. INOA di Napoli, nell’ambito del Prog. Metodi
e Tecniche interferometriche per la caratterizzazione di materiali e componenti, presentato
da P. Ferraro, per la complentarietà che esiste tra la realizzazione dei dispositivi e la
diagnostica per il loro studio e per il monitoraggio durante il processo di fabbricazione.
Questo Progetto riassume l’attività scientifica illustrata nei progetti del precedente Piano
Triennale, etichettati come 2.3, 3.2, 5.2.1, 2.2, 5.2.4, svolti sia presso la sede di Firenze che
23
presso la sez. INOA “Dispositivi Fotonici Innovativi”, Pozzuoli (NA). Per entrambe le sedi
presso cui si svolge l’attività scientifica, i risultati raggiunti sono di rilevanza internazionale,
testimoniata dai numerosi articoli, libri, brevetti, conferenze internazionali cui hanno
contribuito i ricercatori INOA. Peraltro, è necessario notare che solo da poco tempo, poco più
di un anno, sono stati attivati i laboratori della sezione di Napoli ove tali ricerche vengono
svolte.
Le attività in corso sono riconducibili a tre principali linee di ricerca:
• Studio e realizzazione di cristalli non-lineari con domini “ingegnerizzati” per applicazioni
alla generazione coerente di frequenza con processi al secondo ordine e allo sviluppo di
nuovi componenti ottici.
• Sviluppo di sorgenti coerenti di radiazione.
• Spettroscopia ad alta risoluzione e alta sensibilità.
Per quanto riguarda la prima linea, si utilizzano cristalli ferroelettrici di niobato di litio con i
quali, utilizzando tecniche di litografia interferometrica e applicando successivamente
tensioni opportunamente elevate, è possibile invertire la polarità dei domini ferroelettrici
(“poling” periodico) secondo geometrie prefissate. In tal modo si realizzano cristalli nonlineari per la conversione di frequenza con efficienze particolarmente elevate, o anche
componenti ottici come deviatori o “switch” ottici.
Nell’ambito della seconda linea di attività, è stata realizzata una nuova sorgente di
radiazione per differenza di frequenza (DFG), operante nella regione 2.9-3.5 micron di
lunghezza d’onda. Tale sorgente si è già dimostrata adatta per spettroscopia ad altissima
risoluzione (sub-Doppler) di molecole. I primi test sono stati effettuati sulla molecola di
metano (CH4).
L’altra sorgente DFG, con emissione nella regione intorno a 4.3 micron, già operante, ha
consentito per la prima volta l’estensione nell’infrarosso (IR) di un generatore di pettini di
frequenza (OFS – Optical Frequency Synthesizer) mediante tecniche di “aggancio di fase”
delle sorgenti laser sull’emissione dell’OFS, ed ha consentito la misura assoluta di frequenza
(riferita allo standard primario mediante un sistema GPS) di transizioni roto-vibrazionali
nella banda fondamentale della molecola di CO2, con una precisione di centinaia di Hertz.
Per tale esperimento è stata appositamente progettata e realizzata una speciale cavità “FabryPerot”, risonante con la radiazione IR generata, e che dovrebbe consentire di ottenere
cammini di interazione radiazione-gas particolarmente elevati, dell’ordine di alcuni km, con
il raggiungimento di elevatissime sensibilità di rivelazione di molecole in tracce. Sempre
nell’ambito di questa linea di ricerca, è in corso di caratterizzazione il sistema laser
miniaturizzato, che utilizza come mezzo attivo un cristallo di Titanio-zaffiro, iniettato da
radiazione emessa da un diodo laser “squeezed”, cioè con rumore d’ampiezza inferiore al
limite quantistico.
Un altro tipo di sorgenti laser attualmente in studio sono i diodi semiconduttori a “cascata
quantica”, con emissione infrarossa, di cui si studiano le possibilità di modulazione ad alta
frequenza per l’implementazione di tecniche di rivelazione di specie molecolari ad altissima
sensibilità.
Per quanto riguarda la terza linea di attività, come precisato in precedenza, le ricerche in
corso prevedono sia misure spettroscopiche di grandezze fisiche di interesse per la fisica
quantistica, che applicazioni più dirette alla diagnostica ambientale.
Nella prima categoria ricadono le misure in corso di frequenze assolute dell’atomo di Elio
metastabile, rese possibili dalla nuova tecnologia dell’OFS come standard di frequenza. Tali
misure spettroscopiche, eseguite ad una lunghezza d’onda intorno a 1083 nm a partire da un
livello metastabile, sono le più precise mai ottenute, ad oggi, di effetti di elettrodinamica
quantistica (QED), studiati con tecniche ottiche.
E’ in corso la collaborazione con la Sezione INFN di Firenze sull'esperimento AURIGA del
24
gruppo 2 dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, che prevede la realizzazione di nuove
configurazioni di risonatori ottici Fabry-Pérot ad alta finesse e sorgenti laser stabilizzate in
frequenza per rivelatori massivi di onde gravitazionali operanti a temperature criogeniche.
Per quanto riguarda la spettroscopia applicata alla diagnostica ambientale, sono in corso i
seguenti esperimenti:
• Misure ad altissima sensibilità con radiazione IR generata dalle sorgenti DFG, su molecole
quali metano e anidride carbonica;
• Test della sensibilità ottenibile con laser infrarossi a cascata quantica modulati in
frequenza per la rivelazione in tracce di molecole;
• Misura di concentrazioni assolute e relative e di flussi, in aree vulcaniche, con
spettrometri sviluppati per misure “in campo”, di molecole di interesse geofisico quali
anidride carbonica ed acqua;
• Misure di deformazione, ottenute con sensori basati sulla tecnologia dei reticoli di Bragg
in fibra, mediante tecniche di spettroscopia, che consentono di ottenere sensibilità
particolarmente elevate.
Il punto di partenza per la definizione degli obiettivi generali di questo progetto è
rappresentato dai due filoni di ricerca che hanno conseguito una indiscussa eccellenza in
ambito internazionale e rappresentano dunque un patrimonio di conoscenze da approfondire
ed espandere ulteriormente.
Le due linee di ricerca in questione sono:
• sviluppo di sorgenti ad alta coerenza per differenza di frequenza con emissione
accordabile nell’infrarosso, recentemente riferite allo standard primario di frequenza
attraverso l’uso di un sistema OFC;
• spettroscopia dell’atomo di elio ad alta accuratezza e misura di costanti fisiche
fondamentali.
Intorno a queste due tematiche centrali sono cresciute molte altre attività, che hanno
consentito di trovare all’esterno considerevoli fonti di finanziamento e stanno costituendo
nuove linee di ricerca in forte espansione.
Pertanto, gli obiettivi generali da conseguire nel triennio sono:
• Realizzazione di sorgenti coerenti infrarosse portatili, per misure spettroscopiche
“outdoor”
• Ampliamento della copertura spettrale dei sistemi OFC, che consentono misure assolute di
frequenza attraverso sistemi GPS riferiti allo standard primario
• Significativo miglioramento della sensibilità di rivelazione di specie molecolari in tracce
per i sistemi DFG, mediante l’uso di cavità ottiche ad altissima “finesse”
• Realizzazione di sistemi di monitoraggio ambientale multiparametrici, configurabili in
reti di sensori.
Sviluppo di sistemi di “imaging” ad altissima sensibilità e ad ampia copertura spettrale, che
facciano uso delle sorgenti coerenti realizzate e delle competenze di interferometria ed analisi
dati presenti in questo progetto e nell’altro già citato in precedenza.
Competenze:
Ottica non-lineare, laser, fisica quantistica, sorgenti e fasci, spettroscopia, interferometria,
optoelettronica, ottica guidata.
• Miglioramento della stabilità temporale, con sistemi automatizzati di allineamento e
utilizzo di ulteriori riferimenti di frequenza ad alta stabilità, del sistema OFC;
• Sviluppo ulteriore del sistema combinato DFG-OFC per la misura assoluta di frequenze di
25
•
•
•
•
•
•
•
•
•
transizioni molecolari;
Realizzazione di un prototipo di sorgente DFG trasportabile e miniaturizzata per misure
“in situ” di molecole in tracce e test di nuovi dispositivi ottici in niobato di litio operanti
nell’infrarosso;
Misure spettroscopiche ad altissima sensibilità su isotopi di molecole di interesse
ambientali con cavità ad altissima “finesse”, nella regione infrarossa;
Sviluppo di dispositivi ottici innovativi, quali la realizzazione di micro-cavità ottiche di
“enhancement”, basati sulla tecnologia del niobato di litio;
Sviluppo di sensori di deformazione ad altissima sensibilità basati sulla tecnologia in fibra
ottica dei reticoli di “Bragg” accoppiati a sorgenti ad ampia accordabilità in frequenza ed
elevata coerenza temporale;
Realizzazione di prototipi di reti di sensori in fibra ottica per la misura simultanea di
parametri quali concentrazioni assolute di specie gassose, temperatura, deformazioni in
regime statico e dinamico;
Applicazione dei prototipi realizzati per misure in aree vulcaniche di concentrazioni e
flussi, con alta precisione e riproducibilità, di specie molecolari di interesse geofisico;
Sviluppo di nuove tecniche di modulazione e miscelamento di frequenza per sistemi laser
a “cascata quantica” nell’infrarosso;
Applicazioni dei laser a cascata quantica alla rivelazione di molecole in tracce;
Misure di frequenze assolute in sistemi atomici e molecole semplici per la misura di
costanti fisiche fondamentali e per la verifica di teorie.
2005 – 2007
• Completamento dei prototipi di sensori nell’ambito dei Progetti PON-SiMonA e PORCampania entro la fine del 2005.
• Realizzazione di nuovi dispositivi che, con la tecnologia del niobato di litio che è in corso
di sviluppo, saranno utilizzati con le nuove sorgenti di radiazione coerente, nell’ambito dei
progetti FIRB e FISR, entro il 2006.
• La caratterizzazione completa e l’utilizzo in sistemi fotonici innovativi dei dispositivi di
cui al punto precedente avverranno entro il triennio (fine 2007).
• I test delle cavità ad altissima finesse per rivelazione di molecole rare in tracce saranno
completati entro il 2005.
• Tali cavità verranno utilizzate in sistemi spettroscopici per la rivelazione di molecole in
tracce entro il 2006.
• Completamento e diffusione dei risultati sulla misura di frequenze assolute e costanti
fisiche fondamentali in sistemi atomici (Elio) e molecolari semplici entro il 2006.
• Lo sviluppo di sistemi spettroscopici di rivelazione completi che includono sorgenti laser a
“cascata quantica” si prevede che sarà completato entro il 2007.
PERSONALE
2005
2006
2007
Cancio
12
12
12
De Natale
10
10
10
De Rosa
12
12
12
Ferraro
2
2
2
Giusfredi
12
12
12
Ricercatore B1/2004
12
12
12
Ricercatore B4/2004
12
12
12
26
PERSONALE
2005
2006
2007
Gagliardi (TD - POR)
12
12
Maddaloni (TD - PON)
12
12
12
Mailis (TD - POR)
12
12
Mazzotti (TD - FIRB)
12
12
12
4
Galli (Coll.)
4
4
2
Assegnista (prog.77) n.1
2
2
Ricercatore T.D. FIRB
12
12
Di Maio (Ass PON)
12
Malara (Ass PON)
12
Paturzo (Ass POR)
12
Collaborazioni:
F.Marin, S.Borri, M.Inguscio, (Dip.Fisica, Univ. e LENS, Firenze), M.Prevedelli (Fac. Chimica
Industriale, Univ. Bologna), G.Hagel (LENS, Univ. Provence–CNRS, Francia), P.Mazzoldi,
C.Sada (Univ. Padova), G. Samoggia, P.Galinetto (Univ. Pavia), G.Bentini (IMM-CNR,
Bologna), G.Coppola, M.Iodice, I.Rendina (IMM-CNR, Napoli), S.de Nicola, G.Pierattini (ICCNR, Napoli), G.C.Righini, S.Pelli (IFAC-CNR, Firenze), N.Armenise (Univ. Bari), V.Pruneri
(AVANEX-Italia), C.de Mauro (Univ. Siena), S.Sorge, A.Fanelli (D'Appolonia), G.De Natale
(Oss. Vesuviano-INGV, Napoli) (LENS), L.Gianfrani, D.Tedesco (II Univ. Napoli), A.Sergienko
(Boston, ed Elsag-Finmeccanica, Genova), F.K.Tittel (Rice Univ., Houston, USA),
C.Oppenheimer (Cambridge Univ., UK), S.Mailis (Southampton Univ., UK), F.Laurell (Royal
Univ., Stoccolma, Svezia), F.Capasso (Harvard Univ.).
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
PON SIMONA
FIRB
POR Campania
FISR
GNV-INGV
Prog. FAR-MIRA
Prog. Cassa di Risparmio
Prog. UE
2006
460.000
270.000
293.846
197.107
25.000
2007
100.000
100.000
293.846
87.938
10.000
1.420.486 1.245.953
591.784
Totale
1.090.000
690.000
881.538
536.685
60.000
0
3.258.223
410.784
579.223
2005
530.000
320.000
293.846
251.640
25.000
94.486
73.953
2005
2006
178.000
178.000
315.000
315.000
110.000
24.000
80.000
80.000
369.000
369.000
200.000
180.000
50.000
50.000
1.326.000 1.172.000
2007
80.000
62.000
39.000
181.000
Totale
356.000
630.000
110.000
24.000
240.000
800.000
380.000
139.000
2.679.000
Come già evidenziato nel testo, le attività di questo progetto riguardano la ricerca di base ma
anche ricerca molto focalizzata a particolari settori. Per quest’ultima categoria, ci sono intensi
27
rapporti con l’industria (ad es. D’Appolonia, Alenia Marconi Sistemi, SIT, AVANEX Italia) ed
è più immediato cogliere le ricadute economiche, che sono però difficilmente valutabili in
termini monetari, che possono derivare dallo sfruttamento industriale dei brevetti e in genere
del “know-how” acquisito nei progetti comuni, come anche dai possibili “spin-off” che
potrebbero essere avviati dai giovani formandi, al termine dei progetti di formazione
nell’ambito degli specifici progetti di ricerca. In effetti, però, anche la ricerca cosiddetta di
base ha generato ed è probabile che continuerà a farlo, nuove risorse nel sistema produttivo,
grazie alla naturale e imprescindibile esigenza di sviluppo di nuove tecnologie, necessarie ad
affrontare problemi completamente nuovi. Un esempio recente è stato lo sviluppo, in
collaborazione con l’azienda IPG-Italia, di nuovi prototipi di amplificatori laser in fibra che,
sperimentati nei laboratori INOA, hanno dato un importante vantaggio competitivo sia
all’azienda, che li ha commercializzati su vasta scala, sia all’INOA, che ha avuto accesso
immediato ed in esclusiva ad una nuova tecnologia, che ha successivamente consentito un
significativo progresso nell’attività di sviluppo di sorgenti coerenti e l’accesso a nuovi Progetti.
E’ ipotizzabile, per il prossimo triennio, un accordo con il gruppo Elsag-Fimeccanica che
darebbe un significativo impulso alle attività del Progetto e alla tecnologia di Elsag, ed ha un
valore stimabile intorno a 1 MEuro/anno.
E’ anche importante sottolineare l’interazione con il sistema produttivo e sociale in ambito
regionale. Proprio con questa finalità lNOA decise di aprire la sez. “Dispositivi Fotonici
Innovativi” a Pozzuoli (NA), alcuni anni orsono. Attualmente INOA, oltre alla partecipazione
a grandi progetti su scala nazionale, come i PON, ma con ricadute dirette su scala regionale,
partecipa al Centro Regionale di Competenza-AMRA (Analisi e Monitoraggio del Rischio
Ambientale), che diventerà un Consorzio dal 2005 e di cui INOA sarà, insieme ad INFM e
agli Istituti CNR aderenti, uno dei principali soci. Tra le finalità precipue del Consorzio, ci
sarà proprio la diffusione delle tecnologie su scala regionale, verso aziende ed Enti, anche
mediante la costituzione di “spin-off” che utilizzino e commercializzino le tecnologie del
Consorzio. Queste attività, oltre alla formazione di personale giovane altamente specializzato,
che sta già trovando collocazione in aziende, ha un giro d’affari probabilmente stimabile in
molti Milioni di Euro/anno e ricadute sociali, si pensi solo alle reti per il monitoraggio del
rischio sismico e vulcanico che INOA sta sviluppando, di enorme valore (la Campania è ad
altissimo rischio sismico e ha due vulcani attivi, Vesuvio e Campi Flegrei).
L’elemento di criticità di gran lunga più importante per questo progetto è costituito dalla
politica di finanziamenti ed acquisizione di personale su una scala temporale superiore ai 2-3
anni. Infatti, ove mai non fosse possibile, per qualunque motivo, accedere a congrue risorse
finanziarie e di personale nel medio-lungo termine, il considerevole patrimonio di conoscenze
fin qui acquisito potrebbe andare in gran parte disperso, in modo irrimediabile.
28
Macrolinea: M1 – Ottica Quantistica e Spettroscopia
Proposta: Sviluppo di tecniche nell’infrarosso per il controllo di fasci
Proponente: Riccardo Meucci
1) Contesto esterno
Da decenni l'INOA ha esplorato la fisica del laser a CO2 singolo modo, individuando vari
scenari di comportamento caotico. Questa linea di ricerca ha portato allo sviluppo di un
progetto all'avanguardia dal punto di vista del controllo, della sincronizzazione (vedi
progetto 4.3) e dei fenomeni di competizione tra campi ortogonalmente polarizzati in laser
isotropici.
Le tecniche di controllo studiate presso l’INOA hanno destato grande interesse da parte di
gruppi di ricerca che lavorano sui laser ed in particolare sul laser FEL (Free Electron
Laser). Un laser FEL può generare grandi potenze di radiazione coerente e tunabile in un
ampio intervallo di lunghezze d’onda dai mm fino al visibile e vicino UV, potenzialmente è
possibile estendere il suo spettro di emissione fino ai raggi X.
Come i laser convenzionali il FEL è caratterizzato da una alta coerenza spaziale, tuttavia
da questi vi differisce per il mezzo attivo utilizzato per generare la radiazione coerente.
Mentre nei laser convenzionali l’inversione di popolazione è ottenuta portando verso uno
stato eccitato un atomo o una molecola, nel FEL questa è ottenuta usando un fascio di
elettroni relativistico.
La sua grande flessibilità sia nello spettro di emissione che nelle potenze ottenibili ha reso
possibili molte applicazioni nei campi della fisica dei solidi, della spettroscopia, della
biologia e della medicina.
Lo studio di cavità laser isotropiche con competizione tra modi risonanti ortogonalmente
polarizzati ha mostrato il ruolo di piccole perturbazioni nella selezione della
polarizzazione di emissione. Sono in fase di studio le possibili applicazioni nei processi in
cui la polarizzazione ha un ruolo importante come nel taglio e nella saldatura laser.
Sono state indagate alcune possibili applicazioni dei cristalli liquidi nell’infrarosso per la
realizzazione di modulatori di luce sia per luce polarizzata che per luce non polarizzata.
Sono attualmente in corso misure di caratterizzazione di cristalli liquidi nel vicino
infrarosso alle lunghezze d’onda di 1550nm e 1060nm.
E’ in corso una collaborazione con il Dipartimento di Scienze Chirurgiche Oto-neurooftalmologiche sulle tecniche di chirurgia laser e sul loro miglioramento con particolare
riferimento alle patologie della retina.
Nell’ambito dello sviluppo delle tecniche IR l’INOA ha presentato insieme ad alcuni grandi
partner industriali (Distillerie Bonollo S.p.A. e Castelli del Grevepesa S.c.r.l.) un progetto di
ricerca FISR per la realizzazione di un sistema esperto multisensoriale per il controllo di
qualità in tempo reale durante il processo di produzione del vino e della grappa; l’insieme
delle competenze dei partner del progetto permetterà di sviluppare strumentazione
innovativa che renda più veloce, preciso ed efficiente il controllo dei diversi parametri che
determinano la qualità dei prodotti enologici.
Sul problema delle instabilità del laser FEL sia in configurazione LINAC che Storage Ring
FEL (SRFEL) è stata recentemente instaurata una collaborazione con i gruppi che
29
all’ENEA e ad ELETTRA lavorano con questo tipo di sorgente. Questa collaborazione
permetterà di estendere le competenze acquisite dall’INOA su sorgenti laser
nonconvenzionali ed innovative come il FEL.
Nell'ambito del controllo dell'instabilità di polarizzazione in cavità di tipo quasi isotropico,
si potrà definire un metodo che permetta di migliorare gli attuali limiti delle lavorazioni e
applicazioni laser.
Verrà continuata la caratterizzazione dettagliata di alcuni cristalli liquidi nella regione
spettale del medio e vicino infrarosso (laser a CO2, diodo laser per telecomunicazioni in
fibra ottica 1500nm, e laser a Nd:YAG 1060 nm). Verranno realizzati polarizzatori, filtri e
modulatori a cristalli liquidi per il controllo di fasci laser in queste regioni spettrali molto
utilizzate in vari settori industriali e per il processamento di immagini termografiche.
L’approvazione del progetto FISR richiederà dei grossi investimenti nel campo delle
sorgenti laser compatte nel vicino e medio infrarosso e dei sistemi in fibra ottica per la
realizzazione di misure spettroscopiche.
Per quanto concerne il FEL, l’obbiettivo è quello di studiarne la dinamica in modo da
poter stabilire il miglior approccio per il controllo della loro evoluzione temporale e della
distribuzione spaziale dell’energia. Questi risultati contribuiranno ad ottimizzare la
stabilità e l’efficienza di queste sorgenti per un loro migliore utilizzo in tutte quelle
applicazioni nelle quali è cruciale la stabiltà del sistema.
Competenze:
laser: sorgenti e fasci; ottica nonlineare; dinamica nonlineare: modellistica e controllo.
• Indagine ottica sulla risposta di cristalli liquidi nel vicino infrarosso dove sono
disponibili laser a diodo e a fibra.
• Caratterizzazione nell’infrarosso di matrici polimeriche, cristalli liquidi drogati e
materiali di interesse per le
applicazioni biotecnologiche attraverso tecniche
interferometriche e di olografia digitale.
• Studi sul controllo dello stato di polarizzazione in cavità laser isotropiche.
• Acquisizione di sitemi laser di nuova generazione basati su diodi a cascata quantica.
• Realizzazione di sistemi compatti di laser pompati da diodi per varie applicazioni sia di
tipo fondamentale (sorgenti modulabili in ampiezza) che biomedicale (applicazioni di
tipo oculistico).
Riguardo alla linea di ricerca sul FEL, la parte sperimentale, che coinvolgerà tutti i gruppi,
si svolgerà ad ELETTRA.
Presso l’Istituto Nazionale di Ottica Applicata e presso l’ENEA verranno tenuti alcuni degli
incontri tra i vari gruppi partecipanti al progetto.
L’Istituto Nazionale di Ottica svolgerà parte dell’attività di modelizzazione e simulazione
dei problemi di dinamica nonlineare
2005
• Progettazione, realizzazione ed eventuale commercializzazione di nuovi dispositivi
elettroottici con cristalli liquidi con più rapida risposta temporale rispetto a quanto già
ottenuto;
• Indagine degli effetti del rumore sugli stati di polarizzazione in laser isotropici.
• Acquisizione di sistemi laser compatti nell’infrarosso per applicazioni di tipo
spettroscopico.
• Tecniche di controllo per le instabilità del FEL.
30
• Analisi numeriche su serie temporali ottenute dagli esperimenti sul FEL
2006
• Sviluppo di una sorgente tunabile ed impulsata con le opportune caratteristiche per
utilizzo industriale e biomedicale.
• Sviluppo di tecniche spettroscopiche per il monitoraggio in tempo reale del processo di
produzione della grappa con interesse particolare alla discrimanzione dell’ alcol
metilico. Nel caso del vino l’interesse sarà rivolto anche ad altri componenti che ne
determinano la qualità.
• Verifica sperimentale dell’efficacia dei metodi per il controllo della radiazione laser
FEL.
2007
• Sviluppo di una sorgente tunabile ed impulsata con le opportune caratteristiche per
utilizzo industriale e biomedicale.
• Applicazione della termografia infrarossa alla caratterizzazione termica di materiali di
interesse tecnologico.
• Studio sulla possibilità di applicare le tecniche anche su altre sorgenti simili al FEL e
determinazione delle caratteristiche necessarie.
PERSONALE
2005
2006
2007
Boccaletti
1
1
1
Ciamberlini
4
4
4
Francini
2
2
2
Longobardi
1
Meucci
7
7
7
Sansoni
2
2
2
Brugioni (B)
2
Ricercatore 1 T.D. FISR
12
12
12
Ricercatore 2 T.D. FISR
12
12
12
Assegnista A1
10
2
10
Assegnista A2
2
12
Borsista B1
12
Collaborazioni:
F.T. Arecchi (Associato INOA, Dip. Fisica Firenze), E. Allaria, (Univ. di Firenze, Dip. di
Fisica), A. Di Garbo (Ist. di Biofisica, CNR, Pisa), S. Faetti (Dip. Fisica Univ. di Pisa), R.
Frosini e A.La Torre (Dip. di Scienze Chirurgiche Oto-neuro-oftalmologiche, Univ. di
Firenze), M.A. Sanjuan, I. Marino e I. Leyva (Gruppo di Dinamica non lineare Univ. Rey J.
Carlos, Madrid (SP)), S. De Nicola, G. Pierattini (Ist. di Cib. CNR, Napoli), P. Ferraro, S.
Grilli (INOA, Napoli), R. Roy, (Dept. of Physics Univ. of Maryland (USA)), I. Schwartz, I.
Triandaf, D. Morgan (Naval Research Laboratory, Washingthon (USA)), L. Billings (Dept. of
Mat. Monclair State Univ., Monclaire (USA)), G. De Ninno, (Elettra, Trieste), G. Dattoli, L.
Giannessi, ENEA), D. Fanelli (Karolinska Institute (Se)) il gruppo di ricerca del CREOL
diretto da Shin Tson Wu, (Florida).
31
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
2005
32.000
45.000
95.467
72.779
27.000
17.214
289.460
2006
32.000
55.000
86.441
72.779
27.000
18.459
291.679
2007
47.000
55.000
86.441
72.779
27.000
27.547
315.767
Totale
111.000
155.000
268.349
218.337
81.000
63.220
896.906
23.460
47.679
71.767
142.906
2005
210.000
10.000
15.000
9.000
22.000
266.000
2006
210.000
10.000
15.000
9.000
2007
210.000
10.000
15.000
9.000
244.000
244.000
Totale
630.000
30.000
45.000
27.000
22.000
754.000
FISR
ELETTRA
FIRB
MIUR
Azione Integrata UNIFI
8) Capacità di generare un flusso di risorse nel sistema produttivo e sociale italiano
L’attivazione del progetto FISR richiederà ingenti investimenti nell’acquisto di
strumentazione avanzata per un ammontare che si può stimare intorno ai 400.000 nei tre
anni della sua durata. La realizzazione di un sistema capace di controllare i processi
produttivi del vino e della grappa porterà ad un miglioramento degli aspetti qualitativi di
queste produzioni così peculiari per il nostro paese. Successivamente è auspicabile la sua
industrializzazione e commercializzazione su larga scala. Il rientro di immagine per il
sistema produttivo italiano in questo settore e la possibile commercializzazione potranno
generare un guadagno superiore all’investimento effettuato.
La realizzazione di sistemi ottici basati su cristalli liquidi per il controllo dei fasci in regioni
spettrali dove attualmente sono poco diffusi potrebbe portare allo sviluppo di sistemi
commerciali la cui ricaduta in termini economici non è ancora stimabile.
• Realizzazione di nuove cavità e schemi di accoppiamento tra sorgenti laser.
Caratterizzazione dei cristalli liquidi in regioni spettrali non ancora investigate.
• Individuazione dei parametri di controllo accessibili nel FEL, forte interazione tra i vari
gruppi di ricerca partecipanti al progetto.
32
Sintesi della Macrolinea 1 – Ottica quantistica e spettroscopia6
Questa macrolinea M1 è composta di tre proposte.
L’argomento sviluppato attraverso i tre progetti che afferiscono a questa
macrolineea è la realizzazione di dispositivi e sorgenti innovative per
applicazioni all’ottica quantistica e alla spettroscopia. In particolare,
verranno sviluppate sorgetni per studi di fisica atomica e molecolare,
sorgenti ad impulsi ultracorti per generazione di fotoni “entangled”per
applicazioni a sistemi di crittografia e trasporto dell’informazione
quantistica. Sis studieranno inoltre nuovi material a matrici polimeriche,
cristalli liquidi e cristalli con particolari proprietà nonlineari per
applicazioni nella spettroscopia ad altissima sensibilità e risoluzione.
2005
Costi previsti
Quota finanziamento su
F.O.
Impegno di personale in
mesi uomo
2006
2007
1.930.293 1.753.926 1.144.049
290.293
263
314.926
218
719.049
170
Totale
4.828.268
1.324.268
651
6
I costi e la quota del Fondo Ordinario della tabella di sintesi si devono intedere integrati con la quota
relativa ai servizi tecnologici e al costo dei mesi uomo dedicati ad incarichi di gestione interna (vedi tabella
a pag. 119).
33
34
M2 – Imaging, materiali e dispositivi ottici
Macrolinea: M2 - Imaging, materiali e dispositivi ottici
Proposta: M2.1 Dispositivi ottici e metodologie di analisi per il Patrimonio Culturale
Proponente: Luca Pezzati
Sezioni INOA: Firenze e Lecce
1) Contesto esterno
L’attività del Gruppo Beni Culturali (GBC) dell'INOA è interamente dedicata alla ricerca
di nuove metodologie di analisi e allo sviluppo di strumentazione optoelettronica per la
diagnostica ottica applicata alla conservazione del patrimonio culturale. La qualità delle
soluzioni diagnostiche realizzate e la continua verifica sul campo delle stesse, che è stata
perseguita come politica per favorirne la diffusione, ha portato ad una forte visibilità
dell’INOA nel mondo della conservazione sia in Italia che all’estero.
Il GBC partecipa attualmente a numerosi progetti di ricerca e a progetti coordinati di
diagnostica per il restauro di livello internazionale. I ricercatori del GBC sviluppano le
loro attività in stretto contatto con altri istituti di ricerca, con università e con gli
operatori del settore della conservazione, all’interno di proficue e durevoli
collaborazioni. Il GBC – INOA ha realizzato i "Laboratori distaccati per la metrologia
ottica": aperti presso alcune importanti Soprintendenze. Questi sono un esperienza unica
a livello internazionale, e si propongono come un nuovo strumento per la ricerca
applicata nel settore dei Beni Culturali.
Le attuali linee di ricerca del GBC coprono due aree importanti per la diagnostica: le
tecniche ad immagine ed i metodi per il rilievo 3D. La tecnica riflettografica a scansione,
della quale è autore il GBC-INOA, risulta essere unica a livello internazionale.
Negli ultimi anni sta assumendo una notevole importanza l’integrazione delle tecnologie
diagnostiche per il settore dei beni culturali, che è l’obiettivo principale, ad esempio, di
grandi progetti di ricerca quali SIDART e ARCHEOSYS. Questa ricerca è in fase iniziale
sia a livello nazionale che internazionale (nel settore specifico, fortunatamente, il nostro
Paese risulta all’avanguardia). Non ci si deve meravigliare di questo, perché le tecnologie
diagnostiche non sono ancora utilizzate in applicazioni di routine nel restauro e nella
conservazione, se non in pochi casi esemplari; é quindi difficile poter disporre, per una
specifica opera, di dati diagnostici di varie fonti da poter integrare, con strumenti
software o con tecniche hardware. Negli ultimi anni, campagne diagnostiche complete
con strumenti all’avanguardia sono state condotte solo per poche opere di enorme
importanza e risonanza internazionale, quale ad esempio il David di Michelangelo.
La ricerca del GBC-INOA si sviluppa attraverso singoli progetti, alcuni dei quali
finanziati esternamente che assicurano una buona percentuale di autofinanziamento
alle attività del gruppo. Una certa quota di tempo viene spesa annualmente nella ricerca
di finanziamenti tramite la presentazione di nuovi progetti, solitamente in
collaborazione con altri soggetti pubblici e privati. Attualmente, i progetti in corso sono:
• SIDART (PON, MIUR): ca. 14 MEuro, Costi INOA 1.3 MEuro.
• EU-ARTECH (FP6): ca. 2 MEuro, Costi INOA ca. 300 kEuro.
• OCT (su fondi ordinari): Costi INOA ca. 30 kEuro.
35
SIDART
Le attività di ricerca del progetto SIDART si svolgono, per la maggior parte delle
ore/uomo impegnate sul progetto, presso la Sezione INOA di Lecce. Qui è stato costituito
un nucleo tecnico composto attualmente da quattro ricercatori (con assegno di ricerca)
che lavorano allo sviluppo e realizzazione di uno scanner per riprese iperspettrali di
superfici dipinte. Essendo da poco ultimato il prototipo dello strumento, si sta
procedendo alla ricerca sull’integrazione della tecnica di imaging iperspettrale con
metodologie diagnostiche sviluppate da altri partner del progetto.
EU-ARTECH
Il progetto quinquennale prevede lo svolgimento di una quindicina di interventi per
diagnostica di eccellenza presso istituzioni nazionali ed internazionali che ne facciano
richiesta. Vi è anche una attività di ricerca sulla quale verrà sviluppato un dispositivo
per imaging multibanda nel vicino IR.
OCT
Nel corso del 2004 si è dimostrata l’applicabilità della tomografia ottica coerente per la
misura dello spessore delle vernici protettive sui dipinti. In corso di svolgimento un
progetto per eseguire stratigrafie complete degli strati pittorici.
Il GBC-INOA partecipa inoltre a alcuni progetti coordinati per la diagnostica di opere
del patrimonio culturale, i più importanti in corso sono:
• opera pittorica di Leonardo (Universal Leonardo);
• David, di Michelangelo, Accademia, Firenze;
• Ratto delle Sabine, del Giambologna, Loggia dei Lanzi, Firenze;
• Porte del Paradiso, Battistero di Firenze;
• Globo, di Egnazio Danti, Musei Comunali di Firenze;
• Madonna in Gloria, di Mantegna, Castello Sforzesco di Milano.
Queste attività si appoggiano spesso sulle strutture dei Laboratori distaccati.
Infine, vi sono alcune proposte di progetto già presentate e in fase di valutazione:
• BLU-ARCHEOSYS, ca. 24 MEuro, Costi INOA ca. 3 MEuro;
• PROMISE, ca. 400 kEuro, Costi INOA ca. 200 kEuro;
• STRADIVARI 3D, Costi INOA ca. 100 kEuro;
In corso la redazione della proposta di progetto POESIA (nome provvisorio), su bando
della Regione Puglia (Sez. INOA di Lecce), per lo studio di una metodologia per il rilievo
digitale tridimensionale e del colore/texture e la documentazione multimediale di siti
archeologici inaccessibili. Alcuni dei possibili partner del progetto: CETMA, ENEA,
ISUFI-UniLE, Facoltà di beni Culturali – UniLE.
Le ricerche svolte dal GBC – INOA sono incentrate sullo studio, sviluppo ed applicazione
di nuove tecniche, metodologie e strumentazioni per la diagnostica di oggetti di interesse
storico-artistico. Gli strumenti diagnostici sviluppati ed la strumentazione realizzata
sono poi utilizzati all’interno di importanti progetti di diagnostica e di monitoraggio del
patrimonio culturale.
Obiettivi generali di questa ricerca sono:
• studio e sviluppo di nuove tecniche e strumentazioni per la diagnostica.
• Sviluppo e perfezionamento delle tecniche e dei prototipi già realizzati.
• Trasferimento all’industria delle tecnologie giunte a maturazione.
• Ricerca sull’integrazione delle tecniche ad immagine con altri metodi diagnostici
(rilievo 3D, tomografia, radiografia, ecc.).
• Diffusione delle nuove metodologie tra gli operatori del settore dei BBCC.
36
Gli obiettivi indicati sono perseguiti attraverso la partecipazione a progetti di ricerca
nazionali ed internazionali nei quali il GBC – INOA collabora con partner pubblici e
privati.
Competenze:
Progettazione, collaudo e realizzazione di sistemi e dispositivi ottici ed optoelettronici;
radiometria, fotometria e colorimetria; acquisizione, trattamento e restituzione
dell’informazione ottica.
SIDART
Perfezionamento dello spettrometro VIS per analisi multispettrale di superfici dipinte.
Questa attività si svolgerà anche tramite la partecipazione a campagne di misura
assieme agli altri partner del progetto.
EU-ARTECH
• Svolgimento di diagnostica di eccellenza presso istituzioni europee su richiesta delle
stesse.
• Realizzazione dello spettrometro NIR in 15 bande per lo scanner IR/colore,
complementare a quello per il VIS sviluppato su SIDART.
BLU-ARCHEOSYS
Il progetto potrebbe iniziare verso la metà del 2005. I due obiettivi principali sono lo
sviluppo della fotogrammetria digitale differenziale per applicazioni sottomarine, e la
realizzazione, presso la sede CETMA di Brindisi, di una stazione di misura integrata
(3D+colore+tomografia) in collaborazione con altri partner.
PROMISE
In caso di approvazione di questo progetto bilaterale italo-israeliano, si prevede la
realizzazione di un rugosimetro portatile per misure in esterno di superfici lapidee.
STRADIVARI 3D
In caso di approvazione, questo progetto prevede la realizzazione di una stazione di
misura portatile per la diagnostica 3D di violini.
OCT
Ci si propone di dimostrare la fattibilità di uno scanner OCT per l’analisi della
stratigrafia di dipinti, da realizzare tramite un progetto di ricerca con partnership
internazionale.
Diagostica e altre attività
• Misure diagnostiche sul Ratto delle Sabine, sul David di Michelangelo, sulle Porte del
Battistero di Firenze e sulla Madonna in Gloria di Mantegna (MI), in collaborazione
con ICVBC-CNR.
• GLOBO: diagnostica del Globo di Egnazio Danti, conservato ai Musei Comunali di
Firenze. Cofinanziato da sponsor privati.
• Universal Leonardo: diagnostica dell’opera pittorica di Leonardo da Vinci.
Cofinanziato dal Consiglio d’Europa e da sponsor privati.
• Gestione della diagnostica conto terzi da soprintendenze e privati. Preventivazione,
contratti, organizzazione delle missioni.
• Gestione ordinaria dei laboratori distaccati INOA all’OPD, a Venezia.
Organizzazione delle misure fatte all’interno, logistica, contatti con il personale,
contatti con le realtà locali, ricerca di finanziamenti, ecc.
• Manutenzione e sviluppo della strumentazione prototipale usata per la diagnostica.
• Gestione della presenza GBC-INOA nelle manifestazioni nazionali ed internazionali.
37
Organizzazione delle missioni, logistica degli stand, ufficio stampa, realizzazione e
gestione del sito Web del GBC.
2005– 2007
I principali obiettivi specifici di questa linea sono i progetti di ricerca indicati al punto
precedente:
• SIDART: iniziato a marzo 2002, termine 28 febbraio 2006.
• EU-Artech: inizio gen. 2004, termine dic. 2008
• BLU-ARCHEOSYS: inizio previsto per la metà del 2005, triennale.
• PROMISE: annuale, inizio entro il 2005?
• STRADIVARI 3D: annuale, inizio giu 2005.
• OCT: la fase di fattibilità sarà svolta entro il 2005.
• GLOBO: da svolgere nel 2005. In fase di definizione la convenzione con il Comune di
Firenze.
• Universal Leonardo: iniziato ott. 2003, termine previsto nel 2006.
Altri obiettivi specifici sono:
• Manutenzione del sito WEB del GBC INOA
• Partecipazione a manifestazioni promozionali e alla Fiera del Restauro di Ferrara
(obiettivo annuale)
• Organizzazione di manifestazioni divulgative o di formazione orientate agli esperti
del settore (workshop, giornate di studio, seminari).
• Sviluppo della Sezione INOA di Lecce.
• Sviluppo delle attività dei laboratori di Firenze, Venezia e Milano.
• Studio della misura di colore ad immagine e ricerca di nuove applicazioni adatte alla
innovativa implementazione dello strumento e della tecnica ad esso collegata.
• Studio dell’integrazione tra sistemi di analisi ad immagine e di ripresa 3D.
PERSONALE
2005
2006
2007
Cetica
4
4
4
Fontana
12
12
12
Materazzi
12
12
12
Pampaloni
12
12
12
Pezzati
12
12
12
Ricercatore B3/2004
12
12
12
Greco M. (TD Sidart)
12
4
Pelagotti (TD Sidart)
12
5
Ricercatore T.D. Sidart
10
2
Carcagnì (Ass. Sidart)
12
2
Della Patria (Ass. Sidart)
12
2
Piccolo (Ass. Sidart)
12
2
Sanapo (Ass. Sidart)
12
2
Mastroianni (Bors. Sidart)
12
2
Daffara (A)
1
Marras (A)
4
12
Assegnista EU-Artech n.1
4
12
12
Assegnista EU-Artech n.2
4
12
38
PERSONALE
2005
2006
2007
Ricercatore TD Archeosys n.1
12
12
12
12
12
12
12
12
Assegnista Archeosys n.1
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
Collaborazioni:
Con impegno specifico di ore/uomo:
M. C. Gambino (Dottorando UniFI), R. Bellucci e C. Frosinini, Opificio delle Pietre Dure
(associati INOA), S. Rossi (Soprint. Spec. per il Polo Espositivo Veneto)
Senza impegno specifico di ore/uomo (collab. scientifiche):
C. Seccaroni (ENEA, Casaccia), L. Colizzi (CETMA, Brindisi), F. Casali (Dip. di Fisica,
UniBO), G. Fornetti (ENEA, Frascati), M. Matteini, L. Toniolo (ICVBC –CNR), A.
Sgamellotti, B. Brunetti (Dip. Chimica, UniPG e ISTM - CNR), L. Calcagnile, G.
Gianfrate (Dip. Ingegneria dell’Innovazione, UniLE), M. Milazzo, N. Ludwig (Dip. di Fis.
Generale Applicata, UniMI), R. Scopigno, C. Montani, P. Pingi (Visual Computing
Group, ISTI – CNR, Pisa), F. Guerra, C. Balletti (CIRCE, Ist. Univ. Architettura di
Venezia), C. Pagliara (Dip. di Beni Culturali, UniLE).
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
2005
2006
2007
270.000
490.000
480.000
65.000
120.000
130.000
243.071
243.071
243.071
200.330
338.516
290.974
85.000
70.000
65.000
7.573
870.974 1.261.587 1.209.045
280.974
361.587
339.045
PON - SIDART
EU - ARTECH
BLU - ARCHEOSYS
GLOBO
PROMISE
STRADIVARI3D
Apporto da privati
2005
330.000
70.000
2006
30.000
70.000
800.000
2007
900.000
870.000
15.000
100.000
60.000
15.000
590.000
70.000
800.000
Totale
1.240.000
315.000
729.213
829.820
220.000
7.573
3.341.606
981.606
Totale
360.000
210.000
1.600.000
15.000
100.000
60.000
15.000
2.360.000
Per questo progetto, mirato al settore della conservazione del patrimonio culturale, le
ricadute sono molto difficilmente valutabili in termini economici diretti. Si tratta infatti
39
di ritorni non immediati né facilmente correlabili con le azioni svolte, salvo rari casi. La
ricerca svolta ed i servizi effettuati, comunque, aumentano le capacità tecnologiche del
Paese di tutelare e valorizzare il suo patrimonio culturale.
Nemmeno risulta facile stimare le ricadute delle varie azioni di ricerca, anche di tipo
industriale, previste da questa commessa. Si va dall’impatto sull’economia locale (per
progetti tipo i PON che si svolgono quasi interamente in zona Obiettivo 1) che si esprime
sia in termini di indotto che di creazione di posti di lavoro, a tempo determinato e,
talvolta, indeterminato. Vi sono poi ricadute di più lungo termine che potranno derivare
da successivi fasi di sviluppo precompetitivo e dall’ingegnerizzazione delle soluzioni
tecniche sviluppate.
Nel triennio 2005-2007, volendo azzardare una previsione di massima, il flusso di risorse
indotto da queste attività potrebbe collocarsi tra i 500 kEuro e i 1.500 kEuro,
escludendo da questo l’indotto diretto, cioè derivante dalla spesa delle risorse impegnate
(i.e. personale a t. d., attrezzature, materiali, ecc.), che da solo si aggira attorno ai 2.500
kEuro.
Altro indicatore che può essere considerato è il valore totale dei progetti ai quali il GBC
partecipa come partner, che attualmente si aggira attorno ai 40 MEuro.
La mancata approvazione di un progetto costituisce, naturalmente, il principale punto
critico per il suo svolgimento. In questo senso può risultare critica, viste le dimensioni, la
mancata approvazione della proposta BLU-Archeosys. Altre difficoltà allo svolgimento di
progetti di ricerca sono legate alla gestione del personale a tempo determinato, che
spesso risulta difficile da reperire o da trattenere, essendo gli strumenti a disposizione
del gestore alquanto limitati.
La partecipazione del GBC-INOA a progetti di ricerca finanziati dipende dalle proprie
capacità di rimanere sempre aggiornato, sviluppando nuove tecnologie diagnostiche e
migliorando continuamente gli strumenti esistenti. Solo in questo modo il GBC-INOA
potrà mantenere il livello di eccellenza raggiunto negli ultimi anni. Indispensabile, in
questa ottica, un consolidamento dell’organico, in particolare presso la Sezione INOA di
Lecce, che necessita di alcune unità di personale a tempo indeterminato per evitare di
disperdere il prezioso know-how acquisito e maturato nel corso dello svolgimento delle
ricerche qui descritte.
40
Proposta: M2.2 Diagnostica non distruttiva con tecniche di tipo imaging ad alta
risoluzione, costituzione di archivi e database
Proponente: Bertani Duilio
1) Contesto esterno
Attività primaria sarà la ricerca nel settore dello studio dei Beni Culturali. In particolare il
dott Bertani metterà a disposizione le proprie competenze nel settore della diagnostica con
metodi ottici non distruttivi, come quelli di tipo "imaging" ad alta risoluzione. Questo
genere di ricerca è di interesse nel settore archeologico, archivistico e in quello dei dipinti
antichi.
La ricerca è svolta presso il Laboratorio di Metrologia Ottica per la Diagnostica dei Beni
Culturali in collaborazione sia con studiosi dell'Università degli Studi di Milano che con
altri afferenti alla locale Soprintendenza ed a strutture museali sia italiane che straniere.
Proseguono le ricerche avviate nell'ambito del Progetto Finalizzato Beni Culturali del CNR
e di quello Art& Science.
Obiettivo generale è lo studio e la diagnostica dei Beni Culturali sviluppando tecniche e
dispositivi ad hoc prevalentemente di tipo non distruttivo e ottico. L'attività sarà tale da
costituire una costruttiva sinergia principalmente con gli esperti del settore partecipanti
alla commessa.
Quella che sarà definita nella commessa.
Quelli definiti nella commessa
PERSONALE
2005
2006
2007
Bertani
12
12
12
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
2005
100.000
10.000
73.297
15.000
2006
50.000
10.000
73.297
15.000
2007
50.000
10.000
73.297
15.000
198.297
148.297
148.297
Totale
200.000
30.000
219.891
45.000
0
494.891
198.297
148.297
148.297
494.891
41
Le cifre al punto 7 ripropongono quelle del precedente preventivo in attesa della
definizione della commessa.
42
Proposta: M2.3 - Ergonomia degli ambienti e dinamica della percezione
Proponente: Alessandro Farini
1) Contesto esterno
Lo studio delle caratteristiche delle sorgenti artificiali sta assumendo un’importanza via
via crescente per le aziende del settore, la cui attenzione si sta sempre più spostando
dalla “quantità” della luce (misurabile con tecniche fotometriche) alla “qualità” della
luce, che può essere misurata utilizzando metodi diversi, quali ad esempio la misura
delle performance visiva e la valutazione della percezione cromatica. Accanto alla
fotometria si è dunque aperto un interesse per le misure psicofisiche che vengono a
completare il quadro del comportamento di una sorgente.
In un altro settore, quello dell’ottica oftalmica, si assiste alla presa di coscienza da parte
delle aziende che la moda e l’estetica non possono più essere il fattore trainante le
vendite. Anche in un campo come gli occhiali da Sole le persone chiedono performance
visive migliori e specifiche (negli Stati Uniti vi è il boom delle lenti filtranti da utilizzare
durante attività specifiche). L’avanzamento di tecniche di chirurgia refrattiva spinge
inoltre a produrre lenti progressive dotate di una complessa progettazione ottica che
devono essere valutate anche dal punto di vista ergonomico. Le tecniche di chirurgia
refrattiva devono però essere osservate con attenzione dato che i loro effetti non sono
esclusivamente positivi: una valutazione psicofisica è un criterio sempre più richiesto.
• Realizzazione di un software multipiattaforma per l'analisi della sensibilità al
contrasto, in modo da ottenere un test trasportabile ed effettuabile non solo in
laboratorio
• Valutazione delle risposte psicofisiche di fronte a figure bistabili.
• Analisi psicofisica della percezione cromatica attraverso vetri trattati otticamente
posti a protezione dei dipinti.
• Modello dinamico di memoria associativa caratterizzato da una rete neurale di
spiking neurons (Hindmarsh-Rose) in regime caotico; il problema studiato e' quello
del retrieval simultaneo di più patterns di memoria tra loro correlati (temporal
feature binding).
• Lavoro sperimentale e modellistico che testa l'ipotesi (già presente in letteratura)
secondo la quale la performance oggettiva di discriminazione dell'orientamento e'
influenzata da uno stimolo sonoro presentato con un certo rate (interazione cross
modale).
L'obiettivo generale è quello di proporsi sulla scena nazionale come laboratorio di
psicofisica applicata, in grado cioè di svolgere misure psicofisiche che possano essere
utilizzate anche da aziende di vari settori per un'innovazione tecnologica. Le aziende
che fino ad ora hanno dimostrato maggiore interesse sono quelle del settore
illuminotecnico e del settore dell'ottica oftalmica. Tale obiettivo passa attraverso la
realizzazione di test che siano orientati alla valutazione delle performance visive in
43
situazioni reali e possibilmente in condizioni simili a quelle in cui il soggetto si troverà
ad operare. Da qui la necessità di realizzare test che, invece di utilizzare schede grafiche
ad hoc molto costose, possano essere svolti anche su sistemi informatici “normali”.
Queste ricerche, insieme ad una collaborazione all’attività di divulgazione scientifica
dell’INOA, permetteranno di aumentare la visibilità verso l’esterno delle attività del
laboratorio. Questo aspetto è particolarmente importante poiché si tratta di competenze
in Italia poco presenti, come confermano le richieste che giungono continuamente di
svolgere attività didattica a vari livelli (master universitari o corsi universitari) nel settore
dell’ergonomia visiva.
Competenze:
Radiometria, fotometria, colorimetria, ottica fisiologica, psicofisica, illuminotecnica
Tra i settori in cui avviare un’attività si segnala in particolare l’analisi dei soggetti
anomali per la percezione del colore e della ricerca di possibili soluzioni a tali anomalie
nel caso di compiti visivi ben precisi (ad esempio alcuni screening richiesti ai medici).
Sono infatti giunte richieste in tal senso sia da parte di medici che di sportivi
professionisti.
Un altro campo è quello dell’analisi delle radiografie, dato che il passaggio da lastre a
immagini digitali sta creando problematiche importanti per la corretta percezione e
valutazione da parte dei medici.
Come ricerca di base il settore principale sarà l’interazione tra stimoli sonori e visivi.
Gli obiettivi specifici sono collegati alla disponibilità di personale, di pazienti e
all'interesse da parte di altri soggetti pubblici e privati: si veda il successivo punto 9)
2005
• Determinazione delle caratteristiche delle lenti filtranti dal punto di vista della
sensibilità al contrasto
• Valutazione delle variazioni di percezione cromatica prodotte da trattamenti ottici
sui vetri posti a protezione dei dipinti
• Esame dei tempi di risposta nella percezione di figure bistabili e relativa
modellizzazione
2006
• Esame delle caratteristiche delle principali sorgenti luminose dal punto di vista delle
performance visive
• Elaborazione di un criterio matematico per la valutazione della progettazione
illuminotecnica notturna
• Valutazione delle caratteristiche delle Lenti a Contatto dal punto di vista psicofisico
2007
• Realizzazione di lenti che permettano a soggetti anomali nella percezione del colore
di svolgere determinate attività
• Elaborazione di un criterio per la corretta presentazione a monitor delle immagini
radiologiche
PERSONALE
2005
2006
2007
Farini
7
8
9
Poli (A)
2
Aurighi (B)
12
44
Collaborazioni:
F.T.Arecchi (Dip.di Fisica, Università di Firenze) D.Burr, (Dip. di psicologia, Università
di Firenze), C.Morrone (Università Vita e salute San Raffaele, Milano) A. Fiorentini
(Gruppo di neurofisiologia del CNR di Pisa) C.Oleari (Università di Parma) A.Piegari
(Enea, casaccia, Roma) U.Menchini (Clinica oculistica Università di Firenze) S.Abati
(Istituto regionale Studi Ottici e Optometrici), M.Lauro Grotto (Dip. di Psicologia,
Università di Firenze). Aziende: Sola Optical, Targetti Sankey
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
Cassa di Risparmio
Progetti Europei
Progetti Nazionali
Apporto da privati
2005
17.000
8.000
21.227
3.000
15.429
64.656
2006
20.000
8.000
24.259
2007
25.000
8.000
27.292
52.259
60.292
Totale
62.000
24.000
72.778
3.000
15.429
177.207
40.656
17.259
20.292
78.207
2005
17.000
7.000
24.000
2006
10.000
15.000
10.000
35.000
2007
10.000
15.000
15.000
40.000
Totale
17.000
20.000
30.000
32.000
99.000
25.000 €: azienda nel settore delle deposizioni di trattamenti ottici. La conclusione del
progetto svolto con finanziamento della Cassa di Risparmio permetterà alle aziende di
possedere un know how utile per la realizzazione di diversi tipi di trattamenti non
facilmente reperibili sul mercato italiano
45.000 €: azienda nel settore illuminotecnico. Il possesso delle tecnologia per la
realizzazione di trattamenti ottici per la protezione e la corretta fruizione delle opere
d’arte permetterà all’azienda di segnalarsi come leader nel campo dell’illuminazione
museale, con il conseguente aumento del suo segmento di mercato.
30.000 €: azienda del settore oftalmico. La progettazione di una lente con elevate
caratteristiche dal punto di vista del comfort visivo permetterà all’azienda di ampliare le
proprie quote di vendita
25.000 €: azienda del settore oftalmico . Uno dei progetti tende alla realizzazione di una
lente da sci per daltonici. Al di la della quota di mercato non elevatissima (anche se va
ricordato che il 6% degli uomini soffrono di anomalie nella visione del colore) è
importante sottolineare l’impatto mediatico, dato che la lente sarà realizzata per un
noto campione sportivo italiano in occasione delle Olimpiadi di Torino
12.000 € Impatto sul sistema sanitario. Realizzare una lente che permetta performance
visive migliori a soggetti ipovedenti genera, oltre all’evidente impatto sociale, un flusso di
risorse indirette, dato che finanziamenti diretti all’ipovisione possono essere
reindirizzati in altri settori del sistema sanitario
La strumentazione ha raggiunto un livello più che accettabile per lo svolgimento delle
ricerche e presso la sede INOA vi è la disponibilità di una buona stanza come
45
laboratorio. Le aziende dimostrano interesse per le ricerche. E’ necessario però avere
uno staff che segua sia la ricerca di fondi che l’esecuzione di esperimenti, e serve avere a
disposizione pazienti per le misure. Le principali condizioni di fattibilità estremamente
importanti sono dunque:
• offrire stabilità al personale del laboratorio (un borsista e un dottorando)
permettendo di prevedere l’estensione di borse e assegni, e in prospettiva
l’allargamento del gruppo come tempi indeterminati
• Oltre al laboratorio presso la sede INOA poter disporre di una stanza (anche piccola,
purchè permetta una distanza di tre metri tra monitor e soggetti) presso il polo di
Sesto, in modo di poter disporre di molti pazienti, ad esempio tra gli studenti
46
Proposta: M2.4 - Sviluppo di strumentazione e tecniche di microscopia per le bio- e
nano-tecnologie
Proponente: Quercioli Franco
Sezione INOA: ISC-Firenze.
1) Contesto esterno
Le microscopie a scansione di sonda (SPM) sono fra le tecniche di ispezione non invasive
maggiormente utilizzate nel settore delle nanotecnologie (il microscopio a scansione ad
effetto tunnel (STM) può raggiunge risoluzioni atomiche). La microscopia a forza atomica
(AFM) si sta affermando anche per l'analisi di sistemi biologici, sostituendosi in alcuni casi
alle microscopie elettroniche. L'AFM rispetto ai microscopi elettronici è caratterizzato
infatti dalla capacità di lavorare in ambiente fisiologico, condizione questa indispensabile
per lo studio di sistemi in vivo.
I limiti delle microscopie SPM sono però: la loro lentezza (alcuni minuti per immagine) e la
possibilità di ispezionare soltanto superfici. Queste caratteristiche ne limitano fortemente
l'utilizzo ad esempio in ambito biologico.
La microscopia ottica si conferma quindi la tecnica di eccellenza per l'imaging biologico in
vivo permettendo osservazioni all'interno del volume di un materiale dielettrico.
Immagini 3D sono ottenibili con tecniche di microscopia confocale e microscopia non
lineare (microscopia di seconda armonica SHGM microscopia a fluorescenza con
eccitazione a due fotoni TPEFM).
Le microscopie ottiche, utilizzando fotoni di bassa energia, sono tecniche non distruttive
d'altra parte, l'elevato valore della lunghezza d'onda limita la loro risoluzione spaziale a
circa 250 nm lateralmente e 750 nm lungo l'asse ottico.
Configurazioni, sostanzialmente di tipo interferometrico, quali la 4pi o la I5M, sono però
in grado di migliorare la risoluzione assiale di circa un fattore 3.
Utilizzando inoltre tecniche non lineari quali la STED (stimulated emission depletion) si è
dimostrata la possibilità di oltrepassare il limite di risoluzione teorico dovuto alla
diffrazione e di raggiungere risoluzioni intorno alla decina di nm, tipiche delle microscopie
SPM ed elettroniche.
Per quanto riguarda la risoluzione temporale, benché notevolmente migliori della
microscopia SPM (tipicamente: 1 frame/sec), le microscopie ottiche a scansione risultano
ancora non adeguate a seguire la gran parte dei fenomeni dinamici nei sistemi biologici. Si
possono utilizzare galvanometri risonanti oppure, si può rendere parallela la
configurazione confocale utilizzando dispositivi quali ad esempio il disco di Nipkow. Nel
settore della microscopia non lineare (Multipoint Multiphoton Microscopy), si può ricorrere
ad elementi ottici olografici, oppure ancora, si possono utilizzare tecniche basate sulla
decorrelazione temporale degli impulsi sorgente.
Utilizzando tecniche di illuminazione in luce strutturata, oppure tecniche di
deconvoluzione, si possono ottenere immagini 3D utilizzando un microscopio a campo
largo (non a scansione), con conseguente notevole riduzione del tempo di acquisizione per
immagine.
L'evoluzione strumentale nell'ambito della microscopia e nanoscopia è molto rapida e
coinvolge competenze in settori un tempo fra loro distanti, basti solo pensare alle ricerche
nel campo della microscopia ottica quantistica.
47
Difficilmente un solo tipo di microscopia: elettronica, ottica o meccanica (SPM) è in grado
da sola di soddisfare le esigenze di indagine in un qualunque settore di ricerca sia in
ambito biologico che tecnologico.
L'uso contemporaneo di tecniche SPM ed ottiche ad esempio può risolvere alcuni dei
problemi sopra citati.di velocità e risoluzione.
Infine, l'innovazione strumentale è affiancata di pari passo da metodologie di osservazione
e imaging funzionale quali la FRET, FLIM, FCS, FRAP, le così dette tecniche "F", e da
tecniche di marcatura che utilizzano "fluorocromi" innovativi quali la famiglia delle
proteine naturalmente fluorescenti (GFP e simili) oppure i quantum dots.
Tenere il passo con lo sviluppo di strumentazione e metodologie di osservazione nell'ambito
della microscopia ottica e SPM è strategicamente importante sia per le ricadute
tecnologiche in favore di aziende italiane (poche, ma comunque presenti) che operano nel
settore, sia come apporto sperimentale a gruppi di ricerca che operano nei settori bio- e
nano- tecnologico
MICROSCOPIA SPM
• L'attività consiste nello sviluppo di microscopi a scansione di sonda (SPM)
prevalentemente per applicazioni nei settori delle nanotecnologie e biotecnologie. Il
lavoro è condotto in collaborazione con il ISPCF del CNR (Pisa) e la ditta ElbaTech srl,
Marciana (LI).
• L'attività predominante è quella di progettare e realizzare la parte optomeccanica dei
microscopi SPM. Sono già state sviluppate varie configurazioni, attualmente utilizzate
presso il nostro laboratorio. Recentemente è stata progettata e realizzata una
configurazione per microscopia AFM, su richiesta della ditta Elbatech, ottimizzata per
analisi di fibre tessili. Inoltre è attiva una collaborazione con il Dipartimento di Sistemi
e Informatica dell'Università di Firenze, per la realizzazione di un sistema di controllo
basato su computer con sistema operativo real-time che consentirà di modificare
agevolmente l'algoritmo di controllo in funzione delle diverse condizioni e parametri di
misura.
• E' stata ulteriormente perfezionata la metodologia di visualizzazione di sezioni
istologiche con microscopio AFM.
MICROSCOPIA OTTICA
• Abbiamo realizzato un sistema confocale con eccitazione a due fotoni (2pCM)
modificando un microscopio confocale commerciale a singolo fotone (Nikon PCM2000)
con la sostituzione della sorgente con un sistema laser ultraveloce (Coherent MIRA 900
F + Verdi). Abbiamo inoltre realizzato una meccanica per l'accoppiamento fra un
microscopio SPM ed il microscopio ottico per l'acquisizione simultanea di immagini
SPM ed ottiche.
• Stiamo realizzando vari sistemi per la caratterizzazione della sorgente impulsata
impiegata nel microscopio multifotone, per quanto riguarda la durata temporale
dell’impulso.
MISURE
• Identificazione dei recettori coinvolti nella risposta del Ca2+ innescata dalla S1P nelle
cellule mioblastiche: ruolo dei recettori Edg3 ed Edg5 (endothelial differentiation gene
receptors)
• Analisi dei flussi di Ca2+ indotti da stimolazione chimica in cellule muscolari
scheletriche a vario grado di differenziamento: localizzazione subcellulare e
caratteristiche dinamiche dei transienti.
48
• - Studio sulle proprietà dinamiche del citoscheletro in cellule muscolari scheletriche
(mioblasti e fibre muscolari mature) stabilmente transfettate con il vettore contenente la
proteina chimerica GFP-bactina.
• Misure preliminari AFM delle proprietà elastomeccaniche di cellule muscolari
scheletriche (mioblasti) prima e dopo la stimolazione con S1P.
Obiettivo di questa attività è la progettazione, realizzazione e messa in opera di
strumentazione all'avanguardia nel campo della microscopia ottica e SPM con particolare
attenzione alle applicazioni nel settore delle bio- e nano-tecnologie.
Inoltre, la messa a punto di tecniche quali:
• FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer),
• FLIM (Fluorescent Lifetime Imaging Microscopy),
• FCS (Fluorescence Correlation Spectroscopy);
• tecniche di nanoscopia e nanomanipolazione con SPM.
Competenze:
Progettazione e collaudo di sistemi ottici ed optomeccanici, microscopia e nanoscopia,
laser: sorgenti e fasci, acquisizione, trattamento e restituzione dell’informazione ottica.
Progettazione e realizzazione di microscopi SPM.
MICROSCOPIA SPM
• Realizzazione di un nuovo AFM con scansione lineariarizzata.
• Realizzazione di un sistema di controllo basato su computer con sistema operativo realtime. Sviluppo di algoritmi di controllo ottimizzati per la misura di mappe di curve
forza distanza e per misure di spettroscopia di forza.
• Ottimizzazione del software di un sistema SPM pilotato da controller digitale per
effettuare mappe di curve forza-distanza e di quello per nanolavorazioni.
MICROSCOPIA OTTICA
• Studio di sistemi di autocorrelazione al secondo ordine per la caratterizzazione
temporale della sorgente di eccitazione sul piano del campione.
• Studio di un sistema di rivelazione della fluorescenza non "de-scanned"
• Messa in opera di un sistema FLIM (Fluorescent Lifetime Imaging Microscopy) ed FCS
(Fluorescence Correlation Spectroscopy).
• Progetto e realizzazione di un sistema di rivelazione in luce trasmessa per SHGM.
MISURE E METODOLOGIE
• Messa a punto delle tecniche FRET e FLIM e loro applicazione all'interazione tra
proteine diverse in sistemi cellulari.
• Messa a punto delle tecniche di marcatura dei campioni biologici con proteine
naturalmente fluorescenti derivanti dalla GFP (Green Fluorescent Protein).
• Messa a punto delle tecniche di funzionalizzazione delle sonde AFM per misure di
interazione ligando/recettore su recettori di membrana.
• Valutazione delle proprietà meccano-elastiche del citoscheletro e caratterizzazione dei
transienti del Ca2+ in cellule muscolari striate (scheletriche e cardiache) previo
eccitamento dei recettori da stiramento con tecniche di micromanipolazione SPM;
• Studio del trasferimento di flussi di Ca2+ indotti da stimolazione chimica e meccanica
fra cellule mioblastiche adiacenti tramite giunzioni intercellulari (gap junction).
• Misure AFM su dispositivi ottici nanofotonici
• Misure AFM su nanotubi di carbonio
49
2005– 2007
MICROSCOPIA SPM
• Realizzazione di un microscopio AFM con intervallo di scansione di 100 x 100 x 100
micron cubi.
• Realizzazione di un microscopio SPM ottimizzato per misure di elasticità e adesione di
membrane cellulari.
• Realizzazione di un controllo per microscopio SPM ottimizzato per misure di forza su
proteine.
• Realizzazione di un microscopio SPM per nanolavorazioni.
• Messa a punto delle tecniche di funzionalizzazione delle sonde AFM per misure di
interazione ligando/recettore su recettori di membrana.
• Messa a punto di una metodologia di visualizzazione di sezioni istologiche con
microscopio AFM ed ottico combinati.
• Messa a punto di una metodologia di visualizzazione di mappe di adesione specifica su
sezioni istologiche con microscopio AFM.
MICROSCOPIA OTTICA
• Realizzazione di un autocorrelatore per la misura della durata temporale dell'impulso
sul campione, per applicazioni di microscopia confocale a due fotoni.
• Realizzazione di un sistema FLIM ed FCS per microscopia confocale a due fotoni.
• Realizzazione di una stazione di misura integrata confocale (2pCM) + SPM.
PERSONALE
2005
2006
2007
Greco V.
1
1
1
Quercioli
8
8
8
Tiribilli
7
7
7
Vassalli
5
5
5
Collaborazioni CNR - ISC:
Sottini Stefano, Margheri Giancarlo, Trigari Silvana, Giorgetti Emilia
Collaborazioni esterne:
Ing. M. Sartore, (ElbaTech Srl); Dr. P. A. Benedetti, Dr. P. Baschieri, IPCF - CNR Pisa;
Collaborazione ENEA - Dip. di energetica Università di Firenze - "Caratterizzazione di
nanotubi di carbonio".
Prof. S. Zecchi Orlandini, (Dip. Anatomia), prof. P. Bruni (Dip. Biochimica), prof. F.
Francini (Dip. Fisiologia), Ing. M. Basso (Dipartimento Sistemi e Informatica), Università
degli Studi di Firenze.
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
2005
10.000
10.000
95.504
5.000
2006
20.000
20.000
95.504
5.000
2007
20.000
20.000
95.504
5.000
120.504
140.504
140.504
Totale
50.000
50.000
286.512
15.000
0
401.512
120.504
140.504
140.504
401.512
50
Aziende del settore della microscopia a scansione di sonda - La realizzazione di un
controllore per AFM "non classico" e robusto basato su architettura "real-time", permetterà
alle aziende del settore di possedere un know how innovativo che consentirà di presentare
sul mercato internazionale prodotti innovativi. Stima : 75.000 €
Aziende del settore delle nanotecnologie - Hanno mostrato interesse per due aspetti: la
realizzazione di un sistema di scansione SPM linearizato e veloce per misure metrologiche
su scala nanometrica (superfici, carburo di silicio, nanotubi) e per nanolavorazioni. Stima :
45.000 €
Impatto sul sistema sanitario - L'analisi di istologiche tramite adesione specifica con punte
funzionalizzate rappresenta un interessantissimo sviluppo delle attuali indagini istologiche.
La risoluzione ottenibile è paragonabile a quella di un microscopio elettronico ma con
costi estremamente inferiori. Il flusso di risorse indirette è di difficile quantificazione.
Stima: >20.000 €
Il successo di questa attività di ricerca sarà fortemente condizionato dal riperimento di
adeguate risorse finanziarie.
51
M2.5 - Metodi e Tecniche interferometriche per la caratterizzazione di
materiali e componenti.
Proponente: Ferraro Pietro
Sezione INOA: Napoli.
Proposta:
1) Contesto esterno
La ricerca avanzata e l’industria ad alto contenuto tecnologico (semiconduttori,
telecomunicazioni e sensoristica) dipende in modo cruciale dalla capacità di definire
processi di micro-fabbricazione, caratterizzazione e misura. Infatti i micro-dispositivi
rappresentano un ingrediente di “alta tecnologia” indispensabile in molti campi
d’applicazione. Particolare rilevanza ha avuto lo sviluppo di materiali e strutture per la
realizzazione di dispositivi basati su componenti MEMS (Micro Electro Mechnaical
Systems), MOEMS (Micro Opto Electro Mechnaical Systems) e IO (ottica integrata). Per
questo lo sviluppo delle tecniche a scansione e quelle ottiche di tipo interferometrico è al
centro delle attività di ricerca in questo settore. Esse sono ritenute necessarie alla
realizzazione e caratterizzazione di dispositivi affidabili. Ad es. le misure di tipo
profilometrico, del ritardo ottico, degli indici di rifrazione, sono di fondamentale
importanza per lo studio delle proprietà fisiche ed ottiche dei materiali. Inoltre il continuo
avanzamento tecnologico incrementa la complessità delle microstrutture realizzate che
sono alla base dei diversi dispostivi, richiedendo lo sviluppo in parallelo di tecniche di
misura sempre più sensibili ed affidabili senza le quali non è possibile verificare la
correttezza dimensionale e/o le proprietà. E’ di interesse generale poter disporre di metodi
non invasivi e a pieno campo investigare con alta risoluzione. Molti gruppi di ricerca nel
mondo sono impegnati a sviluppare nuovi apparati e metodi di misura per mezzo di
tecniche ottiche interferometriche di microstrutture per migliorare i processi di
fabbricazione e comprendere il comportamento dei nuovi materiali di cui sono costituite.
Per quanto riguarda la caratterizzazione ottica dei materiali, grazie all’ implementazione
di una tecnica interferometrica olografica è stato possibile ottenere una mappatura
bidimensionale del coefficiente elettro-ottico di cristalli di niobato di litio. Sfruttando la
stessa tecnica, è stato monitorato in tempo reale il processo di inversione ferroelettrica in
cristalli di LN misurando il campo interno, grandezza fisica legata al processo di poling.
Cioò attraverso una configurazione interferometrica originale (Reflective Grating
Interferometer).
Inoltre sono state sviluppate configurazioni sperimentali e metodi di analisi per un
microscopio olografico a ricostruzione numerica (DHM -Digital Holographic Microscope),
finalizzati alla caratterizzazione di profili e deformazioni di microstrutture in dispositivi di
tipo MEMS e/o MOEMS, realizzati in silicio. Questa tecnica permette di ricostruire
numericamente la mappa di ampiezza e fase relativa al campo trasmesso e riflesso dal
campione in esame e quindi ricavarne il profilo con risoluzioni che arrivano alla decina di
nanometri. In aggiunta è in corso di implementazione un processo di litografia
interferometrica per la realizzazione di strutture ferroelettriche periodiche di passo
inferiore a 0.7 micron e, contemporaneamente, è stato sviluppato un processo di inversione
periodica di polarizzazione in LN secondo geometrie composite uni e bidimensionali per la
52
realizzazione di dispositivi optoelettronici integrati.
In particolare sono in corso le seguenti attività:
• Mappatura bidimensionale del coefficiente elettro-ottico di cristalli di niobato di litio
tramite una tecnica di olografia interferometrica;
• Monitoraggio in tempo reale del processo di inversione della polarizzazione spontanea
in cristalli di niobato di litio.
• Studio del “campo elettrico interno” in cristalli LN.
• Sviluppo di un microscopio olografico digitale interferometrico per la caratterizzazione
di materiali e dispositivi (MEMS e MOEMS in silicio): miglioramento della risoluzione
spaziale nella ricostruzione delle mappe di fase tramite tecnica di olografia digitale.
• Studio della propagazione di fronti d’onda in materiali ottici non lineari per mezzo di
tecniche di olografia digitale.
3
Gli sforzi del presente progetto sono mirati a migliorare la risoluzione spaziale trasversale
(super-risoluzione) e longitudinale, la sensibilità e l’affidabilità delle tecniche per l’uso insitu e d in real-time durante i processi di fabbricazione e/o di validazione del loro
funzionamento. Questo attraverso nuove configurazioni sperimentali e il miglioramento
delle tecniche di analisi dei fronti d’onda.
Competenze:
Interferometria, olografia, microscopia, image-processing, tecniche litografiche, ottica nonlineare.
Nell’ambito del presente progetto saranno svolte le seguenti attività di ricerca:
• Miglioramento della risoluzione spaziale di interferometri in configurazione di
microscopia per l’analisi di materiali e processi;
• Miglioramento della risoluzione temporale per l’acquisizione di interferogrammi
finalizzata a seguire in tempo-reale processi e fenomenologie dinamiche sul
compoeratento di materiali e componenti (cristalli, MEMS, etc.);
• Miglioramento degli algoritmi di analisi di immagini;
• Studio di fronti d’onda attraverso la tecnica di registrazione e ricostruzione di fronti
d’onda per mezzo di apparati olografici;
• Definizione, realizzazione e caratterizzazione di micro/nano strutture attraverso le
tecniche di litografia interferometrica.
Le attività da svolgere sono in stretta e forte correlazione con quelle del progetto di
Firenze/Napoli di Paolo De Natale M1.2, infatti lo sviluppo di metodi e tecniche di
indagine ad elevata sensibilità è complementare, sinergico con il processo di definizione e
realizzazione di dispositivi ottici e fotonici sia a monte, per la caratterizzazione del
materiale, che a valle con la caratterizzazione del dispositivo.
2005– 2007
• sviluppo di una tecnica basata su un microscopio olografico digitale a ricostruzione
numerica per la caratterizzazione di strutture MEMS/MOEMS in silicio attuate
dinamicamente e/o termicamente.
• realizzazione di un apparato interferometrico e metodologia di indagine per la misura
del profilo di indice trasversale di guide in vetro realizzate a mezzo di scrittura laser;
• caratterizzazione di strutture periodiche micrometriche in niobato di litio tramite
olografia digitale;
53
• studio della birifrangenza alla frontiera di domini invertiti adiacenti;
• implementazione di tecniche per il monitoraggio in tempo reale del processo di
inversione ferroelettrica periodica in niobato di litio su scala micrometrica;
• studio delle interazioni acusto-ottiche durante il processo di inversione;
• studio degli tensioni all’interfaccia tra materiali diversi per la caratterizzazione di
dispositivi ibridi in silicio-niobato;
• studio di effetti fotorifrattivi in cristalli;
• misura del coefficiente di espansione termica di cristalli per la fotonica;
• realizzazione/caratterizzione di microstrutture superficiali in cristalli;
• realizzazione di una tecnica di monitoraggio in tempo reale del processo di inversione
periodica per un controllo del fenomeno di avanzamento dei domini invertiti al di sotto
del film isolante (domain spreading).
• Realizzazione di dispositivi di tipo phase array in LN periodicamente invertito secondo
geometrie bidimensionali opportune finalizzate alla misura/correzione di fronti d’onda;
• Impiego delle strutture ferroelettriche PPLN per tecniche di wave-front sensing tramite
effetto elettro-ottico (point diffraction interferometer).
PERSONALE
2005
2006
2007
De Natale
2
2
2
Ferraro
10
10
10
Aiello (Ass. PON Simona)
5
12
12
Alfieri (Ass. PON Simona)
5
12
12
Sansone (Ass. PON Simona)
5
12
12
Assegnista (Prog.77) n.1
10
10
10
Assegnista (Prog.77) n.2
12
12
12
Collaborazioni:
S. Mailis (Optoelectronic Research Centre, Southampton, UK); P.K. Rastogi (EPFL
Lousanne, CH); F. Laurell (Royal Univ.-Stockholm, Svezia); K.A. Stetson (Holometrology,
CT-USA); B. Javidi (Univ. Connecticut USA); P. La porta (Dip. Di Fisica del Politecnico di
Milano); A. Arie (Tel Aviv University, Israele).
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
Prog.77 - Miur
Progetto Italia-Belgio
Dip. Fisica Pol. MI
2005
95.000
40.000
52.332
56.045
21.000
2006
45.000
30.000
52.332
87.853
20.000
2007
30.000
20.000
52.332
87.853
19.000
264.377
235.185
209.185
Totale
170.000
90.000
156.996
231.751
60.000
0
708.747
877
35.184
209.185
245.246
2005
242.500
6.000
15.000
263.500
2006
200.001
200.001
2007
0
Totale
442.501
6.000
15.000
463.501
54
I risultati finora ottenuti hanno permesso di di n3 brevetti di invenzione industriale:
1] Brevetto di invenzione industriale, già depositato in Italia ed esteso all’estero (TPC),
riguardante lo sviluppo di un Microscopio Olografico a ricostruzione numerica per la
caratterizzazione strutture MEMS. Sono in corso contatti per la eventuale definizione di
accordi con alcune aziende in Europa e negli USA per valutare le possibilità di
sfruttamento industriale con diverse modalità (cessione dei diritti) o iniziative di tipo
imprenditoriali (spin-off, collaborazioni con aziende, etc.). Rif. “Method for modifying
spatial resolution in the reconstruction of images in digital holography”, a nome:
Consiglio Nazionale delle Ricerche; PCT/IT04/000380 Depositato il 9 Luglio 2004.
2] Brevetto depositato in Italia riguardante la caratterizzazione di cristalli per ottica non
lineare a mezzo di tecniche interferometriche. Sarà valutata l’opportunità di estensione
all’estero di tale brevetto. Al momento si ritiene che sulla base del brevetto sia possibile
definire la realizzazione di un prototipo che potrebbe avere un mercato sia in ambito
industriale che accademico e che quindi si possa eventualmente procedere allo
sfruttamento industriale con diverse modalità (cessione dei diritti) o iniziative di tipo
imprenditoriali (spin-off, collaborazioni con aziende, etc.). Rif. Metodo per la mappatura
bidimensionale del coefficiente elettro-ottico di oggetti, cella da utilizzare in tale metodo
per l’applicazione del campo elettrico ad oggetti, e relativo apparato”a nome: Consiglio
Nazionale delle Ricerche;Deepositato a Roma n. RM2004A000133 il 17 Marzo 2004.
3] Brevetto in corso di deposito in Italia per il quale è già stata avvita la procedura
attraverso le strutture competenti del DAST –CNR, in collaborazione con una azienda
D’Appolonia che si prevede possa portare allo sviluppo di un sistema innovativo per la
lettura di deformazioni in regime quasi-statico a mezzo di reticoli di Bragg in fibra. Ci si
attende che il partner industriale D’Appolonia possa arrivare ad una
commercializzazione dello stesso in tempi brevi. Titolo provvisorio: Metodo interferometrico
per la lettura di reticoli di Bragg in fibra ottica.
Un elemento di assoluta criticità per consentire il raggiungimento degli obiettivi del
progetto è la necessità di un consolidamento delle competenze specifiche attraverso un
reclutamento di personale specializzato e con diversi profili professionali (ricercatore e
tecnologo) sia a breve termine operato attraverso contratti a tempo determinato e a medio
lungo termine con assunzioni a tempo indeterminato.
55
Proposta: M2.6 - Sistemi ottici per controllo di processi
Proponente: Ciamberlini Claudio
1) Contesto esterno
Il controllo di processo e di prodotto unitamente alla ricerca nel settore dell’automazione
fanno parte delle strategie per lo sviluppo e la competitività industriale. Questa linea di
ricerca si colloca nell’ambito di queste strategie e si indirizza di volta in volta alla soluzione
di specifici problemi su indicazione del mondo industriale. È il ruolo che l’unità di
optoelettronica dell’INOA svolge nel processo di innovazione a breve e medio termine.
Il rilievo automatico della forma e dei difetti di superfici rappresenta un importante aspetto
del controllo della qualità. L’INOA ed in particolare l’unita di Optoelettronica ha già svolto
attività di ricerca nella realizzazione di dispositivi per il rilievo di profili di manufatti
industriali. Sono stati innescati rapporti con cooperative industriali per approfondire le
esigenze e le aspettative di diversi settori sia a livello italiano che europeo; attualmente è
attiva una cooperazione con il consorzio CEO nell’ambito di un progetto del programma di
innovazione tecnologica finanziato dalla regione Emilia-Romagna.
Un altro settore di notevole importanza è quello del sistema informativo per mezzi di
trasporto tramite sistemi a proiezione di microdisplay basati sulle nuove tecnologie dette a
valvole ottiche quali in particolare gli OLED (Organic Light Emitting Diode) e gli LCoS
(Liquid Crystal on Silicon).
Attualmente stanno per essere approntate definitivamente le metodologie di misura per
certificazione dei dispositivi di imaging per ottenere la certificazione di laboratorio di
misura nazionale da parte del SINCERT (vedi Progetto Laboratorio di calibrazione ex P.6.3
del PT INOA 2004-2006.
Nel prossimo triennio sono previste le seguenti ricerche:
a) Progettazione e sviluppo per ottimizzare e migliorare le prestazioni di un sensore ottico
di profilo di forma per tavole di legno di grandi dimensioni.
b) Sistema di visione in B/N per il controllo di superfici di tavole di legno in una linea.
c) Sviluppo di sitemi a proiezioni a basso contentuto di informazioni.
Competenze:
Progettazione, collaudo e realizzazione di sistemi ottici, sensori, sistemi e dispositivi.
a) L’INOA propone lo sviluppo di un dispositivo con dedicate caratteristiche di precisione
e affidabilità superiori. L’attività principale riguarderà la progettazione della
configurazione ottica e del software gestionale ed analisi dei dati raccolti.
b) Implementazione di un sistema di visione B/N per la difettazione delle tavole di legno,
integrato con altri sistemi per la fusione dei dati ed ottenere informazioni complete sulla
qualità delle tavole.
c) Sviluppo di un sistema di proiezione compatto da installare in autoveicoli su strada,
56
rotaia, mare, etc. Raccolta dati e sviluppo di software per l’interazione dell’operatore.
Ricerca A)
2005
• Scelta del sensore e studio di una disposizione geometrica del complesso ottica-sensore
che aumenti la linearità e la risoluzione del dispositivo. Sviluppo del nuovo programma
di gestione delle unità optoelettroniche sensibili e dell’interfaccia utente.
2006
• Prove operative di un prototipo del sensore. Sviluppo di un nuovo prototipo del sensore
anche in base delle indicazioni degli utenti.
Ricerca B)
2005
P2.2-1 Realizzazione di un sistema che permetta una più facile gestione dell’interfaccia
uomo-macchina ed a basso costo.
2006-2007
• Prove operative sul prototipo. Test di affidabilità del sistema hardware e software in
condizioni di lavoro industriali.
Ricerca C)
2005-2006
• Progettazione della configurazione del sistema di proiezione. Valutazione del rapporto
costo/prestazioni. Realizzazione del dispositivo prototipo per la visione e presentazione
delle informazioni.
2007
• Prove operative del sistema realizzato e test di affidabilità. Studio e realizzazione di
eventuali modifiche necessarie per aumentarne sia la robustezza che le prestazioni.
6) Impegno personale (mesi uomo) ed eventuali collaborazione
PERSONALE
2005
2006
2007
Ciamberlini
5
5
5
Longobardi
1
Collaborazioni:
CEO, OMGA (Industria meccanica), Polo pratese del tessuto, Sirio Panel SpA.
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
CEO
Apporto da privati
2005
15.000
25.000
27.239
5.000
2006
25.000
30.000
18.013
10.000
2007
20.000
40.000
18.013
15.000
72.239
83.013
93.013
Totale
60.000
95.000
63.265
30.000
0
248.265
48.239
55.013
61.013
164.265
2006
10.000
18.000
28.000
2007
12.000
20.000
32.000
Totale
30.000
54.000
84.000
2005
8.000
16.000
24.000
57
Aziende del settore meccanico per macchine utensili di lavorazione del legno - La
conclusione del progetto di innovazione tecnologica della Regione Emilia-Romagna
permetterà alle aziende di possedere un know how utile per la realizzazione di nuove e più
precise macchine di taglio di tavole di legno prive di difetti che saranno impiegati dalle
industrie di fabbricazione di manufatti in legno. Stima : 50.000 Euro.
Aziende del settore della lavorazione e fabbricazione di manufatti in legno - La
commercializzazione della macchina trocantrice con le nuove caratteristiche prestazionali,
permetterà un incremento della produzione sia quantitativo che qualitativo; ulteriore
beneficio sarà fornito dalla diminuzione degli scarti di lavorazione con effetti di risparmio
sul consumo di legno ed ovviamente con un minor ricorso alla deforestazione. Quanto
maggiore sarà la penetrazione commerciale della dittà incaricata della costruzione della
maccanica utensile tanto maggiore sarà il flusso economico generabile. Stima nei paesi UE:
200.000 Euro + benefici ecologici di minore deforestazione.
Aziende del settore pannelistica e cruscotti per veicoli - Il possesso della tecnologia per la
realizzazione di nuovi pannelli sempre più prestazionali, a basso consumo, costo e peso
permetterà alle aziende di competere in un settore ad alta competizione ed innovazione
tecnologica dove la produzione non può basarsi solo sulla routine ma deve continuamente
ricercare nuove e migliori soluzioni ai problemi dei costruttori di veicoli ed adeguarsi
velocemente alle nuove richieste di mercato. Stima : 25.000 Euro.
Sviluppo di routine software particolarmente efficaci. Capacità di ottenere sistemi
elettronici con trasferimento veloce dei dati.
58
Proposta: M2.7 - Progettazione di sistemi ottici
Proponente: Greco Vincenzo
1) Contesto esterno
L’utilizzo sempre più frequente di dispositivi ottici nei diversi settori applicativi del nostro
paese, induce una domanda sempre maggiore di competenze nel campo della
progettazione ottica e conseguentemente della lavorazione e del collaudo di superfici
ottiche. Lo spettro delle richieste e dei contesti dove queste nascono è variegato.
Nell’ambiente della ricerca, ad esempio, si richiedono dei sistemi ottici che, per le loro
specifiche caratteristiche, sono unici. In quel contesto nasce allora la richiesta di
competenze di calcolo ottico altamente qualificate ed allo stato dell’arte per produrre
progetti innovativi. Nella piccola e media industria optoelettronica è invece presente la
necessità di acquisire nuove metodologie di disegno ottico specificatamente dedicate alla
progettazione dei sistemi ottici di interesse. Nasce quindi, in questo ambito, la richiesta di
competenze di calcolo ottico che sappiano ben coniugare la novità del disegno con le
esigenze di tempestività, controllo dei costi e semplicità, caratteristiche del mondo
industriale. Infine l’ambiente industriale, includendo in questo anche la grande industria
optoelettronica, necessita intorno a sé di un ambiente culturale fertile, nel settore
dell’ottica tecnica, dove poter attingere nuove risorse umane. Da questa analisi si evidenzia
quindi la necessità di un ambiente scientifico che coltivando e mantenendo allo stato
dell’arte le competenze relative alla progettazione ottica, possa essere di supporto
all’attività produttiva e di ricerca nel settore dei dispositivi ottici.
L’attività di ricerca svolta nel corso del 2004 si è articolata secondo le seguenti linee:
• Completamento del progetto di un endoscopio catadiottrico per il nuovo sistema
termografico del Joint European Torus (Culham, UK);
• Progettazione di sistemi di focalizzazione per fasci laser CO2;
• Progettazione di un obiettivo di focalizzazione per il North Bench dell’interferometro
VIRGO (European Gravitational Observatory);
• Partecipazione allo “Studio di un Payload Iperspettrale Avanzato” ASI, luglio 2004.
Questa ricerca si propone di sviluppare nuove metodologie di progettazione ottica a
supporto delle attività produttive e di ricerca nel settore dei dispositivi ottici.
Competenze:
Le competenze necessarie per questo obiettivo sono quelle proprie del calcolo ottico.
1) Il programma attuale di lavoro prevede i seguenti obiettivi:
2) Studio di una metodologia di calcolo per la propagazione di fasci generalmente
astigmatici attraverso un generico sistema ottico.
3) Messa a punto di una procedura per la progettazione di obiettivi catadiottrici a focale
variabile, per la focalizzazione di fasci laser CO2;
59
4) Studio della sensibilità delle cavità laser a CO2 multi-ripiegate rispetto alla giacitura
degli specchi;
5) Studio di una metodologia per il disegno ottico di un telescopio a tre specchi
anastigmatico (TMA);
6) Ricercare nuove collaborazioni;
7) Fornire all’esterno un servizio di progettazione ottica;
8) Coltivare le competenze specifiche del calcolo ottico.
5) Sviluppo temporale
2005 – 2007
Mentre le attività necessarie al raggiungimento degli obiettivi E, F, G saranno portate
avanti parallelamente nel corso del triennio 2005-2007, gli obiettivi A e B saranno
raggiunti nell’arco del 2005, gli obiettivi C ed D saranno affrontati rispettivamente nel
2006 e nel 2007.
PERSONALE
2005
2006
2007
Greco V.
11
11
11
Collaborazioni:
Silvia Carraresi (El.En. SpA), Martino Burlamacchi (El.En. SpA), Daniele Bigazzi (El.En.
SpA), Giorgio Maddaluno (ENEA Centro Ricerche Frascati), Francesco Paolo Orsitto
(ENEA Centro Ricerche Frascati), Alberto Righini (Dipartimento di Astronomia e Scienza
dello Spazio, Università di Firenze), Paolo La Penna (European Gravitational Observatory
- VIRGO Project).
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
Apporto da privati
12.000
39.629
1.000
2006
2.000
12.000
39.629
3.000
52.629
56.629
52.629
Totale
2.000
36.000
118.887
5.000
0
161.887
37.629
56.629
52.629
146.887
2005
2005
2006
2007
12.000
39.629
1.000
2007
15.000
15.000
0
0
Totale
15.000
15.000
Gli obiettivi di ricerca sopra elencati possono essere raggiunti solo qualora si disponga di
un software di progettazione ottica (CAD ottico) allo stato dell’arte.
60
Proposta: M2.8 - Supporto al progetto realizzazione e verifica della deposizione di film
sottili per applicazioni industriali
Proponente: Alessandro Farini
1) Contesto esterno
Tutte le moderne componenti di sistemi ottici utilizzano in maniera assai estesa trattamenti
superficiali che sono in grado di modificare le caratteristiche della sostanza su cui sono
deposti. Infatti il vetro e gli altri materiali a disposizione delle industrie non sono sempre in
grado di rispondere alle necessarie caratteristiche di trasmissibilità e assorbimento. Un
trattamento superficiale permette di selezionare la zona dello spettro elettromagnetico che
si vuole trasmettere, bloccando al contempo la parte che potrebbe essere dannosa. Per
questo motivo i trattamenti superficiali trovano posto in moltissimi applicazioni industriali,
quali l’ottica oftalmica, i filtri da discoteche, l’illuminotecnica e la protezione delle opere
d’arte. A tale diffuso utilizzo non corrisponde in Italia un equivalente sviluppo produttivo,
dato che la ricerca sui film sottili implica costi che la singola azienda non è sempre in
grado di affrontare. Per questo motivo vi è richiesta da parte dei privati di una ricerca che
aiuti le aziende nello sviluppo di nuove tecnologie.
L’Istituto nazionale di Ottica Applicata (INOA) possiede sia la strumentazione che le
competenze necessarie a un’analisi delle caratteristiche ottiche di un trattamento: questo
permette di esaminare e controllare diversi tipi di superfici ottiche, verificandone la
trasmittanza e la riflettanza. Particolare attenzione è stata anche dedicata all’analisi delle
proprietà dal punto di vista del mantenimento della percezione cromatica. E’ inoltre
continuata la collaborazione con il gruppo di ricerca dell’Enea dedicato ai film sottili e con
un’impresa multinazionale che produce vetro in Italia. La collaborazione con il laboratorio
di ergonomia della visione permette anche di prendere in considerazione gli aspetti legati
alla psicofisica della visione.
Come obiettivo generale è possibile indicare quello di acquisire una serie di conoscenze nel
settore dei film sottili, legate soprattutto alla progettazione e alla caratterizzazione dei
trattamenti. Tale scopo è particolarmente importante in una zona come quella fiorentina,
in cui risiedono gran parte delle aziende italiane produttrici di trattamenti. All’interno di
questo obiettivo generale uno scopo particolare è contribuire alla produzione di un
trattamento da utilizzare sui vetri posti a protezione dei dipinti
Competenze:
Progettazione, collaudo e realizzazione di sistemi ottici, scienza della visione, radiometria e
fotometria
L’attività da svolgere riguarda l’affinamento del prototipo di trattamento ottico da
effettuare sui vetri posti a protezione delle opere d’arte. All’interno di questa linea di
ricerca ricadono tutta una serie di attività, come la caratterizzazione dei trattamenti, che
permetteranno anche all’INOA di migliorare il proprio know how in questo settore.
61
Il finanziamento CRF termina nel 2005. L’attività successiva di questa linea di ricerca
dipende dal successo del progetto iniziale.
2005
• Realizzazione finale del trattamento per le opere d’arte
• Test psicofisici sul trattamento
• Misurazioni fotometriche sul trattamento
• Giornata di presentazione del trattamento
2006
• Sviluppo del rapporto illuminazione-trattamenti
2007
• Sviluppo del rapporto illuminazione-trattamenti
PERSONALE
2005
2006
2007
Farini
2
1
0
Di Sarcina (B)
12
Collaborazioni:
Enea thin film groups, LAV Laboratori Alto Vuoto, Targetti Sankey S.p.A.
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
2005
8.000
3.000
6.064
2.000
12.400
31.464
2006
8.000
3.000
3.032
1.000
2007
8.000
3.000
0
1.000
15.032
12.000
Totale
24.000
9.000
9.096
4.000
12.400
58.496
22.464
5.032
2.000
29.496
2006
10.000
10.000
2007
10.000
10.000
Totale
29.000
29.000
2005
Cassa di Risparmio firenze
9.000
9.000
20000 €: azienda di trattamenti ottici. Aver acquisito il know how per la realizzazione di
questi trattamenti potrebbe offrire all’azienda una nuova quota di mercato
35000 €: azienda illuminotecnica. Avere a catalogo tali trattamenti permetterà all’azienda
di porsi nel mercato come esperta nell’illuminazione di musei, settore di estrema
importanza nel panorama italiano.
Un punto critico è quello di poter pubblicizzare adeguatamente il nuovo trattamento, in
modo che possa essere presentato sul mercato in maniera interessante. Va poi deciso
quanto INOA decide di puntare nel futuro sul settore trattamenti, anche in collaborazione
con le aziende del settore e tenendo conto dell’ottimo rapporto con ENEA.
62
Proposta: M2.9 - Sviluppo di nuovi materiali e dispositivi per l’optoelettronica
Proponente: Longobardi Giuseppe
1) Contesto esterno
Il programma si inquadra in un’attività generale di innovazione orientata per
migliorare la qualità della vita. Si tratta quindi di sviluppare materiali e dispositivi
rivolti in modo particolare ai settori della medicina (diagnosi e terapia), della chirurgia,
della biologia dell’ambiente, dei processi industriali ed della ricerca. Le tecniche di
progetto di materiali nuovi e di sviluppo di dispositivi innovativi ha aperto nuove
frontiere per una trasformazione tecnologica nei settori che sono strettamente correlati
con la qualità della vita come quelli su menzionati. La progettazione di nuovi materiali
che presentano, rispetto allo stato dell’arte, nuove caratteristiche meccaniche, ottiche,
chimiche, elettriche, ecc. rappresenta un obiettivo strategico per la scienza dei
materiali. Relativamente ai nuovi dispositivi c’è una tendenza a realizzarne di
dimensioni sempre più ridotte per ridurre pesi ingombri e consumi di energia ed
ottenere proprietà ottenibili solo attraverso una miniaturizzazione dei dispositivi stessi
(si pensi, per esempio, alle applicazioni in medicina).
Il Consorzio CEO ha ottenuto nel 2004 un contributo di 110.000€ per la costituzione di
un laboratorio di micro e nanotecnologie per il progetto di nuovi materiali e
microdispositivi per l’optoelettronica. INOA ha interesse a sviluppare competenze in
questo settore anche alla luce dell’esperienza che l’Istituto ha nel campo della
microscopia, delle tecniche di diagnostica ottica e delle lavorazioni ottiche che sono un
validissimo presupposto per progettare microdispositivi e per l’analisi microscopica di
materiali da utilizzare in ottica ed in optoelettronica. Attualmente CEO e INOA stanno
realizzando un laboratorio dove si possano studiare, sviluppare e sperimentare
componenti su scala micrometrica per i sistemi ottici, microdispositivi per chirurgia e
progetto di nuove fibre tessili. L’attività in corso consiste nella messa a punto della
nuova strumentazione a microscopia a forza atomica e per la messa in opera di un
sistema per micro e nano litografia.
Lo sviluppo di nuove soluzioni e di nuove applicazioni dipenderà fortemente dalla
multidisciplinarietà della colloborazione. Tutte le competenze, anche quelle che in
prima approssimazione possono sembrare ridondanti, diventano indispensabili per
ottenere prodotti sempre più innovativi. E’ stato questo il criterio di scelta delle
collaborazioni nella nostra proposta, che sono frutto di contatti già intrapresi con le
singole strutture che presentando differenti culture possono costituire una massa critica
di competenze. Un altro elemento essenziale è l’apporto di un tecnico del laboratorio di
lavorazioni ottiche.
Microottiche
Una classe importante
di ottiche da studiare e sviluppare è quella costituita dai
63
componenti che sfruttano il principio della diffrazione piuttosto che quello della
rifrazione. Appartengono a questa categoria le ottiche diffrattive e gli ologrammi
sintetici, entrambi i dispositivi sono progettati tramite computer e vengono realizzati su
supporti sottili trasparenti o riflettenti. In questi supporti sono riportati tipici "pattern" i
cui profili sono confrontabili per dimensione con la lunghezza d'onda della luce.
Il rendimento di una sistema ottico così realizzato o la quantità di informazione che
può essere immagazzinata in un ologramma dipende dalla risoluzione e dalla
precisione con la quale si realizzano questi pattern. Considerando che la lunghezza
d'onda della luce visibile è mediamente 0.5micron e che il profilo del pattern deve
consentire sfasamenti dell'energia luminosa di 2π per ogni λ, se ne deduce che per una
quantizzazione ad 8 bit ogni livello di sfasamento deve avere il valore di 1.96 nm
Se si volessero estendere le applicazioni di questi dispositivi nella regione UV i limiti di
risoluzione diventerebbero ancora più stringenti.
I materiali con i quali si realizzano questi dispositivi non presentano problemi di
reperibilità, perchè possono essere realizzati anche in vetro o in plastica. Un limite per
il loro sviluppo però è rappresentato dall’estrema difficoltà nella realizzazione di una
matrice solida con la quale poter successivamente stampare i componenti da utilizzare.
Le tecniche di litografia e di controllo, tipiche delle nanotecnologie, consentiranno di
superare il problema della fabricazione della matrice e consentiranno soprattutto una
rapida prototipizzazione del componente.
Microlenti adattive per infrarosso
Lo sviluppo di ottiche miniaturizzate basate sul principio dell’elettrowetting sta
ricevendo sempre maggiore attenzione. La realizzazione di lenti a focale variabile
basate sulla curvatura della superficie di un liquido o dell’interfaccia tra due liquidi si
è sviluppata negli ultimi anni ma solo recentemente hanno fatto la loro comparsa i
primi prodotti commerciali. L’utilizzo di questa tecnica ha permesso lo sviluppo di
ottiche dalle dimensioni ridotte e dalle ottime caratteristiche ottiche che fanno
prevedere un loro impiego massivo nel campo dei prodotti elettronici di largo consumo
come le macchine fotografiche digitali miniaturizzate. Inoltre, la possibilità di avere
delle lenti piccole e leggere con distanza focale variabile fa prevedere che possano
anche essere impiegate in campo biomedicale, dove lo sviluppo di strumentazione di
analisi non invasiva sempre più spesso richiede l’impiego di ottiche adattive.
L’INOA in collaborazione con il CEO prevede di sviluppare un progetto di ricerca in
questo campo che possa nel breve periodo portare alla realizzazione di dispositivi
custom da essere impiegati in quelle linee di ricerca in cui sia necessario il trattamento
di segnali ottici infrarossi e in cui l’utilizzo di ottiche miniaturizzate può portare
vantaggi.
Sviluppo di tessuti con proprietà funzionali per la salute e l’ambiente
Progetto di tessuti tramite nanointrusioni di particelle con proprietà di traspirazione,
azione batteriostatica e battericida, assorbimento e smaltimento di calore,
termostabilità, protezione elettromagnetica, resistenza meccanica, assorbimento di
radiazioni.
La modifica delle fibre tessili in superficie tramite trattamenti chimico-fisici o
applicazioni di strati sottili di rivestimento consente di ottenere materiali tessili con
proprietà nuove. INOA controllerà che non siano alterate le proprietà estetiche delle
fibre stesse (come il rispetto delle condizioni di irraggiamento ultravioletto, il colore
ecc.) che è una condizione particolarmente importante per le fibre naturali.
Dispositivi biomedici
Sviluppo di dispositivi e supporti micro e nanometrici per medicina e biologia.
64
A meno di possibili imprevisti tecnici e di consegna della strumentazione è possibile
programmare l’attività di ricerca e sviluppo del laboratorio INOA-CEO come qui
appresso riportato:
2005
• Realizzazione di un laboratorio di base per lo sviluppo di componenti ottici su scala
micrometrica e nanometrica. Messa a punto della strumentazione. Studio e progetto
di tali componenti
2006
• Completamento del laboratorio di micro e nanotecnologie con contributi esterni.
Realizzazione dei componenti micro e nanoottici sviluppati nel 2005. Controlli ottici
sulle proprietà di nuovi tessuti
2007
• Utilizzare le competenze dei partner nelle più recenti tecniche di analisi
(tomografia, autofluorescenza dei tessuti, ecc) per progettare e realizzare dispositivi
su scala micrometrica nell’ambito del settore biomedico.
PERSONALE
2005
2006
2007
Ciamberlini
3
3
3
Francini
2
2
2
Longobardi
3
Meucci
3
3
3
Sansoni
1
1
1
Assegnista A3
12
12
12
Borsista B2
12
12
12
Collaborazioni:
Consorzio CEO; LENS di Firenze; DET Univ. di Firenze; Pon-Tech Scr (Pontedera);
INSTM, Dip Chimica Università di Pisa; Dip. Ingegneria Chimica Univ. di Pisa;
CRISMA di Siena; Dip di Scienze e Tecnologie Chimiche Univ.di Siena; ElEn di
Calenzano; Tecnotessile (Prato); SEAC (Firenze), Auserpolimeri(Lucca); Centro Ricerche
Fiat (Torino).
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
2005
80.000
20.000
76.837
10.000
30.577
217.414
2006
40.000
10.000
49.759
10.000
30.577
140.336
2007
20.000
10.000
49.759
5.000
30.577
115.336
Totale
140.000
40.000
176.355
25.000
91.731
473.086
217.414
140.336
115.336
473.086
Microottiche adattive
Leader in questo settore sono la società francese Varioptic, nata nel 2002 come spin-off
dell’Ecole Normale Supérieure de Lyon, e la Philips che sono già in grado di fornire sia
prodotti a catalogo che custom. L’attenzione è attualmente incentrata sul problema
65
delle camere digitali e quindi verso ottiche dalle dimensioni intorno al cm; sempre per
lo stesso motivo se ne considera il loro uso nella regione visibile (350-750 nm). D’altra
parte oggigiorno sempre più sono le applicazioni, soprattutto in campo biomedicale ma
anche in campo militare e civile, in cui sono utilizzate misure nell’infrarosso e tecniche
di termografia. È quindi indispensabile sviluppare questa tecnica anche in questa
regione spettrale in cui sicuramente ottiche con queste caratteristiche troverebbero largo
impiego. Stima: 100.000 Euro.
Sviluppo di tessuti innovativi
Attualmente la produzione manufatturiera trova difficoltà a sostenere ulteriormente la
competitività, in quanto si scontra con i costi di produzione dei nuovi paesi
industrializzati. Si registra così una sempre più diffusa richiesta di innovazioni ad alto
contenuto scientifico tecnologico. l’uso delle tecnologie sempre più miniaturizzate
dovrebbe costituire la chiave per avere un ruolo principale di sviluppo socio economico.
Stima: 300.000 Euro.
Dispositivi e supporti per medicina
In medicina e chirurgia i risultati dovrebbero portare benefici a lungo termine per i
pazienti rendendo possibili analisi in tempo reale e possibilità di intervento con
invasività molto ridotta. Un’analisi dei costi mostra che, in molti casi, le spese degli
interventi chirurgici sono molto elevate. L’uso di questa nuova tecnologia riduce in
modo evidente queste spese (elimina il costo dei reagenti e delle procedure di
preparazione, evita completamente il costo della rivelazione radioimmunoguidata, ecc).
La stima in questo caso è difficile perchè il settore è complesso: 50.000 Euro.
Dal momento che l’attività di sviluppo della proposta comporta costi iniziali rilevanti
per arrivare ad una maturazione applicativa i punti critici sono legati alla possibilità di
reperire contributi e risorse esterne all’inizio dell’attività per acquisto di materiale
inventariabile, personale assegnista e borsista e per missioni.
66
Sintesi della Macrolinea 2 – Imaging, materiali e dispositivi ottici7
La macrolinea M2 si compone di nove proposte, di tipo prevalentemente
applicativo, che riguardano lo sviluppo di dispositivi ottici ed
optoelettronici e lo studio di metodologie per l’analisi ottica. Le
competenze impiegate sono di tipo molto generale, perché i problemi
affrontati sono anche molto diversi tra loro, i bacini di utenza sono vasti
mentre le necessità applicative possono essere molto specifiche
(metrologia e controllo di processi per l’industria, diagnostica del
patrimonio culturale, ecc). Le conoscenze e le capacità scientifiche e
tecnologiche richieste, quindi, sono di alto livello e spaziano in vari
settori dell’ottica (interferometria, microscopia e nanoscopia,
progettazione, sistemistica, tecnologie optoelettroniche, analisi del
segnale, sviluppo software, ecc.).
2004
Costi previsti
Quota finanziamento
su F.O.
Impegno di personale
in mesi uomo
2005
2006
Totale
1.969.789 2.171.791 2.079.540
6.221.120
1.054.289
3.180.619
341
998.790 1.127.540
390
369
1124
7
a pag. 119).
67
68
M3 – Ottica per ambiente, spazio e industria
Macrolinea: M3 - Ottica per ambiente, spazio e industria
Proposta: M3.1 - Collettori di luce solare
Proponente: Sansoni Paola
1) Contesto esterno
Il Progetto di ricerca riguarda il settore dell'energia rinnovabile ed in particolare quello
dello sfruttamento dell'energia solare. Questo settore, che rappresenta un fondamentale
elemento nel bilancio energetico nazionale, sta incrementando la sua presenza nell’ambito
della produzione e della ricerca industriale. E’ stata infatti evidenziata l’importanza
sempre crescente di sviluppare tecnologie di sfruttamento di fonti energetiche alternative
quali l’energia solare. Questa linea di ricerca è rivolta allo studio di sistemi ottici adatti
alla concentrazione di luce solare su superfici ridotte. In quest’ambito si collocano sia i
sistemi di concentrazione e trasporto della luce solare in fibra ottica, che lo studio di celle
fotovoltaiche a concentrazione. Le possibili applicazioni di questi dispositivi riguardano il
settore fotovoltaico, quello termico e l'illuminazione di interni.
La collaborazione INOA-ENEA è iniziata nel 2003, con il Progetto Phocus per la
realizzazione di un sistema per lo sfruttamento dell’energia solare tramite celle
fotovoltaiche a concentrazione. ENEA ha messo a punto una procedura di realizzazione in
plastica di lenti prismatiche e lenti di Fresnel, appositamente progettate. INOA ha seguito
ed indirizzato l’evoluzione della produzione, verificando la rispondenza delle
caratteristiche ottiche con i parametri di progetto. Dalla caratterizzazione ottica delle lenti
prismatiche risulta che esse raggiungono una discreta efficienza di collezione. L’analisi
dell’immagine luminosa indica inoltre che le lenti prismatiche generano una immagine
che approssima bene la forma quadrata ed ha una sufficiente uniformità. Nello sviluppo
delle tecniche di produzione ha assunto particolare rilevanza l’analisi dei contributi delle
singole parti della lente alla formazione dell’immagine.
Per il 2005 la collaborazione con ENEA prevede lo studio di un simulatore solare, oltre a
proseguire il lavoro congiunto nell’ambito del Progetto Phocus. Si tratta di di studiare un
sistema per la concentrazione della luce all’uscita di un simulatore solare. L’INOA studierà
un sistema ottico, prendendo in esame sia componenti ottici commerciali che elementi
progettati appositamente. Verranno inoltre curate sia la realizzazione dei componenti
ottici progettati da INOA, che la progettazione e realizzazione della meccanica di sostegno.
Il sistema varrà quindi accoppiato al simulatore solare, esaminando le caratteristiche
ottiche dell’immagine prima e dopo l’introduzione dell’ottica di focalizzazione.
La prima ricerca dell’INOA nel campo dell’energia solare è il progetto europeo "Spectrum"
(1997-2000), a conclusione del quale viene realizzato un dimostratore che concentra
l'energia solare in fibra ottica per il trasporto al luogo di utilizzo. Negli anni seguenti
l’INOA svuluppa e realizza un impianto di illuminazione delle vetrine della Sala Islamica
con luce solare, collaborando con CEO e museo Stibbert al progetto “Girasoli”. L’impianto
permette di sfruttare completamete la luce solare in quanto fornisce illuminazione diretta,
69
accoppiando collettrori solari a fibre ottiche. Quando l’illuminazione non è necessaria, il
sistema accumula energia elettrica focalizzando la luce solare su celle fotovolatiche ad alto
rendimento.
Nell’ambito della concentrazione di luce solare su celle fotovoltaiche, l'INOA collabora con
ENEA dal 2003 al Progetto Phocus. La collaborazione con ENEA prosegue con lo sviluppo
congiunto di un simulatore solare per i test sulle celle fotovoltaiche a concentrazione.
Sempre nel campo del fotovoltaico a concentrazione, INOA sta attivando una
collaborazione con Edison S.p.A, SEMLABS, UNIPR Dip. Ingegneria, IMEM-CNR,
Imperial College per un progetto riguardante concentratori di luce solare su celle PV
innovative, appositamente messe a punto dal suddetto gruppo di ricerca.
Competenze:
Progettazione e collaudo di sistemi ottici, radiometria, fotometria, colorimetria.
Attualmente l’INOA prosegue la sperimentazione presso il Museo Stibbert, controllando
l’istallazione dei Girasoli e migliorando le prestazioni del sistema di illuminazione delle
vetrine tramite luce solare.
Oltre alla partecipazione con ENEA al progetto Phocus, con test ottici su lenti prismatiche
e di Fresnel, INOA ottimizzerà le caratteristiche ottiche di un simulatore solare
sviluppando un sistema ottico di focalizzazione. Parallelamente INOA collaborerà con il
gruppo di Ricerca dell’Università di Parma (Edison S.p.A, SEMLABS, UNIPR Dip.
Ingegneria, IMEM-CNR, Imperial College) allo studio di un altro simulatore solare,
migliorandone le caratteristiche di uniformità di immagine.
Si attende l’esito della valutazione del Progetto Esecutivo FISR (Fondo Integrativo Speciale
per la Ricerca), presentato nel programma strategico ”nuovi sistemi di produzione e
gestione dell’energia” e con obiettivo “vettore idrogeno”. Il progetto, dal titolo “Sistema
integrato di produzione e stoccaggio di idrogeno ottenuto da reforming di gas naturale e
biogas assistito dall’energia solare (Sipirs), coinvolge diversi enti di ricerca, università e
imprese: Consorzio Roma Ricerche, Centro Interuniversitario Di Ricerca Per Lo Sviluppo
Sostenibile, Istituto Nazionale di Ottica Applicata, E.S.Co. Solar, Cefla Finishing S.P.A.,
Globe, Scandiuzzi.
2005– 2007
• Monitoraggio ed ottimizzazione dell’impianto “Girasoli”, migliorandone efficienza di
collezione ed accoppiamento in fibra. Eventuale estensione ad altre applicazioni delle
tecnologie di illuminazione per interni con sfruttamento completo della luce solare.
• Ampliamento delle ricerche nel settore delle celle fotovoltaiche a concentrazione:
1. Sviluppo di sistemi ottici per focalizzare la luce di un simulatore solare per celle PV
a concentrazione.
2. Studio di ottiche di collezione per applicazioni a concentrazione su celle PV.
3. Analisi ed ottimizzazione dell’uniformità dell’immagine di un simulatore solare.
PERSONALE
2005
2006
2007
Fontani
9
9
9
Jafrancesco
2
2
2
Mercatelli
2
2
2
Sansoni
8
8
8
Collaborazioni: CEO, ENEA.
70
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
FISR Sipirs (da approvare)
ENEA
EDISON
2005
20.000
120.000
67.859
15.000
2006
10.000
120.000
67.859
15.000
2007
10.000
120.000
67.859
15.000
222.859
212.859
212.859
Totale
40.000
360.000
203.577
45.000
0
648.577
859
12.859
12.859
26.577
2005
200.000
14.000
8.000
222.000
2006
200.000
2007
200.000
200.000
200.000
Totale
600.000
14.000
8.000
622.000
MUSEO STIBBERT: L’istallazione presso il Museo Stibbert di un prototipo divulgativo e di
un impianto di illuminazione della Sala Islamica ad energia solare hanno valorizzato e
pubblicizzato il sistema Girasoli. Il Museo Stibbert, nel quale il sistema Girasoli è
permanentemente istallato e costantemente monitorato da INOA, rappresenta un
importante vetrina per le nuove tecnologie sviluppate in questa linea di ricerca. STIMA:
1.100.000 Euro.
ENEA: INOA ha sperimentato tecniche per la misurazione dell’efficienza di collezione e la
caratterizzazione di ottiche innovative per la concentrazione su celle PV quadrate. Ha
inoltre messo a punto strumentazione e metodologie per l’analisi dell’immagine quadrata
e dei contributi del collettore alla formazione dell’immagine. La collaborazione INOAENEA è partita nel 2003 e prosegue nel filone del fotovoltaico a concentrazione con lo
studio congiunto per il perfezionamento di un simulatore solare. La ricerca in questo
campo appare promettente anche se la ricaduta industriale e commerciale non è
immediata. STIMA: 400.000 Euro.
EDISON, UNIPR, SEMLABS, IMEM-CNR, IMPERIAL COLLEGE: Nell’ambito del
fotovoltaico a concentrazione INOA ha anche preso contatto con Edison S.p.A (MI) che sta
sviluppando, in collaborazione con SEMLABS (PR), UNIPR Dip. Ingegneria (PR), IMEMCNR (PR ed Imperial College (UK) un sistema di concentratori su celle PV di nuova
concezione. L’INOA sta formalizzando la partecipazione al progetto. STIMA: 400.000
Euro.
La progettazione ottica dei riflettori è condizionata dall’acquisizione di software specifici e
da calcolatori veloci in grado di ottenere in tempi brevi le mappe fotometriche sulla
superficie della cella PV.
I fondi necessari alla prosecuzione degli studi in questo settore sono in gran parte
condizionati dall’approvazione del Progetto FISR Sipirs.
71
Macrolinea: M3 - Ottica per ambiente, spazio e industria.
Proposta: M3.2 - Ottica aerospaziale ed ambientale
Proponente: Mazzinghi Piero
Sezione INOA: Firenze.
1) Contesto esterno
Questa linea di ricerca è relativa alla realizzazione di sistemi ottici destinati ad operare da
piattaforma aerea e spaziale, sfruttando la competenza dell'Istituto nella progettazione e
realizzazione di strumentazione ottica innovativa, adatta al funzionamento non solo in
laboratorio, ma anche in ambiente ostile.
La strumentazione da aereo è costituita da spettrometri a diodi laser (TDLS) per analisi
atmosferica, dedicati principalmente allo studio dei grandi temi internazionali relativi ai
cambiamenti climatici globali, legati ai protocolli di Montreal e di Kyoto, come la
riduzione dello strato di ozono e l'effetto serra. Inoltre i TDLS iniziano ad essere utilizzati
anche per misure di inquinamento urbano, sia da piccolo aereo che da terra e di
diagnostica di processi industriali. Il livello di eccellenza internazionale raggiunto dal
gruppo è confermato dall’organizzazione della principale conferenza internazionale in
questo campo (TDLS-2005).
La strumentazione spaziale è destinata all’installazione sia sulla Stazione Spaziale
Internazionale che su satelliti “free flyer”, per diverse applicazioni scientifiche e
tecnologiche e per l’osservazione della terra. In questo settore l’INOA si qualifica come
partner scientifico per le industrie del settore spaziale, colmando una carenza di
competenze specifiche (progettazione ottica, test e collaudi ottici) e proponendo nuove
applicazioni permesse dall’utilizzazione di tecnologie ottiche innovative. Questo ruolo è
inquadrato nel recente accordo generale fra CNR e Finmeccanica. L’attività viene svolta
in stretta collaborazione con le unità di ricerca omologhe degli altri Enti che operano sul
territorio (Università, CNR, INAF, INFN), realizzando una concentrazione di competenze
specifiche unica a livello nazionale.
L’attività è articolata su due linee principali, corrispondenti a due gruppi coordinati di
progetti nazionali ed internazionali che applicano rispettivamente strumentazione e
metodologie omogenee.
Spettrometri a diodo laser (TDLS, Tunable Diode Laser Spectrometers)
Sono stati realizzati due spettrometri a diodi laser ad elevata frequenza di
campionamento istallati su un aereo stratosferico, per la determinazione di specie
atmosferiche minori ed inquinanti, risolvendo le strutture fini responsabili di gran parte
della chimica eterogenea. Quando non in uso su aereo la strumentazione TDLS viene
inoltre utilizzata come sistema dimostrativo per valutare la fattibilità e la convenienza di
queste tecnologie per l’analisi dell’inquinamento urbano e dei processi industriali,
nell’ambito di progetti nazionali e regionali.
Sistemi ottici per applicazioni spaziali
Per il progetto EUSO (Extreme Universe Space Observatory), relativo alla misura dei raggi
cosmici di altissima energia dalla ISS (International Space Station), sono in corso la
progettazione del telescopio e delle ottiche di piano focale, di cui è in corso la
realizzazione di prototipi.
72
Per FSL (Fluid Science Laboratory), un laboratorio per esperimenti di fisica dei fluidi in
microgravità da installare nel modulo Columbus di ISS, è in corso l’aggiornamento del
modello ingegneristico e la progettazione di nuovi sistemi diagnostici per il modello di
volo.
Per la strumentazione da satellite l’INOA partecipa alla progettazione di un payload
innovativo per l’osservazione della terra per conto di ASI (Progetto CIA: Camera
Iperspettrale Avanzata); In risposta ad un tender ESA (ALC, advance lidar concept) è stato
proposto un sistema lidar innovativo con ottiche adattive.
L’attività da piattaforma aerea è coordinata dal Gruppo Europeo di Interesse Economico
(GEIE) “Geophysica”, di cui INOA è membro, che gestisce l’aereo stratosferico russo
Miyashichev M55 Geophysica, al momento l’unico aereo da ricerca disponibile in Europa
capace di superare i 21 km di quota. Il GEIE coordina la partecipazione dei membri ai
principali progetti internazionali per lo studio della fisica e chimica dell’alta troposfera e
bassa stratosfera connessi ai climatici globali, in cui l’INOA ha il compito di studiare con i
sistemi TDLS le strutture a piccola scala, attualmente poco conosciute. L’utilizzazione di
questi sistemi anche per l’analisi di inquinamento urbano, da terra o da piccoli aerei, sta
inoltre aprendo nuove prospettive per il controllo ambientale, di interesse sia delle
agenzie regionali e nazionali, che dell’industria.
Nel campo dei sistemi spaziali l’INOA sta diventando un interlocutore di riferimento per
le Agenzie Spaziali, principalmente ASI ed ESA, ma anche NASA e recentemente
l’Agenzia Spaziale Canadese (CSA), per quanto riguarda progettazione e collaudo di
sistemi ottici spaziali.
Le applicazioni vanno dall’astronomia dei raggi cosmici (EUSO), alla diagnostica ottica di
esperimenti in microgravità sulla ISS (FSL), all’osservazione della terra con sistemi
iperspettrali (CIA). Quest’ultimo è un settore di interesse strategico per l’industria
nazionale e l’INOA sta contribuendo a mantenere il ruolo di eccellenza Italiana a livello
internazionale.
Recentemente è stata iniziata una attività nel campo dei Lidar da piattaforma spaziale,
proponendo nuove tecnologie che potrebbero portare allo sviluppo di payload per nuove
applicazioni per in monitoraggio della terra e dell’atmosfera.
Competenze:
Progettazione e realizzazione di sistemi di spettroscopia laser e di strumenti
optoelettronici per condizioni ambientali estreme. Progettazione, test e calibrazioni di
sistemi ottici per applicazioni spaziali. Consulenza all’industria, sulle tematiche di cui
sopra.
Il progetto Europeo TROCCINOX prevede per il gennaio 2005 una campagna di misura
tropicale in Brasile. In base alle richieste dei partner e del coordinatore il TDLS MIR,
verrà utilizzato la misura di CO, mentre il sistema TDLS NIR misurerà CH4. Le misure
saranno utilizzate per determinare il trasporto in stratosfera di componenti atmosferici di
origine antropica da parte della convezione tropicale. Successivamente verrà completata
l'elaborazione ed interpretazione dei dati acquisiti nella campagna.
Per progetto Europeo SCOUT-O3, iniziato a fine 2004, è pianificata una campagna in
Australia nel 2006. Nell'intervallo fra le due campagne gli strumenti saranno utilizzati per
misure dimostrative di inquinamento in aree industriali, in un progetto coordinato da
ARPAT-Toscana,
Per il progetto EUSO, che è in attesa dell'approvazione della fase B da parte di ESA,
l'attività proseguirà con la progettazione di nuovi sistemi per l'osservazione di neutrini.
73
Per FSL era originariamente previsto il lancio entro il 2006, ma vista la situazione degli
Shuttle è probabile un rinvio. Nel frattempo sarà completato l'aggiornamento del modello
ingegneristico per utilizzarlo come duplicato a terra del sistema di volo.
Per il progetto ASI-CIA è prevista la fase operativa, vista la buona valutazione da ASI dello
studio di fattibilità. Nell'ambito della collaborazione con INAF verrà installata la cella di
assorbimento per la taratura del telescopio nazionale Galileo.
Nel corso del 2006 inizierà la progettazione e realizzazione di sistemi ottici per Lidar, per
progetti ASI ed ESA.
Un grosso impegno è l'organizzazione del congresso internazionale TDLS 2005, che è
anche il riconoscimento del livello di eccellenza raggiunto in questo campo.
L’attività include eventi a date fisse, campagne, lanci spaziali ecc, non organizzati da
INOA e richiede una pianificazione delle risorse economiche ed umane. Le altre attività
sono quindi condizionate da questi eventi, in quanto il personale che vi partecipa è in
gran parte lo stesso.
2005
• Campagna di misura TROCCINOX in Brasile
• Organizzazione della Conferenza TDLS 2005
• Preparazione strumenti progetto INTERREG “MEDUSE”
• Inizio dello studio di Fase B del progetto EUSO
• Implementazione nuove diagnostiche olografiche su FSL
• Collaudi ottici del modello ingegneristico aggiornato di FSL
• Inizio attività Progetto ESA ALC (Advanced Lidar Concept)
2006
• Campagna di misura SCOUT-O3 in Australia
• Campagna di misura progetto INTERREG “MEDUSE”
• Completamento aggiornamento TDLS da aereo
• Lancio di FSL (compatibilmente con la disponibilità dello Shuttle)
• Completamento telescopio dimostratore di ALC
• Completamento Fase B di EUSO
2007
• Campagna di misura AMMA in Senegal
• Studio operativo Advanced Lidar
PERSONALE
2005
2006
2007
D'Amato
12
12
12
Mazzinghi
12
12
12
Ricercatore B2/2004
12
12
12
Bratina (TD)
12
12
Viciani (TD)
12
12
6
Ricercatore T.D. ASI
6
12
6
Zuccaro (Ass ASI)
12
6
Gambicorti (Dottorato)
12
12
Borsista CIA
12
12
12
Collaborazioni:
La collaborazione più stretta nell’ambito del Geophysica GEIE avviene fra i 7 membri
74
effettivi, fra cui lNOA, e i 10 membri associati che fanno parte del consorzio, a cui
vengono aggiunti eventuali altri partecipanti ai singoli progetti. Queste collaborazioni che
hanno portato a pubblicazioni comuni con ricercatori del CNR, in particolare IFAC ed
ISAC e della società SIT, e con gli altri membri esteri del consorzio.
Il progetto EUSO prevede al momento la collaborazione di 26 Enti nazionali ed
Internazionali, di cui 6 sono in collaborazione diretta con l’INOA. Una parte dell’attività
di EUSO è inquadrata in un progetto INFN, denominato AirWatch R&D, finanziato come
Sezione INFN di Firenze, a cui 2 ricercatori INOA sono associati. La collaborazione
diretta è con il Dipartimento di Fisica e quello di Astronomia e Scienza dello Spazio
dell’Università di Firenze, con pubblicazioni e report del progetto comuni.
Per il progetto FSL la collaborazione diretta è con ESTEC, Verhaert Space e LambdaX.
Per il Progetto CIA la collaborazione è principalmente con Galileo Avionica, BU Ottica e
Spazio.
Recentemente è stata attivata una collaborazione con INAF nel campo delle ottiche
adattive e dei sistemi di taratura per il telescopio Galileo.
Vista l’intensa collaborazione in area locale è stata proposta la sua formalizzazione,
realizzando un centro di eccellenza nazionale (Centro di Ottica per la Ricerca Spaziale ed
Ambientale: CORSA), a cui hanno dato l’adesione preliminare INOA, CNR, INAF,
Università e LENS, oltre alle industrie del settore.
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni (Dottorato)
TOTALE
2005
38.000
130.000
168.700
121.551
63.000
20.000
541.251
2006
20.000
140.000
168.700
130.657
71.000
20.000
550.357
453.489
Totale
68.000
420.000
506.100
300.997
210.000
40.000
1.545.097
-65.749
244.357
245.489
424.097
2006
50.000
100.000
20.000
76.000
60.000
2007
40.000
50.000
20.000
38.000
60.000
306.000
208.000
Totale
277.000
310.000
85.000
264.000
150.000
35.000
1.121.000
Progetti UE
ESA
Regione
ASI
INAF
Conferenza TDLS
2005
187.000
160.000
45.000
150.000
30.000
35.000
607.000
2007
10.000
150.000
168.700
48.789
76.000
Progetto FSL
Il valore totale del progetto per Alenia Spazio, che è il prime contractor per ESA, supera i
150 M€.
Progetto CIA
La prosecuzione del progetto dovrebbe portare alla realizzazione di un piccolo satellite
con un sistema iperspettrale realizzato da un gruppo di Aziende Italiane capeggiate da
Galileo Avionica, per un valore stimato di circa 30 M€.
75
Progetto EUSO
La valutazione del ritorno sul sistema industriale Italiano è al momento prematura, in
quanto non è ancora stato attribuito la suddivisione delle risorse fra i vari paesi
partecipanti. Comunque visto che l'impegno totale per la missione è valutato in oltre
600 M€, e che la proposta ed il PI sono italiani è ipotizzabile un ritorno di almeno il 25 %,
pari a 150 M€.
Contratto El.En.
La realizzazione in serie del prototipo di dissettore laser aumenterà la competitività
dell’azienda nel campo dei laser a stato solido per applicazioni medicali, che portano ad
un fatturato annuale di oltre 1 M€.
Totale 331 M€.
Lo spazio totale a disposizione del gruppo è sufficiente per i programmi a medio termine,
tuttavia è distribuito fra le sedi di Arcetri (1 studio), Sesto Fiorentino (1 laboratorio) e di
Campi Bisenzio (1 laboratorio, 2 studi, 2 locali di servizio). Tale situazione non è ottimale
in quanto costringe il personale a frequenti spostamenti, anche di durata non trascurabile
per il fatto che la sede di Campi Bisenzio, dove è allocata la parte maggiore dell’attività,
risulta tuttora carente di infrastrutture (strumentazione di base, attrezzature di
laboratorio, officine, connessioni di rete, biblioteca). Tenuto conto che la maggior parte
delle collaborazioni scientifiche locali (CNR, Università, LENS, INFN) sono dislocate
presso il Polo Scientifico di Sesto Fiorentino l’efficienza del gruppo sarebbe ottimizzata
riunendo in tale sede tutte le attività, in particolare presso l’area CNR nel nuovo edificio
in corso di completamento. Le principali collaborazioni industriali locali attualmente in
atto (Galileo Avionica ed El.En) rimarrebbero comunque a breve distanza.
Nel caso di trasferimento presso l’area CNR sarà necessario un investimento in
attrezzature di base di laboratorio (banchi ottici, tavoli e mobilio da laboratorio) in
quanto al momento uno dei laboratori utilizza infrastrutture del Dipartimento di Fisica,
che devono essere restituite.
76
Proposta: M3.3 - Sistemi ottici per nuove geometrie Laser
Proponente: Antonio Lapucci
Sezione INOA: Firenze, Napoli.
1) Contesto esterno
L’enorme progresso tecnologico delle sorgenti a semiconduttore a cui si è assistito negli ultimi
anni induce a pensare che in tempi non lontani questo tipo di laser coprirà la più larga fetta
del mercato totale delle sorgenti per applicazioni industriali. Si vedranno sempre più sorgenti
multi-kW sia a semiconduttore diretto che a stato solido pompate da diodi. In particolare si
prevede che i laser a semiconduttore rimpiazzeranno anche le ben più affermate sorgenti a
gas anche nei segmenti di potenza superiori al kW.
Da un punto di vista dello sviluppo di nuove sorgenti, le più recenti ricerche hanno messo in
luce quanto sia importante abbandonare la normale geometria asso-simmetrica per superare i
limiti imposti, tanto da ovvie leggi fisiche che da problemi tecnologici, all’efficienza ed alla
qualità dell’estrazione ottica di potenza da quasi tutti i mezzi attivi. Ciò ha dato origine a
laser in geometria Slab ( a “lastra” ) o a disco, o ancora a sorgenti basate su schiere di molti
laser (“laser-array”). Questo cambiamento di prospettiva provoca il necessario abbandono dei
tradizionali schemi di risonatore ottico e dei mezzi di collimazione e focheggiamento. In
particolare l’enorme sviluppo previsto nel settore dei diodi laser di potenza richiede un
adeguato sforzo nella ricerca di schemi ottici che si adattino alle geometrie dettate da questa
nuova tecnologia.
Nell’ultimo anno è stato costruito e sperimentato un laser slab con mezzo attivo a matrice
ceramica. Il sistema (di dimensioni estremamente contenute) accoppiato ad un tradizionale
risonatore stabile ha fornito prestazioni di rilievo come una potenza estratta (in regime QCW)
di 350 W con un’efficienza ottica prossima al 30% (ed un’efficienza incrementale (slope)
dell’ordine del 48%). L’attività attualmente in corso riguarda l’ottimizzazione del sistema
ottico di accoppiamento fra diodi laser di pompaggio e barra ceramica e la predisposizione di
nuovi risonatori per sfruttare la geometria dell’attuale barra di YAG ceramico.
Si sta anche lavorando nella prospettiva di realizzare prototipi con potenze medie più alte,
per la costruzione dei quali è necessario approvvigionarsi di array di diodi laser sempre più
potenti e dunque più grossi. Con lo svolgimento di questa attività stiamo costruendo un
prezioso know-how nel campo di sorgenti a stato-solido pompate a diodi, di fatto nuovo per i
laboratori Laser INOA.
Siamo del resto in attesa dell’avviamento del progetto LACER (acronimo di LAser CERamico)
oggetto di finanziamento F.A.R. (legge 297) in collaborazione con Consorzio CALEF, ENEA,
El.En. SpA ed RTM SpA, per un budget totale di 6.740.800 € (quota INOA 846.000 €). La fase
istruttoria è stata positivamente conclusa e sono oramai attivi da tempo gli spazi nelle sedi di
Capalle (FI) e Napoli per lo svolgimento delle attività di progetto.
L'obiettivo generale di questa linea di ricerca è investigare nuove strade per la realizzazione di
sorgenti di potenza medio-alta per le applicazioni industriali. Si intende studiare la possibilità
di realizzare sorgenti basate su mezzi attivi molto sottili in modo da permettere una buona
rimozione del calore in eccesso. La recente scoperta di nuove tecniche per la realizzazione di
77
mezzi attivi ceramici con buone qualità ottiche, rende questa linea investigativa
particolarmente interessante. Con queste tecnologie, infatti, è possibile realizzare mezzi attivi
di geometrie non convenzionali, per i quali risulta necessario adottare schemi ottici adeguati.
E’ inoltre un compito del nostro gruppo di ricerca nell’ambito del progetto LACER indagare
le proprietà ottiche dei mezzi a matrice ceramica rispetto a quelli cristallini o vetrosi ed in
particolare partecipare alla caratterizzazione ed all’ affinamento delle ceramiche che saranno
prodotte da un partner del progetto (ENEA Faenza).
Competenze:
Progettazione e lavorazioni ottiche. Studio ed analisi della propagazione di fasci laser.
Utilizzo sperimentale di sistemi laser di potenza. Fisica dei laser a stato solido
Nell’arco del triennio su cui si articolerà anche il progetto LACER si realizzeranno diversi
prototipi di sorgenti a stato solido pompate a diodi sulle quali potranno essere
comparativamente testati diversi tipi di risonatore. Nell’ambito del progetto LACER dovremo
anche partecipare alla realizzazione di un laser modulare a stato solido da 2 kW.
Le attività da svolgere sono riassumibili nei seguenti temi principali:
• Misura e caratterizzazione di mezzi attivi ceramici, cristallini e vetrosi per quanto riguarda
proprietà ottiche quali: assorbimento e scattering alle frequenze di pompa e laser,
guadagno lineare in varie geometrie di pompaggio.
• Caratterizzazione dei mezzi ceramici anche in termini di lavorabilità, finitura superficiale
e confronto con i mezzi attivi attualmente utilizzati.
• Investigazione degli schemi di pompaggio a diodi di potenza: ottimizzazione degli
accoppiamenti e dell’efficienza ottica.
• Sperimentazione di estrazione ottica dai suddetti materiali in cavità con configurazioni
classiche ( ad esempio con risonatore piano o stabile).
• Investigazione di configurazioni diverse per la cavità ottica (risonatore instabile, o ibrido).
2005
• Ottimizzazione e confronto di diversi schemi di pompaggio.
• Caratterizzazione di mezzi ceramici e confronto con cristallini e vetrosi.
• Primi test di risonatori ibridi (stabili-instabili) su slab ceramica.
2006
• Applicazione degli studi precedenti alla realizzazione di prototipi con potenza media 200
W (come da progetto LACER).
• definizione dei parametri utili per la scalatura a potenze più alte.
2007
• Realizzazione dei primi prototipi con potenza media in classe 1 kW.
• Prosecuzione studi comparativi fra diversi mezzi attivi.
• Studio di possibili architetture alternative alla SLAB.
PERSONALE
2005
2006
2007
Ciofini
8
8
8
Lapucci
8
8
8
Ricercatore T.D. LACER FI
12
12
12
Ricercatore T.D. LACER NA1
12
12
12
Ricercatore T.D. LACER NA1
12
12
12
78
Collaborazioni:
Nell'ambito del progetto LACER (finanziato Murst) saranno attive collaborazioni con enti di
ricerca (ENEA) e industrie del settore (El.En. SpA e RTM SpA). Il progetto prevede anche la
partecipazione di un utilizzatore del settore cantieristica (Cantieri Rodriguez).
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
FAR - LACER (Na)
FAR - LACER (Fi)
2005
60.000
60.000
67.555
109.169
4.000
2006
55.000
55.000
67.555
109.169
4.000
2007
50.000
55.000
67.555
109.169
4.000
300.724
290.724
285.724
Totale
165.000
170.000
202.665
327.507
12.000
0
877.172
148.724
138.724
133.724
421.172
2005
2006
2007
120.000
32.000
120.000
32.000
120.000
32.000
152.000
152.000
152.000
Totale
360.000
96.000
456.000
Questo progetto ha un immediato riscontro in termini di flusso di risorse generato,
determinando una attività di ricerca a carattere misto pubblico/privato del valore di
6.800.000 € in tre anni. Considerato poi che la ricerca è mirata allo sviluppo di nuove sorgenti
e coinvolge il produttore leader nazionale del settore, è logico aspettarsi anche incrementi di
fatturati per i partner privati del progetto, fra l’altro in un settore industriale ad alta
tecnologia in cui ogni singolo sistema ha valore di alcune centinaia di migliaia di euro. Il
possesso delle tecnologie adeguate appare dunque immediatamente strategico.
I target che ci siamo posti in questo progetto sono molto ambiziosi, tuttavia i risultati ottenuti
nel 2004 sono più che positivi ed hanno per noi determinato un sostanziale passo in avanti
nelle conoscenze in settori tecnologici (materiali ceramici e pompaggi a diodi di alta potenza)
di fatto totalmente nuovi per i nostri laboratori. Le probabilità di successo sembrano
strettamente legate alla profiquità delle collaborazioni e ai finanziamenti che proverranno
dal Progetto LACER.
79
Proposta: M3.4 - Qualità ottica di fasci laser
Proponente: Antonio Lapucci
Sezione INOA: Firenze.
1) Contesto esterno
In gran parte delle applicazioni industriali, la funzionalità di una sorgente laser è fortemente
legata alle caratteristiche della distribuzione di campo e.m. che si viene a formare nella zona
spaziale dove il fascio luminoso viene messo a fuoco. Queste caratteristiche determinano la
"Qualità Ottica" del fascio stesso che risulta quindi una specifica fondamentale al pari della
potenza totale emessa. La definizione dei parametri di qualità ottica richiede procedure di
misura complesse, in parte standardizzate da documenti ISO. Per lo studio delle
problematiche aperte in questo campo e per la definizione ed il miglioramento delle norme di
misura esiste un progetto internazionale (parzialmente finanziato EUREKA) che coinvolge
molti gruppi di ricerca ed industriali a livello mondiale. La capacità di misurare grandezze
come divergenza e dimensione spaziale di fasci laser è utile ai fini della determinazione di
conformità a norme di sicurezza laser come la CEI-EN 60825-1. L’individuazione di procedure
più raffinate di misura si rende infine necessaria tutte le volte che ci si trovi a dover
caratterizzare sorgenti che producono fasci non ben modellizzati dalla teoria dei fasci
gaussiani. E’ questo il caso ad esempio di tutti i laser con cavità ad accoppiamento diffrattivo.
In sostanza si prosegue l’attività avviata a partire dal 2000 nel contesto del Progetto Eureka
Nr. E!-2359 (CHOCLAB II). In quel progetto è stato sviluppato e caratterizzato un
campionatore ottico in riflessione per fasci di alta potenza che permetta di eseguire misure su
fasci secondari di potenza ridotta senza indurre aberrazioni sul fascio oggetto della misura.
Più recentemente è stato realizzato e caratterizzato uno specchio in rame deformabile per
mezzo di variazioni di pressione sul fluido di raffreddamento.
I due componenti rappresentano gli elementi chiave di una catena attiva (o adattiva) di
convogliamento di un fascio laser di alta potenza in applicazioni industriali come il taglio
laser su sistemi a corsa lunga. E’ stata incrementata e messa in funzione la strumentazione
(accresciuta grazie a i fondi 2003) di misura utile per le attività di servizio verso terzi (come la
fornitura di prove tecniche di conformità alle norme di sicurezza per radiazione Laser). Le
misure di qualità dei fasci laser vengono infine eseguite nel contesto delle ricerche sulle
sorgenti. E’ stata inoltre avviata, in collaborazione con l’unità di Napoli, l’attività di sviluppo
di componenti per la combinazione di fasci laser di alta potenza basti su reticoli con passo
inferiore alla lunghezza d’onda.
Il nostro obiettivo principale è quello di stabilire procedure di misura della qualità ottica di
fasci laser di alta potenza, come quelli usati nelle applicazioni industriali, studiando
opportuni componenti ottici che permettano di campionare e trattare fasci di alta potenza. Al
tempo stesso si vuole acquisire strumentazione e competenze che possano essere fornite a terzi
(aziende operanti nel settore) sotto forma di attività di servizi di certificazione.
Competenze:
Progettazione e lavorazioni ottiche. Studio ed analisi della propagazione di fasci laser. Ottiche
diffrattive nell’IR. Sensori e trasduttori.
80
Oltre alla attività interna e/o conto terzi di misura su fasci si intende proseguire quella di
sviluppo e caratterizzazione componenti ottici per fasci laser. In questo contesto si proseguirà,
in collaborazione con l’unità di Napoli, l’attività di sviluppo di componenti per la
combinazione di fasci laser di alta potenza basati su reticoli con passo inferiore alla lunghezza
d’onda. Compatibilmente con i finanziamenti disponibili si realizzerà anche un campionatore
per laser Nd:YAG di potenza (in corso di sviluppo nell’ambito del progetto LACER).
2005
• Estensione delle procedure di misura a sorgenti Nd:YAG di alta potenza.
• Sviluppo componenti sommatori di fasci laser di potenza
• Attività di misura e certificazione per terzi
2006
• Misure di qualità ottica su fasci Nd:YAG di potenza
2007
PERSONALE
2005
2006
2007
Ciofini
4
4
4
Lapucci
4
4
4
Collaborazioni:
E’ avviata una collaborazione con l’unità di Napoli per la realizzazione del reticolo sublunghezza d’onda.
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
2005
10.000
7.000
33.777
2.000
2006
10.000
7.000
33.777
2.000
2007
8.000
6.000
33.777
2.000
52.777
52.777
49.777
Totale
28.000
20.000
101.331
6.000
0
155.331
45.777
45.777
42.777
134.331
2005
2006
2007
Conto terzi
7.000
7.000
7.000
7.000
7.000
7.000
Totale
21.000
21.000
Il progetto fornisce un servizio alle imprese nelle misure di radiazione emessa dai laser (utili
anche per la determinazione delle classi di sicurezza dalla radiazione – secondo la norma
CEI_EN 60825-1) e corrispondentemente ha un ritorno per il sistema produttivo.
Non si prevedono punti di critici.
81
Proposta: M3.5 - Laboratorio di interferometria (Centro SIT n. 130)
Proponente: Molesini Giuseppe
Contesto esterno
La produzione e la commercializzazione dei componenti ottici costituiscono settori
significativi dell’economia nazionale. In particolare, la grande industria ha concentrato
competenze specifiche in poche Aziende ad alto valore tecnologico, mentre la piccola
industria è presente sul mercato con una produzione che punta sulla qualità per competere
con l’importazione di massa da paesi terzi. Nel panorama nazionale si riconosce la
necessità di mantenere al piú alto livello le competenze conoscitive e produttive nel campo
dell’ottica fine, e di disporre di un riferimento scientifico di valenza internazionale su cui
fare affidamento per il supporto delle attività produttive e delle ricerche di settore.
La moderna caratterizzazione dei componenti e dei sistemi ottici fa riferimento a
competenze di interferometria; il settore chiave dell’attività di caratterizzazione è costituito
dalla metrologia legale. Il Sistema Nazionale di Taratura (SNT), istituito con Legge 11
agosto 1991 n. 273, svolge il compito di assicurare la riferibilità ai campioni nazionali dei
risultati delle misurazioni. Il SNT opera mediante Istituti Primari e Centri del Sistema di
Taratura in Italia (SIT), accreditati in base alle norme UNI-CEI EN. I certificati emessi dai
Centri SIT sono riconosciuti in tutti i paesi aderenti alla “European Cooperation for
Accreditation” (EA). La domanda di taratura è in fase di crescita, sia come quantità sia
come tipologia, a causa della necessità della produzione e dei servizi di adeguarsi alla
normativa vigente sull’assicurazione della qualità.
L’INOA ha una lunga tradizione nel settore dei collaudi ottici; in questo ambito si coltivano
competenze e si sviluppano temi specifici in base alla domanda esterna e agli interessi
prevalenti della ricerca di settore.
Gli attuali programmi di lavoro comprendono:
• Studio di uno standard di planarità assoluta realizzato con specchio liquido.
• Misura interferometrica del parallelismo di serie di dischi ottici per il controllo dei
micrometri per esterni.
• Misura della rugosità media (Ra) delle superfici lucidate otticamente.
• Integrazione dei componenti ottici convenzionali nei processi di registrazione olografica.
Inoltre dal 15/12/00 il laboratorio di interferometria INOA è attivo come Centro SIT,
accreditato per la taratura di planarità dei dischi ottici.
Si eseguono tarature per conto di terzi, e si mantiene l’operatività del Centro secondo le
prescrizioni dell’accordo di accreditamento.
Nel contempo si partecipa a confronti interlaboratorio su grandezze di competenza, e si
sviluppano metodi e procedure per estendere le capacità di certificazione del Centro.
La ricerca si propone di fornire un contributo alle conoscenze sulla caratterizzazione dei
componenti ottici, a supporto delle attività produttive e della ricerca di settore. Si tratta di
studiare quelle grandezze (regolarità della forma, grado di finitura superficiale, proprietà
82
funzionali) che forniscono valore aggiunto al componente e lo caratterizzano in termini di
qualità. Il Centro si propone di offrire un servizio di taratura di riconosciuta valenza alla
domanda esterna.
Si intendono valorizzare le competenze acquisite negli anni nel settore dell’ottica di base
(ottica geometrica, ottica fisica), in un ambiente di laboratorio configurato secondo la
normativa vigente e dotato di strumentazione allo stato dell’arte.
Competenze:
Le competenze da utilizzare sono quelle dell’ottica di base (ottica geometrica, ottica fisica),
in un ambiente di laboratorio dotato di strumentazione allo stato dell’arte.
Si fa riferimento a competenze dell’ambito della metrologia legale e della normativa
sull’assicurazione della qualità.
• Impiego di specchi liquidi per la validazione dei metodi interferometrici nella
definizione dei campioni di planarità assoluta.
• Studio della stabilità a lungo termine dei campioni di forma geometrica.
• Realizzazione di ologrammi con sistemi centrati a due specchi.
• Definizione di metodi sperimentali per la misura riferibile della rugosità.
Inoltre:
• Taratura di campioni come da accordo di accreditamento.
• Partecipazione a confronti interlaboratorio (round robin) su grandezze di competenza.
• Sviluppo di metodi e di procedure per estendere la capacità di certificazione.
• Collaborazione con l’Istituto e Museo di Storia della Scienza (IMSS) per la
caratterizzazione di componenti e sistemi ottici di interesse storico e museale.
Gli obiettivi specifici sono il mantenimento dell’operatività del Centro SIT, l’estensione del
repertorio delle misure e lo sviluppo delle competenze nel settore dei componenti ottici.
2005
• Estensione dell’accreditamento del Centro SIT alla scadenza.
• Messa in opera di procedure interne per la misura interferometrica del parallelismo.
• Realizzazione di ologrammi con sistemi centrati a due specchi.
• Collaborazione con IMSS per lo studio di ottiche del ‘600.
2006
• Mantenimento dell’operatività del laboratorio come Centro SIT.
• Definizione di metodi sperimentali per la misura riferibile della rugosità.
2007
• Mantenimento dell’operatività del laboratorio come Centro SIT.
• Definizione di metodi sperimentali e analitici per la misura generalizzata di forma.
PERSONALE
2005
2006
2007
Molesini
12
12
12
Vannoni
12
12
12
Collaborazioni:
S.F. Jacobs (Optical Sciences Center, Tucson), I. Weingaertner (PTB, Braunschweig), M. Trivi
(CIOp, La Plata), P.K. Buah-Bassuah (Lafoc, Cape Coast), A. Righini (Univ. Firenze), R.
Habel (Univ. Cagliari), G.B. Picotto (IMGC, Torino), P. Galluzzi (IMSS, Firenze), E.
Schettino (Univ. Napoli), F. Bònoli (Univ. Bologna).
83
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
Lavoro su Commessa Terzi
2005
5.000
5.000
134.397
5.000
2006
10.000
10.000
134.397
5.000
2007
15.000
15.000
134.397
5.000
149.397
159.397
169.397
Totale
30.000
30.000
403.191
15.000
0
478.191
134.397
139.397
144.397
418.191
2005
2006
2007
15.000
20.000
25.000
15.000
20.000
25.000
Totale
60.000
60.000
Si stima che la certificazione SIT e le tarature INOA inducano un flusso di risorse secondo
un fattore 10 rispetto al costo. Pertanto la stima è di Euro 150.000 nel 2005, Euro 200.000
nel 2006, e Euro 250.000 nel 2007.
Perché questa attività possa sopravvivere e raggiungere condizioni sovrasoglia è
assolutamente indispensabile che siano messe a disposizione adeguate risorse di personale,
e precisamente:
1 CTER (posizione approvata dal Consiglio Direttivo INOA 18/3/03; concorso da bandire);
1 amministrativo/segretario/archivista (richiesto nei piani triennali 2003-2005 e 20042006).
84
Proposta: M3.6 - Laboratorio di Fotometria e Illuminotecnica
Proponente: Francini Franco
1) Contesto esterno
Il crescente interesse a livello nazionale ed europeo su i problemi legati alla qualità di
prodotto e di processo impone anche nel settore dell’ottica la presenza di strutture di ricerca e
di laboratori qualificati.
Considerato che a livello nazionale i laboratori pubblici possono svolgere un ruolo importante
nel garantire l’imparzialità delle prove e che il nuovo regolamento dell’INOA affida all’ente
oltre ai compiti istituzionali anche quello della qualificazione e certificazione, diventa
importante sostenere un laboratorio che possa non solo certificare la qualità o la rispondenza
alle norme di componenti e sistemi ottici, ma offrire anche attività di ricerca e di consulenza
in un settore dove la domanda di realizzazioni ed applicazioni è in continua crescita.
Il Laboratorio di Fotometria e Illuminotecnica è una struttura di ricerca, sviluppo e servizi
la cui attività riguarda due settori distinti:
A) Ricerca e consulenza per conto di strutture private ed altri enti.
Le attività sono le seguenti:
• Lighiting simulation
• Progettazione ottica
• Sviluppo e verifica di sistemi di controllo
• Progetto di sistemi di illuminazione per applicazioni industriali e biomedicali.
B) Misure e controlli.
In questo settore il laboratorio è stato accreditato ISO9001 e può eseguire un set di misure
ormai standardizzate e protocollate:
• Misure spettrali su materiali: (Trasmittanza e Riflettanza fra 190nm e 2500nm)
• Misure spettrali su sorgenti
• Misure di colore, di coordinate cromatiche e temperatura di colore.
• Misure su sorgenti luminose pulsate (Intensità e durata dell’impulso)
• Misure di ripartizione angolare dell’intensità luminosa (su sorgenti estese fino a 50x50cm,
LED, Fibre ottiche, piccole sorgenti.
• Taratura Luxmetri (fino a 2000 Lux).
• Incrementare il numero di ordini da parte di committenti esterni.
• Rafforzare le collaborazioni con industrie ed altri enti.
• Partecipare a progetti scientifici su argomenti di fotometria ed a quelli che riguardano lo
sviluppo di controlli industriali.
• Ottenere l’accreditamento SINAL.
Competenze:
fotometria, radiometria, progetto e collaudo di sistemi ottici, misure
85
Settore A (ricerca e consulenza):
• Progettazione ottica relativa a componenti per sistemi di misura e controllo integrati in
catene di produzione.
• Sviluppo di parti ottiche da impiegare in strumentazione per uso medico e bioclinico.
• Progetto di componenti per l'illuminazione tramite l’impiego di “software” dedicato alla
"lighting simulation".
• Controllo e verifica del corretto funzionamento di apparati mobili ed automatici, dedicati
alla manutenzione ed al controllo dei sistemi di illuminazione delle piste di volo negli
aeroporti.
Settore B (misure e controlli):
• Sviluppo di metodi e procedure per la misura di grandezze radiometriche e fotometriche.
• Proseguimento e sviluppo dell'attività del Laboratorio di Fotometria e Illuminotecnica.
• Mantenimento e controllo della strumentazione nel rispetto delle normative di
certificazione.
2005– 2007
L’attività prevista per il triennio è legata prevalentemente alle richieste di ricerche e
consulenze da parte di privati ed altri enti. Sono previste commesse da parte di:
• ENEA: progetto e realizzazione di un concentratore integrato in un simulatore solare ,
verifica in laboratorio delle caratteristiche fotometriche.
• SACMI : progetto di sistemi ottici non convenzionali da inserire in un sistema di visione di
controllo industriale. Studio di metodi ottici per la ricerca di irregolarità superficiali.
Ricerca di metodologie per lo studio ed il rilevamento delle coordinate cromatiche
nell’impiego di sorgenti LED.
• IDI: Studio della parte ottica e delle problematiche di illuminazione in uno strumento
usato in dermatologia e dedicato al rilevamento di lesioni cutanee.
• ARGOS : Studio e verifica delle caratteristiche di un sistema dedicato a misure di
fotometria aereoportuale.
• SEAC: Progetto e verifiche sperimentali di parti ottiche e di sorgenti, integrate in una
macchina per analisi biocliniche.
Nel settore delle misure e certificazioni, sulla base delle esperienze del passato triennio, sono
previste richieste per un totale di circa 30 per anno. Sulla base delle commesse avute nel
triennio precedente prevediamo un incremento dell’attività di entrambi i settori A e B fra il
10% ed il 20% annuo.
Nel 2005 è previsto l’accreditamento del Laboratorio per le prove di Colore nell’ambito
SINAL.
PERSONALE
2005
2006
2007
Fontani
3
3
3
Francini
8
8
8
Jafrancesco
10
10
10
Mercatelli
10
10
10
Sansoni
1
1
1
Collaborazioni:
SEAC, ENEA, UniParma, IDI, ARGOS.
86
7) Risorse finanziarie (in Euro)
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
2005
50.000
15.000
135.408
6.000
2006
50.000
15.000
135.408
6.000
2007
50.000
15.000
135.408
6.000
206.408
206.408
206.408
Totale
150.000
45.000
406.224
18.000
0
619.224
116.408
106.408
86.408
309.224
2005
2006
Lavoro su Commessa Terzi
2007
90.000
100.000
120.000
90.000
100.000
120.000
Totale
310.000
310.000
Stimato che il flusso di risorse generato dalle attività di misure e consulenze possa in
prospettiva arrivare ad un fattore 20 del capitale investito. Considerato che nell'arco del
triennio l'apporto da privati è stimato in 300.000 euro, il flusso totale movimentato risulta di
6.000.000 Euro.
La certezza di poter riutilizzare i fondi derivanti dall'apporto di privati come materiali di
consumo ed inventariabili potrebbe condizionare positivamente lo sviluppo del laboratorio
soprattutto per riconvertire o rinnovare la strumentazione in dotazione.
87
Sintesi della Macrolinea M3 – Ottica per ambiente, spazio e industria9
Questa macrolinea M3 è composta di sei proposte.
Contribuiscono alla realizzazione degli obiettivi di questa Macrolinea tre
proposte di ricerca: Collettori di luce solare, Ottica aerospaziale ed
ambientale, Sistemi ottici per nuove geometrie laser e Qualità ottica di
fasci laser; e due attività di laboratorio Misure e Prove: Laboratorio di
Interferometria e Laboratorio di Fotometria.
Obiettivo comune di tutte queste attività è quello di fornire il necessario
supporto di conoscenze alle applicazioni dell’ottica nel campo
industriale, ambientale e spaziale. In larga parte di queste applicazioni
si incontrano problematiche simili di ottica non-imaging, applicata tanto
a sorgenti coerenti che incoerenti. Esempi eclatanti di queste coincidenze
sono evidenziati, ad esempio, dalle Celle di Heriot, usate nei nostri
laboratori tanto come celle multi-passo per spettrometri in applicazioni
spaziali, quanto come risonatori ottici per sorgenti coerenti ad alto
numero di Fresnel. E ancora da metodi e sistemi di concentrazione di
energia usati nel pompaggio a diodi di laser a stato solido o nelle
applicazioni dedicate alla rivelazione di piccoli segnali ottici.
Uno specifico bagaglio di conoscenze, unito alle potenzialità di specifici
laboratori accreditati di Misura e Prova, ci permette di partecipare a
progetti nazionali ed internazionali in campi molto diversi come ad
esempio la rivelazione di tracce di gas nella troposfera e stratosfera
inferiore (progetto TROCCINOX) o lo sviluppo di sorgenti laser a stato
solido pompate da diodi in geometria planare, per applicazioni
industriali di alta potenza (progetto LACER).
L’utenza di queste attività è la più vasta e va dai partner industriali nei
progetti applicativi (spesso aziende leader del proprio settore come El.En.
SpA o Galileo Avionica SpA), ai committenti (anche PMI) di specifiche
misure e prove su sorgenti o componenti ottici, alle agenzie pubbliche di
ricerca come ESA o ASI.
2004
Costi previsti
2005
2006
1.534.848 1.509.835 1.415.245
Quota finanziamento
su F.O.
494.047
in mesi uomo
239
724.835
239
703.245
197
Totale
4.459.928
1.922.127
675
9
a pag. 119).
88
CPX.M1 – Applicazioni interdisciplinari dei sistemi complessi
Macrolinea: CPX.M1 - Applicazioni interdisciplinari dei sistemi complessi
Proposta: CPX.M1.1 - Sincronizzazione e controllo di dinamiche complesse
Proponente: Boccaletti Stefano
Progetto: Complessità
1) Contesto esterno
Il controllo e la sincronizzazione di sistemi complessi sono due temi di ricerca che hanno
attratto un notevole interesse scientifico sin dal 1990. I differenti metodi e le diverse
tecniche proposte hanno trovato applicazioni di interesse tecnologico, specie nel campo
della trasmissione della informazione e della criptologia. Per sistemi caotici sono stati gia'
proposti e sperimentati differenti metodi di controllo e sincronizzazione per il caos
temporale e spazio-temporale, con schemi di accoppiamento simmetrici ed asimmetrici.
L’ interesse della comunita’
scientifica si sta rapidamente indirizzando verso
l’applicazione tecnologica dei risultati finora conseguiti su questi temi. Particolare interesse
hanno suscitato le applicazioni in campo biomedico e dell’ ingegneria dei sistemi e della
comunicazione. Esempi concreti sono la pre-diagnostica di crisi epilettiche su studi
magneto-encefalografici e stereo-elettro-encefalografici, il controllo di movimenti in robot e
macchine complesse, e la messa a punto di nuovi standard e tecnologie di comunicazione
sicura. Inoltre, di recente, l’ interesse si e’ concentrato sullo studio di stati sincronizzati in
reti a topologia complessa, in relazione alle implicazioni che le dinamiche su dette reti
hanno nelle scienze sociali, biologiche e della comunicazione. In particolare, sin dal 1999
sono stati introdotti modelli complessi di reti chiamati “small-world networks” e “scale-free
networks”, che sono stati applicati con successo per descrivere rilevanti aspetti della
dinamica di Internet, del World-Wide-Web, delle reti metaboliche e delle catene alimentari,
delle reti neurali e di proteine, delle reti sociali tra individui, e delle reti di distribuzione di
beni e servizi.
Per altro lato, l'analisi del trasporto e dell'immagazzinamento
dell'informazione in sistemi biologici è una problematica fondamentale per comprendere
il funzionamento dei sistemi viventi. La tematica di principale interesse riguarda lo studio
dei meccanismi di funzionamento di reti neurali. Vari modelli semplificati di neuroni sono
state introdotti allo scopo di individuare diverse classi di comportamento dinamico
Nel campo della sincronizzazione in sistemi estesi, il lavoro in corso di svolgimento
riguarda una serie di problemi specifici, tra i quali elenchiamo:
• Sincronizzazione di sistemi caotici spazialmente estesi (sistemi accoppiati, catene di
mappe, reticoli di oscillatori, equazioni modello alle derivate parziali);
• Ricostruzione di segnali su portanti caotiche;
• Controllo e sincronizzazione sperimentale di strutture in dinamiche turbolente;
• Realizzazione di sistemi di comunicazione su portanti caotiche;
• Applicazioni di stati di sincronizzazione anticipata per processi di previsione di
dinamiche complesse;
• Messa a punto di tecniche di analisi di dati sperimentali per la rivelazione e
caratterizzazione di stati di sincronizzazione.
Nel campo dell’analisi di reti complesse, l’attivita’ riguarda lo studio dell’emergenza di
89
stati sincronizzati in reti complesse di tipo “small-world networks” e “scale-free networks”.
In particolare, attraverso l’applicazione di criteri di stabilita’ delle varieta’ di
sincronizzazione, ci si propone di individuare la migliore topologia di rete che dia luogo a
fenomeni di sincronizzazione indipendentemente dallo specifico modello dinamico
implementato su ogni nodo, e di confrontare quantitativamente la propensita’ di tali
modelli a dar luogo a dinamiche di tipo collettivo. Ci si propone inoltre di applicare i
risultati teorici conseguiti su reti modello a reti “reali” nei campi della epidemiologia, dello
studio di Internet e della neuroscienza, cosi’ come di approntare esperimenti su reti
complesse in condizioni controllate di laboratorio, a tutt’oggi inesistenti nel panorama
scientifico internazionale.
Nello studio delle reti neurali, si e' iniziato ad analizzare numericamente la risposta di
modelli semplici di neurone ad un dato input dinamico, in particolare sono state esaminate
le risposte dei modelli che vanno sotto il nome di HH e LIF. Si sono anche stimati i
contenuti entropici delle risposte di tali neuroni in funzione della risoluzione temporale. Si
e' infine iniziato lo studio numerico ed analitico di semplici reti di neuroni tipo LIF ed in
particolare la stabilita' rispetto a perturbazioni infinitesime e di ampiezza finita per vari
tipi di connessioni fra i neuroni.
L’intera attività in corso si svolge in stretta collaborazione con l’Istituto dei Sistemi
Complessi del CNR, Sezioni Territoriali di Firenze e Roma (vedi Collaborazioni al seguente
punto 6) e con l’ INFM di Firenze. Inoltre, tale progetto fa riferimento a linee di ricerca
comuni al Centro Interdipartimentale sui Sistemi Complessi (CSDC) dell’Università di
Firenze.
L'obiettivo generale e' la caratterizzazione esauriente dell'emergenza di stati collettivi
sincronizzati in dinamiche complesse, al fine di utilizzare queste proprieta' per la soluzione
di alcuni problemi di rilevanza tecnologica, quali la messa a punto di nuove strategie per la
telecomunicazione e la crittografia. Allo stesso tempo ci si propone di acquisire una
adeguata conoscenza dei meccanismi fisici alla base dell'emergenza di detti stati cosi' come
dei processi che conducono al loro controllo, allo scopo di comprendere la natura di alcuni
fenomeni rilevanti comuni all'ottica nonlineare ed ad altre discipline, quali la biofisica e la
neuroscienza.
Inoltre, ci si propone di individuare modelli dinamici ottimali per lo studio di proprietà
collettive di reti di neuroni e di quantificare l'informazione processabile attraverso
l'implementazione di concetti quali l'entropia-epsilon.
Competenze:
Acquisizione, trattamento e restituzione dell’informazione ottica; dinamica nonlineare:
modellistica e controllo; laser: sorgenti e fasci; sistemi informativi per calcolo scientifico;
meccanica statistica dei sistemi complessi; teoria dei grafi e delle matrici.
Le attivita' da svolgere in questo settore possono essere schematizzate come segue:
• Studio degli effetti costruttivi del rumore nella formazione di stati sincronizzati;
• Caratterizzazione quantitativa degli effetti di accoppiamenti asimmetrici;
• Identificazione di strategie ottimali per il controllo e la sincronizzazione di sistemi
caotici spazialmente estesi;
• Analisi e caratterizzazione di stati sincronizzati su dati sperimentali;
• "Targeting" di stati estesi predeterminati;
• Formalizzazione degli elementi unificanti all'interno di una teoria coerente, e messa a
punto di nuovi esperimenti per comprovare le previsioni teoriche;
90
•
•
•
•
•
Studio dell’emergenza e della robustezza di stati sincronizzati in reti complesse;
Applicazioni di stati sincronizzati in reti reali;
Analisi di reti complesse con accoppiamenti asimmetrici;
Analisi e caratterizzazione di reti complesse a connessioni variabili nel tempo;
Individuazione di modelli dinamici ottimali per lo studio di proprietà collettive di reti
di neuroni; quantificazione dell'informazione processabile attraverso l'implementazione
di concetti quali l'entropia-epsilon (dinamica e stazionaria).
2005
• Caratterizzazione teorico-numerica degli effetti di accoppiamenti asimmetrici. Messa a
punto di schemi sperimentali per l’implementazione di accoppiamenti asimmetrici.
Caratterizzazione teorico-numerica degli effetti di accoppiamenti asimmetrici su reti
complesse pesate. Analisi dati su esperimenti di potenziali evocati.
2006
• Analisi e caratterizzazione di stati sincronizzati in dati sperimentali magnetoencefalografici da pazienti epilettici. Modellizzazione di reti complesse con
accoppiamenti variabili nel tempo. Applicazione della teoria su reti reali.
Caratterizzazione di reti neurali in termini di trasporto di informazione.
2007
• Realizzazione di dispositivi sperimentali per la sincronizzazione di stati dinamici in
sistemi complessi. Realizzazione di dispositivi sperimentali per la riproduzione ed il
controllo di stati dinamici collettivi su reti complesse.
PERSONALE
2005
2006
2007
Boccaletti
7
7
7
Meucci
2
2
2
Politi
4
4
4
Puccioni
4
4
4
Ramazza
2
2
2
Torcini
7
7
7
Kreuz (TD)
12
12
Mendoza (A)
7
Hwang (Coll.)
3
Assegnista A4
9
12
12
Assegnista A5
8
12
12
Collaborazioni:
Massimo Cencini (ISC del CNR-Roma), Michela Del Viva (Dip. Psicologia – Universita’
Firenze), R. Livi e R. Zillmer (Dip. Fisica – Universita’ Firenze e INFM), J. Kurths e C.
Zhou (Universita' di Potsdam), Hector Mancini e Jean Bragard (Universita’ di Navarra,
Pamplona, Spagna), Wolfram Just (Queen Mary College of London), Jacques Marinerie e
Mario Chavez (Ospedale La Salpetriere, Parigi), Vadim Anishchenko (Universita’ di
Saratov, Russia), H. Abarbanel (University of California, San Diego, USA), Yamir Moreno
Vega e Ricardo Lopez-Ruiz (Universita’ di Saragozza, Spagna), Eckehard Schoell
(Universita’ di Berlino), Kestutis Pyragas (Vilnius, Lituania), Lou Pecora (Naval Research
laboratori, Washington d.c., USA), Rajarshi Roy (University of Maryland, USA), Celso
Grebogi (Universita’ di San Paolo, Brasile).
91
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
2005
38.000
36.000
115.462
67.544
35.000
36.354
328.360
2006
33.000
40.000
115.462
63.000
25.000
36.354
312.816
35.000
36.354
261.816
Totale
106.000
116.000
346.386
130.544
95.000
109.062
902.992
217.360
111.816
138.816
467.992
2005
2006
2007
FIRB RBNE01CW3M_005
Eu - Marie Curie Fellowship
Proposta STREP RTN
Proposta RTN EU
Proposta FIRB 2005
33.000
78.000
78.000
111.000
45.000
45.000
33.000
201.000
2007
35.000
40.000
115.462
45.000
45.000
33.000
123.000
Totale
33.000
156.000
90.000
90.000
66.000
435.000
Aziende del settore biomedico – Lo studio dei meccanismi di sincronizzazione che
emergono associati all’ insorgenza di crisi epilettiche consentira’ di mettere a punto nuove
tecniche di pre-diagnostica di tale malattia. Cio’ consentira’ alle aziende di possedere un
know how utile per la realizzazione di diversi tipi di trattamenti non attualmente esistenti
sul mercato italiano. Stima : 100.000 €.
Impatto sul sistema sanitario – La caratterizzazione dei meccanismi alla base dell’
insorgenza di alcune patologie in neuroscienza potra’ generare nuovi prototipi di
trattamenti innovativi di tali patologie. Oltre all'evidente impatto sul sistema sanitario
nazionale, questo potrebbe generare un flusso di risorse indirette di difficile
quantificazione. Stima: >50.000 €.
Aziende del settore informatico – Lo studio dei meccanismi di sincronizzazione che
emergono in reti complesse consentira’ alle aziende del settore di mettere a punto nuove
strategie per la distribuzione e gestione dell’ informazione su rete. Cio’ avra’ ripercussioni
per la realizzazione di nuovi prototipi di rete, con prevedibili investimenti in questo settore.
Stima : > 50.000 €.
Aziende del settore farmaceutico- Lo studio della propagazione di epidemie virali in
popolazioni di individui consentira’ di mettere a punto nuove strategie di vaccinazione in
epidemiologia. Inoltre l’ applicazione di tali studi a reti reali e per malattie endemiche
permettera’ alle aziende del settore di testare efficacemente nuovi prodotti farmaceutici.
Stima : > 80.000 €.
Aziende del settore micro-elettronico - La messa a punto di strategie di comunicazione
sicura attraverso portanti caotiche opportunamente controllate consentira’ alle aziende del
settore di testare efficacemente nuovi standard per la trasmissione e ricezione di dati. Stima
: 35.000 €.
Totale >315.000 €.
• Disponibilità di due nuove unità di assegnista e di una nuova unità di personale con
profilo di Primo Ricercatore.
92
• Disponibilità di fondi da Finanziamento Ordinario nell’intervallo di tempo tra la
scadenza del progetto Europeo HPRN-CT2000-00158 (settembre 2004) ed il
finanziamento della nuova proposta di STREP Europeo richiesta prevedibile a partire
da Gennaio 2006.
• Disponibilità di fondi da Finanziamento Ordinario nell’intervallo di tempo tra la
scadenza del progetto FIRB RBNE01CW3M_005 (settembre 2005) ed il finanziamento
di eventuali nuove proposte di progetti cofinanziati per il 2006 e 2007.
93
Macrolinea: CPX.M1 - Applicazioni interdisciplinari dei sistemi complessi
Proposta: CPX.M1.2 - Formazione spontanea di strutture e fenomeni di trasporto
Proponente: Antonio Politi
1) Contesto esterno
La motivazione fondamentale per lo studio della dinamica di sistemi complessi è
l'universalità di molti fenomeni che possono essere osservati in contesti assai diversi fra loro
come idrodinamica, mezzi granulari, catene di spin, sistemi disordinati, etc. Anche se
differenze qualitative sono attese fra sistemi all'equilibrio e quelli fuori equilibrio
termodinamico e fra dinamiche classiche e quantistiche, la trasposizione di tecniche fra
questi settori si e' ripetutamente mostrata un metodo di lavoro efficace per fare progressi
significativi. Fra i vari problemi che emergono nello studio della formazione spontanea di
strutture meso e macroscopiche, sono da citare una opportuna modellizzazione degli effetti
dissipativi che non esistono a livello microscopico, lo sviluppo di metodi autoconsistenti per
la quantificazione dei flussi (di energia ed informazione) sia nello spazio reale (vedi
conduzione del calore) che attraverso scale diverse (vedi strutture turbolente, ma anche
l'evoluzione di fratture), la comprensione della stabilita' di fasi differenti, analizzando le
interfacce che le separano.
• Trasporto anamolo del calore in sistemi basso dimensionali: studio numerico e analitico
delle equazioni di mode-coupling; analisi di modelli realistici (da sistemi di Lennard-Jones
a potenziali di Tersoff); ruolo delle condizioni al contorno (resistenza di contatto);
predizione del profilo di temperatura;
• Dinamica di superfici ed interfacce: studio di instabilita', coarsening, e pattern formation
nella dinamica di superfici cristalline e processi di nucleazione ed aggregazione.
• Strutture in sistemi di sistemi di spin basso-dimensionali: studio di vortici e domini in
sistemi bidimensionali ed in array di dot magnetici; effetto del disordine sullo stato
fondamentale di sistemi di spin interagenti tramite interazione dipolare; studio della
risonanza stocastica;
• Transizioni di fase quantistiche: studio dell'effetto di campi magnetici su antiferromagneti
di Heisenberg; dinamica e quantificazione dell'entanglement;
• Strutture coerenti in plasmi spaziali: analisi dati provenienti da misure magnetosferiche;
ricostruzione tomografica della densita' elettronica tridimensionale; determinazione della
probability density function (pdf); costruzione di modelli climatologici;
• Dinamica di fratture: sviluppo di modelli micro- e mesoscopici di fratture in sistemi
disordinati; analisi dati provenienti da emissioni acustiche da sistemi sotto sforzo;
• Formazione di strutture in mezzi granulari: sviluppo di modelli; risposta di mezzi
granulari a sforzi di taglio;
Da qui in poi ci limitiamo a riportare gli obiettivi di quella parte della commessa che vede
coinvolti i ricercatori dell'INOA, altri sono specificati nella parte ISC del piano CNR.
Lo studio di vari modelli ha evidenziato una possibile dipendenza del tasso di divergenza
della conducibilità termica da alcuni dettagli della dinamica non ancora chiariti. Noi ci
proponiamo di stabilire se tutto ciò sia dovuto ad effetti di taglia finita o sia piuttosto
l'indicazione dell'esistenza di più di una classe di universalità. Un obiettivo non meno
94
importante è rappresentato dallo studio di potenziali realistici allo scopo di fare predizioni
relative a nanotubi al carbonio. Le crescenti capacità di nanomanipolazioni dovrebbero
infatti permettere tra breve la realizzazione di esperimenti in condizioni controllabili
Competenze:
tecniche di simulazione numerica; dinamica molecolare;
I ricercatori INOA prevedono di svolgere la seguente attivita':
• Analisi dettagliata delle equazioni di mode-coupling nel caso unidimensionale;
• Simulazione dei fenomeni di trasporto anomalo in modelli a dimensione ridotta: gas di
Lennard-Jones in 1D, modello XY bidimensionale, modelli realistici di nanotubi in
carbonio o polimeri;
• Studio delle correlazioni modali nella prospettiva di ricostruire il profilo di temperatura.
2005
• Caratterizzazione delle classi di universalita' previste dalla teoria di mode-coupling ; stime
numeriche del decadimento delle correlazioni nel modello XY bidimensionale.
• Analisi del ruolo delle condizioni al contorno
2006
• Simulazioni del trasporto di calore in modelli realistici (polimeri, nanotubi di carbonio)
2007
• Fenomeni di trasporto transiente e proposta di eventuali configurazioni sperimentali per
osservare i fenomeni di trasporto anomalo in nanomateriali.
PERSONALE
2005
2006
2007
Boccaletti
2
2
2
Giacomelli
2
2
2
Lepri
8
8
8
Politi
4
4
4
Delfini (B)
12
6
Collaborazioni:
Personale CNR-ISC: M. Materassi, A. Petri, M.Pettini, L. Pitolli, P.Politi, M.G. Pini, R.Ruggeri,
R.Vaia, P. Verrucchi ; Altri collaboratori per la parte INOA: R. Livi.
SPESA
2005
2006
2007
Totale
Inventariabile
5.000
5.000
5.000
15.000
Consumo
0
Personale
69.691
69.691
69.691
209.073
Missioni
7.000
7.000
7.000
21.000
Borse/Assegni
12.400
6.200
18.600
TOTALE
94.091
87.891
81.691
263.673
Progetto PRIN2003
Progetto INFM-PAIS
48.291
2005
74.891
2006
39.300
6.500
13.000
45.800
13.000
81.691
2007
0
204.873
Totale
39.300
19.500
58.800
95
Settore microelettronica e nanotecnologie: Nella misura in cui in Italia si svilupperanno
competenze nella manipolazione di nanotubi al carbonio, questa ricerca potrebbe aiutare a
combinare tale tecnologia con la microelettronica per lo sviluppo di nuove generazioni di
CPU.
• Disponibilità di risorse di calcolo addizionali.
• Disponibilità di un borsista.
96
Sintesi della ML CPX.M1 – Applicazioni interdisciplinari dei sistemi complessi9
Questa macrolinea CPX.M1 è composta di due proposte.
La prima “Sincronizzazione e controllo di dinamiche complesse”fa
riferimento allo sviluppo di tecniche per la sincronizzazione ed il
controllo di dinamiche complesse, una metodologia assai pormettente per
il controllo e trasmissione dell’informazione. Tale proposta ha inoltre,
come parte applicativa, lo sviluppo di tecniche di analisi di stati
sincronizzati in reti complesse di unità caotiche accoppiate.
La seconda “Formazione spontanea di strutture e fenomeni di trasporto”
si propone lo studio teorico della dinamica collettiva in sistemi complessi
fuori dall’equilibrio termodinamico, ed anche lo sviluppo di metodi per
la quantificazione dei flussi di energia che attraversano scale diverse.
2004
2005
2006
Totale
Costi previsti
442.006
412.146
355.031
1.209.183
Quota finanziamento
su F.O.
285.206
198.146
232.031
715.383
in mesi uomo
93
84
66
243
9
a pag. 119)
97
98
CPX.M5 – Metodi sperimentali per i sistemi complessi
Macrolinea: CPX.M5 - Metodi sperimentali per i sistemi complessi
Proposta: CPX.M5.1 - Dinamica di fenomeni complessi in ottica nonlineare
Proponente: Giacomelli Giovanni
1) Contesto esterno
Lo studio delle dinamiche complesse in sistemi ottici presenta un notevole interesse, sia da un
punto di vista fondamentale che per le possibili ricadute di tipo applicativo. L’analisi della
radiazione emessa da tali sistemi rappresenta un potente strumento investigativo, anche in
situazioni dove sono presenti forti accoppiamenti fra le parti in studio, di modo che altri
approcci possono avere carattere distruttivo. Si deve inoltre ricordare la possibilità di
controllare in modo accurato i parametri e di acquisire dati in modo continuativo e massivo,
permettendo di ottenere stime accurate di grandezze statistiche difficili, se non impossibili da
ricavare in contesti differenti.
L’effetto di un ambiente interagente con il sistema fisico in studio comporta spesso effetti che
non possono essere considerati come perturbazioni, e come tali capaci solo di alterare la
qualita’ della risposta del sistema, ma di modificarne in modo significativo il comportamento.
E’ questo il caso della risonanza stocastica, dove una quantita’ finita di rumore e’ in grado di
cambiare drasticamente la capacita’ di un sistema nonlineare di rispondere ad una
modulazione. Questo esempio e’ particolarmente importante nel campo dei laser e della
trasmissione di dati per telecomunicazioni, dove l’ottimizzazione delle modalita’ di
trasmissione può rappresentare un fattore determinante. Numerosi altri esempi si possono
portare in differenti contesti come l’ottimizzazione del rapporto segnale-rumore in sistemi di
rivelazione, le transizioni in sistemi multistabili, la formazione di pattern temporali o spaziotemporali originati da meccanismi nonlineari, ma selezionati da rumore.
In particolare, i fenomeni di autoorganizzazione in sistemi estesi portati fuori dall'equilibrio
termodinamico si presentano in numerosi sistemi, sia fisici che di altra natura. Questi
comportamenti possono essere visti come la naturale estensione al caso alto-dimensionale
delle dinamiche complesse da tempo studiate in sistemi a pochi gradi di liberta', quali ad
esempio gli oscillatori nonlineari.
Nel campo dell'ottica, la filamentazione spontanea dei fasci porta spesso a una limitazione
della qualita' delle sorgenti luminose. Non mancano pero' sistemi in cui fenomeni di
strutturazione o decoerenza spaziale della luce possono rivelarsi utili; Questo accade
tipicamente in situazioni in cui una certa informazione viene codificata nella struttura
trasversa di un fascio di luce. Appare pertanto di interesse lo studio dei meccanismi che
portano alla formazione spontanea di strutture nella sezione trasversa di fasci ottici. La
ricerca su questi temi mira sia a una comprensione a livello fondamentale dei fenomeni
osservati, sia a suggerire applicazioni e/o determinare i limiti di utilizzo di molti sistemi ottici
nell'ambito della elaborazione e dell'immagazzinamento di immagini.
Le attività attualmente in corso possono essere suddivise fra l’analisi di processi dinamici
(formazione di strutture, caos spazio-temporale, dinamiche temporali caotiche ultra-veloci) e
di fenomeni stocastici (fenomeni indotti da rumore additivo e moltiplicativo, in sistemi
multistabili anche spazialmente estesi).
99
Lo studio di formazione di strutture spaziali e' effettuato attualmente in un interferometro
nonlineare costituito da una valvola a cristalli liquidi con retroazione ottica. Di questo
sistema sperimentale esistono attualmente due repliche operanti presso l'INOA. A questo
esperimento si intende affiancarne uno relativo alla filamentazione di fasci laser in materiali
nonlineari; I cristalli fotorifrattivi appaiono essere buoni candidati per questo secondo studio.
Lo studio di processi stocastici viene effettuato principalmente in laser a semiconduttore, a
emissione laterale o verticale (VCSEL). Sono in corso estensioni dei metodi sperimentali e
teorici impiegati finora al caso del rumore moltiplicativo. Sono inoltre iniziati i primi studi
sull’effetto del rumore sul sistema della valvola a cristalli liquidi, dove sono possibili le
indagini sulle estensioni spazio-temporali degli effetti studiati in precedenza.
Oltre alle attivita' sperimentali vengono effettuate indagini teorico-numericche dei sistemi in
esame basata su metodi pseudo-spettrali o stocastici per l'integrazione delle relative equazioni
differenziali. Per la parte numerica, vengono usati intensivamente i mezzi del centro di
calcolo dell'INOA.
Lo studio dei processi stocastici sara’ principalmente rivolto all’indagine sperimentale
dell’effetto del rumore moltiplicativo in diversi sistemi ottici, e al ruolo del rumore spaziotemporale nella dinamica di un sistema esteso e alla suo capacita’ di indurre la formazione di
strutture e la transizione fra queste. Nel caso del rumore moltiplicativo, si intende studiare
come sia in grado di indurre delle rotture di simmetria e conseguentemente formazione di
patterning sia temporale che spazio-temporale. L’introduzione di rumore di differente tipo
(globale ma temporalmente scorrelato, spazialmente scorrelato e spazio-temporalmente
correlato) sul sistema della valvola a cristalli liquidi sara’ studiato sperimentalmente in modo
sistematico, focalizzando in particolare sul suo ruolo nella formazione di strutture e nelle
transizioni fra queste.
Si iniziera’ inoltre lo studio di un nuovo tipo di laser (a quantum dots), particolarmente
interessante data la sua efficienza e la sua lunghezza d’onda di emissione (1,3 micron) per
applicazioni in telecomunicazioni.
L’indagine sull’interferometro nonlineare sara’ focalizzata su tre obiettivi: lo studio della
localizzazione di strutture, la caratterizzazione e il controllo dei regimi di caos spaziotemporale, e l’osservazione di transizioni ordine-disordine indotte da modulazione di
parametri di controllo. Nel caso della localizzazione, si studiera’ la transizione da regimi
solitonici a regimi di strutturazione delocalizzate. In particolare, sara’ investigato il ruolo
della tristabilita’ ottica nel generare la coesistenza tra solitoni aventi diversa ampiezza e
simmetria. Appare poi necessario uno studio sul ruolo del rumore spaziale nel processo di
delocalizzazione osservato in regime di debole bistabilita’. Nei regimi di caos spaziotemporale, le tecniche di controllo tramite rete di retroazione ibrida recentemente messe a
punto saranno studiate in modo sistematico; ci si propone di caratterizzarne
quantitativamente le proprieta’ e di estenderne l’applicazione a regimi dinamici di diversa
natura. Una applicazione di queste tecniche, basate sull’inserzione nell’interferometro di un
modulatore spaziale di luce indirizzabile elettronicamente, e’ la codifica di segnali su una
portante spaziotemporalmente caotica, e la loro trasmissione a banda larga tramite
sincronizzazione di due sistemi identici distanti.
Per quanto riguarda la tematica relativa alla modulazione dei parametri esterni, si intende in
particolare cercare una verifica sperimentale di recenti predizioni teorico-numeriche, relative
alla nascita di forme in un sistema le cui soluzioni di equilibrio sono istante per istante
omogenee.
Riguardo la filamentazione di fasci in materiali nonlineari, si indaghera’ il fenomeno in
cristalli fotorifrattivi; si intende in particolare paragonare il comportamento dei cristalli
operanti in regime di deriva e di diffusione.
100
Competenze:
Acquisizione, trattamento e restituzione dell’informazione ottica; dinamica nonlineare:
modellistica e controllo; ottica nonlineare; sistemi informativi per calcolo scientifico.
• Dinamica di laser a quantum dots;
• Effetti indotti da rumore moltiplicativo in sistemi ottici multimodo (laser a emissione
laterale e verticale, valvola a cristalli liquidi);
• Processi stocastici in sistemi estesi:
o VCSEL con feedback ritardato sulla pompa, con ritardo lungo;
o Analisi di VCSEL multispot;
o Effetto del rumore in valvola a cristalli liquidi;
• Dinamica di sistemi laser con retroazione ottica:
o dinamica di un VCSEL con feedback ottico polarizzato, sia sperimentalmente che
studiando il modello di Lang-Kobayashi nel regime di emissione di singola
polarizzazione. Sono stati evidenziati comportamenti multiscala, e ci sono proposte di
esperimenti per una analisi del sistema che tenga conto di questa caratteristica.
o Sono stati inoltre proposti esperimenti per osservare fenomeni di sincronizzazione
indotta da rumore e relativi esponenti critici, analoghi a quelli previsti per un sistema
spazio-temporale.
• Descrizione e modellizzazione della coesistenza tra strutture localizzate aventi diverse
caratteristiche
• Confronto dei risultati ottenuti con quelli esistenti o derivabili in equazioni modello di
carattere generale
• Studio della stabilita’ e delle biforcazioni secondarie delle strutture localizzate
• Studio del ruolo del rumore nella transizione da solitoni a strutture delocalizzate.
• Targeting di stati estesi predeterminati in regime di caos spaziotemporale: stati stazionari
e dipendenti dal tempo
• Sincronizzazione della dinamica relativa a diverse parti del sistema, o a diverse repliche
del sistema
• Codifica di segnali su portanti spaziotemporalmente caotica
• Trasmissione di tali segnali a una replica identica del sistema che genera la portante
caotica
• Studio del ruolo del numero di controllori e della frequenza temporale del loop di
controllo sull’efficacia di targeting e sincronizzazione
• Studio dell’effetto della modulazione di parametri di controllo sulle dinamiche del sistema
• Caratterizzazione della filamentazione di fasci laser in materiali fotorifrattivi: confronto
tra regime di deriva e di diffusione.
• Soppressione della filamentazione tramite retroazione ottica o optoelettronica.
2005– 2007
• Analisi sperimentale effetto rumore moltiplicativo nell’emissione polarizzata di laser a
cavita’ verticale
• Analisi sperimentale effetto rumore moltiplicativo nell’emissione multimodo longitudinale
di laser a emissione laterale
• Sviluppo modello fenomenologici e microscopici per rumore moltiplicativo
• Caratterizzazione laser a quantum dots
• Studio sperimentale e teorico effetto rumore su sistema esteso: valvola a cristalli liquidi
101
• Analisi sperimentale e teorico effetto rumore su sitema otico con dinamica caotica ultraveloce (laser a semiconduttore con feedback ottico); sincronizzazione indotta da rumore e
esponenti critici alla transizione di sincronizzazione
• Comportamento multiscala nel sistema di cui sopra
• Ricerca di fenomeni di bistabilita’ tra solitoni dissipativi in equazioni modello
• Studio sperimentale delle instabilita’ di strutture localizzate di diversa natura
• Confronto tra patterns delocalizzati coerenti e collezioni incoerenti di strutture localizzate
• Indirizzamento di dinamiche regolari e caotiche predeterminate
• Sincronizzazione tra le dinamiche di diverse parti del sistema
• Studio dell’efficienza delle tecniche di controllo recentemente introdotte in funzione della
frequenza di campionamento spaziale e temporale
• Trasmissione di segnali codificati su portanti spaziotemporalmente caotiche
• Indagine delle dinamiche indotte nel sistema da modulazione temporale dei parametri
• Caratterizzazione della filamentazione di fasci laser in mezzi fotorifrattivi
• Controllo della filamentazione tramite retroazione
PERSONALE
2005
2006
2007
Boccaletti
2
2
2
Giacomelli
10
10
10
Lepri
4
4
4
Puccioni
4
4
4
Ramazza
10
10
10
Torcini
3
3
3
Bortolozzo (A)
4
4
4
Mendoza (A)
2
Collaborazioni:
M. Tlidi (Universita’ di Bruxelles), G. Kozyreff (Universita’ di Oxford), M. Taki (Universita’ di
Lille), F. Papoff (Universita’ di Stratthclyde), S. Residori (INLN, Nizza), F.T. Arecchi
(Universita’ di Firenze).
M. Giudici (INLN, Nizza), S. Balle (IMEDEA, Spagna), V. Chizhevsky (Minsk), F. Marin (Dip.
Fisica, Firenze), G. Huyet (UCC, Irlanda), J. Danckaert (VUB, Belgio).
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
FIRB
QDOTS
VISTA - 2
2005
65.000
22.000
133.432
15.000
9.088
244.520
2006
42.000
20.000
133.432
17.000
6.059
218.491
2007
45.000
20.000
133.432
18.000
6.059
222.491
Totale
152.000
62.000
400.296
50.000
21.206
685.502
176.520
150.491
176.491
503.502
2005
2006
2007
20.000
16.000
20.000
16.000
20.000
10.000
32.000
68.000
32.000
68.000
16.000
46.000
Totale
60.000
42.000
80.000
182.000
102
Aziende del settore controlli automatici - Le tecniche di controllo introdotte, permettendo
una buona performance in presenza di un numero limitato di controllori su dispositivi
estesi, potranno portare a una riprogettazione economicamente conveniente di diversi
sistemi di controllo. Stima: > 30.000 Euro
Tecnologia delle memorie ottiche o di altro tipo – L’applicazione dei pixel tristabili da noi
proposti portera’ a una crescita’ di un fattore 1.6 nella densita’ di immagazzinamento di
dati in matrici bidimensionali. Qualora si arrivi a una ingegnerizzazione di questi pixel, si
prevede un impatto di grosse dimensioni tecnologiche ed economiche sulla tecnologia delle
memorie ottiche. Stima: > 100.000 Euro
L’analisi dell’effetto del rumore e un suo controllo puo’ permettere una significativa crescita
dell’efficienza delle matrici di pixel sopra considerate; questo step di ingegnerizzazione e’ di
importanza vitale in applicazioni realistiche Stima > 100.000 Euro
Trasmissione di dati su portanti spaziotemporalmente caotiche: La banda larga offerta
spontaneamente dai segnali spazialmente estesi li propone con forza come generatori di
segnali portanti per telecomunicazioni. Nel caso di segnali caotici, inoltre, esiste la concreta
prospettiva di poter codificare i dati in maniera sicura. Stima: > 30.000 Euro
Trasmissione dati su fibra ottica: la ottimizzazione della qualita’ della trasmissione rispetto
al rumore presente puo’ migliorare in maniera significativa il Bit Error Rate in sistemi per
trasmissione a lunga distanza, soggetti a rigenerazione periodica, oppure in ambienti a forte
contaminazione. Stima > 100. 000 Euro
Totale > 360.000 Euro
• Disponibilita’ di personale di laboratorio a tempo pieno.
• Disponibilita’ di campioni di sorgenti laser innovative.
• Riproducibilita’ del comportamento delle valvole a cristalli liquidi.
103
Macrolinea: CPX.M5 - Metodi Sperimentali per i Sistemi Complessi
Proposta: CPX.M5.2 - Dinamica di biopolimeri: approccio integrato sperimentale e
teorico
Proponente: Vassalli Massimo
Sezione INOA: Firenze ISC-CNR
1) Contesto esterno
Uno dei settori nei quali ha avuto più successo l’applicazione delle tecniche di analisi
tipiche dei sistemi complessi è stato sicuramente la biologia. Nei primi tentativi di unire
queste due scienze, l’obiettivo è stato quello di caratterizzare le proprietà macroscopiche
emergenti a partire dalla modellizzazione del comportamento mesoscopico. Un nuovo
impulso in questo settore si è sviluppato negli ultimi anni, grazie al rapido sviluppo delle
tecniche di indagine sperimentale, microscopiche e spettroscopiche, che permettono oggi di
seguire la cinetica e caratterizzare la meccanica di singole molecole biologiche in ambiente
fisiologico. La conoscenza della dinamica di microsistemi biologici permette di fare un
ulteriore passo verso la comprensione dei meccanismi che regolano le principali funzioni
metaboliche degli organismi, unendo sforzi sperimentali e teorici volti alla completa
caratterizzazione del sistema in esame e quindi permettendo anche di estendere l’analisi
verso la previsione ed il controllo dei fenomeni, ovvero la diagnostica biomedica e la
farmacologia. In questo contesto, uno dei fenomeni di maggiore interesse riguarda lo studio
dei meccanismi che portano al ripiegamento delle proteine negli organismi.
Questa problematica risulta fondamentale per la comprensione dell'origine della vita ed è
coinvolta in numerose patologie di grande diffusione, quali, solo per citarne le più note, il
mordo di Alzeimer o il Parkinson. Negli ultimi 10 anni sono stati numerosi i risultati in
questo settore, sia da un punto di vista teorico, sia sperimentale. Nel primo caso, ad
esempio, è stato oggetto di studio di numerosi gruppi in tutto il mondo, il problema Protein
Folding diretto ed inverso, ovvero la possibilità di ricavare la struttura tridimensionale di
una proteina dalla sua sequenza (diretto) oppure, data una struttura di interesse, ricavare
la sequenza che ripiega nativamente verso quella conformazione (inverso).
Sperimentalmente è stato possibile osservare la dinamica di singole proteine durante la
transizione di rotolamento, con metodi ottici, o addirittura indurre l’apertura di tali
strutture con sistemi di nanomanipolazione basati su microscopia a forza atomica (AFM) o
pinzette ottiche (Optical Tweezers).
Allo stadio attuale, il panorama di competenze è maturo per unire gli sforzi teoricocomputazionali e sperimentali sinora fatti per la caratterizzazione di questo fenomeno,
riuscendo quindi a raggiungere una comprensione completa del problema, direttamente
applicabile a casi reali di ingegneria delle proteine e diagnostica biomolecolare.
Da un punto di vista sperimentale, è stato messo a punto un sistema di nanomanipolazione
basato su microscopia a forza atomica ottimizzato per indurre meccanicamente la
transizione di unfolding di una proteina modello, di origine naturale ma appositamente
ingegnerizzata per l’esperimento. La preparazione di tali esperimenti di Protein Stretching
ha richiesto l’acquisizione di competenze e collaborazioni nel settore della biochimica
molecolare, per la preparazione del campione. Oltre ciò, si sta progettando un sistemi di
controllo per l’ottimizzazione della tecnica di misura in maniera da rendere il sistema
sensibile alle basse forze coinvolte nel fenomeno. A fianco dello studio diretto della
104
biomeccanica di singola molecola, è attiva un’attività di microscopia AFM volta a
descrivere statisticamente fenomeni di aggregazione proteica associati a meccanismi di
ripiegamento anomalo: la formazione di fibrille beta amiloidi in proteine vegetali
fitotossiche. Da un punto di vista teorico, sulla base di modelli descrittivi di proteine, si sta
analizzando in silico il panorama energetico di eteropolimeri in due e tre dimensioni,
tramite simulazioni di dinamica molecolare e tecniche di rilassamento messe a punto per
l'individuazione di minimi dell'energia e delle selle di connessione fra tali minimi (cioè le
barriere energetiche). In particolare, in 2D si sta stimando vari indicatori capaci di predire
l'esistenza di una connessione fra due minimi qualsiasi, mentre in 3D si sta procedendo
alla caratterizzazione dei panorami energetici di eteropolimeri di lunghezza crescente.
Obiettivo generale della presente attività è l’unione di metodi sperimentali e teorici per lo
studio e caratterizzazione della dinamica di microsistemi biologici (cellulari e
biomolecolari) di fondamentale interesse nel settore biomedico, sia da un punto di vista
diagnostico, sia da un punto di vista bioingegneristico. Un primo importante obiettivo, di
carattere abbstanza generale, riguarda la messa a punto di tecniche di microscopia ottica
in fluorescenza in grado di seguire la dinamica di singole molecole in liquido (in
prospettiva, in vivo) con scale temporali sufficienti ad avvicinarsi a descrizioni teoriche abinitio, basate su modelli meccanici fenomenologici ricavati dai dati sperimentali. Un
secondo obiettivo, più specificatamente associato al problema del Protein Folding, riguarda
la possibilità di ricosruire il panorama energetico nel quale la proteina si ripiega, a partire
da esperimenti di Protein Stretching e confrontare il risultato con quanto ottenuto da
modelli bi- e tri-dimensionali di eteropolimeri. Uno sforzo teorico di generalizzazione
permetterà quindi di identificare i minimi dell'energia non solo lungo il percorso di
unfolding sperimentale ma almeno nella parte più visitata dello spazio delle fasi, nella
prospettiva di una successiva individuazione delle variabili rilevanti per una descrizione
macroscopica del fenomeno del ripiegamento libero in soluzione.
Competenze:
Microscopia confocale; tecniche di fluorescenza risolta nello spazio e nel tempo: FRET
(Florescence Resonant Energy Transfer), FCS (Fluorescence Correlation Spectroscopy),
FLIM (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy). Tecniche di microscopia a scansione di
sonda; competenze di analisi di processi e sintesi di algoritmi di controllo per
l’ottimizzazione del processo di misura. Competenze generali di meccanica, ottica ed
elettronica. Dinamica nonlineare: modellistica e controllo, tecniche biochimiche e
biofisiche. Tecniche di simulazione di dinamica molecolare; metodi numerici per la
caratterizzazioni di panorami energetici.
Sulla base della dotazione strumentale del laboratorio di Biofotonica e delle competenze
teoriche del gruppo, l’attività principale verrà svolta nella direzione di avvicinare le due
descrizioni, numerica e sperimentale, dei fenomeni fisici studiati, sia ottimizzando le
tecniche sperimentali per rendere le condizioni al contorno compatibili con le basi
teoriche, sia sviluppato procedure di data analysis finalizzata all’estrazione di indicatori
comuni alle due descrizioni.
Nell’ambito del Protein Folding, si tratterà di costruire un grafo il più possibile completo
che connetta i minimi metastabili del panorama energetico di un eteropolimero e che
associ probabilità di transizione per unità di tempo per ogni coppia di minimi connessi
direttamente. Si procederà inoltre alla caratterizzazione del grafo in termini stazionari e
dinamici per ottenere informazioni sulla influenza delle caratteristiche topologiche e
dinamiche sui meccanismi preposti al ripiegamento delle proteine. Per poter verificare le
105
previsioni teoriche, verrà sintetizzato un sistema proteico semplice e definita l preparativa
adeguata al posizionamento sul supporto ed all’ancoraggio alla sonda di misura. Verrà
quindi messo a punto un set-up sperimentale in grado di svolgere misure di unfolding a
forza costante, necessario a rendere compatibile il risultato sperimentale con le ipotesi di
lavoro analitiche.
Nell’ambito dello studio della formazione di fibrille beta amiloidi fitotossiche in proteine
vegetali, dovrà essere esteso il numero di misure, in maniera da rendere il set di dati
statisticamente rilevante e poter quindi procedere alla caratterizzazione elastomeccanica
delle proteine sulla base delle proprietà di impacchettamento geometrico.
Infine, il settore della microscopia di fluorescenza prevede una importante attività di
ottimizzazione delle tecniche sperimentali e messa a punto degli algoritmi di analisi del
segnale per l’estrazione dei parametri di interesse. Particolare attenzione verrà posta su
tecniche basate sull’utilizzo di funzioni di auto- e cross-correlazione per il calcolo dei
momenti di grado superiore al primo di distribuzioni di probabilità.
2005
• Scelta del substrato per le misure di protein folding e definizione della procedura di
adesione della proteina.
• Realizzazione del grafo per eteropolimeri in 2D e sua completa caratterizzazione.
• Messa a punto delle tecniche FLIM e FCS su campioni noti.
• Identificazione in frequenza della dinamica del sistema di misura AFM
• Esecuzione delle misure di fibre beta amiloidi
2006
• Sviluppo degli algoritmi di analisi dei segnali di correlazione temporale di FCS.
• Estensione a modelli realistici di proteine in 3D della tecnica per la caratterizzazione
dei panorami energetici in termini del corrispondente grafo che connette i minimi
metastabili presenti. Questo sarà realizzato per eteropolimeri di lunghezza crescente.
• Implementazione dell’algoritmo di controllo per microscopia AFM in grado di svolgere
esperimenti di Protein Stretching a forza costante.
2007
• Analisi dei segnali di cross-correlazione FCS – FRET per la determinazione della
dinamica di singola molecola.
• Interpretazione analitica dei risultati degli esperimenti di protein stretching;
determinazione dei parametri della cinetica di unfolding.
• Analisi delle curvature sulle immagini di fibrille amiloidi; estrazione dei parametri
elastomeccanici principali; confronto con la letteratura.
PERSONALE
2005
2006
2007
Politi
4
4
4
Puccioni
4
4
4
Quercioli
4
4
4
Tiribilli
5
5
5
Torcini
2
2
2
Vassalli
7
7
7
Azzurri (B)
12
10
Assegnista A6
6
12
6
Borsista B3
12
12
106
Collaborazioni:
Partner CNR: P.Banchieri, C.Frediani [IPCF-Pisa], R.Ruggeri, M.Materassi [ISC-Firenze].
Partner Universitari e internazionali: R.Livi, L.Casetti [Dip. Fisica – UniFi], M.Basso,
R.Genesio [Dip. Sistemi e Informatica – UniFi], F.Cecconi [SMC INFM-Roma], D.Fanelli,
L.Bongini [Karolinska Institut - Svezia]. Partner industriali: M.Sartore [ElbaTech srl].
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
2005
10.000
5.000
123.765
5.000
21.488
165.253
2006
8.000
7.000
123.765
8.000
40.910
187.675
2007
8.000
10.000
123.765
12.000
21.488
175.253
Totale
26.000
22.000
371.295
25.000
83.886
528.181
162.253
187.675
175.253
525.181
2005
2006
2007
ElbaTech
3.000
3.000
0
0
Totale
3.000
3.000
• Nanotecnologie. L’ottimizzazione delle prestazioni di controllo di un sistema di
microscopia a forza atomica riguarda la sintesi di algoritmi di feedback per il pilotaggio
di tavole piezoelettriche. Questo tipo di attuatori sono alla base della maggior parte
degli strumenti di nanoposizionamento utilizzati nel settore delle nanotecnologie ma
possiedono forti caratteristiche di non linearità che ne limitano le prestazioni
dinamiche. L’obiettivo di ottimizzarne il controllo, allargando la banda di affidabilità
di un sistema piezoelettrico retroazionandolo sulla base di sensori di posizione assoluta
riveste un ruolo strategico nel settore in questione (> 20000 €).
• Farmacologia. La soluzione del problema del Folding inverso è una delle chiavi per
procedere ad una ottimizzazione del processo di ingegnerizzazione di farmaci. A livello
industriale sono già stati adottati numerosi sistemi di drug design e docking per la
previsione della struttura aminoacidica più a datta a risolvere un problema
farmacologico specifico. La definizione di modelli sempre più affidabili in tal senso
svolge un ruolo chiave in questo settore (> 50000 €).
• Automazione. Nel corso dell’attività di ricerca è stato affrontato il problema dello
sviluppo di un sistema flessibile per il controllo remoto di processi Real-Time basato su
architettura multi piattaforma. Tale approccio è al centro di un fervente dibattito
industriale e lo sviluppo di un’architettura aperta per tali applicazioni avrà una forte
ricaduta sul settore industriale, soprattutto delle piccole e medie imprese che svolgono il
ruolo di system integrators (> 30000 €).
• Il principale vincolo alla realizzazione degli obiettivi prefissati è la possibilità di
procedere nel rinnovo di una borsa INOA in atto e all’assunzione di nuovo personale,
nella forma di 1 borsista ed 1 assegnista, sia per l’attività sperimentale, sia per la parte
teorica ed analitica.
• L’attività descritta sarà oggetto di richieste di finanziamenti esterni, ma è fondamentale
la disponibilità di fondi ordinari per garantire il corretto raggiungimento degli obiettivi
necessari a tale scopo, soprattutto nella fase iniziale.
107
Sintesi della ML CPX.M5 – Metodi sperimentali per i sistemi complessi9
Questa macrolinea CPX.M5 è composta di due proposte.
La prima “Dinamica di fenomeni complessi in ottica non lineare”si
propone di indagare sperimentalmentela formazione e la competizione di
strutture a dinamiche complesse in laser a “quantum dots”, in laser a
cavità verticale ed in dispositivi ottici nonlineari passivi.
La seconda proposta “Dinamica di biopolimeri: approccio integrato
sperimentale e teorico” si propone di mettere a punto metodi
sperimentali e teorici per lo studio e la caratterizzazione della dinamica
complessa di microsistemi biologici, sia a livello cellulare che a livello
biomolecolare.
2005
2006
2007
Totale
Costi previsti
433.604
422.235
413.933
1.269.772
Quota finanziamento
su F.O.
362.604
354.235
367.933
1.084.772
in mesi uomo
83
97
81
261
9
a pag. 119).
108
F – Formazione e Comunicazione Scientifica
Obiettivo F
Formazione e comunicazione scientifica
F. 1 (Firenze)
Documentazione scientifica
1) Situazione corrente
La biblioteca dell’INOA è attualmente organizzata per fornire un servizio di supporto
documentario per la ricerca, per la didattica e per l’attività amministrativa dell’ente,
comprese anche le due sedi distaccate, per le quali sono state allestite adeguate raccolte
documentarie in loco. Molto lavoro è stato dedicato alla catalogazione pregressa del
materiale monografico, che permetterà l'automazione degli altri servizi, in particolare
quello del prestito. La raccolta degli standard è stata ulteriormente arricchita e resa
consultabile tramite l'OPAC. È stato allestito un archivio del materiale grigio, organizzato
secondo una collocazione che segue criteri cronologici e tipologici.
2) Sviluppo futuro
Per portare a termine la riconversione del catalogo cartaceo sarà necessario intraprendere
un controllo bibliografico sul materiale monografico posseduto al fine di provvedere ad un
suo riscontro patrimoniale e secondariamente ad aggiornare il suo valore informativo,
provvedendo ove necessario ad uno scarto della raccolta. Per questo motivo prevediamo che
il termine previsto del 2005 per l'ultimazione della catalogazione del pregresso sarà
prolungato. Non appena si sarà definita la struttura e le sedi dell'ente, a seguito della sua
aggregazione al C.N.R., sarà possibile intraprendere i necessari passi per attivare un servizio
di prestito interbibliotecario e document delivery e per verificare la possibilità di aderire ad
un sistema bibliotecario fra quelli degli istituti di ricerca dell'area fiorentina.
3) Impegno personale (mesi uomo)
PERSONALE
Cetica
Poggiali ((Amministrativa)
Zanaboni (Amministrativa)
4) Richieste finanziarie
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale di Ricerca
Materiale bibliografico invent.
Materiale bibliografico non invent.
Banche dati e riviste in linea
Spese correnti diverse: rilegature
Spese correnti diverse: da tariffario
Missioni
Aggiornamento
TOTALE
2005
2
12
12
2005
2.000
2.000
15.526
160.000
6.200
16.000
5.000
500
1.000
5.000
213.226
213.226
2006
2
12
12
2006
2.000
2.000
15.526
160.000
6.200
16.000
5.000
500
1.000
5.000
213.226
213.226
2007
2
12
12
2007
2.000
2.000
15.526
160.000
6.200
16.000
5.000
500
1.000
5.000
213.226
213.226
Totale
6.000
6.000
46.578
480.000
18.600
48.000
15.000
1.500
3.000
15.000
639.678
639.678
L'attività della biblioteca deve essere fissata da un regolamento interno che dovrà essere
redatto da una commissione appositamente costituita. Per il potenziamento della biblioteca
e dell'ufficio documentazione è essenziale reperire ulteriori spazi da adibire a magazzino e
provvedere a sistemi di controllo sull'integrità della sua raccolta.
109
Obiettivo F
F. 2 (Firenze)
Formazione nel campo dell’ottica e diffusione della cultura scientifica
L’Istituto Nazionale di Ottica Applicata, fin dalle sue origini, ha operato per la promozione
della cultura, dell’aggiornamento professionale nel campo dell’ottica e delle sue
applicazioni. A questa sua attività nella prima metà del secolo scorso, va il merito della
nascita e successivamente dello sviluppo di un’industria ottica nazionale. Nei primi anni
’80 è iniziata la collaborazione con l’Università di Firenze per la gestione, mediante una
opportuna convenzione, di una scuola post lauream: la Scuola di Specializzazione in
Ottica.
Alla fine degli anni ’80, mediante una opportuna convenzione con la Facoltà di Scienze
dell’Università di Firenze, è stato organizzato un Diploma Universitario in Ottica Tecnica,
unico in Italia. Nel 2001, come proseguimento di questa attività, il Diploma è stato
trasformato in una laurea di primo livello in Ottica ed è stata perfezionata la proposta di
un indirizzo di Tecnologie Ottiche del corso di laurea di secondo livello in Fisica.
2) Sviluppo futuro
Si intende continuare la collaborazione con l’Università di Firenze per la gestione
dell’ultimo anno della Scuola di Specializzazione in Ottica. Tale collaborazione andrebbe
estesa per la partecipazione alla gestione della Laurea in Ottica e l’indirizzo di Tecnologie
Ottiche del corso di laurea specialistica in Fisica. Si intende anche collaborare con la
Facoltà di Scienze per il progetto di una nuova classe interfacoltà (Scienze e Medicina)
relativa all’applicazione in Biomedicina della Fisica in generale e dell’Ottica in particolere.
Sarebbe importante anche partecipare, con l’IRSOO e le facoltà di Scienze e Medicina
all’organizzazione e gestione della trasformazione della Laurea in Ottica in Laurea in
Optometria. Si intende anche organizzare in proprio o in collaborazione con altre
istituzioni, corsi brevi di aggiornamento o perfezionamento indirizzati sia a laureati che a
tecnici dell’industria, delle università o di altri enti di ricerca.
2005
a) Organizzazione di corsi di Illuminotecnica e sue applicazioni in collaborazione con la
“Lighting Academy”
b) Organizzazione di una seconda edizione del corso di sicurezza laser in collaborazione
con il CEO e l’Azienda Ospedaliera di Careggi nell’ambito di una convenzione a tre
recentemente formalizzata. Questo corso potrebbe essere organizzato in collaborazione
con la Regione Campania o Sicilia.
c) Realizzazione di una collana di quaderni e glossari in argomenti di ottica. Questi
glossari saranno realizzati in collaborazione con varie istituzioni, quali: SIOF (Società
Italiana di Ottica e Fotonica), Lighting Academy, Politecnico di Milano, Politecnico di
Torino, Istituto di Neurofisiologia del CNR di Pisa, COST-01 Comitato per la
promozione delle Scienze e Tecnologie Ottiche, ecc. I glossari da realizzare in questo
anno riguardano la colorimetria, la fotonica, la sicurezza da radiazioni non ionizzanti.
d) Collaborazione con l’Università per la gestione della Scuola di Specializzazione in
Ottica e della Laurea in Ottica.
e) Organizzazione di una ricerca sul recente contributo dell’INOA e di altri enti Toscani
all’applicazione dell’Ottica nelle attività industriali locali, nazionali ed internazionali.
f) Realizzazione di uno studio sulla valutazione e sull’informazione strategica e scientifica
delle attività degli Enti di ricerca italiani ed in particolare dell’INOA. L’utilità di questo
studio è legata, tra l’altro, alla necessità di supportare l’attività svolta dai due nuclei di
110
valutazione dell’Istituto e di tenersi continuamente aggiornati in merito ai principi ed
alle comunicazioni date dal Civr.
g) Realizzazione di un corso di Formazione a Distanza (FAD) da utilizzare anche come
base per un corso di Educazione Continua in Medicina (ECM), reso obbligatorio dal
Ministero della Salute anche per i fisici sanitari. Tale corso sarà svolto in collaborazione
con il portale OKMedico.
2006
a) Organizzazione di corsi di Illuminotecnica e sue applicazioni in collaborazione con la
b) Organizzazione di una terza edizione del corso di sicurezza laser in collaborazione con
il CEO e l’Azienda Ospedaliera di Careggi nell’ambito della convenzione a tre.
c) Realizzazione di una collana di quaderni e glossari in argomenti di ottica. Questi
anno riguardano la illuminotecnica.
d) Collaborazione con l’Università di Firenze per la Gestione della Laurea in Ottica ed
eventualmente di quella in Optometria.
e) Organizzazione di una ricerca sul recente contributo dell’INOA e di altri enti Toscani
all’applicazione dell’Ottica nelle attività industriali locali, nazionali ed internazionali.
f) Realizzazione di uno studio sulla valutazione e sull’informazione strategica e scientifica
g) Istituzione di una “giornata dell’Ottica Applicata” dedicata all’interazione tra aziende
ed enti di ricerca. In tale ricerca saranno presentate le ricerche più innovative nel settore
ottico svolte da aziende ed Enti e verrà consegnato un premio alla ricerca ritenuta di
maggior impatto e ricaduta tecnologica.
2007
h) Organizzazione di un Master in Ottica del tipo di quelli universitari di primo o secondo
livello. Questo Master dovrebbe essere mirato a preparare personale da inserire
velocemente nel mondo del lavoro ma la sua tipologia dovrebbe essere tale da avere il
riconoscimento universitario in termini di crediti formativi. E’ indispensabile la
collaborazione con le università ed industrie del settore.
i) Organizzazione di corsi di Illuminotecnica e sue applicazioni in collaborazione con la
j) Realizzazione di una collana di quaderni e glossari in argomenti di ottica. Questi
anno riguardano la ottica fisiologica.
k) Realizzazione di uno studio sulla valutazione e sull’informazione strategica e scientifica
111
l) Seconda “giornata dell’Ottica Applicata” dedicata all’interazione tra aziende ed enti di
ricerca. In tale ricerca saranno presentate le ricerche più innovative nel settore ottico
svolte da aziende ed Enti e verrà consegnato un premio alla ricerca ritenuta di maggior
impatto e ricaduta tecnologica
PERSONALE
Cetica
Farini
Poli (A)
SPESA
Inventariabile
Consumo
Personale
Missioni
Borse/Assegni
TOTALE
2005
6
3
2
2006
6
3
2007
6
3
2005
7.000
10.000
55.675
2.000
3.029
77.704
2006
10.000
10.000
55.675
2.000
2007
10.000
10.000
55.675
2.000
77.675
77.675
Totale
27.000
30.000
167.025
6.000
3.029
233.054
77.704
77.675
77.675
233.054
Per alcune delle attività citate è indispensabile il reperimento di fondi specifici.
112
Sintesi dell’obiettivo F – Formazione e informazione scientifica9
Tale obiettivo è relativo a due aspetti importanti degli scopi istituzionali
dell’INOA. Da una parte la formazione tecnico-scientifica a tutti i livelli
nel campo dell’ottica. Si tratta di continuare la collaborazione con
l’Università di Firenze per la conduzione della Laurea in Ottica e della
Scuola di Specializzazione in Ottica e di organizzare corsi di
perfezionamento ed aggiornamento ed uno o più “Master”in argomenti
tecnici quali l’illuminotecnica, l’optoelettronica e la progettazione ottica.
Dall’altra parte la diffusione della cultura nel campo dell’ottica e delle
sue applicazioni. L’attività di punta di questa linea è la realizzazione di
una collana di glossari dei termini utilizzati in varie branche dell’ottica,
dedicati a specialisti ed esperti del settore.
2005
2006
2007
Totale
Costi previsti
302.688
293.896
293.919
890.503
Quota finanziamento
su F.O.
302.688
293.896
293.919
890.503
in mesi uomo
13
11
11
35
9
a pag. 119).
113
114
Obiettivo S Servizi tecnologici
S1
Tecnologie meccaniche
Gli ammodernamenti attuati negli ultimi anni hanno portato l’officina meccanica ad un
alto grado di funzionalità e affidabilità; naturalmente ulteriori miglioramenti tecnologici
sarebbero importanti, unitamente ad incrementi di personale, tuttavia non essendo ancora
chiara la situazione futura derivante dall’inserimento di INOA nel CNR (officina unica per
Area di Ricerca, oppure per Istituti o altro) è difficile poter fare previsioni. Per questo
motivo ci limitiamo a “fotografare” la situazione attuale per quanto riguarda il personale e
a considerare la sola neccessità del consumo per quanto riguarda l’impegno finanziario.
2) Sviluppo futuro
Vedi quanto detto sopra.
PERSONALE
Acciai
D'Uva
2005
12
12
2006
12
12
2007
12
12
SPESA
2005
2006
2007
Totale
Inventariabile
Consumo
TOTALE
5.000
5.000
6.000
6.000
7.000
7.000
0
18.000
18.000
Finanziamento Ordinario INOA richiesto
5.000
6.000
7.000
18.000
115
Obiettivo S
Servizi tecnologici
S. 2 (Firenze)
Tecnologie ottiche
L’Officina Ottica esegue lavorazioni legate ai vari progetti di ricerca dell’Istituto stesso.
Mediante opportune convenzioni esegue anche lavorazioni per altri Enti. La sua utilità
nasce dalla necessità di eseguire lavorazioni prototipali che necessitano modifiche nel corso
dell’esperimento o lavorazioni e produzioni particolari di oggetti non reperibili nel mercato.
L’evoluzione continua delle tecniche di lavorazione e dei materiali impone un
potenziamento dell’officina in tutti i suoi aspetti. E’ necessario intraprendere un lavoro di
riorganizzazione e potenziamento dell’officina nella filosofia di una attività inserita in un
Istituto di ricerca che non segue la logica del profit, ma una logica legata alle necessità
contingenti del ricercatore. L’immediatezza della verifica e la possibilità di effettuare
modifiche in tempo reale sono gli aspetti essenziali del supporto che l’officina deve dare
alla ricerca.
2) Sviluppo futuro
2005, 2006 e 2007
Eventuale acquisto di apparecchiature di lavorazione e collaudo. Organizzazione di corsi di
aggiornamento tecnico per il personale.
PERSONALE
P. Bianchi
A. Tenani
M. Pucci
M. Salza
SPESA
Inventariabile
Consumo
Aggiornamento
Missioni
TOTALE
2005
12
12
12
12
2005
30.000
7.000
3.000
4.500
44.500
2006
12
12
12
12
2006
30.000
7.000
3.000
4.500
44.500
2007
12
12
12
12
2007
30.000
7.000
3.000
4.500
44.500
Totale
90.000
21.000
13.500
124.500
116
S. 3
Tecnologie elettroniche
Il personale del laboratorio di elettronica collabora a tutte le ricerche dell'ente,
provvedendo alla progettazione ed alla realizzazione di circuiti elettronici.
La progettazione viene eseguita con tecniche automatiche per mezzo di un software
specifico (OrCad). A livello prototipale i circuiti stampati sono realizzati direttamente
tramite la fresatura di lastre di vetronite per mezzo di una particolare macchina utensile a
controllo numerico in grado di leggere i "files" preparati dai programmi di sbroglio dei
circuiti stampati. Per quanto riguarda invece la parte di elettronica digitale è in uso un
programma (Xilinx) che permette di implementare un circuito di rilevante complessità in
un singolo “chip” programmabile. Per la progettazione di particolari contenitori meccanici
è utilizzato il programma AutoCAD.
Il laboratorio di elettronica provvede anche al mantenimento del sito internet dell'ente
che è stato suddiviso in due sezioni. La prima visibile all'esterno, contiene tutte le
informazioni relative all'attività dell'ente. La seconda invece, dedicata a comunicazioni
interne è accessibile solo dai dipendenti.
2) Sviluppo futuro
Nel 2005 saranno operativi i locali destinati al laboratorio che sono attualmente in
ristrutturazione. Sono state realizzate tre postazioni di lavoro dedicate alla progettazione
ed al collaudo più uno spazio comune dedicato alle macchine per la produzione di circuiti
quali bromografo, fresa , bagno di metallizzazione, trapano, taglierina. Le postazioni sono
corredate di strumentazione di misura e di sistemi informatizzati. Nel 2006-2007 è
prevista la sostituzione di alcune attrezzature ormai obsolete con altre di nuova
generazione, l’acquisizione di emulatori per microcontrollori e l’aggiornamento del
software specifico per il laboratorio. Si ritiene inoltre necessario attivare l’attività di
aggiornamento del personale per quanto riguarda i programmi dedicati alla progettazione
(Ordac, Xilinx, Autocad) ed alla programmazione di microcontrollori.
PERSONALE
Euzzor
Mascalchi
Poggi
2005
12
12
12
2006
12
12
12
2007
12
12
12
SPESA
Inventariabile
Consumo
Aggiornamento
Missioni
TOTALE
2005
20.000
5.000
2006
30.000
5.000
2007
30.000
5.000
1.500
26.500
1.500
36.500
1.500
36.500
Totale
80.000
15.000
0
4.500
99.500
26.500
36.500
36.500
99.500
117
S. 4
Sistemi di calcolo scientifico
Il centro calcolo è attualmente dotato di due server, uno per l'accesso da MS Windows ed
un altro per Linux, quest'ultimo agisce anche da server per il World Wide Web , per la
posta, per l'accesso FTP e per la certificazione di licenze software. A disposizione degli
utenti vi sono 10 PC biprocessori (linux), 3 workstation HP C360 (HP-UX), e un PC con MS
Windows (win2000), sono disponibili inoltre due stampanti laser di rete , una delle quali a
colori, uno scanner per documenti ed uno per diapositive e negativi fotografici. Il centro
calcolo è dotato di due DAT per i backup: uno multiplo DDS3 (12 Gb) usato per il backup
delle workstation HP e l' altro Ultrium(100 Gb) per il backup dei server. Il centro calcolo è
anche dotato di un Cluster Beowulf di PC per il calcolo parallelo costituito da 24 PC
biprocessori. La rete interna è di tipo 10baseT e fa uso di fibra ottica per le connessioni tra
i vari piani. La Connessione internet con l'esterno avviene tramite linea CDN dedicata con
il CSIAF (Università di Firenze) nell'ambito del GARR-B.
2) Sviluppo futuro
Dato l’attuale ritmo di obsolescenza dei computer si può prevedere che nei prossimi tre
anni sara' necessario sostituire in gran parte il parco macchine del Centro Calcolo
dell’Istituto. Una previsione di spesa si aggira intorno ai 75 KEuro. C’è inoltre la necessità
di completare l’aggiornamento della connessione Internet sia tra le macchine, per il
passaggio ad una velocità superiore di trasmissione, che con l'esterno che con il passaggio
del INOA al CNR potrebbe richiedere la modifica della linea dedicata tra l’INOA e il Cesit,
sia l' adesione al GARR che la linea richiedono un canone annuale che e' attualmente in
discussione ma dovrebbe aggirarsi intorno ai 10-15 KEuro.
L’aggiornamento della rete interna dovrebbe richiedere una spesa intorno agli 8 KEuro
(Ripetitori, schede, software). È sempre maggiore la richiesta di periferiche sia di input
(scanner) che di Output (stampanti, plotter) di migliori prestazioni. Un aggiornamento
della attuale disponibilità può richiedere una spesa di circa 9 KEuro. Sarà anche richiesto
un aggiornamento del software attualmente presente, la spesa dovrebbe aggirarsi sui 6
KEuro.
Alcun personale specifico
Inventariabile
Consumo
TOTALE
2005
34.000
15.000
49.000
2006
32.000
15.000
47.000
2007
32.000
15.000
47.000
Totale
98.000
45.000
143.000
49.000
47.000
47.000
143.000
SPESA
118
Tabella distribuzione Costi Indiretti:
Costo dei servizi tecnologici e dei mesi uomo dedicati alla gestione di
incarichi diversi del personale di ricerca suddivisa per i vari Obiettivi del
Piano di Attività.
Macrolinee e/o Obiettivi
M1 - Ottica quantistica e spettroscopia.
M2 – Imaging, materiali e dispositivi
ottici.
M3 - Ottica per ambiente, spazio e
industria.
CPX.M1 – Applicazioni interdisciplinari
dei sistemi complessi.
CPX.M5 – Metodi sperimentali per i
sistemi complessi.
2005
2006
38.890
27.236
27.439
93.565
77.436
38.947
39.238
155.621
61.433
37.313
37.591
136.337
19.555
11.439
11.524
42.519
23.831
16.069
16.189
56.089
11.759
2.996
3.018
17.773
TOTALE
232.904
134.000
135.000
501.904
Servizi Tecnologici
125.000
134.000
135.000
394.000
MU Personale per Gestione Incarichi
107.904
0
0
107.904
2007
Totale
119
120
Analisi del portafoglio di attività e relativi costi
Prima di procedere ad una disamina puntuale dell’entità delle risorse finanziarie
necessarie e delle relative modalità di reperimento, si ritiene utile una valutazione
sintetica sulle “scelte di portafoglio” per verificare la coerenza fra le indicazioni di
principio su selezione e finalizzazione esposte nei paragrafi introduttivi e il contenuto
delle schede progettuali dettagliate. La valutazione è condotta con riferimento al 2005
perché i dati sono più completi ma le conclusioni, in linea generale, valgono per l’intero
triennio.
L’insieme dei progetti descritti nelle schede illustrate nelle pagine precedenti comporta,
con riferimento all’anno 2005, i costi in Euro esposti nella tabella 1 che illustra anche
l’incidenza delle varie tipologie di spesa:
TABELLA 1
Macrolinee
* Budget
(attività ricerca)
Inventariabile
Materiale non
inventariabile
** Borsisti e
assegnisti
** Personale
*** Servizi
Ottica quantistica e
spettroscopia
1.930.293
612.000
395.000
426.146
471.745
25.402
Imaging, materiali e
dispositivi ottici
1.969.790
595.000
193.000
405.984
738.834
36.972
Ottica per ambiente,
spazio e industria
1.534.849
183.000
337.000
291.264
689.128
34.457
Applicazioni
interdisciplinari dei
sistemi complessi
442.006
43.000
36.000
139.330
213.113
10.563
Metodi sperimentali per
i sistemi complessi
433.604
75.000
27.000
36.359
280.406
14.839
Formazione e
comunicazione
scientifica
302.689
9.000
12.000
196.191
82.731
2.767
TOTALE
6.613.231
1.517.000
1.000.000
1.495.275
2.475.956
125.000
(*) Escluse le spese di funzionamento (vedi nel seguito).
(**) Comprese le relative spese di missione.
(***) Il costo del personale addetto non figura in questa voce in quanto è incluso nelle
spese di funzionamento.
Si sottolinea la scelta di esporre simultaneamente costi diretti e costi indiretti, con una
logica che va nella direzione8 del “full-costing” di tipo industriale mirata a una piena
rappresentazione del totale onere sostenuto e della relativa rigidità. Ne risulta una
leggibilità e una possibilità di intervento superiori rispetto alla tradizionale distinzione di
tipo pubblicistico che con la denominazione “costi per la ricerca” rappresentava al più i
“costi variabili diretti dell’attività di ricerca”; questa terminologia era fonte di varie
inadeguatezze di rappresentazione, non ultima quello di non includere il costo del
personale ricercatore tra i cosiddetti costi di ricerca.
8
La tecnica del full-costing non è ancora integralmente applicata in questo documento in quanto le spese
di funzionamento sono tenute distinte.
121
Destinazione delle risorse finanziarie 2005
7%
5%
spettroscopia
7%
29%
dispositivi ottici
spazio e industria
Applicazioni
sistemi complessi
23%
Metodi sperimentali
per i sistemi
complessi
Formazione e
comunicazione
scientifica
29%
Fig. 1: Destinazione delle risorse finanziarie nell’anno 2005
La destinazione programmata delle risorse finanziarie, vedi fig. 1, mostra che la spesa
prevalente è destinata alle tre Macrolinee inserite nel Progetto “Ottica e BEC”; infatti M1
“Ottica quantistica e spettroscopia” (29%), M2 “Imaging, materiali e dispositivi ottici”
(29%), M3 “Ottica per ambiente, spazio e industria” (23%) che complessivamente
equivalgono al 81% delle risorse globali. Alle Macrolinee dedicate al Progetto
“Complessità” ne vengono destinate complessivamente il 14%.
Ripartizione portafoglio di spesa 2005
2%
23%
Inventariabile
Materiale non
inventariabile
37%
** Borsisti e
assegnisti
** Personale
15%
*** Servizi
23%
Fig. 2: Ripartizione per tipologia di spesa nell’anno 2005
Dalla ripartizione per tipologia di spesa, vedi fig. 2, risulta che le spese per il personale
dipendente incidono per quasi la metà, ma si arriva al 60% includendo quelle destinate a
contratti di collaborazione di varia natura. Ne risulta confermato il rilievo rivestito dalle
competenze in questa fase di sviluppo dell’INOA che deve investire in giovani da formare
e da valorizzare, sia all’interno, sia all’esterno dell’Istituto.
122
Si tenga presente che sono rilevanti le spese relative a strumentazione di laboratorio e ad
altre attrezzature tecniche, motivate dai nuovi impegni programmatici dell’Ente che
impongono la predisposizione di nuove strutture destinate alla metrologia, alla
certificazione e all’innovazione tecnologica da trasferire al sistema produttivo. Sono
rilevanti in questo contesto anche le spese definite come materiale di consumo in quanto
comprendono materiale scientifico di varia natura quali:
• componenti ottici, elettronici ed optoelettronici
• software scientifico
• incarichi professionali occasionali
• leasing e noleggio di apparecchiature scientifiche.
Nella tabella 2 è riportato l’impegno temporale del personale di ricerca in funzione delle
macrolinee per il 2005.
TABELLA 2
Macrolinee
Ricercatori
Borsisti, Assegnisti e
dipendenti (mesi Tempo Determinato
TOTALE
TOTALE
(mesi uomo)
(percentuale)
uomo)
(mesi uomo)
spettroscopia
101
162
263
25%
dispositivi ottici
147
194
341
33%
spazio e industria
137
102
239
23%
Applicazioni
sistemi complessi
42
51
93
9%
Metodi sperimentali per i
sistemi complessi
59
24
83
8%
Formazione e
comunicazione
scientifica
11
2
13
1%
TOTALE
497
535
1.032
100%
La ripartizione delle risorse di personale conferma le considerazioni sul nuovo
portafoglio programmatico esposte con riferimento alle risorse finanziarie complessive.
Per completare il quadro delle capacità operative dell’INOA va menzionato il consorzio
CEO di cui all’Allegato 4.
123
124
Risorse umane
A) DOTAZIONE ORGANICA
Per ottemperare all’articolo 1 comma 93 della legge 311/2004 (legge finanziaria 2005) e
seguendo le direttive contenute nella successiva circolare del Dipartimento della
Funzione Pubblica (DPF/14115/05/1.2.3.1); la precedente dotazione organica (approvata
con deliberazione del Consiglio Direttivo INOA 125/2003) è stata modificata con Decreto
Commissariale n.41 del 14/04/2005 in modo da ottenere una riduzione delle spese di
personale pari al 5,09%. La tabella 3 evidenzia le modifiche apportate.
TABELLA 3: PROPOSTA MODIFICA DOTAZIONE ORGANICA
Qualifica e profilo
Dirigente di ricerca
Primo Ricercatore II livello
Ricercatore III livello
Dirigente tecnologo
Primo tecnologo II livello
Tecnologo III livello
Dirigente III fascia
Collaboratore TER IV livello
Collaboratore TER V livello
Funzionario amministrativo IV livello
Funzionario amministrativo V livello
Collaboratore TER VI livello
Collaboratore amm.vo V livello
Operatore tecnico VI livello
Collaboratore amm.vo VI livello
Operatore tecnico VII livello
Operatore amm.vo VII livello
Collaboratore amm.vo VII livello
Ausiliario tecnico VII livello
Operatore tecnico VIII livello
Operatore amm.vo VIII livello
Personale T.D. - Direttore Generale
TOTALE
Dotazione
Variazioni
Organica Costo Dotazione
Dotazione
Del. INOA
completa
Organica
125/2003
8
16
19
1
1
5
1
3
2
2
2
1
4
2
1
3
2
1
1
75
485.973,04
746.685,92
691.404,68
60.746,63
46.667,87
181.948,60
68.347,00
115.202,88
69.460,16
69.460,16
62.580,16
34.730,08
125.160,32
62.580,16
28.313,01
84.939,03
56.626,02
26.224,70
3.017.050,42
-1
-2
1*
-1
-1 *
1*
-1 *
1
-1
-4
Nuova
Dotazione
Organica
7
14
19
1
1
5
1
3
3
1
1
2
4
1
1
3
3
1
0
71
Costo Nuova
Dotazione
Organica
425.226,41
653.350,18
691.404,68
60.746,63
46.667,87
181.948,60
68.347,00
115.202,88
104.190,24
34.730,08
31.290,08
69.460,16
125.160,32
31.290,08
28.313,01
84.939,03
84.939,03
26.224,70
2.863.430,98
(*) progressioni interne art.54 CCNL.
Al fine di raggiungere l’obiettivo della riduzione della spesa complessiva sono state
escluse dalla previsione della nuova dotazione organica 5 unità di personale
corrispondenti a: 1 Funzionario Amministrativo (V livello), 2 Primi Ricercatori (II livello),
1 Dirigente di Ricerca (I livello) e 1 Direttore Generale. Quest’ultima unità non è stata
considerata ai fini della determinazione dei costi in quanto le funzioni sono svolte da
personale di ricerca INOA.
L’unico incremento pari ad un’unità corrisponde a 1 Collaboratore Amministrativo (VII
livello), in previsione del trasferimento di un’unità amministrativa all’Istituto dei Sistemi
Complessi (ISC), sezione di Firenze, presso cui è già attualmente comandata.
Le altre 4 variazioni sono a somma nulla, in quanto si riferiscono a progressioni interne
derivanti dall’applicazione dell’art.54 del CCNL vigente.
125
B) COSTI PER L’ANNO 2004
Le unità presenti in servizio al 31/12/2004 sono elencate nella tabella 4.
TABELLA 4: PERSONALE IN SERVIZIO AL 31 DICEMBRE 2004
personale in servizio
tempo
tempo
personale collaboratori coordinati e
al 31.12.2004
indeterminato determinato associato continuativi su Progetti
personale di ricerca
39
7
6
5
personale
amministrativo
8
7
---
1
personale tecnico
13
---
---
---
TOTALE
60
14
6
6
I costi sostenuti per il personale per l’anno 2004 sono mostrati nella tabella 5. I valori
riportati si riferiscono ai costi effettivamente sostenuti, ovvero considerando che parte del
personale a tempo indeterminato è entrata in servizio il 15 ottobre in virtù delle deroghe
concesse dalla legge.
TABELLA 5: COSTO COMPLESSIVO SOSTENUTO PER PERSONALE NELL’ANNO 2004
Costi 2004
tempo
indeterminato
tempo
personale collaboratori coordinati e
determinato associato continuativi su Progetti
personale di
ricerca
2.095.566,23
215.305,84
2.213,93
53.826,00
personale
amministrativo
194.810,68
204.676,89
---
22.680,00
personale tecnico
410.850,75
---
---
---
TOTALE
2.701.227,66
419.982,73
2.213,93
76.506,00
126
C) PROGRAMMAZIONE TRIENNALE DEL PERSONALE
1) Fabbisogno e costo complessivo di personale per l’anno 2005
Tempo Indeterminato
Il fabbisogno ed i relativi costi per l’anno 2005 sono individuati nella tabella 6,
unitamente alla previsione di nuove assunzioni.
TABELLA 6: COSTI E FABBISOGNO PER IL PERSONALE A TEMPO INDETERMINATO RELATIVAMENTE ALL’ANNO 2005.
Previsione
assunzioni
Qualifica e profilo
Dirigente tecnologo
TOTALE
4
Costo nuove
assunzioni
145.558,88
(1*)
2.605,28
(1*)
3.612,39
4
151.776,55
Fabbisogno
complessivo
7
11
18
1
1
4
3
3
1
2
4
1
1
3
2
1
63
Costo del
Personale
669.663,64
630.605,69
692.065,52
93.159,88
61.184,35
145.558,88
121.287,08
105.216,69
31.290,08
71.505,34
127.864,18
31.290,08
28.313,01
86.555,03
84.939,03
26.224,70
3.006.723,19
* Progressioni interne art. 54 CCNL
Le unità dei dirigenti di Ricerca sono 7 anziché 8 in quanto la sostituzione di uno dei 2
pensionamenti è prevista solo a partire dal 2006 (vedi tabella 8).
Sono già stati espletati 4 concorsi per altrettanti posti di ricercatore, III livello
professionale, per i quali non si è ancora potuto provvedere all’assunzione in virtù del
blocco previsto dalla legge finanziaria 2005. Si procederà pertanto alla richiesta di
assunzione in deroga al blocco ai sensi del comma 95 della legge stessa.
Il posto da Tecnologo III livello risulta scoperto a seguito della rinuncia del vincitore del
relativo concorso, assunto in virtù delle deroghe di cui all’art.3 comma 53 della legge
350/2003 (finanziaria 2004).
Inoltre si prevede il passaggio interno di due unità di personale: un collaboratore
amministrativo ed uno CTER dal VI livello al V livello, ai fini dell’applicazione dell’art.
54 del CCNL 1998-2001 e quindi mediante un concorso riservato al personale interno.
127
Tempo determinato
Il fabbisogno di personale a tempo determinato, coperto dal finanziamento esterno, viene
indicato in ogni singola scheda di proposta, che riporta l’eventuale costo.
Il fabbisogno di personale a tempo determinato a carico dell’Ente riguarda tre unità (un
dirigente amministrativo III fascia e due collaboratori amministrativi VII livello) ed il
relativo costo è evidenziato nella tabella 7.
TABELLA 7: COSTI E FABBISOGNO PER IL PERSONALE A TEMPO DETERMINATO RELATIVAMENTE ALL’ANNO 2005 A
CARICO ESCLUSIVO DELL’INOA.
Previsione
Assunzioni
Qualifica e profilo
Dirigente tecnologo
TOTALE
Costo
Assunzioni
Fabbisogno
complessivo
Personale
Costo Personale
-
-
0
-
1
68.347,00
2
55.904,73
3
124.251,73
128
2)Fabbisogno e costo complessivo di personale per gli anni 2006 e 2007
Tempo Indeterminato
Nel corso del 2005 si libereranno due posti di Dirigente di ricerca (I livello). Per uno di
essi non è previsto il turn over e, conseguentemente, è stata ridotta la dotazione organica
per raggiungere l’obiettivo di riduzione della spesa complessiva imposto dalla
disposizione sopracita (articolo 1, comma 93 della legge 311/2004). Per l’altro si prevede
l’assunzione nel biennio 2006-2007.
Si ritiene, pertanto, inderogabile il completamento della dotazione organica come
ridefinita nella tabella 3 e si prevede l’assunzione delle seguenti figure: per il personale di
ricerca 1 unità di Tecnologo (III livello), 1 unità di Ricercatore (III livello), 3 unità di
Primo ricercatore (II livello) e 1 unità di Dirigente di ricerca (I livello); mentre per l’area
amministrativa, anche alla luce della maggiore autonomia amministrativa e contabile
attribuita alle due sezioni distaccate di Napoli e Lecce, 1 unità di Dirigente
amministrativo (III fascia), 1 unità di Funzionario amministrativo (V livello) e 1 unità di
Collaboratore amministrativo (VII livello). Tutte queste sono essenziali per lo svolgimento
dell’attività ordinaria di ricerca.
Per raggiungere tale obiettivo è necessario effettuare queste nuove assunzioni entro il
biennio 2006-2007, tramite concorsi ancora da bandire. Per quanto riguarda il posto da
Tecnologo (III livello), attingendo dalla graduatoria del concorso 6/2002 che, in virtù
della rinuncia del vincitore nonché del combinato disposto degli articoli 3, comma 61
della legge 350/2003 (finanziaria 2004) e art.1, comma 100 della legge 311/2004
(finanziaria 2005) è da ritenersi in corso di validità.
Nella tabella 8 sono evidenziate le unità di personale da assumere ed i relativi costi;
vengono altresì mostrati il fabbisogno ed il costo complessivo.
TABELLA 8: COSTI E FABBISOGNO PER IL PERSONALE A TEMPO INDETERMINATO RELATIVI AGLI 2006 E 2007.
Previsione
assunzioni
Qualifica e profilo
Dirigente tecnologo
TOTALE
Costo nuove
assunzioni
1
3
1
60.746,63
140.003,61
36.389,72
1
1
36.389,72
68.347,00
1
34.730,08
1
28.313,01
9
404.919,77
Costo
Fabbisogno
Complessivo del
complessivo
Personale
7
14
19
1
1
5
1
3
3
1
1
2
4
1
1
3
3
1
71
585.291,78
770.609,30
728.455,24
93.159,88
61.184,35
181.948,60
68.347,00
121.287,08
105.216,69
34.730,08
31.290,08
71.505,34
127.864,18
31.290,08
28.313,01
86.555,03
113.252,04
26.224,70
3.266.524,46
129
Tempo determinato
Il fabbisogno di personale di ricerca e tecnico-amministrativo a tempo determinato,
coperto dal finanziamento esterno, viene indicato in ogni singola scheda di proposta, che
riporta l’eventuale costo.
Non si prevedono oneri a carico dell’Ente in quanto il completamento della dotazione
organica, con le assunzioni di personale a tempo indeterminato, consente il corretto
svolgimento dell’ordinaria attività di ricerca senza ricorrere a personale a termine.
130
Entità e modalità di reperimento delle
risorse finanziarie
131
132
La dinamica delle risorse
Il quadro sintetico dell’entità delle risorse finanziarie di previsto impiego e della relativa
modalità di reperimento è indicata nelle tabelle seguenti.
TABELLA 9 - PREVISIONI DI SPESA PER TIPOLOGIA
SPESA
2005 *
2006 *
2007 *
Totale
Inventariabile
1.601.000
1.599.000
1.210.000
4.410.000
Consumo
1.032.000
1.067.000
935.000
3.034.000
Personale di Ricerca T.I.
2.300.134
2.147.100
2.147.101
6.594.335
Missioni
371.000
361.000
358.000
1.090.000
Borse/Assegni/Doc INOA
390.652
351.259
314.725
1.056.636
Personale Dedicato Progetti
915.445
1.035.472
733.893
2.684.810
3.000
3.000
3.000
9.000
Totale spese per attività di
ricerca **
6.613.231
6.563.831
5.701.719
18.878.781
Spese di funzionamento **
(integralmente coperte con FO)
2.000.000
2.040.000
2.080.000
6.120.000
SPESE TOTALI
8.613.231
8.603.831
7.781.719
24.998.781
Aggiornamento
(*) Per il dettaglio delle provenienze vedi tabella 14.
(**) Sono compresi gli oneri annui relativi alle nuove assunzioni di personale scientifico,
amministrativo e di supporto.
Quanto alle entrate le tabelle successive mostrano la previsione per ciascuno degli
esercizi, tenuto conto del Finanziamento Ordinario dello Stato rispetto alla stessa misura
erogata per il 2004 e che sia possibile mantenerlo per gli anni successivi.
133
Tabella 10 - Anno 2005
F.O.
4.736.847
Disponibilità
Spese
Quota F.O. per funzionamento
2.000.000
Spese di
funzionamento
2.000.000
Quota F.O. per attività di
ricerca
2.736.847
Spese per attività di
ricerca
6.613.231
Altre entrate Individuate
3.876.384
3.876.300
Da Individuare
84
TOTALE
8.613.231
TOTALE
8.613.231
Altre entrate / spese per attività di ricerca 58,6%
F.O.
4.736.847
Disponibilità
Spese
2.040.000
Spese di
funzionamento
2.040.000
ricerca
2.696.847
ricerca
6.563.831
3.866.984
3.679.001
Da Individuare
187.983
TOTALE
8.603.831
TOTALE
8.603.831
Disponibilità
F.O.
4.736.847
Spese
2.080.000
ricerca
2.656.847
3.044.872
2.258.000
Da Individuare
Spese di
funzionamento
2.080.000
ricerca
5.701.719
786.872
TOTALE
7.781.719
TOTALE
7.781.719
Tabella 13 - Confronto tra le risorse previste dal Piano Triennale 2004-2006 e le risorse previste dalla
Revisione 2005-2007.
2004
PREVISTE
11.675.847
I Accertamento
Aprile *
10.251.255
II Accertamento
Luglio **
III Accertamento
Dicembre ***
7.955.255
7.094.185
Revisione 2005-2007
Differenze
1.424.592
2.296.000
861.070
2005
2006
2007
PREVISTE
PREVISTE
PREVISTE
11.470.279
10.062.000
8.613.231
8.603.831
2.857.048
1.458.169
7.781.719
* Mancato apporto di finanziamenti MBC e FAR e parzialmenti dei Privati
** Mancato apporto di finanziamenti FISS e parzialmenti dei Privati
*** Mancato Approvazione definitiva e stesura contratti Progetti su fondi UE e parzialmente da privati.
134
La gestione dei progetti e il reperimento delle risorse aggiuntive
Si richiama l’attenzione su due aspetti di rilievo:
• lo sviluppo complessivo delle attività INOA comprenderà anche il volume delle azioni
svolte attraverso le società partecipate il cui ammontare non è incluso nelle cifre qui
riportate;
• è rilevante l’ammontare delle risorse provenienti da fonti diverse dal contributo
ordinario dello Stato reperite (o da reperire) su scala nazionale o su scala europea
attraverso proposte di progetti che saranno valutati in forma competitiva.
Riguardo a questa importante fonte di finanziamento, che come previsto dal Programma
Nazionale della Ricerca è destinato ad assumere un peso crescente per consentire una
selezione comparativa dei progetti più promettenti, occorre evidenziare alcuni aspetti
condizionanti:
• la totalità (o quasi) degli strumenti di finanziamento accessibili prevede l’erogazione
di un contributo finanziario parziale; i soggetti non dotati di risorse proprie adeguate
possono vedere l’accesso limitato (o addirittura impedito) da questa circostanza (in
altre parole, molti strumenti - in primis quelli dell’UE - sono moltiplicativi e chi ha
poche risorse proprie ha anche poca capacità “di tiraggio”, indipendentemente dalla
qualità della proposta);
• le previsioni a medio termine dell’entità e della destinazione programmatica
dell’accesso a queste forme di finanziamento sono inevitabilmente affette da un forte
grado di incertezza: occorrono quindi flessibilità nella conduzione delle strutture e
dinamica nella capacità di proposta, come occorre anche evitare la proliferazione di
documenti programmatori troppo rigidi e riferiti ad un arco temporale troppo lungo,
altrimenti la programmazione perde di realismo;
• muoversi sul mercato9 non è compatibile con la certezza assoluta delle previsioni di
entrata; ne consegue che se la programmazione dovesse fare riferimento solo ad
entrate certe, sarebbe un tipico esempio di profezia negativa autoavverantesi: se si
sceglie di non investire per accedere ad un programma competitivo certo non si
ricevono i corrispondenti finanziamenti.
Le scelte gestionali adottate dall’INOA per superare le difficoltà sopra delineate possono
essere così riassunte:
• configurare il Piano Triennale come uno strumento previsionale e di monitoraggio
non come un documento contabile di rilevanza formale, quale è invece il bilancio, in
particolare il bilancio annuale di previsione;
• inserire nel Piano Triennale tutte le attività che hanno superato i criteri di selezione
esposti nei paragrafi introduttivi e per le quali è ragionevole prevedere una capacità di
accesso a strumenti di finanziamento, in misura adeguata ad assicurare un equilibrio
di entrate ed uscite; il tutto in una logica di gestione delle risorse coerente con i
principi di conduzione di un’azienda che non può operare se non con previsioni di
entrata (non certezze); una scelta di autolimitazione da parte dell’INOA sarebbe stata
immotivatamente penalizzante e contraddittoria con gli indirizzi generali della
politica della ricerca;
9
L’accesso a finanziamenti ha molte caratteristiche tipiche di un mercato fra le quali la competizione e la
negoziazione sul prezzo –nel caso specifico sull’entità percentuale del contributo richiesto.
135
•
separare con chiarezza, nell’indicare le fonti di finanziamento previste, quelle ad
elevato grado di certezza da quelle ancora da perseguire; tale ripartizione non può che
essere dinamica: lo strumento della gestione per commesse e del budget per ciascuna
linea programmatica deve assicurare non solo l’aggiornamento dinamico, ma
soprattutto la coerenza con il bilancio, vale a dire l’effettiva spendibilità delle risorse
allocate in conseguenza del grado di certezza giuridica raggiunto nella loro
disponibilità.
Ne consegue che la totalità dei progetti inseriti nel Piano potrà essere sviluppata con i
risultati previsti solo compatibilmente con l’accessibilità reale alle risorse finanziare
indicate nel Piano stesso.
Il quadro sopradelineato può operare efficacemente solo ad alcune condizioni:
• la preventiva certezza che le entrate giuridicamente assicurate (e in primo luogo il
contributo ordinario dello Stato) coprano le spese “fatali”, vale a dire i costi fissi
incomprimibili, quali il personale con contratto a tempo indeterminato e le spese di
funzionamento;
• sia accurata la verifica del grado di realismo delle previsioni di entrata;
• sia adottato in modo ferreo per le attività di carattere applicativo il principio del
margine di contribuzione positivo, nel senso che debbano essere accettate solo le
commesse esterne (o meglio le proposte di attività con apporto finanziario parziale
esterno) in grado di coprire tutti i costi variabili ed una parte dei costi fissi.
Sono in gran parte operativi i processi gestionali (e i relativi strumenti) necessari per
strutturare e gestire l’allocazione dinamica delle risorse,10 in particolare assicurando la
coerenza tra Piano Triennale, bilancio di previsione (e sua revisione dinamica),
aggiornamento del budget di commessa e riconoscimento dell’effettiva spendibilità delle
risorse previste dal budget stesso.
Fermo rimanendo quanto sopra, la tradizione e le prospettive di eccellenza dell’INOA
impongono l’adozione di una scelta di fondo: l’Istituto deve assicurare lo sviluppo della
ricerca strategica di lungo periodo sui temi assegnatigli dalla legge secondo le regole della
competizione – collaborazione con gli omologhi organismi leader del settore a livello
europeo o mondiale per costruire (e in alcuni casi confermare) una presenza scientifica
italiana di assoluto rilievo; questa è infatti la condizione per un reale apporto nazionale
alle future strutture europee di eccellenza scientifica. A tale scopo, in sede di Comitato di
Consulenza Scientifica dell’INOA, dove sono rappresentati il CNR e le Facoltà di
Ingegneria e Scienze Matematiche Fisiche e Naturali dell’Università di Firenze, è stata
convenuta la proposta di costituire una struttura associativa a cui aderiscano come
fondatori l’INOA, l’IFAC-CNR, il Dipartimento di Fisica dell’Università di Firenze, il
LENS e, in rappresentanza della realtà industriale, la Galileo Avionica e l’EL.EN con
l’obbiettivo di favorire tutte le possibili sinergie nel campo della fotonica ed
optoelettronica, dall’integrazione dei servizi tecnici di base al coordinamento
nell’acquisizione e nell’uso di strumentazione di alto livello, fino al coordinamento nella
programmazione delle rispettive attività; costruire cioè una sorta di “maglia” nazionale
10
Questo avviene attraverso un sistema automatico computerizzato che ha in ingresso i dati di spesa dei
singoli progetti provenienti dalle schede di aggiornamento quadrimestrale (cfr pag.16 - La gestione dei
progetti e la valutazione dei risultati) oltre ai dati di ingresso delle risorse che via via si verificano. In questo
modo viene periodicamente fornito al Consiglio Direttivo il quadro reale aggiornato dello stato di
avanzamento dei progetti.
136
degli operatori di ricerca e sviluppo nel settore fotonica ed optoelettronica che
efficacemente si colleghi alla rete europea.
Alla luce di quanto sopra l’INOA intende farsi promotore della costituzione
dell’Associazione denominata Italian Network of PHotonics and Optoelectronics
LABoratories (INPHOLAB).
In questo quadro, una quota del finanziamento ordinario deve essere assegnata con
logiche che non siano quelle dell’investimento aziendale di breve o medio periodo. Né va
dimenticato che, comunque, anche in una logica aziendale, il continuo impegno per
l’aggiornamento, l’arricchimento, l’integrazione delle competenze è condizione
irrinunciabile per un successo duraturo, in un contesto “high-tech” e ad elevata dinamica;
anche a quest’esigenza dovranno essere destinate risorse in una logica di investimento, da
gestire con l’approccio della commessa interna di sviluppo per assicurare comunque
chiarezza degli obiettivi e verifica dei risultati.
La tabella 14 fornisce un’analisi delle previste fonti di finanziamento:
TABELLA 14 - ACCESSO A FONTI DI FINANZIAMENTO
Altre Fonti di Finanziamento
POR - Ricerca
PON - Ricerca
FIRB
FISR
MIUR Ricerca e Formazione
FAR (L.297)
NATO
REGIONI e P.A.
ASI / ESA
Altri EPR (CNR, INGV, ENEA,...)
Apporto da privati
UE
Commesse di Formazione
TOTALE
2005
previste
110.000
508.000
393.000
434.000
257.500
521.000
39.300
299.000
310.000
130.500
435.000
451.000
accertate
110.000
508.000
393.000
24.000
242.500
521.000
39.300
54.000
310.000
130.500
45.000
354.000
2006
3.888.300
2.731.300
previste
2007
accertate
1.008.000
368.000
410.000
215.001
521.000
208.000
335.000
previste
accertate
800.000
53.000
410.000
20.000
200.001
521.000
214.000
214.000
54.000
176.000
153.000
375.000
404.000
24.000
176.000
153.000
10.000
217.000
47.000
88.000
140.000
209.000
265.000
17.000
88.000
140.000
10.000
120.000
3.684.001
1.844.001
2.226.000
609.000
TOTALE
previste
accertate
110.000
110.000
2.316.000
716.000
814.000
748.000
1.254.000
24.000
472.501
442.501
1.256.000
1.256.000
39.300
39.300
400.000
95.000
574.000
574.000
423.500
423.500
1.019.000
65.000
1.120.000
691.000
0
0
9.798.301
5.184.301
Si osserva che i valori del previsto accesso a fonti di finanziamento diversificate
relativamente agli esercizi successivi al 2005 appaiono decrescere solo in conseguenza
dell’impossibilità di avere fin da ora accurata previsione sulle opportunità di
finanziamento nel futuro non immediato.
Si sottolinea quanto già accennato sulla valenza delle risorse relative ai progetti strategici
finanziati dal MIUR non solo sul piano quantitativo, tutt’altro che marginale, ma
soprattutto sul piano qualitativo per la loro destinazione mirata a costruire capacità
scientifica di eccellenza.
Uno sforzo ulteriore va condotto con riferimento alla possibilità di collaborazione con
aziende sia perché le nuove regole per il finanziamento della ricerca industriale (Legge
297/99) offrono opportunità in tal senso, sia come concreta ricaduta della nuova
impostazione programmatica dell’Istituto.
A titolo di esempio si fornisce, sempre per il 2005, un incrocio tra le fonti diverse dal
contributo ordinario ed i singoli obiettivi programmatici.
137
TABELLA 15 – RIPARTIZIONE FRA LE MACROLINEE PROGRAMMATICHE DELLE RISORSE DIVERSE DA F.O.
PON, POR e
FIRB
Altre Fonti
Macrolinee
Commesse di
Formazione
Altri Progetti
Studi, Collaudi
e Certificazioni
Totale Altre
Fonti
Altre Fonti /
Budget
643.000
0
997.000
0
1.640.000
85%
330.000
0
542.500
53.000
925.500
47%
0
0
983.000
112.000
1.095.000
83%
Applicazioni interdisciplinari dei
sistemi complessi
33.000
0
123.800
0
156.800
36%
Metodi sperimentali per i sistemi
complessi
0
0
71.000
0
71.000
17%
Formazione e Comunicazione
Scientifica
0
0
0
0
0
0%
1.006.000
0
2.717.300
165.000
3.888.300
61%
Ottica quantistica e spettroscopia
Imaging, materiali e dispositivi
ottici
Ottica per ambiente, spazio e
industria
TOTALE
Dalla tabella risulta che buone prospettiva di crescita nel reperimento di risorse diverse
dal finanziamento Ordinario dello Stato si presentano per le tre Macrolinee principali del
Progetto “Ottica e BEC”. Le assegnazioni di risorse interne previste in questa fase possono
essere considerate come investimenti i cui frutti si manifestano negli anni successivi.
Come “prova di resistenza” dell’impostazione sulle entrate si è studiato per il 2005 il
quadro articolato per tipologia di spesa (pessimistico al di là del ragionevole) che si
configurerebbe se non si realizzasse alcuna entrata aggiuntiva oltre a quelle indicate,
nella tabella 15, come giuridicamente assicurate.
TABELLA 16 – GRADO DI COPERTURA DELLE SPESE PREVISTE NEL CASO DI DISPONIBILITA’ MINIMA IPOTIZZABILE
Tipologia di spesa
Ammontare
Personale addetto alla ricerca
Funzionamento
Borse / Assegni e Docum. INOA
Inventariabile
Consumo
Missioni e Aggiornamento
TOTALE
3.215.579
2.000.000
390.652
1.601.000
1.032.000
374.000
8.613.231
Grado di
Copertura
100%
100%
49%
57%
57%
57%
83%
Non si affronta qui in dettaglio la questione delle risorse finanziarie connesse con le
prospettive di collaborazione in forma societaria brevemente enunciate nel capitolo
precedente, sia perché una serie di elementi specifici debbono ancora essere messi a
punto, sia perché è allo studio la modalità di coinvolgimento di partner finanziari in
particolare attraverso la forma del venture capital. Completato questo processo,
prevedibilmente entro il primo semestre del 2005, sarà possibile integrare le schede di
attività con le azioni da realizzare attraverso il ricorso a nuove strutture partecipate da
INOA.
138
Allegati
All. 1 Corrispondenza tra la definizione delle azioni progettuali adottata per la revisione
2005-2007 e quella relativa al Piano 2004-2006.
All. 2 Elementi di consuntivo programmatico.
All. 3 Attività applicative svolte dall’INOA per i diversi bacini di utenza.
All. 4 Obiettivi e risultati del Consorzio CEO.
139
140
Allegato 1
Corrispondenza tra la definizione delle azioni progettuali adottata per la
revisione 2005-2007 e quella relativa al Piano 2004-2006
M1. Ottica quantistica e spettroscopia
M1.1 Ottica quantistica con laser pulsati
3.1 Effetti quantistici in ottica con laser
impulsati
2.3 Sviluppo di sorgenti accordabili
coerenti
2.6 Tecniche di diagnostica ottica per
M1.2 Dispositivi fotonici per la
materiali e dispositivi
spettroscopia e la fisica quantistica
3.2 Verifiche di elettrodinamica
quantistica
5.2.1 Identificazione di molecole
nell’infrarosso
M1.3 Sviluppo di tecniche nell’infrarosso 2.5 Sviluppo di tecniche nell’infrarosso
per il controllo dei fasci
per il controllo di fasci
M2. Imaging, materiali e dispositivi ottici
M2.1 Dispositivi e metodologie di analisi
per il patrimonio culturale.
5.1.1 Diagnostica di eccellenza per i
beni culturali e rete di laboratori
5.1.2 Tecniche 3D per i beni culturali
5.1.3 Analisi ad immagine per i beni
culturali
5.1.5 SIDART – PON
5.1.6 BLU – Archeosys – diagnostica
per l’archeologia subacquea
5.1.7 POESIA 297 – rilievo e
digitalizzazione di siti archeologici
M2.2 Diagnostica non distruttiva con
5.1.4 Tecniche ottiche per lo studio di
tecniche di tipo imaging ad alta
papiri e pergamene
risoluzione, costituzione di archivi e
database.
1.1 Ergonomia degli ambienti e dinamica
M2.3 Ergonomia degli ambienti e
della percezione
dinamica della percezione.
2.1 Sviluppo di strumentazione e tecniche
M2.4 Sviluppo di strumentazione e
di misura per le bio- e nanotecniche di misura per le bio- e nanotecnologie
tecnologie.
2.2 Sviluppo di dispositivi per
fotonica e realizzazione di sistemi per
la diagnostica
M2.5 Metodi e tecniche interferometriche
per la caratterizzazione di materiali e
5.2.4 Sviluppo di sensori ottici per la
componenti.
misura in continua di parametri
chimico-fisici
M2.7 Sistemi ottici per il controllo di
5.4.1 Sistemi ottici per il controllo di
processi.
processi.
5.4.2 Progettazione di sistemi ottici
M2.8 Progettazione di sistemi ottici.
141
M2.9 Supporto al progetto, realizzazione e
verifica della deposizione di film
sottili per applicazioni industriali.
M2.10 Sviluppo di nuovi materiali e
dispositivi per l’optoelettronica.
5.4.3 Supporto al progetto, realizzazione e
verifica della deposizione di film
M3. Ottica per ambiente, spazio e industria
M3.1 Collettori di luce solare.
5.2.3 Collettori di luce solare
5.2.2 Sistemi optoelettronici per
M3.2 Ottica aerospaziale ed ambientale.
applicazioni ambientali ed
aerospaziali
M3.3 Sistemi ottici per nuove geometrie
2.4 Sistemi ottici per nuove geometrie
laser.
laser
M3.4 Qualità ottica di fasci laser.
6.1 Qualità ottica di fasci laser
M3.5 Laboratorio di interferometria
6.2 Laboratorio di interferometria (centro
(centro SIT n.130).
SIT n.130)
M3.6 Laboratorio di fotometria e
6.3 Laboratorio di fotometria e
illuminotecnica.
illuminotecnica
CPX.M1. Applicazioni interdisciplinari dei sistemi complessi
CPX.M1.1 Sincronizzazione e controllo di 4.3 Controllo, sincronizzazione e
dinamiche complesse.
comunicazione in sistemi caotici
CPX.M1.2 Formazione spontanea di
strutture e fenomeni di trasporto.
4.4 Fenomeni critici in sistemi su
reticolo
4.5 Processamento dell’informazione
in sistemi biologici
CPX.M5. Metodi sperimentali per i sistemi complessi
CPX.M5.1 Dinamica di fenomeni
complessi in ottica non lineare.
CPX.M5.2 Dinamica di biopolimeri:
approccio integrato sperimentale e
teorico.
4.1 Strutture spazio-temporali in
sistemi ottici nonlineari
4.2 Strutture spazio-temporali in laser
a cavità verticale
5.3.1 Sviluppo di metodologie di
microscopia avanzate per lo studio
di sistemi biologici e biomateriali
F -- Formazione e comunicazione scientifica
F.2 Formazione nel campo dell’ottica e
diffusione della cultura scientifica.
F.2 Formazione e informazione
scientifica
F.3 Diffusione della cultura
142
Allegato 2
Elementi di consuntivo programmatico
Preconsuntivo 2004 Obiettivo 1 – Sistemi ottici e illuminotecnica
Progetto P 1.1
Ergonomia degli ambienti e dinamica della percezione
Sezione: Firenze
A1) Contesto esterno
L’influenza delle caratteristiche delle sorgenti artificiali sta assumendo un’importanza via
via crescente per le aziende del settore, la cui attenzione si sta sempre più spostando dalla
“quantità” della luce (misurabile con tecniche fotometriche) alla “qualità” della luce, che
può essere misurata utilizzando metodi diversi, quali ad esempio la misura delle
performance visiva e la valutazione della percezione cromatica. Accanto alla fotometria si è
aperto un interesse per le misure psicofisiche che vengono a completare il quadro del
comportamento di una sorgente.
In un altro settore, quello dell’ottica oftalmica, si assiste alla presa di coscienza da parte
delle aziende che la moda e l’estetica non possono più essere il fattore trainante le vendite.
Anche in un campo come gli occhiali da Sole le persone chiedono performance visive
migliori e specifiche (il boom, sia pur molto particolare, delle lenti da golf negli Stati Uniti
ne è l’esempio più notevole). L’avanzamento di tecniche di chirurgia refrattiva spinge a
produrre lenti progressive dotate di una complessa progettazione ottica che devono essere
valutate anche dal punto di vista ergonomico. Le tecniche di chirurgia refrattiva devono però
essere osservate con attenzione dato che i loro effetti non sono esclusivamente positivi: una
valutazione psicofisica diventa un criterio sempre più richiesto.
A2) Obiettivi generali
Il laboratorio di Ergonomia Visuale è giunto al punto in cui può cominciare una vera e
propria attività di ricerca. Ecco gli obiettivi generali:
• Incrementare i contatti con gli altri gruppi di ricerca in Italia e all’estero, soprattutto
nello specifico settore dell’ergonomia. Tramite queste collaborazioni pubblicare alcuni
lavori sulle riviste del settore.
• Sviluppare i rapporti con le aziende sia del settore illuminotecnico che del settore
oftalmico.
• Affrontare in maniera più specifica le tematiche legate al possibile miglioramento delle
prestazioni visive in persone affette da patologie al sistema visivo, dal momento che
continue richieste in tal senso giungono all’INOA da parte di molti medici oculisti.
• Fornire maggiore visibilità verso l’esterno alle attività del laboratorio. Il fatto che sia
ricominciata un’attività di scienza della visione all’INOA è molto apprezzato soprattutto
per la grande tradizione che l’Istituto aveva nel settore, ed è quindi utile che tale attività
possa essere resa nota agli altri soggetti pubblici e privati.
• Collaborare all’attività di divulgazione scientifica dell’INOA, dato che il settore scienza
della visione crea grande interesse nella pubblica opinione.
A3) Attività svolta
• Ottimizzazione del software per la misura della sensibilità al contrasto.
• Ottimizzazione del software per la valutazione dei tempi di risposta nella percezione di
figure bistabili.
• Avvio dell’attività di ricerca nel settore della percezione visiva riguardante le persone che
come compito visivo esaminano radiografie digitali invece che lastre.
143
• Implementazione iniziale del software per la valutazione delle anomalie nella visione del
colore e degli effetti delle lenti filtranti su tali anomalie.
• Modello dinamico di memoria associativa caratterizzato da una rete neurale di spiking
neurons (Hindmarsh-Rose) in regime caotico;il problema studiato e' quello del retrieval
simultaneo di più patterns di memoria tra loro correlati (temporal feature binding).
• Lavoro sperimentale e modellistico che testa l'ipotesi (gia' presente in letteratura) secondo
la quale la performance oggettiva di discriminazione dell'orientamento e' influenzata da
uno stimolo sonoro presentato con un certo rate (interazione cross modale).
• Esame di alcuni soggetti anomali per la visione del colore, per giungere a una
valutazione delle problematiche incontrate in funzione dell’attività lavorativa.
• Esame della percezione cromatica in un soggetto acromate.
A4) Risultati raggiunti
Il 2004 è stato l’anno di avvio della vera e propria attività di ricerca del laboratorio di
ergonomia della visione.
I risultati raggiunti rappresentano quindi step intermedi per il miglioramento dell’attività
descritta nel paragrafo A3. In particolare è stata conseguita la calibrazione esatta di tutti i
monitor presenti in laboratorio. Un progetto terminato è quello indicato nel paragrafo A3,
che ha permesso la valutazione della percezione di un soggetto diventato acromate dopo un
incidente di auto.
B1) Produttività complessiva del progetto
B1a) Produttività scientifica globale:
PERSONALE
Farini
Mesi Uomo
7
B1b) Attività extramurale:
• Organizzazione e docenza per corsi di illuminotecnica svolti in collaborazione con la
Lighting Academy.
• Sviluppo dello strumento web “Lighting Academy”.
• Collaborazione corso di ipovisione dalla Clinica Oculistica dell’Università di Firenze.
• Docenza presso il master di ipovisione organizzato dalla Clinica Oculistica
dell’Università di Firenze.
• Docenza presso il corso di laurea in ortottica.
• Docenza presso i master di Illuminotecnica delle Università di Venezia e Roma La
Sapienza.
• Organizzazione del corso Formazione a Distanza (FAD) con particolare riguardo alla
interazione luce occhio.
• Collaborazione alla stesura del manuale di Illuminotecnica edito da Tecniche Nuove (che
sarà pubblicato nel 2005).
B2) Qualità del lavoro svolto
B2a) Indici qualitativi
Pubblicazioni su riviste scientifiche:
• I.Di Sarcina, A.Farini, A.Piegari “Multilayer optical coatings for conservation glass:
colour rendering optimization” Rivista della stazione sperimentale del vetro 3, 5 (2004)
• A.Farini e A.Reggiani “Percezione ed illusione: non crederete ai vostri occhi” Luce e
Design pp.78-84 (Febbraio 2004)
• A.Farini “Leonardo e l’ottica” in L’oroptero Luglio 2004
• L.Mercatelli, A.Farini, L.Bertoncini e S.Di Marco “Accuratezze nelle misurazioni con il
144
luxmetro” Luce e Design pp.72-77 (Settembre 2004)
Conferenze nazionali e internazionali:
• Empoli 11 Marzo 2004 Convegno dedicato al Polo Universitario dell’Empolese Valdelsa
Relazione su “Leonardo e l’Ottica”
• Milano 12-13 Settembre 2004 RRR Low Vision Academy: Invited Talk dal titolo
“Lighting and Filters”
• Parma 1 Ottobre 2004 “3 Convegno di Colorimetria”
Note Interne INOA:
• R.Maremmi e A.Farini
Rapporti Tecnici INOA:
B2b) Indici quantitativi:
B2c) Collaborazioni con l’industria
Collaborazione con Sola Optical per lo studio delle lenti filtranti.
Collaborazione con la Targetti per lo studio dell’illuminazione museale.
B2d) Innovazione strumentale, procedurale ed apertura di nuove linee di attività
In Italia si sente il bisogno di una psicofisica “applicata”, dedicata non solo alla ricerca di
base, ma anche per raggiungere risultati, ad esempio, nell’approfondire la relazione tra
illuminazione e performance visive nello svolgimento di varie attività
B3) Grado di internazionalizzazione
B3a) Partecipazioni a grandi progetti internazionali di ricerca di base
B3b) Partecipazioni a grandi progetti internazionali di ricerca applicata
B3c) Contratti europei
B3d) Collaborazione scientifica internazionale
B4) Prospettive di innovazione delle ricerche
La principale innovazione, connessa con il concetto di “psicofisica applicata” espresso nel
paragrafo B2d), è quella legata a un set-up sperimentale che sia il più possibile trasportabile,
in modo da poter svolgere misure direttamente in loco, per poter valutare in maniera
realistica i compiti visivi svolti dalle persone. A questo è connesso l’utilizzo di un software
free che possa funzionare su diversi sistemi operativi. Una linea particolarmente innovativa
è quella legata all’analisi dei soggetti anomali per la visione del colore (il 6% della
popolazione maschile) e alle soluzioni per migliorare la loro percezione cromatica residua.
B5) Interazione con il sistema produttivo e sociale italiano
B5a) Collaborazione in grandi progetti di ricerca con Enti pubblici ed organismi privati
Collaborazione con ENEA, Targetti Sankey e LAV per un progetto di ricerca presentato
presso l’Ente Cassa di Risparmio di Firenze dedicato all’illuminazione all’interno dei musei
B5b) Servizio ad alta valenza tecnologica fornito ad Enti pubblici ed organismi privati
Collaborazione con Sola Optical per un progetto dedicato alla realizzazione di lenti filtranti
specifiche per alcune patologie legate all’ipovisione e per la chirurgia rifrattiva
B5c) Collaborazione scientifica nazionale documentata da pubblicazioni o altri prodotti
Collaborazione con la clinica oculistica Universitaria di Careggi per lo studio
dell’illuminazione nelle patologie legate all’ipovisione, documentata dal CD-ROM del corso
di ipovisione (seconda edizione)
B6) Capacità di generare un flusso di risorse nel sistema produttivo e sociale italiano
• 5.000 € Lav. Collaborando con il progetto di ricerca dell’INOA la LAV ha acquisito le
145
conoscenze necessarie per depositare l’ITO, potendo in questo modo acquisire nuovi
clienti.
• 10.000 € Targetti. La collaborazione con l’INOA ha permesso alla Targetti di porsi in
maniera sempre più credibile come azienda attenta alla qualità della luce.
• 12.000 € Sola Optical. La collaborazione con l’INOA (pubblicizzata con evidenza nel
listino come da accordi) ha permesso di evidenziare gli aspetti di comfort visivo di alcune
lenti filtranti.
B7) Grado di sinergia con altri Enti
• Collaborazione con l’ENEA per lo studio dei film sottili
• Collaborazione con l’Istituto di Neurofisiologia del CNR di Pisa per le misure di
psicofisica
• Collaborazione con la Clinica Oculistica dell’Università di Firenze per lo studio del
legame tra illuminazione e visione
B8) Capacità di attrarre risorse
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
-
-
Missioni
-
Totale
-
0
-
Totale
0
0
Borse/Assegni
-
-
B8a) Indicatore di autofinanziamento globale (totale finanziamenti/totale spese):
B8b) Indicatore di autofinanziamento globale (totale finanziamenti/totale spese dirette):
146
Preconsuntivo 2004
Progetto P 2.1
Obiettivo 2 Sistemistica optoelettronica
Sviluppo di strumentazione e tecniche di misura per le bio- e nanotecnologie
Sezione: Firenze
La microscopia a scansione di sonda (SPM) e la microscopia ottica, in modo particolare
confocale, sono le tecniche principali di osservazione e manipolazione di microsistemi
biologici nel loro ambiente fisiologico. I microscopi SPM sono usciti da tempo dalla fase
sperimentale e molti dispositivi sono presenti sul mercato.
Le bio- e nano-tecnologie sono però un settore ancora giovane, e spesso i problemi da
affrontare sono difficilmente risolvibili con uno strumento di tipo commerciale. E' invece
indispensabile avere uno strumento aperto sia come hardware che come software con il quale
poter sperimentare nuove procedure di misura.
Un'altra esigenza è rappresentata dall'uso contemporaneo delle tecniche SPM ed ottiche.
Sistemi di questo tipo cominciano ad essere utilizzati solo adesso e si stanno rivelando di
eccezionale potenza. Infine, di grande interesse per le bio- e nano-tecnologie è la microscopia
confocale multifotone (MPM).
L’obiettivo di questa attività è la progettazione, realizzazione e messa in opera di
strumentazione e tecniche all'avanguardia per applicazioni nel campo delle bio- e
nanotecnologie.
MICROSCOPIA SPM
L'attività, condotta in stretta collaborazione con la ditta ElbaTech srl, Marciana (LI), è stata
quella di progettare e realizzare la parte optomeccanica di microscopi SPM
In collaborazione con il Dipartimento di Sistemi e Informatica dell'Università di Firenze, è
proseguita l'attività di realizzazione di un sistema di controllo basato su computer con sistema
operativo "real time" per consentire una facile e rapida modifica dell'algoritmo di controllo in
funzione delle diverse condizioni e parametri di misura.
MICROSCOPIA OTTICA
Studio di metodologie per la caratterizzazione della sorgente ultraveloce impiegata nella
microscopia multifotone, in termini di lunghezza d’onda e durata temporale dell’impulso.
MICROSCOPIA SPM
Vari microscopi SPM la cui parte optomeccanica è stata progettata e realizzata da noi, sono
attualmente utilizzati sia presso il nostro laboratorio sia presso laboratori e ditte esterne
(contratto INOA - ElbaTech, prot. INOA N° 959 del 26/04/2004).
E' stato realizzato un sistema di controllo per SPM basato su piattaforma PC Linux - Rtai.
E' stato realizzato un sistema di misura della costante elastica di levette per SPM.
MICROSCOPIA OTTICA
Abbiamo realizzato vari dispositivi e messo a punto varie tecniche di misura per la
caratterizzazione della sorgente impulsata impiegata nel microscopio multifotone, sia per
quanto riguarda il controllo della lunghezza d’onda, sia per la misura della durata temporale
dell’impulso
147
PERSONALE
Quercioli
Tiribilli
Vassalli
Azzurri (Ass.)
Ghirelli (Ass.)
Mesi Uomo
6
6
6
2
6
L'attività è stata svolta in parte presso la ditta ElbaTech srl, Marciana (LI).
• F. Quercioli, A. Ghirelli,B. Tiribilli, M. Vassalli "Ultracompact autocorrelator for
multiphoton microscopy", Microsc. Res. Tech., Vol. 63, pag.27-33 (2004).
• F. Quercioli, B. Tiribilli, M. Vassalli and A. Ghirelli; "Laser spectral characterization in
multiphoton microscopy", Appl. Opt., Vol.43, pag. 3055-3060 (2004).
• F. Quercioli, B. Tiribilli, M. Vassalli, "Wavefront-division lateral shearing autocorrelator for
ultrafast laser microscopy", Optics Express, Vol. 12, pag. 4303-4312 (2004)
• M.Vassalli, M.Basso, M. Sartore, B. Tiribilli, A. Ghirelli, F.Azzurri, F. Quercioli;
"Implementation of an AFM feedback controller based on system identification",
INFMeeting 2004, Genova, 8-10 Giugno 2004
• P.K.Buah-Bassuah, B. Tiribilli, M. Vassalli, and G. Molesini; “Focometro portatile passivo a
effetto moirè”. Elettroottica 2004, Pavia, 15-17 Giugno 2004
• R. Fontana, M.C. Gambino, A. Ghirelli, M. Greco, E. Pampaloni, F. Quercioli, B.Tiribilli,
M.Vassalli. “Misure di microrigosità per il monitoraggio del degrado di opere bronzee”.
Elettroottica 2004, Pavia, 15-17 Giugno 2004
• M.Vassalli, M.Basso, M.Sartore, B.Tiribilli, F.Quercioli, F.Azzurri,"AFM control system for
biological applications", XC congresso nazionale SIF Brescia, 20-25 Settembre 2004.
• B.Tiribilli, F.Quercioli, M.Vassalli, "Pulse temporal characterization in nonlinear optical
microscopy", XC congresso nazionale SIF Brescia, 20-25 Settembre 2004.
• Franco Quercioli, Alessandro Ghirelli, Bruno Tiribilli, Massimo Vassalli “Second order
interferometric autocorrelator for nonlinear optical microscopy”, OpDiMon'04 Int.
Conference on “Optical Diagnostics and Monitoring: from Advanced Components to Novel
Devices”, Bacoli (Napoli), Italy 21-26 March, 2004.
• F. Quercioli, A. Ghirelli, B. Tiribilli, M. Vassalli, “Autocorrelator for multiphoton
microscopy” Photonics Europe, Strasbourg, France, 26-30 Aprile 2004. Proc. SPIE Vol.
5459, pag. 162-170 (2004).
• F. Quercioli, A. Girelli, B. Tiribilli, M. Vassalli, G. Molesini, M. Vannoni, “Microscopie
ottiche a scansione”, Elettroottica 2004, Pavia, 14-16 Giugno 2004, [presentazione su
invito]. Atti pag. 141-148 (2004).
• F.Quercioli, A.Ghirelli, B.Tiribilli, M.Vassalli, G.Molesini, M.Vannoni, C.Ascoli, P.Baschieri,
P.Pingue, M.Sartore, “Microscopie a scansione per la diagnostica di dispositivi” Workshop
su “ottiche diffrattive, microottica e microsistemi”, Firenze, 1-2 Aprile 2004 [presentazione
su invito]
148
Note Intene INOA:
• Relazione tecnica contratto INOA - ElbaTech, prot. INOA N° 1169 del 26/05/2004.
Tesi di laurea:
• P. Parisi "Misura della costante elastica di levette per microscopia a forza atomica" Università degli Studi di Firenze, Facoltà SMFN, Corso di Laurea in Fisica.
• F. Azzurri "Controllo di un microscopio a forza atomica in modalità contatto" - Università
degli Studi di Firenze, Facoltà di Ingegneria, Corso di Laurea in Ingegneria Informatica.
Brevetti:
• Estensione UE del brevetto italiano:
F. Quercioli, B. Tiribilli, M. Vassalli, A. Ghirelli, "Microscopio confocale multifotone con
autocorrelatore basato su un interferometro a spostamento laterale e relativo metodo di
caratterizzazione temporale", FI2003A000261.
3 pubblicazioni su riviste internazionali
9 comunicazioni a congressi
1 rapporto tecnico
2 tesi di laurea
1 brevetto internazionale
Contratto INOA - ElbaTech, prot. INOA N° 959 del 26/04/2004.
Collaborazione ENEA - Dip. di energetica Università di Firenze - INOA "Caratterizzazione di
nanotubi di carbonio".
La collaborazione INOA-ElbaTech ha permesso un trasferimento di competenze nel settore
della microscopia SPM che ha già attirato un flusso di circa 20.000 € in questo anno, e si
prevede un ulteriore flusso di 20.000 € nel prossimo anno.
• Dip. Sistemi e Informatica dell’Università di Firenze
• OPD Opificio delle Pietre Dure Firenze (Progetto Battistero)
• IPCF Istituto per i processi chimico fisici CNR- Pisa
• DIBE Facoltà di Ingegneria Università di Genova
149
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Elbatech
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
3.000
Consumo
6.000
6.000
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
-
-
Missioni
1.000
1.000
Totale
-
3.000
-
Totale
7.000
7.000
Borse/Assegni
-
150
Preconsuntivo 2004
Progetto P 2.2
Obiettivo 2
Sviluppo di dispositivi ottici con cristalli non lineari
Sezione: Napoli
I dispositivi fotonici rappresentano un ingrediente di “alta tecnologia” indispensabile in
molti campi d’applicazione. La capacità tecnologica per sviluppare e realizzare tali
componenti può consentire applicazioni innovative in diversi campi quali il monitoraggio
ambientale con tecniche spettroscopiche, le telecomunicazioni in fibra ottica, la sensoristica
industriale, il controllo non distruttivo. Ad esempio, nel campo dell’indagine vulcanologica,
lo sviluppo di dispositivi fotonici e sistemi optoelettronici quali spettrometro basati su
sorgenti laser a semiconduttore possono essere utilizzati per effettuare monitoraggio
continuo "in situ" di gas geochimici, con elevata precisione. Inoltre, nel campo del
monitoraggio delle deformazioni, l’utilizzo di sensori in fibra ottica rappresenta una delle
soluzioni migliori, essendo questi particolarmente semplici e a basso costo, oltre che adatti
ad essere controllati a distanza e collegati in architetture di rete.
• Realizzazione di reticoli fotolitografici sub-micrometrici tramite interferometria.
• Fabbricazione di campioni di niobato di litio periodicamente invertito (PPLN periodically poled lithium niobate) tramite processo di inversione dei domini ferroelettrici
con applicazione di campo elettrico esterno (poling) e con l’utilizzo dei suddetti reticoli
litografici.
• Realizzazione di strutture periodiche bi-dimensionali di domini invertiti submicrometrici con tecnica di overpoling e implementazione di tali strutture per la
fabbricazione guide d'onda.
• Realizzazione di microstrutture superficiali in cristalli di LN (lithium niobate) tramite
attacco chimico di campioni PPLN e loro caratterizzazione con metodi interferometrici.
• Realizzazione di una tecnica di monitoraggio in tempo reale del processo di inversione
periodica per un più affidabile controllo del fenomeno di avanzamento dei domini
invertiti al di sotto del film isolante (domain spreading).
• Impiego delle suddette strutture ferroelettriche per tecniche di wave-front sensing tramite
effetto elettro-ottico.
• Realizzazione di dispositivi di tipo phase array in LN periodicamente invertito secondo
geometrie bidimensionali opportune.
• Realizzazione di switch ottici e deflettori di fascio in LN.
La fase di ingegnerizzazione dei prototipi ed il successivo trasferimento tecnologico, da
effettuarsi nell'ambito del Progetto FIRB (vedi punto 3) con aziende leader nei rispettivi
settori di competenza, sono tra gli obiettivi prioritari di questo Progetto.
L’attività svolta può essere inquadrata nell’ambito del progetto FIRB, coordinato dall'INOA,
che è finalizzato allo sviluppo di nuove tecnologie e componenti per microdispositivi per
applicazioni nel campo delle telecomunicazioni e della fisica di base:
• Nell’ambito della procedura di preparazione dei campioni da sottoporre al processo di
poling sono state eseguite le seguenti ottimizzazioni:
1. ottimizzato il processo di taglio dei substrati di LN per ricavare da un wafer il
maggior numero di campioni;
2. realizzata una camera pulita per l’apparato interferometrico usato per la
fotolitografia interferometrica;
151
implementata, con il laser He-Cd a disposizione, una nuova configurazione che
fornisce sia esposizioni tradizionali tramite maschere litografiche che esposizioni
interferometriche con reticoli aventi periodo inferiore a 3 µm;
4. implementate tecniche di esposizione per realizzare reticoli litografici con geometrie
composite bidimensionali;
5. implementato il processo di lucidatura dei campioni, indispensabile per una verifica
in sezione della morfologia delle strutture ferroelettriche realizzate.
Nell’ambito del processo di poling è stato implementato un nuovo apparato più
affidabile e versatile da usare per un monitoraggio in tempo reale del processo di poling
tramite tecniche interferometriche;
Realizzati campioni PPLN con periodo di circa 19 µm per generazione di seconda
armonica e con periodo di circa 2 µm per applicazioni nell’ambito del progetto P3.1.
Realizzati campioni PPLN con geometrie uni e bidimensionali tramite overpoling.
Realizzati campioni PPLN bidimensionali con geometria esagonale per dispositivi di
tipo phase array.
3.
•
•
•
•
• Realizzazione di reticoli litografici lineari su substrati di LN con periodo di circa 2 µm e
di circa 0.7 µm.
• Realizzazione di reticoli litografici bidimensionali con geometrie composite aventi
periodo di circa 2 µm.
• Realizzazione di campioni PPLN con geometria unidimensionale e periodo di circa 2
µm.
• Realizzazione di campioni PPLN con geometria bidimensionale, periodo di circa 2 µm e
regioni invertite di dimensioni sub-micrometriche.
PERSONALE
De Natale
Ferraro
Gagliardi (T.D. PON
Maddaloni (T.D. PON)
Rocoo (Ass. PON)
Grilli (Ass.)
Mesi Uomo
2
4
4
6
4
4
Attività didattica nell’ambito del Progetto PON-Simona.
• S.De Nicola, P.Ferraro, G. Coppola, A.Finizio, G.Pierattini, S.Grilli, “Talbot self-image
effect in digital holography and its application to spectrometry”, Optics Letters 29, 1-3
(2004).
• S. De Nicola, P. Ferraro, A. Finizio, S. Grilli, G. Coppola, M. Iodice, P. De Natale, M.
Chiarini, “Surface topography of microstructures in lithium niobate by digital
holographic microscopy”, Measurement Science and Technology 15, pp. 961-968 (2004).
• S. Grilli, P. Ferraro, M. Paturzo, D. Alfieri, P. De Natale, M. de Angelis, S. De Nicola, A.
Finizio, G. Pierattini, “In-situ visualization, monitoring and analysis of electric field
152
domain reversal process in ferroelectric crystals by digital holography,” Optics Express 12,
1832 (2004). http://www.opticsexpress.org/abstract.cfm?URI=OPEX-12-9-1832
Finizio, G. Pierattini, OpDiMon ’04 – International Conference on Optical Diagnostics
and Monitoring: from Advanced Components to Novel Devices (Bacoli, Italy, 2004).
Finizio, G. Pierattini, “Electro-optic characterization and domain reversal monitoring in
congruent lithium niobate,” INFM-Meeting, Genova (2004).
• S. De Nicola, P. Ferraro, A. Finizio, S. Grilli, L. Sansone, P. De Natale, “Two-dimensional
Characterization of Relief Microstructures in Lithium Niobate Through Digital Holographic
Microscopy,” IMTC, Como (2004).
• Book of Abstract della Conferenza Internazionale OpDiMon 2004, P.Cancio and
P.Maddaloni Eds. (2004).
Brevetti:
• Metodo per la mappatura bidimensionale delle proprietà elettro-ottiche di oggetti e
relativo apparato. M.De Angelis, P.Ferraro, A.Finizio, S.Grilli, P.De Natale, S.De Nicola,
G.Pierattini.
Note Interne INOA:
3 articoli su riviste internazionali
3 comunicazioni a conferenze
Nell’ambito del progetto FIRB è in corso una collaborazione con le aziende: AVANEX Italia,
Alenia Marconi Sistems.
L’allestimento di una camera pulita dedicata alla litografia interferometrica costituisce una
risorsa strumentale per lo sviluppo di ulteriori linee di attività finalizzate alla realizzazione
di strutture nanometriche di interesse per la fotonica.
E’ stata organizzata da INOA (Chairman: P. De Natale & P. Ferraro) una conferenza
internazionale OPDIMON 2004 a Capo Misero, Bacoli, Pozzuli (NA) che ha visto la
partecipazione di ben oltre 150 ricercatori, provenienti da 3 continenti (Europa, USA,
Australia).
Collaborazione in corso presso il gruppo del Prof. Fredrik Laurell (Royal Institute of
Technology – Laserphysics Department in Stoccolma, Svezia) nell’ambito della realizzazione
di processi di poling innovativi tramite l’utilizzo di trattamenti chimici specifici.
• S. Mailis (Optoelectronic Research Centre, Southampton, UK),
• P.K. Rastogi (EPFL Lousanne, CH),
• K.A. Stetson (Holometrology, CT-USA),
• Javidi (Univ. Connecticut USA).
153
• Sviluppo di tecniche di fotolitografia interferometrica che, rispetto al processo di
litografia tradizionale basata sull’utilizzo di maschere, siano competitive ai fini della
realizzazione di strutture sub-micrometriche da trasferire sul substrato.
• Sviluppo di tecniche innovative per la realizzazione del reticolo isolante da utilizzare nel
processo di poling, in grado di controllare in maniera affidabile il ben noto e
indesiderato fenomeno di domain spreading.
• Impiego dei campioni PPLN con domini sub-micrometrici ottenuti tramite overpoling in
dispositivi di tipo guide d’onda per applicazioni nel campo dell’ottica non lineare.
• Impiego delle suddette strutture in dispositivi da utilizzare per tecniche di wave-front
sensing tramite effetto elettro-ottico.
• Realizzazione di dispositivi di tipo phase-array in LN per correzione e generazione di
reticoli da impiegare anche per fotolitografia.
• Realizzazione di dispositivi di tipo switch ottico per deflessione di fasci.
• Sviluppo di campioni PPLN con geometrie bidimensionali e composite per applicazioni
nel campo dei dispositivi di tipo photonic band-gap.
• In Napoli: Istituto di Cibernetica “E. Caianiello” del CNR; OV-INGV, Dipartimento di
Scienze Ambientali II Università; Istituto di Microelettronica e Microsistemi del CNR;
Università degli Studi di Napoli.
• AVANEX Italia.
• IFAC Firenze.
• Dipartimento di Fisica (Politecnico di Bari).
• Dipartimento di Fisica (Università di Padova).
• Istituto di Microelettronica e Microsistemi del CNR (Sez. di Bologna).
Collaborazioni nazionali:
• G. Pierattini, S. De Nicola, M. de Angelis, A. Finizio (Ist. Cibernetica-CNR Napoli),
• G. Coppola, M. Iodice (IMM-CNR Napoli).
• G. Bentini, M.Chiarini (IMM-CNR Bologna).
• C. Magro (STM Catania).
I risultati ottenuti hanno permesso il deposito in Italia di un brevetto di invenzione
industriale riguardante la caratterizzazione di cristalli per ottica non lineare a mezzo di
tecniche interferometriche. Sarà valutata l’opportunità di estensione all’estero di tale
brevetto. Al momento si ritiene che sulla base del brevetto sia possibile definire la
realizzazione di un prototipo che potrebbe avere un mercato sia in ambito industriale che
accademico e che quindi si possa eventualmente procedere allo sfruttamento industriale con
diverse modalità (cessione dei diritti) o iniziative di tipo imprenditoriali (spin-off,
collaborazioni con aziende).
• Istituto di Cibernetica (CNR) “E. Caianiello” (Napoli), col quale esiste una convenzione.
• Istituto di Microelettronica e Microsistemi del CNR (Napoli), col quale si utilizzano
attrezzature per attività comuni.
154
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
-
-
Missioni
-
Totale
-
0
-
Totale
0
0
Borse/Assegni
-
-
155
Preconsuntivo 2004 Obiettivo Sistemistica Optoelettronica
Progetto P 2.3
Sviluppo di sorgenti accordabili coerenti
Sezione: Firenze
Il tema di questa ricerca è la generazione di radiazione coerente in mezzi nonlineari ad alta
efficienza. Questo tema è di estrema attualità, come testimoniano il numero elevatissimo di
pubblicazioni, Workshop, libri, dedicati a nuove sorgenti basate su processi nonlineari.
L'interesse per questo argomento deriva soprattutto dall'imponente ventaglio di applicazioni
che tali sorgenti possono avere. Si passa infatti da applicazioni nel campo delle
telecomunicazioni alle applicazioni di tipo industriale, alla sensoristica. Lo sviluppo di tali
sorgenti risulta oltre tutto di stimolo per la ricerca di base in ottica quantistica, che è alla
base della loro progettazione e realizzazione. Nei prossimi anni è prevedibile lo sviluppo di
sistemi integrati contenenti sorgenti di pompa basate su laser a diodo e mezzi nonlineari,
tutto su semiconduttore, con particolare attenzione al controllo delle sue caratteristiche di
purezza spettrale. Parallelamente a queste sorgenti, che funzionano essenzialmente da
convertitori (verso "alte" o "basse" frequenze) sta crescendo la tecnologia dei laser a
semiconduttore con emissione diretta nell'infrarosso (IR), quali i laser a "cascata quantica".
La combinazione di un generatore di pettini di frequenza (OFS) e di un sistema per la
generazione di frequenze differenza (DFG) costituisce un sistema unico al mondo, con il
quale si intende realizzare misure assolute di frequenza nell'IR (con intersezioni con il P5.2.1
e il P5.2.4) e misure di effetti di QED (vedi P3.2 e P2.8). La potenzialità già dimostrata è di
estrema rilevanza, poiché apre la strada a misure di frequenza con accuratezza di livello
metrologico in un'ampia regione spettrale dell'IR, con vaste implicazioni sia nell'osservazione
e nella verifica di elusivi effetti quantistici, sia nel monitoraggio ambientale.
Il sistema laser a Ti:zaffiro verrà inserito come sorgente di pompa nell'apparato DFG per
consentire un ulteriore aumento dell'accordabilità e della potenza IR emessa.
Il sistema DFG, accordabile intorno a lunghezze d'onda di circa 4.3 ? m, ha consentito per la
prima volta l'estensione al medio IR di un OFS. In particolare, è stata possibile la misura
assoluta di frequenza (riferita allo standard primario mediante un sistema GPS) di transizioni
roto-vibrazionali nella banda fondamentale della molecola di CO2, con una precisione
inferiore al kHz.
E' stato realizzato, come previsto per quest'anno, un sistema laser miniaturizzato, Ti:zaffiro,
iniettato da radiazione emessa da un diodo laser "squeezed", cioè con rumore d'ampiezza
inferiore al limite quantistico.
Il sistema per generazione di seconda armonica (SHG) operante con il fascio atomico di elio
metastabile, ha fornito il riferimento di frequenza che, unitamente all'OFS, ha consentito le
prime misure assolute di frequenza di transizioni dell'atomo di elio. Esse rappresentano, ad
oggi, la misura con tecniche ottiche di effetti di elettrodinamica quantistica (QED) più precisa
mai realizzata.
Il sistema OFS è stato ulteriormente migliorato, sia per la stabilità nel tempo dello strumento,
con possibilità di esperimenti su scale temporali più lunghe, sia per le caratteristiche di
purezza spettrale. Per tali fini è stato inserito un sistema di allineamento automatico della
speciale fibra fotonica (PCF) che allarga lo spettro.
Il sistema DFG è stato ulteriormente potenziato con la costruzione di una speciale cavità
156
Fabry-Perot, che consentirà cammini ottici efficaci dell'ordine di 4 km, aumentando
drasticamente la sensibilità nella rivelazione di transizioni IR.
Parallelamente, si sono sviluppati e caratterizzati componenti fotonici ad elevato contenuto
innovativo, nell'ambito del Progetto FIRB negoziale "Microdispositivi fotonici in niobato di
litio", coordinato dall'INOA.
PERSONALE
Cancio
De Natale
Giusfredi
Mazzotti (T.D. FIRB)
Borri (Bor.)
Mesi Uomo
3
2
3
4
3
Attività didattica nell'ambito del progetto PON-SIMONA presso la sede INOA di Napoli
Pubblicazioni su riviste scientifiche e libri:
• "Absolute frequency measurements of the 23S1 - 23P0,1,2 atomic helium transitions around
1083 nm", P. Cancio, G. Giusfredi, P. De Natale, G. Hagel, C. De Mauro, and M. Inguscio,
Physical Review Letters 92, 023001 (2004). IF=7.035.
• "Extending the optical comb synthesizer to the infrared: from He at 1.083 µm to CO2 at 4.2
µm", P. De Natale, S. Borri, P. Cancio, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Prevedelli, C. De
Mauro, and M. Inguscio, in "Laser Spectroscopy: Proceedings of the 16th International
Conference on Laser Spectroscopy (ICOLS XVI)", P. Hannaford, A. Sidorov, H. Bachor, and
K. Baldwin eds., (World Scientific, Singapore, 2004), pp. 63-67.
• "Infrared precision molecular spectroscopy by using an optical frequency synthesizer
combined with a DFG laser source", P. Cancio, D. Mazzotti, G. Giusfredi, and P. De
Natale, International Conference on Optical Diagnostics and Monitoring: from Advanced
Components to Novel Devices, Bacoli, Italy, 21-26/03/2004. Conference digest, pp. 69-70.
• "An injection-locked, CW Ti:S laser for IR molecular spectroscopy", J. Belfi, I. Galli, G.
Giusfredi, F. Marin, and D. Mazzotti, International Conference on Optical Diagnostics and
Monitoring: from Advanced Components to Novel Devices (OpDiMon 2004), Bacoli, Italy,
21-26/03/2004. Conference digest, p 122.
• "CO2 frequency metrology around 4.25 ? m", P. Cancio, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M.
Prevedelli, and P. De Natale, International Conference on Optical Diagnostics and
Monitoring: from Advanced Components to Novel Devices (OpDiMon 2004), Bacoli, Italy,
21-26/03/2004. Conference digest, p. 128.
• "Absolute frequency standards in the mid-IR combining non-linear frequency converters to
an optical frequency-comb synthesizer", P. Cancio, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Prevedelli,
G. Gagliardi, P. Maddaloni, and P. De Natale, XIX International Conference on Atomic
Physics (ICAP 2004), Rio de Janeiro, Brazil, 25-30/07/2004.
• "Absolute frequency measurements in the the IR by use of an optical frequency-comb
synthesizer", P. Cancio, C. de Mauro, P. De Natale, G. Giusfredi, D. Mazzotti, and M.
Prevedelli, IV International Symposium on Modern Problems of Laser Physics (MPLP
2004), Novosibirsk, Russia, 22-27/08/2004. Conference digest, pp. 31-32.
157
• “Non-linear optics for high resolution molecular spectroscopy”, P. De Natale - SIRIS 2004
- International Workshop on Stable Isotope Ratio Infrared Spectrometry -6-8 September, IAEA
(International Atomic Energy Agency), Vienna (Austria).
1 pubblicazione su rivista scientifica
1 pubblicazione su proceedings
6 presentazioni a conferenze internazionali
B2c) Collaborazioni con l'industria
Collaborazioni in progetti esterni con D'Appolonia, SIT, Alenia-Marconi Sistemi, AvanexItalia.
Estensione a tempi di funzionamento significativamente più lunghi dell’OFS: la maggiore
stabilità in frequenza implica una sensibilità di rivelazione del sistema DFG drasticamente
più elevata.
Collaborazione con G. Hagel (LENS, Univ. Provence – CNRS)
Nuove altissime sensibilità e applicazioni future a settori ambientali grazie ad alta stabilità.
Estensione dell'intervallo di copertura dell'OFS con l'acquisizione di un sistema analogo che
utilizzi laser impulsati in fibra ad erbio anziché a un laser a Ti:zaffiro.
• Progetto FIRB negoziale–RBNE01KZ94 "Microdispositivi fotonici in Niobato di Litio".
Coordinato dall’INOA (Paolo De Natale) in collaborazione con Università di Pavia,
Università di Padova, IMM-CNR di Bologna, IC-CNR di Napoli, AVANEX-Italia di Milano.
• Progetto PON- "Sistema di Monitoraggio Ambientale (SIMONA)", coordinato dalla ditta
D’Appolonia, in collaborazione con IC-CNR di Napoli, Oss. Vesuviano-INGV di Napoli,
Università di Cosenza, Alenia-Marconi Sistemi, SIT (Scienza, Industria e Tecnologia).
• Progetto FISR dal titolo Sensori basati su micro-cavità sferiche per il monitoraggio
ambientale”, in collaborazione con IFAC-CNR (coord. G.C. Righini), ICIB-CNR (resp. G.
Pierattini), Avanex (resp. V. Pruneri)
Collaborazione con:
• M. Prevedelli (Fac. Chimica Industriale, Univ. Bologna),
• C. de Mauro (Univ. Siena),
• M. Inguscio (LENS, Univ. Firenze), F. Marin (Univ. Firenze).
Il cofinanziamento con Progetti che coinvolgono numerose aziende italiane e multinazionali
testimonia l’elevata sinergia con il sistema produttivo. A partire da queste interazioni, è
158
presumibile l’avviamento di “spin-off” con i giovani che sono in formazione presso INOA
(laureandi, dottorandi, assegnasti, contratti a progetto) e/o la commercializzazione di brevetti
e/o lo sviluppo di prodotti ad alta tecnologia con ampia ricaduta nel sociale. Un esempio di
quest’ultima categoria può essere lo sviluppo, con INGV e il Dip. Protezione Civile, di una
rete di monitoraggio e sorveglianza sismica e vulcanica che faccia uso di sorgenti innovative.
• Collaborazione con M. Inguscio (LENS, Univ. Firenze) ), per lo sviluppo di sorgenti
accordabili.
• Collaborazione con M. Prevedelli (Fac. Chimica Industriale, Univ. Bologna), per lo
sviluppo del sistema OFS-DFG per la misura di frequenze nell'IR.
• Collaborazione con G. Hagel (LENS, Univ. Provence – CNRS) per le misure di frequenza
dell'elio.
• Collaborazione con P. Mazzoldi (Univ. Padova), G. Samoggia (Univ. Pavia), G. Bentini
(IMM-CNR), S. de Nicola (IC-CNR), G. C. Righini (IFAC-CNR), N. Armenise (Univ. Bari), V.
Pruneri (AVANEX-Italia), per la realizzazione del progetto FIRB.
• Collaborazione con S. Sorge (D'Appolonia), G. Pierattini (IC-CNR), G. De Natale (Oss.
Vesuviano INGV), per la realizzazione del progetto PON.
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
FIRB
PON-SIMONA
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
58.027
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
3.000
-
2.000
-
-
0
4.312
4.312
Totale
63.027
4.312
67.339
-
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
159
Preconsuntivo 2004
Progetto P 2.4
Obiettivo 2
“Sistemi Ottici per nuove geometrie Laser”
Sezione: Firenze e Napoli
L’enorme progresso tecnologico delle sorgenti a semiconduttore a cui si è assistito negli
ultimi anni induce a pensare che in tempi non lontani questo tipo di laser coprirà la più
larga fetta del mercato totale delle sorgenti per applicazioni industriali. Si vedranno sempre
più sorgenti multi-kW sia a semiconduttore diretto che a stato solido pompate da diodi. In
particolare si prevede che i laser a semiconduttore rimpiazzeranno anche le ben più
affermate sorgenti a gas anche nei segmenti di potenza superiori al kW.
Da un punto di vista dello sviluppo di nuove sorgenti, le più recenti ricerche hanno messo in
luce quanto sia importante abbandonare la normale geometria asso-simmetrica per superare
i limiti imposti, tanto da ovvie leggi fisiche che da problemi tecnologici, all’efficienza ed alla
qualità dell’estrazione ottica di potenza da quasi tutti i mezzi attivi. Ciò ha dato origine a
laser in geometria Slab ( a “lastra” ) o a disco, o ancora a sorgenti basate su schiere di molti
laser (“laser-array”). Questo cambiamento di prospettiva provoca il necessario abbandono
dei tradizionali schemi di risonatore ottico e dei mezzi di collimazione e focheggiamento. In
particolare l’enorme sviluppo previsto nel settore dei diodi laser di potenza richiede un
adeguato sforzo nella ricerca di schemi ottici che si adattino alle geometrie dettate da questa
nuova tecnologia.
L'obiettivo principale di questa linea di ricerca è investigare nuove strade per la
realizzazione di sorgenti di potenza medio-alta per le applicazioni industriali. La recente
scoperta di nuove tecniche per la realizzazione di mezzi attivi ceramici con buone qualità
ottiche, rende questa linea investigativa particolarmente interessante. Con queste tecnologie,
infatti, è possibile realizzare mezzi attivi non convenzionali per i quali risulta necessario
adottare schemi ottici adeguati. Particolare attenzione sarà dedicata alle soluzioni ottiche
per geometrie a lastra (slab) ed a disco (disk).
E’ stato realizzato un sistema laser SLAB a stato solido pompato a diodi. L’unità è collocata
nei nuovi laboratori di via Gattinella a Capalle. Il sistema è stato testato con mezzi attivi
vetrosi e ceramici (grazie al materiale ottenuto dalla giapponese Konoshima Chemicals).
Attualmente il sistema funziona con pompaggio a diodi impulsati, con potenza totale di
picco pari a 1200 W (massimo duty cycle 15%). Il laser è attualmente accoppiato ad un
risonatore stabile convenzionale. Con questa configurazione sono state testate diverse
geometrie ottiche di accoppiamento diodi- mezzo attivo. E’ stata caratterizzata l’efficienza di
estrazione nelle diverse configurazioni e sono stati verificati i parametri del fascio estratto
anche in funzione dei diversi livelli di pompaggio ottico (per quantificare il fenomeno di
lente termica tipico dei laser a stato solido). Sono stati avviati i primi studi per l’utilizzo di
un risonatore ibrido stabile-instabile, già studiato in passato nei sistemi laser slab a gas.
Nell’ottica di perseguire gli scopi proposti nel progetto LACER abbiamo avviato anche gli
studi necessari per pompare la nostra lastra (SLAB) di YAG ceramico con due array da 1200
W di potenza continua. Sono state realizzate le simulazioni termomeccaniche per mezzo di
algoritmi alle differenze finite e sono stati selezionate le possibili sorgenti di pompaggio.
Con l’attività descritta nel paragrafo precedente abbiamo realizzato un sistema sperimentale
capace di fornire una potenza di uscità di 350 W (QCW) quando pompato da due array di
160
diodi di potenza totale 1200 W (QCW). Questa sperimentazione ci ha portato a livelli di
efficienza di estrazione superiori al 30% optical-to-optical e dell’ordine del 48% slope. Con
questi risultati possiamo prevedere l’estrazione di potenze prossime al kW quando avremo a
disposizione i nuovi array di pompaggio (per 2400 W totali CW). La qualità ottica del fascio
estratto è già buona nella direzione trasversa sottile della slab ed è sostanzialmente
indipendente dalla potenza di pompaggio (almeno per i livelli finora testati). Contiamo, in
futuro, di migliorare la qualità ottica nella direzione larga della slab facendo uso del
risonatore ibrido.
PERSONALE
Ciofini
Lapucci
Mesi Uomo
10
10
• M.Ciofini, A. Lapucci, “Compact scalable diode pumped Nd:YAG ceramic slab laser”,
Appl. Optics 43(33), November, 2004.
• A. Lapucci “ Innovative discharge geometries for diffusion cooled gas lasers”, Spie Proc.
5448, pp. 404- 411,(2004).
• A.Lapucci, M.Ciofini, “Compact High-Power ceramic slab laser ”, Spie Proc. 5777,
(2004).
• A. Lapucci, “ Innovative discharge geometries for diffusion cooled gas lasers.”, (invited
talk) High Power Laser Ablation 2004, 25 – 30 April, Taos, New Mexico -USA, 2004.
• A. Lapucci, M. Ciofini, “Compact High-Power ceramic slab laser ”, XV GCL/HPL
Conference, Prague (Czech Republic) 30 August – 3 September 2004.
• A. Lapucci and M. Ciofini, " Diode pumped ceramic slab laser" , EPS-QEOD Europhoton
Conference, Solid-state and fiber coherent light sources, Lausanne, Switzerland 29 Aug-3
Sept 2004 (Europhysics Conference Abstracts Volume 28C).
Note Interne INOA:
L’attività è inserita nel progetto LACER (acronimo di LAser CERamico) oggetto di
finanziamento F.A.R. (legge 297) in collaborazione con Consorzio CALEF, ENEA, El.En.
SpA ed RTM SpA. IL progetto ha superato la fase istruttoria già nel 2003, ma non è stato
ancora finanziato.
Abbiamo anche partecipato alla presentazione del progetto TRANCO (in ambito EU (Strep))
per la sinterizzazione di YAG ceramico ad alta pressione. In questo progetto il gruppo dei
laseristi INOA (come sub-contraente di uno dei partner industriali di progetto (El.En.))
dovrebbe testare la nuova ceramica in cavità laser con geometria a disco.
L’attività di ricerca su sorgenti stato solido di potenze medio-alte è del tutto nuova per i
laboratori dell’INOA ed è stata impiantata nel nuovo plesso di via Gattinella a Capalle. In
161
questo nuovo laboratorio è attualmente in funzione il laser ceramico da 350 W.
Come detto siamo inseriti nelle attività del progetto TRANCO (in ambito EU (STREP)) per
la sinterizzazione di YAG ceramico ad alta pressione.
La costituzione di laboratori dotati di più moderne tecnologie laser (mezzi attivi allo stato
solido, ed in particolare ceramici, e sistemi di pompaggio a diodi di potenze medio-alte) ci
consente di studiare sperimentalmente nuove architetture in un settore che appare allo stato
attuale il più probabile generatore di innovazione tecnologica nel campo delle applicazioni
laser. Nessun italiano nel panorama dei laser (né industriale né di ricerca) ha mai operato a
questi livelli di potenza con sorgenti stato solido pompate a diodi, ed anche nel resto del
mondo queste tecnologie sono a disposizione di un ristretto numero di gruppi di ricerca.
Come detto l’attività sui laser a stato solido ceramico è svolta nel contesto del progetto
LACER in ambito F.A.R. (ex-legge 297) in collaborazione con Consorzio CALEF, ENEA,
El.En. SpA ed R.T.M. SpA.
Come detto la presentazione in sede E.U. del progetto Tranco prevede la realizzazione, da
parte del principale costruttore italiano di sorgenti Laser (El.En. S.p.A.), di un prototipo di
laser ceramico a disco per un costo complessivo di 350 k€ circa, con materiale ceramico di
produzione europea. INOA sarà coinvolto nella fase di progettazione della sorgente laser con
una commessa di almeno 70 k€.
Sul progetto Lacer la collaborazione con E.N.E.A. (Casaccia, Frascati e Faenza) è
particolarmente stretta. In particolare in questa con il personale della Casaccia e del CALEF
fase per la predisposizione dei piani di lavoro data la notevole articolazione del progetto, il
cui budget totale approvato dalla CTS del MIUR è di 6.740.800 € (quota INOA 846.000,00).
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
LACER
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
1.300
Consumo
4.000
-
-
5.300
-
Totale
0
0
-
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
Le risorse Lacer non sono ancora disponibili a causa del mancato D.M. di finanziamento.
162
163
Preconsuntivo 2004
Progetto P.2.5
Obiettivo 2
Sviluppo di tecniche nell'infrarosso per il controllo di fasci
Sezione: Firenze
Da decenni l'INOA ha esplorato la fisica del laser a CO2 singolo modo, individuando vari
scenari di comportamento caotico. Questa linea di ricerca ha portato allo sviluppo di un
progetto all'avanguardia dal punto di vista del controllo, della sincronizzazione (vedi progetto
4.3) e dei fenomeni di competizione tra campi ortogonalmente polarizzati in laser isotropici.
Recentemente è stato mostrato grande interesse da parte di gruppi di ricerca che lavorano sul
laser FEL (Free Electron Laser) nell’ applicare le tecniche di controllo studiate presso l’INOA.
Un laser FEL può generare grandi potenze di radiazione coerente e tunabile in un ampio
intervallo di lunghezze d’onda dai mm fino al visibile e vicino UV, potenzialmente è possibile
estendere il suo spettro di emissione fino ai raggi X.
Come i laser convenzionali il FEL è caratterizzato da una alta coerenza spaziale, tuttavia da
questi vi differisce per il mezzo attivo utilizzato per generare la radiazione coerente. Mentre
nei laser convenzionali l’inversione di popolazione è ottenuta portando verso uno stato
eccitato un atomo o una molecola, nel FEL questa è ottenuta usando un fascio di elettroni
relativistico.
La sua grande flessibilità sia nello spettro di emissione che nelle potenze ottenibili ha reso
possibili molte applicazioni nei campi della fisica dei solidi, della spettroscopia, della biologia
e della medicina.
Nell'ambito del controllo dell'instabilità di polarizzazione in cavità di tipo quasi isotropico, si
continuerà a studiare il ruolo della polarizzazione nella competizione tra modi spaziali in
laser a grande numero di Fresnel.
Verrà continuata la caratterizzazione dettagliata di alcuni cristalli liquidi nella regione
spettale del medio e vicino infrarosso (laser a CO2, diodo laser per telecomunicazioni in fibra
ottica a 1500nm, e laser a Nd:YAG 1060 nm). Verranno realizzati polarizzatori, filtri e
modulatori a cristalli liquidi per il controllo di fasci laser in queste regioni spettrali molto
utilizzate in vari settori industriali e per il processamento di immagini termografiche.
L’approvazione del progetto FISR richiederà dei grossi investimenti nel campo delle sorgenti
laser compatte nel vicino e medio infrarosso e dei sistemi in fibra ottica per la realizzazione di
misure spettroscopiche.
Per quanto concerne il FEL, l’obbiettivo è quello di studiare la dinamica di queste sorgenti in
modo da poter stabilire il miglior approccio al controllo della loro evoluzione temporale e
della distribuzione spaziale dell’energia. Questi risultati contribuiranno ad ottimizzare la
stabilità e l’efficienza di queste sorgenti per un loro migliore utilizzo in tutte quelle
applicazioni nelle quali è cruciale un buon controllo del sistema.
Indagine ottica sulla risposta di cristalli liquidi nel vicino infrarosso dove sono disponibili
laser a diodo e a fibra. In questo campo è stata attivata una collaborazione scientifica con un
gruppo di ricerca del CREOL di Orlando (USA). In tale collaborazione l’INOA si occupa della
caratterizzazione sperimentale dei materiali. Si è inoltre iniziata una caratterizzazione dei
dispositivi realizzati con i cristalli liquidi a 1.06 µm usando un laser Nd-YAG.
Studi sulla dinamica di polarizzazione in cavità laser isotropiche che permettono emissione
laser su più modi spaziali.
Studio dell’effetto della fase nei processi di controllo in sistemi dinamici forzati in regime
caotico.
164
L’attività di ricerca ha condotto ai seguenti risultati.
La dinamica di un laser con modulazione periodica delle perdite può essere adeguatamente
controllata mediante l’applicazione di una piccola perturbazione esterna con una opportuna
scelta della fase rispetto a quella della forzante. L’estrema affidabilità dei modelli numerici
che regolano la dinamica dei laser ha permesso di verificare in termini generali la bontà del
metodo proposto. I modelli proposti sono anche di interesse per le stringenti analogie con la
dinamica dei processi epidemiologici e del loro controllo, verso cui l’interesse dei collaboratori
statunitensi si sta indirizzando.
Per quanto riguarda la caratterizzazione delle proprietà dei cristalli liquidi e dei dispositivi
nell’IR sono stati raggiunti elevati livelli di affidabilità nelle misure degli indici di rifrazione
ordinario e straordinario alla lunghezza d’onda del laser a CO2 dove nessuna misura esisteva.
Questo ha determinato un forte interesse nel ripetere queste misure anche per altri intervalli
spettrali nel vicino infrarosso.
PERSONALE
Boccaletti
Meucci
Zambrano (Contr. Coll.)
Brugioni (Bor.)
Mesi Uomo
2
10
2
12
Nell’ambito di questa linea di ricerca il Dr. Meucci ha svolto attività didattica per i corsi
universitari in Ottica Quantistica della Laurea in Ottica e per il corso in Tecniche dei laser
della Laurea in Ortottica.
Alcuni componenti del gruppo svolgono correntemente attivita' di referaggio per le principali
riviste internazionali del settore quli Physical Review, Optics Communication, Physica D,
European Physics Letters, .... .
Il Dr. Meucci è stato inoltre impegnato nei programmi di attività come agenzia formative
dell’Istituto presso la Regione Toscana e nella procedura necessaria per la certificazione del
Processo di qualità dell’Istituto che l'INOA ha ottenuto in data 10 Maggio 2004.
• S. Boccaletti, E. Allaria, R. Meucci, “Experimental control of coherence of a chaotic
oscillator” Phys.Rev.E. 69, 066211 (2004).
• L. Billings, I.B. Schwartz, D.S. Morgan, E.M.Bollt, R. Meucci and E. Allaria, “Stochastic
bifurcation in a driven laser system: Experiment and theory” Phys.Rev.E 70, 026220
(2004).
• I.P. Marino, E. Allaria, M.A.F. Sanjuan, R. Meucci, F.T. Arecchi, “Coupling scheme for
complete synchronization of periodically forced chaotic CO2 lasers” Phys.Rev.E 70, 036208
(2004).
• I. Tokuda, J. Kurths, E. Allaria, R. Meucci, S. Boccaletti and F.T. Arecchi “Predicting Phase
Synchronization in a spiking chaotic CO2 Laser” Phys. Rev. E 70, 035204 (2004) .
• R. Meucci, D. Cinotti , E. Allaria, I. Triandaf, L. Billings, I.B. Schwartz and D. Morgan,
“Controlled and sustained chaos in a driven laser” Physica D 189, 70-80 (2004).
• S. Brugioni and R. Meucci, Self-focusing effects in a nematic liquid crystal at 10.6 microns.
165
Eur. Phys. J. D 28 p. 277 (2004).
• S. Brugioni and R. Meucci, Liquid crystal twisted nematic light modulator for the infrared
region J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 6 6-9 (2004).
• S. Brugioni and R. Meucci, Mid-infrared interferometric measurement of liquid crystal
anisotropy, Opt. Comm. 230, Issues 1-3, p. 19-22 (2004).
• 21-27 March, 2004 OpDiMon 2004 (Optical Diagnostic and monitoring) Pozzuoli - Italy,
• Oral & Proceedings: Enrico Allaria, Stefano Brugioni, Sergio De Nicola, Pietro Ferraro,
Simonetta Grilli, Riccardo Meucci “Interferometric analysis of reorientational nonlinear
phenomena at 10.6 mm in a liquid crystal”
• Poster: S. Brugioni and R. Meucci “Interferometric measurement of liquid crystal
anisotropy in the Mid-IR region” 6, 7 May, 2004 Fifth Network meeting European
Contract “CoSyc of SENS”, Potsdam Germany
• Oral: E. Allaria “Characterization of synchronization phenomena in a CO2 laser ”. 14-17
June 2004 Experimental Chaos Conference, Firenze, Italy.
• Oral & proceedings: E. Allaria, S. Boccaletti and R. Meucci “Control of oscillation
coherence in a chaotic laser”
• Poster: M.A.F. Sanjuan, I.P. Marino, E. Allaria, R. Meucci, F.T. Arecchi: “Synchronization
with an amplitude modulation coupling in a periodically forced chaotic laser”
• Poster: G. De Ninno, B. Diviacco, M. Trovo, D. Fanelli, E. Alaria, R.Meucci “Non-linear
dynamics of a storage-ring free-electron laser: Hopf bifurcation and stabilization”
• 5-9 July 2004 European Particle Accelerator Conference, Lucerne (CH).
• Oral & Proceedings: C. Bruni, D. Garzella, G. Lambert, G.L. Orlandi, E. Allaria, R. Meucci,
S. Bielawski, M.-E. Couprie, M. Danailov, G. De Ninno, B. Diviacco, M. Trovò, D. Fanelli,
L. Giannessi “Stabilization of the Pulsed Regimes on Storage Ring Free Electron Laser:
The Cases of Super-ACO and Elettra”.
• 16-18 September 2004 New Economic Windows 2004: Complexity Hints for Economic
Policy, Facoltà di Economia, Università di Salerno.
• Oral & Proceedings: F.T. Arecchi, R. Meucci, E. Allaria and S. Boccaletti “Synchronization
in coupled and free homoclinic chaotic systems”.
• 18-21 Octobre 2004: Conferenza OSAV 2004 (The International Topical Meeting on
Optical Sensing and Artificial Vision), San Pietroburgo (RUSSIA).
• Oral & Proceedings: S. Brugioni, E Allaria and R. Meucci “Measurement of liquid crystal
optical anisotropy in the mid infrared by an interfermetric method”
Note Interne INOA:
9 presentazioni a congressi e conferenze internazionali di cui 5 con Proceedings
Il gruppo ha attiva una collaborazione con la Spiricon Corp. (USA) nella quale si forniscono
immagini e documentazione ottenute con la telecamera Spiricon nella regione spettrale del
laser a CO2 e nel vicino infrarosso.
E’ stata instaurata una collaborazione con la Società distillerie Bonollo S.p.A. e con la Cantine
Sociali del Grevepesa S.c.r.l che ha portato alla presentazione di un progetto comune di
ricerca FISR in attesa di essere valutato e finanziato dal MIUR.
166
Il responsabile della ricerca come responsabile della gestione sistema qualità dell’INOA ha
contribuito alla preparazione del manuale dove sono codificate tutte le attività previste per
dall’Istituto regolandone le procedure per essere conforme alla norma ISO –9001-2000.
Il gruppo è coinvolto nel progetto di ricerca Europeo CoSyC of SENS.
Tramite la collaborazione con il Dipartimento di Fisica dell’Università di Firenze partecipa
alle attività del progetto FIRB “Scienza e teconolgia nella società della conoscenza : Economia
e complessità”
Alcune delle persone coinvolte nell’attività del gruppo sono state supportate dal contratto
Eurpeo CoSyC of SENS.
Con la collaborazione dell’Università di Firenze è attivo un progetto di Azione integrata ItaliaSpagna con il gruppo di dinamica non lineare dell’Università Rey Juan Carlos di Madrid. E’
stata presenta domanda di un nuovo progetto con lo stesso gruppo per i prossimi due anni.
Sono attive collaborazoni con il gruppo di ricerca del Prof. R. Roy all’Università del Maryland
(USA), il gruppo del Naval Research Laboratory a Washington (USA), il gruppo di ricerca del
Prof. Kurths all’Università di Potsdam (Germania), il gruppo di Dinamica Nonlineare
all'Universita' Rey Juan Carlos di Madrid (Spagna), il gruppo di ricerca del CREOL diretto da
Shin Tson Wu, (Florida).
L’approvazione del progetto FISR è di cruciale importanza per la spinta che verrebbe a dare a
questa linea di ricerca ed alla possibilità di realizzare apparecchiature innovative basate sugli
studi recentemente svolti dal gruppo.
Il gruppo di ricerca è coinvolto in lavori di tesi di Laurea e di Dottorato in Fisica e Ingegneria
per l’Università di Firenze. Sono inoltre attive collaborazioni con docenti del corso di Laurea
in Fisica e del Dottorato in Dinamica dei sistemi complessi per visite ai laboratori
Il gruppo collabora attivamente con l’Istituto di Cibernetica del CNR di Napoli, con il
dipartimento di Fisica di Firenze, con il Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa.
Tutte queste collaborazioni hanno portato a pubblicazioni su riviste scientifiche
internazionali.
ECC8 L'organizzazione di una conferenza internazionale “Experimental Chaos Conference
8”, organizzata con il contributo dell’INOA ha far conoscere a livello internazionale l’Istituto
ed ha inoltre portato a Firenze un considerevole numero di ricercatori da tutto il mondo.
Flusso stimato a circa 100.000 E con un notevole ritorno d’immagine per il sistema ricerca
Italia.
Il gruppo ha dei saldi contatti con altri enti di ricerca del panorama toscano (Università di
Firenze e Università di Pisa) ma anche con alcuni gruppi che operano al di fuori della regione
167
(Istituto di Cibernetiche del CNR di Napoli e consorzio ELETTRA (sincrotrone) di Trieste).
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Vari
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
1.000
Consumo
780
780
Missioni
Personale
Borse/Assegni
a progetto
1.216
-
Missioni
1.572
1.572
12.395
Borse/Assegni
-
8.240
8.240
Totale
14.611
Totale
10.592
10.592
168
Preconsuntivo 2004
Progetto P 2.6
Obiettivo 2 Sistemistica optoelettronica
Tecnica di diagnostica ottica per materiali e dispositivi
Sezione: Napoli
I dispositivi fotonici rappresentano un ingrediente di “alta tecnologia” indispensabile in
molti campi d’applicazione. Particolare rilevanza hanno assunto lo sviluppo di materiali
ottici non lineari e, parallelamente, le tecniche ottiche di base per la loro realizzazione e
caratterizzazione, quali olografia ed interferometria. Ad esempio la caratterizzazione di tipo
profilorimetrico possiede un importanza notevole per la verifica di affidabilità dei
dispositivi realizzati. Inoltre l’avanzamento tecnologico che incrementa la complessità delle
microstrutture realizzate richiede lo sviluppo parallelo di tecniche di misura sempre più
sensibili ed affidabili senza le quali non è possibile verificare la correttezza dimensionale
e/o le proprietà ottiche realizzate. E’ di interesse generale poter disporre di metodi non
invasivi e ad ampio campo visivo per avere informazioni sulle caratteristiche di vario tipo
delle strutture fabbricate. L’olografia digitale si presenta come un metodo adatto per tali
investigazioni e necessita di apparati relativamente semplici e compatti tramite i quali è
possibile ricostruire numericamente il fronte d’onda riflesso e/o trasmesso dall’oggetto in
esame su scala microscopica, misurando in tale modo le proprietà della struttura.
• caratterizzazione di strutture periodiche sub-micrometriche in niobato di litio tramite
olografia digitale;
• implementazione di tecniche interferometriche per il monitoraggio in tempo reale del
processo di inversione ferroelettrica periodica in niobato di litio;
• investigazione tramite interferometria delle interazioni acusto-ottiche durante il processo
di inversione;
• misura dell’indice di rifrazione di materiali non lineari di interesse;
• mappatura del coefficiente elettro-ottico di cristalli non lineari;
• studio della zona di confine tra domini invertiti;
• caratterizzazione di dispositivi ibridi silicio-niobato; 8. sviluppo di tecniche diagnostiche
per la caratterizzazione di cristalli basate sulla generazione di armoniche.
Nell’ambito del progetto FIRB è stato implementato un processo di litografia
interferometrica per la realizzazione di strutture ferroelettriche periodiche di passo inferiore
a 3 micron e, contemporaneamente, è stato sviluppato un processo di inversione periodica
di polarizzazione in LN secondo geometrie composite uni e bidimensionali per la
realizzazione di dispositivi optoelettronici integrati.
Per quanto riguarda la caratterizzazione ottica dei materiali, grazie all’implementazione di
una tecnica interferometrica olografica è stato possibile ottenere una mappatura
bidimensionale del coefficiente elettro-ottico di cristalli di niobato di litio. Sfruttando la
stessa tecnica, è stato monitorato in tempo reale il processo di inversione ferroelettrica in
cristalli di LN ed è stato possibile misurare il campo interno, grandezza fisica legata al
processo di poling.
Sono state eseguite caratterizzazioni di tipo profilorimetrico di microstrutture in dispositivi
di tipo MEMS o MOEMS, realizzati in silicio, tramite l’utilizzo di un DHM (Digital
holographic Microscope). Questo sistema, infatti, permette di ricostruire numericamente la
mappa di ampiezza e fase relativa al campo trasmesso e riflesso dal campione in esame e
quindi ricavarne il profilo con risoluzioni che arrivano alla decina di nanometri.
169
• Mappatura bidimensionale del coefficiente elettro-ottico di cristalli di niobato di litio
tramite una tecnica di olografia interferometrica;
• Monitoraggio in tempo reale del processo di inversione della polarizzazione spontanea
in cristalli di niobato di litio.
• Studio del “campo elettrico interno” in cristalli LN.
• Sviluppo di un microscopio olografico digitale interferometrico per la caratterizzazione
di materiali e dispositivi (MEMS e MOEMS in silicio): miglioramento della risoluzione
spaziale nella ricostruzione delle mappe di fase ottenute tramite un sistema di olografia
digitale.
• Studio della propagazione di fronti d’onda in materiali ottici non lineari per mezzo di
tecniche di olografia digitale.
PERSONALE
De Natale
De Rosa
Ferraro
Grilli (Ass.)
Maddaloni (Ass.)
Mesi Uomo
2
4
4
6
5
Attività didattica nell’ambito del Progetto PON-Simona
• M. de Angelis, S. De Nicola, A. Finizio, G. Pierattini , P. Ferraro, S. Grilli, M. Paturzo,
Evaluation of internal field in lithium niobate ferroelectric domains by an interferometric
method, Appl. Phys. Lett. 85, 2785 (2004).
• M. Paturzo, D. Alfieri, S. Grilli, P. Ferraro, P. De Natale, M. de Angelis, S. De Nicola, A.
Finizio, G. Pierattini Investigation of electric internal field in congruent LiNbO3 by electrooptic effect, Appl. Phys. Lett. 85 (2004).
• P.Ferraro, S. De Nicola, A. Finizio, G. Pierattini, G. Coppola, Recovering image resolution
in reconstructing digital off-axis holograms by Fresnel-transform method, Appl. Phys. Lett.
85, 2709 (2004).
• S. De Nicola, P. Ferraro, G. Coppola, A. Finizio, D. Alfieri and G. Pierattini, “Controlling
image size as a function of distance and wavelength in Fresnel-transform reconstruction of
digital holograms”, Opt. Letters. 29(8), pp.854-856 (2004)
• S.De Nicola, P. Ferraro, G. Coppola, D. Alfieri, A. Finizio, G. Pierattini, “Controlling
image parameters in the reconstruction process of digital holograms”, IEEE Journal of
Selected Topics in Quantum Electronics, in Press (2004)
• G. Coppola, P. Ferraro, M. Iodice, S. De Nicola, A. Finizio S. Grilli,” A digital
holographic microscope for complete characterization of microelectromechanical systems”,
Measurement Science and Technology, 15 pp. 529-539 (2004)
• G. Coppola, A. Finizio, S. De Nicola, G. Pierattini, P. Ferraro, C. Magro, G. Spoto,
“Digital holography microscope as tool for MEMS characterization and design”, Journal
of Microlitography, Microfabrication and Microsystems, in Press. (2004)
170
• G. Coppola, S. De Nicola, P. Ferraro, A.Finizio, P. Maccagnani, G.Pierattini, "Digital
holographic microscope for thermal characterization of silicon microhotplates for gas sensor”
Proc. SPIE Vol. 5458, p. 228-235, Optical Micro- and Nanometrology in Manufacturing
Technology; Christophe Gorecki, Anand K. Asundi; Eds. (2004).
• P. Ferraro, G. Coppola, D. Alfieri, S. De Nicola, A. Finizio, G. Pierattini "Recent
advancements in digital holographic microscopy and its applications", Proc. SPIE Vol. 5457,
p. 481-491, Optical Metrology in Production Engineering; Wolfgang Osten, Mitsuo
Takeda; Eds. (2004) (Invited)
• M. Paturzo, D. Alfieri, S. Grilli, P. Ferraro, M. de Angelis, S. De Nicola, L. Sansone, P. De
Natale, G. Pierattini, "Investigation of internal electric field in LiNbO3 crystal with two antiparallel ferroelectric domains by interferometric technique “, Proc. SPIE Vol. 5560, p. 9-16,
Photorefractive Fiber and Crystal Devices: Materials, Optical Properties, and
Applications IX; Francis T. Yu, Ruyan Guo, Shizhuo Yin; Eds. (2004)
• P. Ferraro, S. De Nicola, A. Finizio, G. Coppola, D. Alfieri, L. Aiello, S. Grilli, G.
Pierattini Controlling several image parameters in the digital holographic reconstruction
process, Spie 49th Annual Meeting, 2-6 Agosto 2004, Denver (Colorado, USA) (Invited)
Finizio and G. Pierattini, Electro-optic characterization and domain reversal monitoring in
congruent lithium niobate INFM meeting, giugno 2004 Genova.
• M. Paturzo, D. Alfieri, S. Grilli, P. Ferraro, P. De Natale, M. de Angelis, S. De Nicola, A.
Finizio, G. Pierattini, Caratterizzazione elettro-ottica di cristalli in Niobato di Litio
Workshop on Lithium Niobate Materials, Applications and Perspectives, 21-22/10, Pavia
Brevetti:
• Metodo per la modifica delle risoluzione spaziale nelle ricostruzioni delle immagini in
olografia digitale, G. Coppola, P. Ferrrao, S. De Nicola, A. Finizio, G. Pierattini
Note Interne INOA:
1 brevetto
Nell’ambito del progetto FIRB è in corso una collaborazione con le aziende: AVANEX Italia,
Alenia Marconi Sistemi.
• S. Mailis (Optoelectronic Research Centre, Southampton, UK);
• P.K. Rastogi (EPFL Lousanne, CH);
• F. Laurell (Royal Univ.-Stockholm, Svezia);
• K.A. Stetson (Holometrology, CT-USA);
• B. Javidi (Univ. Connecticut USA).
171
Utilizzo di tecniche non invasive e distruttive per la caratterizzazione di materiali e
dispositivi in silicio e niobato di litio.
• In Napoli: Istituto di Cibernetica “E. Caianiello” del CNR, OV-INGV, Dipartimento di
Scienze Ambientali II Università, Istituto di Microelettronica e Microsistemi del CNR,
Università degli Studi di Napoli;
• AVANEX Italia;
• IFAC Firenze;
• Dipartimento di Fisica (Politecnico di Bari);
• Dipartimento di Fisica (Università di Padova);
• G. Pierattini, S. De Nicola, M. de Angelis, A. Finizio (Ist. Cibernetica-CNR Napoli);
• G. Coppola, M. Iodice (IMM-CNR Napoli);
• G. Bentini, M.Chiarini (IMM-CNR Bologna);
• C. Magro (STM Catania).
I risultati ottenuti hanno permesso l’estensione (TPC) all’estero di un brevetto di invenzione
industriale, già depositato in Italia, riguardante lo sviluppo di un Microscopio Olografico a
ricostruzione numerica per la caratterizzazione strutture MEMS. Sono in corso contatti per
la eventuale definizione di accordi con alcune aziende in Europa e negli USA per valutare
le possibilità di sfruttamento industriale con diverse modalità (cessione dei diritti) o
iniziative di tipo imprenditoriali (spin-off, collaborazioni con aziende, etc.).
Istituto di Cibernetica “E. Caianiello” del CNR – Napoli, col quale esiste una convenzione;
Istituto di Microelettronica e Microsistemi del CNR-Napoli, col quale si utilizzano
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
-
-
-
0
-
Totale
0
0
-
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
172
Preconsuntivo 2004 Obiettivo 3 Fisica Quantistica
Progetto P 3.1
Effetti quantistici in ottica con laser impulsati
Sezione: Firenze
La generazione e la manipolazione di stati non-classici del campo elettromagnetico è di
estrema importanza sia per lo studio dei fondamenti della fisica che per le applicazioni alla
teoria dell'informazione, con la possibilità di costruire un calcolatore o sistemi di
comunicazione basati sulle proprietà quantistiche della luce. L’interazione di luce laser
pulsata in cristalli nonlineari e la conseguente produzione di coppie di fotoni entangled
caratterizzati da una funzione d’onda non-locale, è alla base della maggior parte degli
schemi di comunicazione e computazione quantistica attualmente in discussione. Negli
ultimi anni, tali sorgenti di fotoni correlati hanno trovato numerose applicazioni in
esperimenti di fisica fondamentale e per l’implementazione di protocolli di comunicazione
quantistica quali il teletrasporto e la distribuzione sicura di chiavi crittografiche. D’altra
parte, i laser ad impulsi ultracorti, grazie alle elevatissime intensità di picco raggiungibili,
permettono lo studio di interazioni radiazione-materia fortemente nonlineari per la
generazione di radiazione coerente dalle caratteristiche uniche.
La generazione di armoniche elevate in gas costituisce ormai una valida alternativa ai
sincrotroni per la produzione di radiazione coerente fino ai raggi x molli ed è alla base degli
schemi per la produzione di impulsi agli attosecondi.
La generazione di impulsi di supercontinuo in mezzi condensati è invece alla base della
realizzazione dei “frequency comb” che costituiscono ormai lo strumento più preciso per la
misura di frequenze ottiche.
I principali obiettivi di questa linea di ricerca consistono nella generazione, manipolazione
e rivelazione di stati di campo non classici e nell’investigazione di effetti quantistici in
sistemi ottici e nell’interazione coerente e ad alte intensità tra radiazione e materia.
Il programma di ricerca futuro tenderà ad ampliare la base di competenze già sviluppate e
rivolgerle principalmente verso lo sviluppo di nuove sorgenti di stati di campo non-classico,
sia in vista di test di fisica fondamentale, sia per la realizzazione di nuovi dispositivi. Più in
particolare, si intendono investigare la generazione e la ricostruzione tomografica di stati di
campo quantistici, la manifestazione di vari tipi di effetti nonlocali in coppie di fotoni
“entangled”, e lo studio dell’interferenza tra stati a singolo fotone e campi classici. Al
contempo si cercherà di ottimizzare il sistema di generazione di radiazione coerente
nell’XUV, in vista delle applicazioni di questa nuova sorgente all’interferometria e alla
spettroscopia, nonché alla diagnostica e caratterizzazione di nuovi materiali e dispositivi.
Infine verranno studiate approfonditamente le proprietà degli impulsi di supercontinuo per
le possibili applicazioni al campo delle comunicazioni e per la realizzazione di strumenti
diagnostici avanzati (tipo Optical Coherence Tomography).
Le attività si sono divise in due filoni abbastanza distinti: da una parte la generazione e lo
studio delle proprietà quantistiche della luce e, dall’altra, l’utilizzo di sorgenti laser
ultracorte e ultraintense per studiare interazioni fortemente non lineari tra radiazione e
materia.
Per il primo punto il gruppo INOA, sebbene di recente costituzione ed in presenza di
limitate risorse sia strumentali che umane, ha già raggiunto importantissimi risultati e si sta
ponendo come una delle realtà più in vista del panorama italiano dell’ottica quantistica
173
sperimentale.
Ci siamo impegnati nella messa a punto di schemi efficienti per la generazione e la
caratterizzazione di stati di campo non-classici per possibili applicazioni al campo della
comunicazione e della computazione quantistica e ci siamo dotati delle sorgenti laser
primarie, sviluppando tecniche all’avanguardia per la generazione di stati entangled. Le
correlazioni di tipo quantistico tra i fotoni delle coppie emesse con tale set-up sperimentale
sono state analizzate in dettaglio sia per quanto riguarda gli effetti di tipo non-locale propri
di tali stati, sia come base per la generazione di stati altamente non-classici, quali quelli a
numero di fotoni definito.
Parallelamente si è sviluppato un sistema dalle caratteristiche eccezionali per l’analisi di tali
stati attraverso la cosiddetta tomografia quantistica.
Per quanto riguarda invece l’interazione radiazione-materia ad alte intensità, l’ultimo anno
è stato principalmente dedicato allo studio del processo di generazione di supercontinuo e
alle proprietà di coerenza della radiazione emessa in diverse configurazioni.
Si stanno inoltre mettendo a punto nuove configurazioni per la generazione di armoniche
laser di ordine elevato, con particolare attenzione alla possibilità di spettroscopia atomica
ad alta risoluzione nell'estremo UV con sequenze di impulsi armonici.
I principali risultati scientifici raggiunti nel corso del 2004 nell’ambito del progetto sono
stati i seguenti:
• Si è verificata la preservazione della fase degli impulsi ultracorti emessi da un laser
mode-locked nell’attraversamento della catena di amplificazione multipasso di un
sistema laser Ti:zaffiro.
• Si è generato un array lineare a spaziatura variabile di sorgenti di supercontinuo di cui è
stata verificata la mutua coerenza di fase, realizzando così l’analogo di un frequencycomb nel dominio spaziale.
• Si sono realizzati schemi elaborati di modulazione spettro/temporale non locale di
coppie di fotoni con correlazione quantistica. In particolare si sono utilizzati cavità
ottiche per la generazione di complessi shaping del profilo spettrale e temporale di un
fotone della coppia per poi osservare una modulazione della funzione di correlazione
condizionata dell’altro fotone.
• Si sono realizzati e si sono studiate le proprietà di interferenza quantistica dei cosiddetti
“comb-like entangled states”, ottenuti facendo passare uno dei due fotoni di una coppia
correlata attraverso una cavità etalon per generare una sovrapposizione coerente di
ampiezze di probabilità temporalmente equispaziate e con fase relativa variabile.
Utilizzando un interferometro alla Hong-Ou-Mandel è stato possibile dimostrare il
controllo completo del carattere delle interferenze quantistiche tra i fotoni della coppia a
vari ritardi
• Si è dimostrata la possibilità di generare sequenze mutuamente coerenti di impulsi di
supercontinuo temporalmente equispaziati e collineari per mezzo di una cavità FabryPerot. Si è ottenuta una modulazione dello spettro che, da sinusoidale, diventa via via
più piccata fino ad assumere una struttura a pettine all’aumentare del numero di
sorgenti generate.
• Si è generato ed analizzato per mezzo di un sistema per tomografia quantistica
ultraveloce uno stato di Fock a singolo fotone.
• Si sono generati nuovi stati di campo elettromagnetico che si pongono al confine tra il
regime corpuscolare (singoli fotoni) e quello ondulatorio (stati coerenti) della luce. E’
stata ideata una tecnica innovativa per la loro produzione e caratterizzazione completa
tramite ricostruzione tomografica.
174
PERSONALE
Bellini
Zavatta (Contr. Coll.)
Ferraro
Tortora (Ass.)
Viciani (Ass.)
Mesi Uomo
12
12
4
12
4
• C. Corsi and M. Bellini, “Robustness of phase coherence against amplification in a
multipass femtosecond laser”, Applied Physics B, 78, 31-34 (2004)
• C. Corsi, A. Tortora and M. Bellini, “Generation of a variable linear array of phasecoherent supercontinuum sources”, Applied Physics B, 78, 299-304 (2004)
• S. Viciani, A. Zavatta and M. Bellini, “Nonlocal modulations on the temporal and
spectral profiles of an entangled photon pair”, Physical Review A, 69, 053801 (2004)
• A.Zavatta, S. Viciani and M. Bellini, “Recurrent fourth-order interference dips and peaks
with a comb-like two-photon entangled state”, Physical Review A, 70, 023806 (2004)
• A. Tortora, C. Corsi and M. Bellini, “Comb-like supercontinuum generation in bulk
media”, Applied Physics Letters, 85, 1113-1115 (2004)
• A. Zavatta, S. Viciani and M. Bellini, “Quantum-to-classical transition with single-photonadded coherent states of light”, Science, 306, 660-662 (2004)
• A. Zavatta, S. Viciani and M. Bellini, “Tomographic reconstruction of the single-photon
Fock state by high-frequency homodyne detection”, Physical Review A, 70, 053821 (2004)
• M. Bellini, S. Cavalieri, C. Corsi, R. Eramo and M. Materazzi, “High resolution
spectroscopy in the XUV with pairs of mutually coherent and time-delayed laser
harmonics”, Laser and Particle Beams, 22, 199-202 (2004)
• M. Bellini, “Supercontinuum and high-order harmonics: "extreme" coherent sources for
atomic spectroscopy and attophysics”, in “Femtosecond laser spectroscopy”, P. Hannaford
Ed., Springer Verlang, Heidelberg-Berlin-New York, pp. 25-49 (2004)
• M. Bellini, “Spectroscopy: harmonic generation frequency conversion” in “Encyclopedia
of Condensed Matter Physics”, F. Bassani, J. Liedl and P. Wyder Eds., Elsevier Ltd., in
press (2005)
• M. Bellini, S. Cavalieri, C. Corsi, R. Eramo and M. Materazzi, “Mutually coherent highorder harmonic pulses for XUV Ramsey spectroscopy”, Laser Physics, in press (2005)
• M. Bellini, ”Experiments with time-frequency entangled photon pairs”, Advances in
foundations of quantum mechanics and quantum information with atoms and photons,
Torino, Italy, 26-28/4/2004
• M. Bellini, S. Cavalieri, C. Corsi, R. Eramo and M. Materazzi, “Mutually coherent highorder harmonic pulses for XUV Ramsey spectroscopy”, 13th International Laser Physics
Workshop (LPHYS’04), Trieste, Italy, 12-16/7/2004
• A. Zavatta, S. Viciani and M. Bellini, “Selective control of fourth-order interferences by
means of comb-like two-photon entangled states”, Seventh International Conference on
175
Quantum Communication, Measurement and Computing (QCMC’04), Glasgow, UK, 2529/7/2004
• A. Zavatta, S. Viciani and M. Bellini, “Comb-like two-photon entangled states for the
selective control of fourth-order interferences”, Quantum Information Processing and
Communication Workshop (V QIPC ’04), Roma, Italy, 20-22/9/2004
Note Interne INOA:
9 articoli su riviste nazionali e internazionali + 2 in corso di stampa
4 comunicazioni (1 su invito) a conferenze internazionali
Sono in corso contatti con l’industria (ELSAG, gruppo Finmeccanica) per lo sviluppo e le
possibili applicazioni di sorgenti di radiazione innovative (sia per le loro peculiari proprietà
quantistiche, sia per la possibilità di raggiungere zone spettrali poco accessibili) prodotte
nell’ambito del progetto a tecnologie di carattere industriale nei campi della
telecomunicazione ("quantum communication and cryptography") e delle applicazioni dei
raggi X (sviluppo di rivelatori, litografia, microlavorazioni, ecc.)
Nel corso del 2004, grazie ad una metodologia innovativa per la ricostruzione tomografica
ad altissima frequenza di stati di campo non classici, è stato possibile generare e
caratterizzare stati di luce mai osservati in precedenza che possono costituire la base di
nuovi schemi di comunicazione e calcolo quantistico.
Allo stesso tempo si sono sviluppate nuove configurazioni sperimentali per lo studio delle
proprietà di coerenza di sorgenti di supercontinuo dall’interazione tra impulsi ultracorti di
alta intensità e mezzi trasparenti.
Partecipazione come sub-contractor al network europeo XTRA per la generazione e le
applicazioni di sorgenti nell’estremo ultravioletto e raggi x.
• Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching, GERMANIA)
• Centre d'Etudes de Saclay (Gif-sur-Yvette, FRANCIA)
• Universidad Complutense (Madrid, SPAGNA)
• Boston University (Boston, USA)
Il programma di ricerca futuro per quanto riguarda il filone di ottica quantistica si
svilupperà lungo tre distinti filoni: il primo di tipo prevalentemente tecnologico, e dedicato
alla realizzazione di schemi sperimentali sempre più pratici, efficienti e compatti per la
generazione di stati entangled; il secondo di analisi della radiazione emessa dalle sorgenti
stesse tramite metodi tomografici, con test volti ad evidenziare il carattere quantistico dei
campi generati; ed infine il terzo dedicato all’individuazione e all’implementazione di
schemi per la comunicazione e la crittografia quantistica con le sorgenti sviluppate.
La possibilità di generare impulsi di luce bianca (supercontinuo) con caratteristiche di
coerenza controllate può avere importanti ricadute sia dal punto di vista della ricerca di
base (per misure spettroscopiche a larghissima banda) che per possibili applicazioni al
176
campo delle comunicazioni (wavelength-division multiplexing ecc.).
Il gruppo collabora al progetto di ricerca di base FIRB “Microdispositivi fotonici in Niobato
di Litio” (De Natale).
In fase di definizione progetto di ricerca avanzato in collaborazione con Elsag (gruppo
Finmeccanica) su tecnologie quantistiche.
Proposta di progetto PRIN – MIUR per la realizzazione di sorgenti di luce entangled e
comunicazione quantistica che vede coinvolto l'INOA con il Dipartimento di Fisica di
Firenze, e gruppi provenienti dalle Università di Roma, Camerino, Milano, Salerno, e
Napoli.
Collaborazioni in atto con:
• Dipartimento di Fisica dell'Universita' di Firenze (Prof. F.T. Arecchi, Dr. F. Marin, Dr. S.
Cavalieri)
• Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non Lineare - LENS -(Prof. M. Inguscio, Dr. C.
Corsi, Prof. P. Foggi, Dr. C. Fort, Dr. F. Cataliotti, Dr. M. Artoni, ecc.)
• Dipartimento di Astronomia e Scienza dello Spazio dell'Universita' di Firenze (Dr. E.
Pace, Dr. M. Romoli)
Fondi
INOA 2004
Esterni 2004
FIRB
Totale Esterni
Inventariabile
1.290
Inventariabile
-
Consumo
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
2.184
Consumo
3.564
-
Missioni
-
19.702
Borse/Assegni
-
-
20.160
20.160
Totale
26.740
Totale
20.160
20.160
177
Preconsuntivo 2004
Obiettivo Fisica Quantistica
Progetto P 3.2
Verifiche di elettrodinamica quantistica
Sezione: Firenze
Gli enormi progressi che stanno caratterizzando non solo le sorgenti coerenti, ma tutto
l’ambito della componentistica optoelettronica, danno la possibilità di realizzare apparati
sperimentali innovativi, con i quali è possibile ottenere misure fisiche molto più accurate e
riproducibili che in passato, con livelli di sensibilità significativamente più elevati. E’ indicativo, il miglioramento, di molti ordini di grandezza, nell’accuratezza della costante di
Rydberg, grazie soprattutto alle misure compiute negli ultimi anni dai gruppi di Monaco
(Hänsch) e Parigi (Biraben, Julien). Analogo interesse hanno altre costanti fisiche
fondamentali, ad esempio la costante di struttura fine a. Ovviamente, il raggiungimento di
livelli di accuratezza e sensibilità sempre più elevati nelle misure fisiche può portare anche
ad una verifica diretta di modelli teorici, tra cui gli stessi principi fondanti della Meccanica
Quantistica e della Relatività Generale. Tale processo è di stimolo sia per la fisica teorica, sia
per l’attività sperimentale, spinta all’affinamento e all’approfondimento sempre maggiore
delle tecniche, con ricadute spesso importanti anche in ambiti cosiddetti “applicativi”.
L’attività INOA in questo settore è indirizzata all’applicazione delle tecniche di generazione
di frequenza SHG e DFG, di tecniche di rivelazione spettroscopiche e di interferometria,
sviluppate nei Progetti P 2.3 e P 5.2.1, ad esperimenti di meccanica quantistica e relatività
generale. Il sistema DFG ha già consentito un netto miglioramento nella verifica del
Postulato di Simmetrizzazione, alla base della Meccanica Quantistica, e potrà essere
perfezionato. Il sistema SHG è utilizzato in un esperimento svolto in collaborazione con il
LENS su di un fascio atomico di elio metastabile per la misura della costante di struttura
fine a e misure di shift isotopico. Inoltre, nell’ambito della collaborazione, si intende
realizzare una MOT di atomi metastabili con cui sarà possibile eseguire esperimenti di
interferometria atomica ed in particolare la misura del rapporto h/m per la particella a. Da
questa attività è ragionevole prevedere applicazioni di alta tecnologia.
Per quanto riguarda la collaborazione con il progetto AURIGA, l’obbiettivo assegnato allo
sviluppo di sensori ottici da accoppiare alle antenne ultracriogeniche è quello di riuscire a
rivelare un numero di quanti di vibrazione sensibilmente inferiore a quello che attualmente
si riesce ad ottenere con i rivelatori capacitivi accoppiati ad amplificatori a SQUID.
Nel corso del 2004 sono state proseguite le misure assolute di frequenza di transizioni
dell’atomo di elio, direttamente riferite allo standard primario, attraverso un sistema GPS.
Tali misure spettroscopiche, eseguite ad una lunghezza d’onda intorno a 1083 nm a partire
da un livello metastabile, sono le più precise mai ottenute, ad oggi, di effetti di
elettrodinamica quantistica (QED) con tecniche ottiche.
Proseguendo la collaborazione con la Sezione INFN di Firenze sull’esperimento AURIGA del
gruppo 2 dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, è in corso di realizzazione il sistema di
allineamento del fascio laser che sarà inviato su una particolare cavità ottica ad altissima
finezza da accoppiare alle antenne a barra criogenica utilizzate per la rivelazione di onde
gravitazionali.
Dopo il successo nelle misure di frequenza assoluta di rilevanza metrologica del 4He
metastabile sono state eseguite misure preliminari sulle transizioni a 1083 nm di struttura
178
fine ed iperfine del 3He metastabile, utilizzando l'aggancio del laser master direttamente al
sistema OFS. Inoltre sono state fatte accurate simulazioni numeriche per determinare gli
effetti sistematici, almeno con lo stesso grado di precisione sperimentale.
PERSONALE
Cancio
De Natale
Giusfredi
Mesi Uomo
5
2
3
4
• "Absolute frequency measurements of the 23S1 - 23P0,1,2 atomic helium transitions around
1083 nm", P. Cancio, G. Giusfredi, P. De Natale, G. Hagel, C. De Mauro, and M. Inguscio,
Physical Review Letters 92, 023001 (2004). IF=7.035.
• "Extending the optical comb synthesizer to the infrared: from He at 1.083 µ m to CO2 at
4.2 µ m", P. De Natale, S. Borri, P. Cancio, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Prevedelli, C. De
Conference on Laser Spectroscopy (ICOLS XVI)", P. Hannaford, A. Sidorov, H. Bachor,
and K. Baldwin eds., (World Scientific, Singapore, 2004), pp. 63-67.
• "Precision spectroscopy of 3He and 4He isotopes around 1083 nm", P. Cancio, G.
Giusfredi, C. de Mauro, V. Krachmalnicoff, C. Zimmermann, D. Mazzotti, P. De Natale,
and M. Inguscio, XIX International Conference on Atomic Physics (ICAP 2004), Rio de
Janeiro, Brazil, 25-30/07/2004.
1 pubblicazione su rivista scientifica
1 pubblicazione su proceedings
2 presentazioni a conferenze internazionali
Collaborazioni in progetti esterni con Avanex-Italia.
Collaborazione con G. Hagel (LENS, Univ. Provence – CNRS)
179
Progetto FIRB negoziale–RBNE01KZ94 "Microdispositivi fotonici in Niobato di Litio".
Coordinato dall'INOA (Paolo De Natale) in collaborazione con Università di Pavia,
Università di Padova, IMM-CNR di Bologna, IC-CNR di Napoli, la ditta Avanex-Italia di
Milano.
Collaborazione con M. Prevedelli (Fac. Chimica Industriale, Univ. Bologna), C. de Mauro
(Univ. Siena), M. Inguscio (LENS, Univ. Firenze).
Nell'ambito di questo progetto ogni anno viene formato almeno un giovane ricercatore che
acquisisce competenze scientifiche e tecnologiche d'avanguradia.
Essendo questa una ricerca di tipo fondamentale, essa richiede l'utilizzo di apparecchiature
di tipo speciale, spesso prototipi che vengono caratterizzati durante le fasi della ricerca
stessa, la cui realizzazione è di stimolo per le stesse ditte costruttrici per il lancio di prodotti
innovativi, come, ad esempio, nel caso degli amplificatori in fibra della IPG Photonics. Un
primo prototipo di amplificatore in fibra (drogato con ioni Itterbio) venne sviluppato da IPG
Italia in collaborazione con INOA ed ha consentito, dopo approfonditi studi e test svolti
presso INOA, la successiva realizzazione su scala industriale di tali sistemi. Ciò ha dato,
negli anni successivi, ad INOA una immediata competitività, immediatamente spesa in
termini di nuovi Progetti che INOA ha avuto approvati, grazie alla tecnologia d’avanguardia
disponibile in esclusiva, e a IPG-Italia che ha potuto affermarsi a livello internazionale e
fare utili con i nuovi prodotti ad alta tecnologia.
• Collaborazione con M. Inguscio (LENS, Univ. Firenze) ), C. de Mauro (Univ. Siena), G.
Hagel (LENS, Univ. Provence – CNRS), M. Prevedelli (Fac. Chimica Industriale, Univ.
Bologna), per le misure di precisione sull'atomo di elio.
(IMM-CNR), S. de Nicola (IC-CNR), G. C. Righini (IFAC-CNR), N. Armenise (Univ. Bari),
V. Pruneri (AVANEX-Italia), per la realizzazione del progetto FIRB.
• Collaborazione con F. Marin (Dipartimento di Fisica, Università di Firenze), M. Cerdonio
(LNL-INFN), per sensori di onde gravitazionali.
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
FIRB
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
5.351
5.351
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
3.000
3.000
-
-
0
10.534
10.534
Totale
18.885
18.885
-
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
180
Preconsuntivo 2004 Obiettivo Analisi di sistemi complessi
Progetto P 4.1
Strurrure spazio-temporali in sistemi ottici nonlineari
Sezione: Firenze
I fenomeni di autoorganizzazione in sistemi estesi portati fuori dall'equilibrio
termodinamico si presentano in numerosi sistemi, sia fisici che di altra natura. Questi
comportamenti possono essere visti come la naturale estensione al caso alto-dimensionale
delle dinamiche complesse da tempo studiate in sistemi a pochi gradi di liberta', quali ad
esempio gli oscillatori nonlineari.
Nel campo dell'ottica, la filamentazione spontanea dei fasci porta spesso a una limitazione
della qualita' delle sorgenti luminose. Non mancano pero' sistemi in cui fenomeni di
strutturazione o decoerenza spaziale della luce possono rivelarsi utili; Questo accade
tipicamente in situazioni in cui una certa informazione viene codificata nella struttura
trasversa di un fascio di luce.
Appare pertanto di interesse lo studio dei meccanismi che portano alla formazione
spontanea di strutture nella sezione trasversa di fasci ottici. La ricerca su questi temi mira
sia a una comprensione a livello fondamentale dei fenomeni osservati, sia a suggerire
applicazioni e/o determinare i limiti di utilizzo di molti sistemi ottici nell'ambito della
elaborazione e dell'immagazzinamento di immagini.
L’attivita’ di ricerca e’ centrata sullo studio di un interferometro nonlineare. Costituito da
una valvola a cristalli liquidi con retroazione ottica. I principali obiettivi dello studio
effettuato sono l’indagine di solitoni dissipativi e la caratterizzazione, controllo e
sincronizzazione dei regimi di caos spazio-temporale.
Riguardo ai solitoni dissipativi, ci si e’ prposto da un lato di caratterizzare i regimi di
bistabilita’ tra strutture localizzate diverse, osservati per la prima volta nel nostro sistema
sperimentale; e dall’altro di studiare gli effetti di gradienti di parametri sul moto e sulle
posizioni di equilibrio dei solitoni.
Nei regimi spazio-temporalmente caotici del sistema, si e’ inteso caratterizzare la transizione
dall’ordine al disordine in termini di appropriati indicatori quantitativi. Inoltre si e’
proceduto alla realizzazione di un’architettura di controllo in grado di stabilizzare stati
desiderati e regolari del sistema in situazioni altrimenti caotiche.
Infine, in collabrazione con colleghi di altri istituti europei, si e’ indagata la possibilita’ di
trovare nel sistema regimi in cui si abbia formazione di strutture, in assenza di una
instabilita’ modulazionale.
Lo studio della formazione di strutture autoorganizzate in ottica e' effettuato in un
interferometro nonlineare, costituito da una valvola a cristalli liquidi con retroazione ottica.
Di questo apparato esistono attualmente due repliche, entrambe operanti.
Oltre alle attivita' sperimentali vengono effettuate indagini teorico-numericche dei sistemi in
esame basata su metodi pseudo-spettrali per l'integrazione delle relative equazioni
differenziali. Per la parte numerica, vengono usati intensivamente i mezzi del centro di
calcolo dell'INOA.
E’ stata riportata per la prima volta l’esistenza di solitoni bistabili in un sistema
spazialmente esteso. La bistabilita’ ha luogo tra solitoni a simmetria circolare, noti da
tempo, e altri a simmetria triangolare, di recente nostra osservazione. Entrambe queste
181
strutture localizzate sono state messe in relazione con diversi tipi di patterns delocalizzati,
non necessariamente stabili, che coesistono con esse. I solitoni triangolari sono stati studiati
in termini delle singolarita’ di fase che in essi sono presenti.
Si sono inoltre studiati gli effetti delle variazioni spaziali dei parametri sul moto e sulle
posizioni di equilibrio dei solitoni. Questo studio e’ finalizzato alla caratterizzazione delle
proprieta’ del sistema in vista di applicazioni come dispositivo di memoria o di
elaborazione di immagini.
Nell’ambito della ricerca sulla caratterizzazione e controllo di sistemi estesi, e’ stato studiato
quantitativamente un nuovo scenario di transizione al caos spaziotemporale, osservabile in
presenza di rottura della simmetria traslazionale. In particolare, la tecnica della
decomposizione di Karuhnen-Loeve ha evidenziato il carattere continuo di tale transizione.
E’ stato aggiunto al sistema un circuito di retroazione ibrido (elettro-ottico) che permette di
intervenire sugli stati dinamici del nostro interferomentro nonlineare. Per mezzo di questa
retroazione e’ possibile sia controllare soluzioni instabili del sistema, sia indirizzarne
l’evoluzione verso stati che non sono soluzioni del sistema imperturbato. Si e’ inoltre
iniziato uno studio sulla possibilita’ di trasmettere in modo sicuro segnali
spaziotemporalmente setesi, codificandoli come modulazioni del segnale generato dal
sistema.
Infine si e’ individuata la possibilita’ di trovare nel sistema regimi in cui si abbia
formazione di strutture, in assenza di una instabilita’ modulazionale.
PERSONALE
Boccaletti
Ramazza
Bortolozzo (Ass.)
Mesi Uomo
2
9
8
• L. Pastur, L. Gostiaux, U. Bortolozzo, S. Boccaletti and P.L. Ramazza, Experimental
targeting and control of spatiotemporal chaos in nonlinear optics Phys. Rev. Lett. 93,
063902 (2004). IF=7.035
• L. Pastur, U. Bortolozzo and P.L. Ramazza, Transition to space-time chaos in an optical
loop with translational transport, Phys. Rev. E69, 016210 (2004). IF=2.202
• P.L. Ramazza, U. Bortolozzo and L. Pastur, Phase singularities in triangular dissipative
solitons, Journal of Optics A 6, S266 (2004). IF=1.274
• U. Bortolozzo, P.L. Ramazza and S. Boccaletti, Dissipative solitons driving and bound
state control via parameter gradients, accepted for publication in Chaos (2004).
• U. Bortolozzo, L. Pastur, P.L. Ramazza, M. Tlidi and G. Kozyreff, Bistability between
different localized structures in nonlinear optics, submitted to Phys. Rev. Lett. (2004).
• C. Durniak, M. Taki, M. Tlidi, P.L. Ramazza, U. Bortolozzo and G. Kozyreff, Modulated
optical structures over a modulationally stable medium, submitted to Phys. Rev. Lett.
(2004).
• Relazione su invito alla VIII Experimental Chaos Conference, 14-17 giugno 2004,
Firenze.
182
Note Interne INOA:
4 articoli pubblicati o accettati per la pubblicazione su riviste internazionali
1 seminario a conferenze internazionali, su invito
2 articoli sottomessi a riviste internazionali
Su questa linea di attivita’ l'Istituto partecipa al Progetto di Ricerca Europeo "Control and
Synchronization of Spatially Extended Nonlinear Systems" (HPRN CT 2000 - 00158).
Allo scopo di sperimentare la trasmissione di segnali codificati su una portante
spaziotemporalmente caotica, si intendono applicare le tecniche di controllo e
sincronizzazione di sistemi estesi recentemente implementate. Cio’ richiedera’ una
innovazione strumentale allo scopo di velocizzare il circuito di retroazione.
L’attivita’ e’ inserita ne progetto MIUR-FIRB n. RBNE01CW3M-001 “Reti autorganizzanti
di tipo cellulare e dinamiche nonlineari caotiche per la modellizzazione ed il controllo di
sistemi complessi”.
Vi sono collaborazioni in atto con il Dipartimento di Fisica dell'Universita' di Firenze (Prof.
F.T. Arecchi) e con il Dipartimento di Elettronica e Informatica (Facolta’ di Ingegneria)
dell’Universita’ di Padova (Prof. P. Villoresi).
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
7.750
Consumo
-
-
Missioni
-
18.000
Borse/Assegni
-
-
-
Totale
25.750
Totale
0
0
183
Preconsuntivo 2004 Obiettivo Analisi di sistemi complessi
Progetto P 4.2
Strutture spazio-temporali in laser a cavità verticale
Sezione: Firenze
I laser a cavita` verticale (VCSEL) si stanno affermando come una delle sorgenti piu`
interessanti sia per la ricerca di base che per le possibili applicazioni. Tra le loro
peculiarita` si ricordano:
• la struttura puo` essere integrata in matrici bidimensionali;
• la bassa corrente di soglia permette una alta integrazione;
• il fascio di uscita circolare e con bassa divergenza elimina
• la necessita`di ottiche correttive;
• alta efficienza di accoppiamento alle fibre ottiche;
• basso costo (test a livello del wafer);
• minore sensibilita` alla temperatura dei diodi laser convenzionali;
• alta velocita` di trasmissione con minore consumo di potenza.
Lo scopo della linea di ricerca e' duplice: investigare fenomeni di interesse fondamentale e
identificare possibili applicazioni.
Nel primo caso, si intendono studiare specialmente fenomeni di tipo stocastico e proprietà
dinamiche del sistema, caratterizzandolo nelle sue proprieta` ottiche e statistiche.
Nel secondo, e' di interesse capire le potenzialita` dell'uso in sistemi di comunicazione
(come singola sorgente o matrice di sorgenti).
L'INOA ha una consolidata esperienza nello studio di fenomeni statistici, e possiede gran
parte della necessaria strumentazione per la caratterizzazione delle configurazioni studiate
e proposte.
Studio di fenomeni stocastici in laser semiconduttore multimodo. E' stato studiato il mode
hopping come fenomeno indotto da rumore, ottendone una descrizione fenomenologica
locale comparabile con quanto ottenuto nel laser a cavita' verticale [7]. E' stata inoltre
mostrata l'evidenza di risonanza stocastica [8].
Risonanza vibrazionale: sono stati pubblicati due lavori, rispettivamente sul degrado del
guadagno [6] e sul confronto fra risonanza stocastica e vibrazionale [5]. E' in corso uno
studio sulla caratterizzazione del fenomeno in un sistema bistabile con forte asimmetria. Si
prevede inoltre di scrivere un lavoro dettagliato che contenga una rassegna dei vari risultati
ottenuti.
Studio della dinamica del salto di polarizzazione: il comportamento del sistema e' stato
studiato nell'intorno del punto del salto di polarizzazione confrontandolo con la teoria
sviluppata espressamente [1]; inoltre sono stati analizzati i limiti di modulazione sulla
corrente di pompa [4].
Dinamica del laser a cavita` verticale con retroazione ottica polarizzata: sono stati
investigati i comportamenti sperimentali in presenza di rumore additivo [2,3]; e' in corso di
studio la modellizzazione del sistema.
Pubblicazioni dei risultati ottenuti come da (A3): [1-8].
Sono stati inoltre pubblicati contributi a conferenze [9-11], dove sono state presentate
relazioni orali e ad invito.
184
PERSONALE
Giacomelli
Lepri
Ramazza
Torcini
Chizhevsky (Ass.)
Mesi Uomo
12
1
2
2
5
1]
J. Danckaert, M. Peeters, J. Albert, B. Nagler, G. Verschaffelt, G. Giacomelli, F.
Marin, H. Unold, R. Michalzik, C. Mirasso and M. San Miguel, Stochastic polarization
switching dynamics in Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers: theory and experiment,
IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electron., vol. 10, n. 5, oct 2004;
[IF2002=2.09]
2]
K. Panajotov, M. Sciamanna, A. Tabaka, P. Megret, M. Blondel, G. Giacomelli, F.
Marin, H. Thienpont, and I. Veretennicoff, Residence time distribution and coherence
resonance of optical feedback induced polarization mode hopping in vertical-cavity
surface-emitting lasers, Phys. Rev. A 69, 011801(R) (2004) [IF2002=2.81]
3]
Miguel Cornelles Soriano, Mirvais Yousefi, Jan Danckaert, Stephane Barland, Marco
Romanelli, Giovanni Giacomelli, and Francesco Marin “Low Frequency Fluctuations in
Vertical Cavity
Surface Emitting Lasers with Polarization Selective Feedback:
Experiment and Theory, IEEE-JQE submitted (2004). [IF2002=2.09]
4]
Bob Nagler, Guy Verschaffelt, Michael Peeters, Jan Albert, Irina Veretennicoff, and
Jan Danckaert, Giovanni Giacomelli, and Francesco Marin Modulation frequency
response of a bistable system with noise, Phys. Rev. E 70, 046214 (2004). [IF2002=2.24]
5]
Vyacheslav Chizhevsky and Giovanni Giacomelli, Improvement of signal-to-noise
ratio in a bistable optical system: comparison between vibrational and stochastic
resonance, accepted for publication in Phys. Rev. A (2004). [IF2002=2.81]
6]
Vyacheslav Chizhevsky and Giovanni Giacomelli, Experimental and theoretical study
of the noise-induced gain degradation in vibrational resonance, accepted for publication
in Phys. Rev. E (2004). [IF2002=2.24]
7]
Francesco Pedaci, Massimo Giudici, Jorge R. Tredicce, and Giovanni Giacomelli,
Experimental analysis of mode-hopping in bulk semiconductor lasers, submitted to Phys.
Rev. A (2004). [IF2002=2.81]
8]
Francesco Pedaci, Massimo Giudici, Jorge R. Tredicce, and Giovanni Giacomelli,
Stochastic resonance in bulk semiconductor lasers, submitted to Phys. Rev. E (2004).
[IF2002=2.24]
9]
Miguel Cornelles Soriano, Mirvais Yousefi, Marco Romanelli, Giovanni Giacomelli,
and Francesco Marin Single-mode low frequency fluctuations in vertical cavity surface
emitting lasers with polarization-filtered feedback Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 5452,
422 (2004)
10]
Guy Verschaffelt, Michael Peeters, Javier Cordova, Bob Nagler, Jan Albert, Hugo
Thienpont, Irina Veretennicoff, Jan Danckaert, Giovanni Giacomelli, and Francesco
Marin Time scales of polarization switching in different types of VCSELs Proc. SPIE Int.
185
Soc. Opt. Eng. 5452, 433 (2004)
11]
S. Barbay, S. Lepri, G. Giacomelli, Study of stochastic synchronization in verticalcavity lasers Proc. SPIE Vol. 5471, p. 233-243, Noise in Complex Systems and Stochastic
Dynamics II; Zoltan Gingl Ed. (2004)
• Workshop STOCHASTIC DYNAMICS WITH DELAY AND MEMORY, invited talk,
Wittenberg (Germany);
• Conference FLUCTUATIONS AND NOISE, invited talk, Las Palmas, Canarian Islands
(Spain);
• Conference ON QUANTUM OPTICS, Minsk (Belarus)
• Conference INTERNATIONAL COLLOQUIUM ON MATHEMATICS IN ENGINEERING
AND NUMERICAL PHYSICS, Bucarest (Romania)
• Workshop "SYNCHRONIZATION AND HIGH-DIMENSIONAL CHAOS IN COUPLED
SYSTEMS", invited talk, WIAS, Berlin (Germany);
Note Interne INOA:
Riviste internazionali: 6 lavori pubblicati e 2 sottoposti
Proceedings SPIE: 3 pubblicati
E' iniziato un processo di aggiornamento della strumentazione del laboratorio, sia per
affrontare lo studio di fenomeni ad alte frequenze (~10 Ghz) che per utilizzare
componentistica a fibra ottica. E' in corso inoltre l'acquisizione di ottiche e componentistica
per la lunghezza d'onda di 1.3 um.
Tutte le pubblicazioni e le partecipazioni a conferenze sono state effettuate in ambiti
extranazionali
Network europeo VISTA (VCSELs for Information Sociaty Technology Applications), tramite
associatura INFM.
• Vrije Universiteit Brussel (VUB), Brussels (Belgium);
• INLN-CNRS, Nice (France);
• IMEDEA, Palma de Mallorca (Spain);
• University of Bucharest, Bucharest (Romania)
• B. I. Stepanov Institute of Physics, Minsk (Belarus)
Network europeo VISTA (VCSELS for Information Society Technology Applications).
186
Tutte le pubblicazioni sono state effettuate in collaborazione con enti di ricerca nazionali,
tranne le [5-6-7-8].
Fondi
INOA 2004
Esterni 2004
Totale Esterni
Inventariabile
8.000
Inventariabile
-
Consumo
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
2.000
Consumo
2.870
-
Missioni
-
5.750
Borse/Assegni
-
-
-
Totale
18.620
Totale
0
0
187
Preconsuntivo 2004 Obiettivo 4 Analisi di sistemi complessi
Progetto P 4.3
Controllo, sincronizzazione e comunicazione in sistemi caotici
Sezione: Firenze
Il controllo e la sincronizzazione di sistemi caotici (sia concentrati che spazialmente estesi)
sono due temi di ricerca che hanno attratto un notevole interesse scientifico sin dal 1990. I
differenti metodi e le diverse tecniche proposte hanno trovato applicazioni di interesse
tecnologico, specie nel campo della trasmissione della informazione e della criptologia.
Nell'ambito dell'ottica nonlineare i laboratori dell'INOA sono all'avanguardia per quanto
concerne la messa a punto e la realizzazione di configurazioni ottimali sia per il laser a CO2
che per il sistema ottico con valvola a cristalli liquidi.
Per questi sistemi sono stati gia' sperimentati differenti metodi di controllo e
sincronizzazione per il caos temporale, e sono state messe a punto tecniche di controllo e
sincronizazzione del caos spazio-temporale. In campo teorico, nuovi schemi di
accoppiamento sono stati proposti che analizzano i vantaggi di configurazioni
asimmetriche, mettendo in evidenza come esse possano dar luogo a fenomeni di
sincronizzazione anomala, precedentemente osservati in rilevanti situazioni dinamiche.
Infine, l’interesse della comunita’ scientifica recentemente si e’ diretto verso lo studio del
controllo e della sincronizzazione in reti complesse di unita’ dinamiche non lineari.
L'obiettivo generale e' la caratterizzazione esauriente dell'emergenza di stati collettivi
sincronizzati in dinamiche complesse, al fine di utilizzare queste proprieta' per la soluzione
di alcuni problemi di rilevanza tecnologica, quali la messa a punto di nuove strategie per la
telecomunicazione e la crittografia. Allo stesso tempo, ci si propone di acquisire una
adeguata conoscenza dei meccanismi fisici alla base dell'emergenza di detti stati cosi' come
dei processi che conducono al loro controllo, allo scopo di comprendere la natura di alcuni
fenomeni rilevanti comuni all'ottica nonlineare ed ad altre discipline, quali la biofisica e la
neuroscienza.
Le attivita' svolte in questo settore possono essere schematizzate come segue:
• Studio degli effetti costruttivi del rumore nella formazione di stati sincronizzati con
particolare riferimento ad atomi freddi sottoposti a campi elettromagnetici.
• Caratterizzazione quantitativa degli effetti di accoppiamenti asimmetrici.
• Identificazione di strategie ottimali per il controllo e la sincronizzazione di sistemi
caotici spazialmente estesi.
• Analisi e caratterizzazione di stati sincronizzati su dati sperimentali.
• "Targeting" di stati estesi predeterminati.
• Analisi del funzionamento delle reti, della loro robustezza e della loro propensita' a dare
luogo a fenomeni collettivi di sincronizzazione.
• Studio della sincronizazzione come transizione di fase
Nel corso dell’anno 2004 sono stati raggiunti i seguenti risultati:
• Caratterizzazione teorico-sperimentale degli effetti costruttivi del rumore nel sostenere o
indurre stati sincronizzati in sistemi caotici;
• Realizzazione di un esperimento per il controllo ed il targeting di sistemi caotici spaziotemporali in due dimensioni con un sistema ottico cosn valvola a cristalli liquidi;
• Caratterizzazione numerica ed analitica degli effetti di sincronizzazione dovuti ad
188
accoppiamenti asimmetrici in sistemi spazialmente estesi, ;
• Studio della sincronizzazione in reti di tipo “scale-free” e “small-world”, aventi per
costituenti dinamici oscillatori caotici e sistemi eccitabili;
• Ottimizzazione della topologia di una rete complessa al fine di stabilire le migliori
condizioni di sincronizzabilita’ per i suoi elementi.
• Sviuppo di una teoria dell'effetto CARL (collective atomic recoil laser) e spiegazione dei
risultati sperimentali ottenuti a Tubinga.
• Chiarificazione della relazione esistente fra transizione di sincronizzazione e
percolazione diretta.
PERSONALE
Boccaletti
Meucci
Politi
Ramazza
Chavez (Contr. Coll.)
Duang-Ku (Contr. Coll.)
Mendoza (Ass.)
Mesi Uomo
6
2
3
1
6
8
12
• R. Lopez-Ruiz and S. Boccaletti, “Symmetry Induced Heteroclinic Cycles in a CO2
Laser”, Int. J. of Bifurcation and Chaos 14, 1121 (2004).
• I. Leyva, E. Allaria, S. Boccaletti and F.T. Arecchi, “In phase and anti-phase
synchronization of coupled homoclinic chaotic oscillators”, Chaos 14, 118 (2004).
• L. Pastur, S. Boccaletti and P.L. Ramazza, “Detecting local synchronization features in
coupled chaotic systems”, Phys. Rev. E69, 036201 (2004).
• M.S. Baptista, S. Boccaletti, K. Josic and I. Leyva, “Irrational phase synchronization ”,
Phys. Rev. E69, 056228 (2004).
• S. Boccaletti, R. Meucci, E. Allaria, F.T. Arecchi, C. Zhou and J. Kurths, “Effects of noise
on homoclinic chaos”, lavoro inviato a Fluctuation and Noise Letters.
• I. Bove, S. Boccaletti, J. Kurths, J. Bragard and H. Mancini, “Frequency entrainment of
non autonomous chaotic oscillators”, Phys. Rev. E69, 016208 (2004).
• C. Mendoza, S. Boccaletti and A. Politi, “Convective instabilities of synchronization
manifolds in spatially extended systems”, Phys. Rev. E69, 047202 (2004).
• U. Bortolozzo, P.L. Ramazza and S. Boccaletti, “Dissipative solitons driving and bound
state control via parameter gradients", lavoro inviato a Chaos.
• S. Boccaletti, E. Allaria and R. Meucci, “Experimental control of coherence of a chaotic
oscillator”, Phys. Rev. E69, 066211 (2004).
• F. S. Vannucchi and S. Boccaletti, “Chaotic spreading of epidemics in complex networks
of excitable units”, Mathematical Bioscience and Engineering 1, 49 (2004).
• L. Pastur, L. Gostiaux, U. Bortolozzo, S. Boccaletti and P.L. Ramazza, “Experimental
targeting and control of spatiotemporal chaos in nonlinear optics”, Phys. Rev. Lett 93,
063902 (2004).
189
• J. Bragard,
S. Boccaletti, C. Mendoza,
H.G.E. Hentschel and
H. Mancini,
“Synchronization of spatially extended chaotic systems in the presence of asymmetric
coupling”, Phys. Rev. E 70, 036219 (2004).
• J. Bragard, E. Montbrio, C. Mendoza, S. Boccaletti and B. Blasius, “Defect Enhanced
Anomaly in Frequency Synchronization of Asymmetrically Coupled Spatially Extended
Systems”, lavoro inviato a Phys. Rev. Lett. .
• I. Tokuda, J. Kurths, E. Allaria, R. Meucci, S. Boccaletti and F.T. Arecchi, “Predicting
Phase Synchronization for Homoclinic Chaos in a CO2 laser”, Phys. Rev. E 70, 035204(R)
(2004).
• R. López-Ruiz, Y. Moreno, S. Boccaletti, D.-U. Hwang and F. Pacheco, “Awaking and
Sleeping a Complex Network”, lavoro inviato a Neural Computation .
• M. Chavez, C. Adam, V. Navarro, S. Boccaletti and J. Martinerie, “Intrinsic time scales
involved in synchronization of epileptic brain activities”, lavoro inviato a Chaos.
• D.-U. Hwang, S. Boccaletti, Y. Moreno and R. López-Ruiz, “Thresholds for Epidemic
Outbreaks in Finite Scale-Free Networks”, lavoro inviato a Mathematical Biosciences and
Engineering.
• S. Brugioni, D.-U. Hwang and S. Boccaletti, “Experimental Coherence Resonance in
Excitable Electronic Circuits”, lavoro inviato a Phys. Rev. E.
• F. Ginelli, H. Hinrichsen, R. Livi, D. Mukamel and A. Politi, „Directed Percolation with
long-range interactions: modeling non-equilibrium wetting”, sottoposto a Phys. Rev. E.
• J. Javaloyes, M. Perrin, G.L. Lippi, and A. Politi, “Recoil-induced lasing”, Phys. Rev. A
70, 023405 (2004)
• Experimental Chaos Conference 2004 (organizzata in Firenze su temi concernenti il
progetto in questione);
• CHAOS 2004
• Partecipazione su invito alla Conferenza "SYNCHRONIZATION AND HIGHDIMENSIONAL CHAOS IN COUPLED SYSTEMS" , Berlino, November 15 - 16, 2004
Note Intene INOA:
20 lavori pubblicati su riviste internazionali del settore
1 Conferenza internazionale organizzata
Apertura di una nuova linea di ricerca su dinamica e sincronizzazione di reti
Partner nel Contratto Europeo HPRN-CT-2000-00158 (COSYC of SENS), rete di tipo TMR
Contratto Europeo n. HPRN-CT-2000-00158 (COSYC of SENS)
Collaborazione con l’Universita’ di Navarra (Spagna), l’Universita’ di Potsdam (Germania),
l’Universita’ di Saragozza (Spagna) e l’Universita’ di San Paolo (Brasile). In tutti i casi sono
state effettuate pubblicazioni congiunte.
190
Le prospettive per un utilizzo di metodi di controllo e sincronizzazione per comunicazione
con portanti caotiche sono state corroborate attraverso le realizzazioni di esperimenti che
hanno mostrato la fattibilita’ di detti processi, in attesa di un possibile trasferimento delle
conoscenze in materia per la realizzazione di prototipi di interesse tecnologico-industriale.
Partecipazione al contratto MIUR-FIRB n. RBNE01CW3M_001.
Gli studi di fenomeni di sincronizzazione su reti complesse promettono di stimolare e
generare un flusso di risorse tra sistema tecnologico produttivo ed area di ricerca di base, in
funzione delle loro applicazioni al sistema di comunicazione mobile, e delle loro
implicazioni nel campo della medicina e della robotica.
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
FIRB
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
262
262
Missioni
Consumo
14.337
14.337
Personale
Borse/Assegni
a progetto
3.852
-
Missioni
7.495
7.495
18.170
Borse/Assegni
-
57.079
57.079
Totale
22.022
Totale
79.173
79.173
191
Preconsuntivo 2004
Progetto P4.4
Obiettivo Analisi di sistemi complessi
Fenomeni critici in sistemi su reticolo
Sezione: Firenze
La motivazione fondamentale per lo studio della dinamica di sistemi complessi è
l'universalità di molti fenomeni che possono essere osservati in settori assai diversi fra loro
come l'ottica nonlineare, l'idrodinamica, la scienza dei materiali, la biologia etc. A noi
interessa studiare in modo particolare il comportamento di sistemi lontano dall'equilibrio
termodinamico. In queste condizioni, il caos deterministico appare spesso come il mediatore
attraverso il quale indeterminazioni microscopiche contribuiscono alla generazione di
fenomeni macroscopicamente rilevanti. Questo è il caso, per esempio, della conducibilità
termica. Il suo comportamento anomalo evidenziato negli anni scorsi dal gruppo fiorentino
sembra avere un notevole potenziale applicativo in relazione alla rimozione del calore
prodotto nei chip dei computer delle ultime generazioni e soprattutto di quelle future.
Lo studio di vari modelli ha evidenziato una possibile dipendenza del tasso di divergenza
della conducibilità termica da alcuni dettagli della dinamica non ancora chiariti. Noi ci
proponiamo di stabilire se tutto ciò sia dovuto ad effetti di taglia finita o sia piuttosto
l'indicazione dell'esistenza di più di una classe di universalità.
Un obiettivo non meno importante è rappresentato dallo studio di potenziali realistici allo
scopo di fare predizioni relative a nanotubi al carbonio. Le crescenti capacità di
nanomanipolazioni dovrebbero infatti permettere tra breve la realizzazione di esperimenti
in condizioni controllabili.
Si è iniziato a studiare direttamente le equazioni ``mode-coupling'', non essendo quale sia il
regime asintotico da esse predetto ed essendo altresi' chiaro che simulazioni numeriche
dirette non sono in grado di stabilire quale sia il vero limite termodinamico.
Ulteriori sforzi sono stati fatti studiando un modello pu' realistico di catene tipo FPU e cioe'
sistemi di Lennard-Jones unidimensionali.
Infine, abbiamo affrontato il problema del ruolo delle condizioni al contorno. Tutti gli studi
numerici suggeriscono che, a differenza dei sistemi armonici dove le condizioni al contorno
possono cambiare perfino il comportamento di scala (trasformando un ottimo conduttore in
un quasi perfetto isolante), nei sistemi nonlineari, il loro ruolo e' molto piu' limitato. Cio'
nonostante, poter controllare la restistenza di contatto, minimizzandola e' un problema con
importanti conseguenze applicative.
Gli studi preliminari sin qui effettuati delle equazioni mode coupling indicano una possibile
dipendenza del comportamento dinamico dalla temperatura. Al momento non e' da
escludere una transizione di fase dinamica la cui esistenza richiedera' pero' sforzi numerici (e
teorici) ulteriori.
Lo studio del modello di Lennard-Jones invece si sta rivelando piu' complesso del previsto: le
simulazioni microcanoniche effettuate con le tagli tipiche che permettono di evidenziare un
comportamento di scala in catene di FPU (poche migliaia di particelle) sono insufficienti in
quest'ultimo caso. Si pone adesso il problema di identificare la motivazione per effetti di
taglia finita cosi' grandi.
Infine, lo studio degli effetti delle condizioni al contorno ha messo in luce il ruolo delle
correlazioni fra modi di Fourier a grande lunghezza d'onda: tali correlazioni sono
192
sostanzialmente irrilevanti nel caso di catene armoniche, mentre contribuiscono alla
ridistribuzione dell'energia nei sistemi nonlineari.
PERSONALE
Boccaletti
Lepri
Politi
Torcini
Cipriani (Ass.)
Delfini (Bor.)
Mesi Uomo
2
1.5
5
2
2
7
• S. Lepri, R. Livi, A. Politi, "Studies of thermal conduction in FPU-like lattices" , invited
article for the CHAOS Focus Issue on the FPU problem, in stampa.
• P. Cipriani, A. Politi, "An open-system approach for the characterization of spatiotemporal chaos", J. Stat. Phys. 114 (1-2): 205-228 (2004) IF = 1.537
• Meacci G, Politi A, Zei M “Fracture precursors in disordered systems”, Europhys. Lett. 66
(1): 55-61 (2004) IF = 2.075
• INFMeeting 2004, Giugno 2004 (Genova)
• seminario su invito al Max Planck Institute for Complex Systems di Dresda, (11
novembre) su “The 1D hard point gas: a Hamiltonian system exhibiting stable-chaos-like
properties'’
Note Interne INOA:
Rapporti tecnici INOA:
B2b) Indici quantitativi
Partecipazione al Network Europeo LOCNET (Localization by Nonlinearity and Spatial
Discreteness, and Energy Transfer in Crystals Biomolecules and Josephson Arrays.
Gli studi effettuati sulla conduzione anomala del calore sono suscettibili di applicazioni per
l'estrazione del calore prodotto all'interno delle CPU tramite nanotubi al carbonio e per
l'ottimizzazione delle resistenze di contatto.
193
B6) Capacita di generare un flusso di risorse nel sistema produttivo e sociale italiano
Nella misura in cui in Italia si svilupperanno competenze nella manipolazione di nanotubi
al carbonio, questa ricerca potrebbe aiutare a combinare tale tecnologia con la
microelettronica per lo sviluppo di nuove generazioni di CPU.
L'attività di ricerca sulla conduzione del calore è effettuata in stretta collaborazione con
l'INFM, grazie anche al suo finanziamento di un progetto specifico.
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
INFM
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
2.800
Consumo
1.200
-
Missioni
-
8.550
Borse/Assegni
-
-
33.500
33.500
Totale
12.550
Totale
33.500
33.500
194
Preconsuntivo 2004
Progetto P 4.5
Obiettivo 4 Analisi di sistemi complessi
Processamento dell'informazione in sistemi biologici
Sezione: Firenze
L'analisi del trasporto e dell'immagazzinamento dell'informazione in sistemi biologici è
una problematica fondamentale per comprendere il funzionamento dei sistemi viventi. Le
tematiche di interesse per questo progetto riguardano il ripiegamento delle proteine e i
meccanismi di funzionamento di reti neuronali. Nel primo caso, molti gruppi teorici stanno
lavorando per capire come una proteina riduca la ridondanza dovuta alla molteplicità dei
minimi nel panorama energetico ad un cammino verso lo stato nativo. Nel secondo caso,
vari modelli semplificati di neuroni sono state introdotti allo scopo di individuare diverse
classi di comportamento dinamico.
Ricostruzione del panorama energetico in modelli be- tri-dimensionali di eteropolimeri,
identificazione dei minimi dell'energia almeno nella parte più visitata dello spazio delle fasi
nella prospettiva di una successiva individuazione delle variabili rilevanti per una
descrizione macroscopica.
Individuazione di modelli dinamici ottimali per lo studio di proprietà collettive di reti di
neuroni (partendo sia dai sistemi ultrasemplificati tipo `leaky integrate-and-fire' (LIF), che
da quelli più realistici nella classe Hodgkin-Huxley (HH). Quantificazione dell'informazione
processabile attraverso l'implementazione di concetti quali l'entropia-epsilon (dinamica e
stazionaria). Sfruttamento della possibile analogia con il caos stabile (concetto sviluppato a
Firenze negli anni passati) ai fini della comprensione del codice neurale.
E' stato analizzato il panorama energetico di eteropolimeri in 2 e 3 dimensioni con
simulazioni di dinamica molecolare e tecniche di rilassamento messe a punto a Firenze per
l'individuazione di minimi dell'energia e delle selle di connessione fra tali minimi (cioe' le
barriere energetiche). In particolare, in 2 dimensioni sono state stimati vari indicatori
capaci di predire l'esistenza di una connessione fra due minimi qualsiasi, mentre in 3
dimensioni si e' proceduto alla caratterizzazione dei panorami energetici di eteropolimeri di
lunghezza crescente.
Si e' iniziato ad analizzare numericamente la risposta di modelli semplici di neurone ad un
dato input dinamico, in particolare sono state esaminate sinora le risposte dei modelli che
vanno sotto il nome di HH e LIF. Si sono anche stimati i contenuti entropici delle risposte
di tali neuroni in funzione della risoluzione temporale. Questi argomenti sono parte di una
tesi di laurea in corso disvolgimento presso l'INOA sotto la supervisione di A. Torcini.
Si e' infine iniziato lo studio numerico ed analitico di semplici reti di neuroni tipo LIF ed in
particolare la stabilita' rispetto a perturbazioni infinitesime e di ampiezza finita per vari
tipi di connessioni fra i neuroni.
Per quanto riguarda gli eteropolimeri in 2 dimensioni e' stato individuato un indicatore
capace di predire in modo ottimale quando due minimi sono connessi con una probabilita'
del 90%. Tale indicatore e' una distanza angolare fra i minimi in questione. Per gli
eteropolimeri in 3 dimensioni e' stato messo a punto un codice efficiente capace di
individuare le selle che connettono due minimi qualsiasi del panoramam energetico.
L'analisi della risposta del modello di singolo neurope HH ad input stocastici Poissoniani
ha messo in luce per la prima volta una risposta bimodale nella distribuzione dei tempi fra
195
due picchi, composta da un picco Gaussiano ed un picco Poissoniano.
Infine l'analisi di reti di neuroni modello LIF sembra indicare l'esistenza di un regime di
caos stabile, quando si considerino reti con connessioni random diluite (cioe' ove ogni
neurone e' connesso solo con un sottoinsieme degli altri neuroni).
PERSONALE
Politi
Torcini
Kreuz (Contr. Coll.)
Ginelli (Ass.)
Mesi Uomo
3
8
1
1
• M.Antoni, S. Ruffo e A. Torcini, ‘First-order microcanonical transitions in finite meanfield models, Europhys. Lett., 66 645 (2004) IF=2.075
• M. Baer, E. Schoell, H. Engel e A. Torcini, editori del volume ‘’Trends in pattern
formation: stability, control, and fluctuations’’, Physica D volume 199 (2004) IF=1.559
• Conferenza internazionale `Òscillationns and waves in cells and in cell networks’’, 1015 maggio, Institut d'Etudes Scientifiques, Cargese (Francia);
• Workshop ``Neruromat III – Neuroscienze Computazionali'', 13-14 settembre,
Dipartimento di Matematica F. Enriques, Milano (Italia).
Note Intene INOA:
• Organizzazione dello workshop ‘Stochastic systems with delay and memory’, 2-5
febbraio, Wittenberg (Germania);
• Organizzazione della scuola internazionale ``Lectures in Complex Systems'', 6-8 ottobre,
Polo Scientifico dell’Universita' di Firenze, Sesto Fiorentino (Italia).
• 1 poster presentato alla Conferenza internazionale `Òscillationns and waves in cells
and in cell networks'', 10-15 maggio, Institut d'Etudes Scientifiques, Cargese (Francia).
• Antonio Politi e' responsabile scientifico del contratto europeo Marie-Curie Individual
Fellowship ``Dynamical Entropies in Assemblies of Neurons'' riguardante il Dr. Thomas
Kreuz , con decorrenza dal 1 novembre;
• Partecipazione al progetto europeo di tipo STREP `Èmergent organisation in complex
biomolecular systems'' in corso di perfezionamento (durata triennale).
196
Gli studi effettuati sugli eteropolimeri potranno trovare applicazioni nella comprensione del
fenomeno del ripiegamento delle proteine, caposaldo per futuri sviluppi della proteomica.
Partecipazione al contratto MIUR-FIRB n. RBAU01BZJX su “Dynamical and statistical
analysis of biological microsystems”
Gli studi sugli eteropolimeri e le reti di neuroni promettono di stimolare e generare un
flusso di risorse fra il sistema tecnologico produttivo (in aree quali le bio-tecnologie, la bioinformatica e la robotica) e l'area di ricerca di base. Questo e' gia' testimoniato dai
finanziamenti ricevuti a livello europeo per il 2005.
L'attività di ricerca sulle proteine è effettuata in stretta collaborazione con l'INFM,
entrambe le attività poi usufruiscono delle collaborazioni nate all'interno del Centro
Interdipartimentale per lo Studio delle Dinamiche Complesse (CSDC) dell'Universita' di
Firenze. In particolare da parte del CSDC si e' avuto il finanziamento di un progetto
specifico su gli eteropolimeri.
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Contratto EU
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
3.000
-
-
3.000
6.000
6.000
Totale
6.000
6.000
-
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
197
Preconsuntivo 2004 Obiettivo 5 Sviluppo Applicazioni
Progetto P 5.1.1
Diagnostica di eccellenza per i BBCC e rete di laboratori
Sezione: Firenze
L’attività del Gruppo Beni Culturali (GBC) dell'INOA è interamente dedicata alla ricerca nel
campo della diagnostica ottica applicata alla conservazione del patrimonio artistico. La
qualità delle soluzioni diagnostiche realizzate e la continua verifica sul campo delle stesse,
che è stata perseguita come politica per favorirne la diffusione, ha portato ad una forte
visibilità dell’INOA nel mondo della conservazione sia in Italia che all’estero. In questi
ultimi anni, il GBC ha partecipato a progetti di restauro e a campagne di misure
diagnostiche di altissimo livello. I ricercatori del GBC sviluppano le loro attività in stretto
contatto con gli operatori del settore, all’interno di proficue e durevoli collaborazioni. Il
GBC – INOA ha realizzato i "Laboratori distaccati per la metrologia ottica": strutture di tipo
nuovo che sono state aperte presso alcune importanti Soprintendenze. I laboratori INOA
distaccati nelle Soprintendenze sono un esperienza unica a livello internazionale, e si
propongono come un nuovo strumento per la ricerca applicata nel settore dei Beni
Culturali.
Il GBC svolge da molto tempo un servizio di diagnostica di eccellenza per soprintendenze,
musei, gallerie e centri di restauro in Italia e all’estero. Recentemente, questo ha consentito
la partecipazione a numerosi progetti di restauro di rilievo internazionale. Nel corso del
prossimo triennio, questi progetti saranno svolti utilizzando la strumentazione diagnostica
sviluppata dal GBC e appoggiandosi per la logistica (manutenzione, sviluppo soluzioni, ecc.)
agli esistenti laboratori INOA distaccati nelle soprintendenze.
Il progetto Rete di Laboratori prevede la creazione di una rete nazionale di laboratori per lo
sviluppo e la diffusione di tecniche ottiche finalizzate allo studio e alla conservazione del
patrimonio artistico e storico. Nell’attuale contesto nazionale della ricerca, è diventato
fattore imprescindibile l’autofinanziamento di queste strutture, per quanto esse rivestano
nel settore una importanza strategica. Quello che stiamo dunque curando è la capacità dei
laboratori distaccati di attrarre risorse, attraverso la partecipazione a progetti di restauro e a
progetti di ricerca finanziati. Si prevede nel corso del prossimo triennio di aprire i laboratori
distaccati presso le Soprintendenze di Perugia e Roma.
Nel corso del 2004, per quello che riguarda la rete di laboratori, si sono svolte attività
prevalentemente finalizzate alla gestione della struttura esistente (i due laboratori di
Firenze e Venezia). Il finanziamento ottenuto non è stato sufficiente per ampliare la rete
come preventivato, e le due strutture di Roma (ICR) e Perugia (Galleria Nazionale
dell’Umbria), le cui soprintendenze avevano richiesto di poter ospitare i due nuovi
laboratori non sono state aperte perché il contributo richiesto sui progetti FISS 2004 non è
stato, inaspettatamente, concesso agli EPR quali INOA. Per il prossimo triennio è previsto
l’ampliamento di questa linea di ricerca con la apertura alla partecipazione di altri gruppi
CNR, le cui attività si potranno appoggiare sulle strutture degli esistenti laboratori INOA.
Il GBC è attualmente impegnato nelle campagne diagnostiche per il David del
Michelangelo, il Ratto delle Sabine, le porte del Battistero di Firenze, il Globo di Egnazio
Danti, la Madonna in Gloria del Mantegna e l’opera pittorica di Leonardo da Vinci. E’
inoltre iniziato un importante progetto europeo di diagnostica e di ricerca di durata
quinquennale: EU-Artech.
198
Misure diagnosiche eseguite nel corso del 2004:
Progetto EU-Artech:
• riflettografia IR/Colore
o Agnolo Bronzino – Deposizione; Besançon, Musèe de Beaux Arts et Archèologie
Laboratorio di Firenze, presso l’Opificio delle Pietre Dure
• riflettografia IR/Colore:
o Leonardo, Ritratto di musico, Ambrosiana.
o Raffaello Sanzio
• Deposizione, Galleria Borghese, Roma
• Ritratto di Agnolo Doni, Galleria Palatina, Firenze
• Ritratto di Maddalena Doni, Galleria Palatina, Firenze
• La Gravida, Galleria Palatina, Firenze
• Ritratto del Cardinal Bibbiena, Galleria Palatina, Firenze
• Sogno di Ezechiele, Galleria Palatina, Firenze
• Madonna del Granduca, Galleria Palatina, Firenze
• Madonna dell'Impannata, Galleria Palatina, Firenze.
• Estasi di Santa Cecilia, Pinacoteca Nazionale di Bologna.
o Sebastiano del Piombo, Pietà, Viterbo.
o Rosso Fiorentino, Pala Dei, Galleria Palatina, Firenze.
o Gerolamo Genga – Resurrezione; Roma, Confraternita di Santa Caterina da
Siena
o Quentin Metsys – Ritratto di Erasmo da Rotterdam; Roma, Palazzo Barberini
o Gaudenzio Ferrari - Natività della Vergine; Milano, Pinacoteca di Brera
o Ludovico Urbani – Polittico; Recanati, Museo Diocesano
o Ludovico Urbani - San Ludovicodi Tolosa; Recanati, Museo Diocesano
o Girolamo da Carpi - Madonna con Bambino, Roma, Galleria Doria-Pamphili
o Bonifacio Dè Pitati - Sacra conversazione, Roma, Galleria Doria-Pamphili
o Dosso Dossi - Gentiluomo, Roma, Galleria Doria-Pamphili
o Lorenzo Lotto - Vedovo, Roma, Galleria Doria-Pamphili
o Clusone - Frammenti con figure di profeti, Bergamo
o Opere varie di Fra’ Carnevale.
o altre opere pittoriche di vari autori
• rilievi 3D e misure di rugosità superficiale:
o Ratto delle Sabine (T8): ripetizione della misura di rugosità superficiale a otto
mesi dall’inizio del monitoraggio della statua (29−30/03/2004).
o Rilievo 3D comparato del “Ritratto di Lionello d’Este” del Pisanello, eseguito
con le due tecniche della scansione laser a linea e della microprofilometria.
o Progetto Battistero:
• rilievo di 16 campioni in lega simulanti la composizione delle porte nord e sud
del Battistero di Firenze, a 8 mesi dalla prima esposizione in situ (misura al
tempo T1) (23−24/05/2004).
• rilievo di 16 campioni in lega simulanti la composizione delle porte nord e sud
del Battistero di Firenze, a 14 mesi dalla prima esposizione in situ (misura al
tempo T2) (27/07/2004)
o Rilievo della Porta della Mandorla, Duomo di Firenze (01−02/03/2004)
199
o Rilievo della Dossale di S. Zanobi (maestro del Bigallo, 1225-1250)
o Rilievo di 10 campioni di pietra leccese, trattati con differenti sostanze
protettive. Le misure sono state ripetute 5 volte nel corso del tempo al fine di
studiarne gli effetti con l’invecchiamento.
o Rilievo di frammenti di tele impiegate per la rintelatura di quadri al fine di
studiare fenomeni di interferenza (campioni forniti da OPD).
o Rilievo di iscrizioni sul calco di una colonna messapica con scanalature,
iscrizioni alfabetiche e disegni raffiguranti imbarcazioni (Lecce)
o Rilievo di monete medievali (Lecce)
o Rilievo di iscrizioni su ceramica: pareti di anfore e tegole di età ellenistica ed
arcaica. (Lecce)
• fluorescenza UV:
o Ritratto di Lionello d’Este, di Pisanello
o due particolari di statua lignea raffigurante Cristo, di Donatello.
o particolari della Croce di S. Marco, OPD.
o particolari della Croce di Rosano, OPD.
Laboratorio di Venezia
• riflettografia IR/Colore:
o Giorgione - I tre filosofi, Wien, Kunsthistorisches Museum
o Giorgione - Laura, Wien, Kunsthistorisches Museum
o Giorgione - Cristo portacroce, Venezia, Scuola Grande di San Rocco
o Cima da Conegliano - Pietà, Venezia, Gallerie dell'Accademia
o Piero della Francesca - San Girolamo e devoto, Venezia, Accademia
o Giorgio Vasari - Giustizia, Venezia, Accademia
o Giorgio Vasari - Pazienza, Venezia, Accademia
o Giorgio Vasari - Putto, Venezia, Accademia
o Giorgio Vasari - Putto, Venezia, Accademia
o Perugino, disegno - Venezia, Accademia
o Anonimo - Nature morte, 7 miniature, Venezia, Accademia
o Anonimo italiano sec XVIII - Ritratto maschile, Venezia, Accademia
o Bottega di Perugino - Madonna che adora il Bambino (Madonna del Sacco),
Venezia, Galleria Giorgio Franchetti alla Ca' d'Oro
o Nicolò di Pietro - San Lorenzo, Venezia, Accademia
o Rosalba Carriera - Il cardinale De Polignac, Venezia, Accademia
o Vincenzo Catena - Madonna con Bambino e due santi, Venezia, Accademia
PERSONALE
Fontana
Materazzi
Pampaloni
Pezzati
Daffara (Ass.)
Marras (Ass.)
Mesi Uomo
5
2
6
3
11
12
Le numerose collaborazioni che il GBC-INOA ha con Enti ed Istituti sparsi su gran parte del
200
territorio nazionale e le campagne di misura eseguite su opere di grande importanza
appartenenti al patrimonio artistico nazionale ed internazionale fanno sì che gran parte
dell’attività del Gruppo Beni Culturali sia extramurale.
NB: è noto che nel settore dei beni culturali, ed in particolare per quello che riguarda le
tecniche ottiche, le riviste scientifiche esistenti sono assai poche. Le pubblicazioni su questo
argomento trovano spesso spazio su cataloghi di mostre, libri o riviste sul restauro ed altre
pubblicazioni non classificate in senso stretto come riviste scientifiche.
Riportiamo solo le pubblicazioni strettamente correlate al progetto P5.1.1. Le attività
diagnostiche di eccellenza svolte nei laboratori distaccati INOA sono rese possibili dallo
svilupparsi delle linee di ricerca collegate ai BBCC. Vedere dunque, per le pubblicazioni
scientifiche, ai pre-consuntivi dei progetti P5.1.2 e P5.1.3.
Pubblicazioni su libri:
• R. Fontana, M.C. Gambino, M. Greco, E. Pampaloni, L. Pezzati, “Microprofilometria
conoscopica a scansione: applicazione al rilievo tridimensionale di dipinti su tavola”, in
Masolino, Storie di San Giuliano, da Firenze a Montauban, a cura di M. Ciatti, C.
Frosinini, F. Viguier, in corso di stampa, Editore: Edifir, Firenze (2004).
• R. Fontana, M. C. Gambino, M. Greco, N. Ludwig et all., “Thermographic analysis”, in
Exploring David, Diagnostic test and state of Conservation, pag. 148, editore: Giunti
Editore S.p.a. Firenze- Milano (2004).
• R. Fontana, M. C. Gambino, M. Greco, L. Marras et all., “Measuring the surface
roughness”, in Exploring David, Diagnostic test and state of Conservation, pag. 141,
editore: Giunti Editore S.p.a. Firenze- Milano (2004).
• R. Fontana, M. C. Gambino, M. Greco, M. Materazzi, E. Pampaloni, L. Pezzati, “Indagini
diagnostiche ottiche: riflettografia infrarossa e microrilievo della superficie”, in Filippino
Lippi e Pietro Perugino - La deposizione della Santissima Annunziata, Il luogo del
David Restauri 4, pag. 85, editore: Sillabe s.r.l., Livorno (2004).
• Bellucci, Carcagnì, Della Patria, Fontana, Frosinini, Gambino, Greco, Marras,
Mastroianni, Materazzi, Pampaloni, Pelagotti, Pezzati, Piccolo, Poggi, “2D and 3D optical
technique applied to Pisanello’s “Portrait of Lionello d’ Este”, OSAV 2004, The
International Topical Meeting on Optical Sensing and Artificial Vision, 18-21
Ottobre 2004 Saint Petersburg, Russia.
• R. Fontana, M.C. Gambino, M. Greco, L. Marras, M. Materazzi, E. Pampaloni, L.
Pezzati, P. Poggi, “Integration of 2D and 3D data for the diagnostics of panel paintings”,
OPDIMON’04 International Conference on Optical Diagnostics and Monitoring, 2126 March 2004, Bacoli (NA), Italy.
• R. Fontana, M.C. Gambino, M. Greco, L. Marras, E. Pampaloni, L. Pezzati, “Roughness
measurement on statues: a high precision surface analysis”, OPDIMON’04 International
Conference on Optical Diagnostics and Monitoring, 21-26 March 2004, Bacoli (NA),
Italy.
• R. Fontana, M.C. Gambino, M. Greco, L. Marras, C. Mazzotta, E. Pampaloni, L. Pezzati,
“Tecniche ottiche 3D applicate al rilievo archeologico”, III Convegno Nazionale di
Archeometria, L’Archeometria in Italia: La scienza per i beni culturali, 1112/02/2004 Bressanone.
• R. Fontana, M.C.Gambino, A.Ghirelli, M.Greco, E.Pampaloni, F.Quercioli, B.Tiribilli,
M.Vassalli, “Misure di microrugosità per il monitoraggio del degrado di opere bronzee”,
201
Elettroottica 2004 - VIII Convegno Nazionale Strumentazione e Metodi di Misura
Elettroottici, Pavia, 14-16/06/ 2004.
• R. Fontana, M. Greco, M.C. Gambino, L. Marras, M. Mastroianni, M. Materazzi, E.
Pampaloni, A. Pelagotti, L. Pezzati, P. Poggi, “Integrazione di analisi ad immagine e rilievo
tridimensionale: uno strumento efficace nella diagnostica di opere d’arte”, XV Congresso
Nazionale Società Italiana di Fisica, 20-25/09/2004 Brescia.
• 25 Maggio 2004: Workshop "Progetto Battistero", Presentazione dei risultati della
campagna diagnostica sui campioncini del Battistero di Firenze, Sala del ‘Buonumore’,
Conservatorio Statale di Musica Luigi Cherubini, Firenze.
4 pubblicazioni su libri
6 comunicazioni a congressi
1 workshop
I nuovi laboratori previsti a Roma e a Perugia non sono stati aperti (all’ultimo momento, gli
Enti di Ricerca come INOA sono stati esclusi dai progetti FISS 2003-2004).
Il 1 giugno 2004 è iniziato il progetto europeo Eu-Artech per lo svolgimento di diagnostica
di eccellenza presso istutuzioni nazionali ed internazionali che ne facciano richiesta tramite
un bando. Al progetto partecipano partners di rilievo internazionale nel settore BBCC
(Louvre, National Gallery, Opificio delle Pietre Dure, ecc.).
Prosegue il progetto Universal Leonardo, per la diagnostica dell’opera pittorica del genio di
Vinci, coordinato dal Leonardo Bureau di Londra.
La linea P5.1.1 riguarda attività di diagnostica di eccellenza e la rete di laboratori INOA
distaccati nelle soprintendenze. L’innovazione delle tecniche diagnostiche, che rende
possibile la partecipazione del GBC-INOA a importanti progetti di diagnostica nazionali ed
internazionali, è perseguita mediante la ricerca, sia tecnologica che metodologica,
sviluppata nelle linee P5.1.2, P5.1.3 e P5.1.5.
Partecipazione ai progetti di diagnostica di rilevanza internazionale, che vedono coinvolti i
più importanti gruppi di ricerca italiani del settore della conservazione:
• David, di Michelangelo;
• Ratto delle Sabine, del Giambologna;
• Porta del Paradiso, Battistero di Firenze;
• Globo, di Egnazio Danti (Musei Comunali, FI)
• Madonna in gloria, del Mantenga (Pinacoteca delle Civiche Raccolte del Castello
Sforzesco, Milano).
202
Diagnostica di eccellenza svolta dal GBC-INOA, presso i propri laboratori distaccati di
Firenze e Venezia, oppure in situ, presso importanti istituzioni nazionali ed internazionali
(musei, gallerie, soprintendenze).
Per questo progetto, mirato al settore della conservazione, le ricadute sono molto
difficilmente valutabili in termini economici. Si tratta infatti di ritorni non immediati né
immediatamente correlabili con le azioni svolte, salvo rari casi. La ricerca svolta ed i servizi
effettuati, comunque, aumentano le capacità del Paese di tutelare e valorizzare il suo
patrimonio culturale.
Su questa linea di ricerca sono in corso collaborazioni con:
• OPD – Opificio delle Pietre Dure, Firenze
• Soprintendenza Speciale per il Polo Espositivo Veneziano
• Università di Lecce – ISUFI, Dip. di Ingegneria dell’Innovazione e Facoltà di BBCC
• ISTM - CNR, Perugia
• ICVBC – CNR, Firenze e Milano
• Università di Perugia, Dip. di Chimica
• Università di Bologna – Dip. di Fisica
• CIRCE - Istituto Univ. Architettura di Venezia
• Sopr. Archeologica Toscana, Centro di Restauro della
• Regione Toscana
• Galleria degli Uffizi, Firenze
• Galleria dell’Accademia, Firenze
• Galleria Nazionale dell’Umbria, Perugia
• Musei comunali di Firenze
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Commesse
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Missioni
Personale
Borse/Assegni
a progetto
10.000
Consumo
10.000
10.000
Missioni
6.714
6.714
30.931
Borse/Assegni
-
-
Totale
40.931
Totale
16.714
16.714
203
Progetto P 5.1.2
Tecniche 3D per i Beni Culturali
Sezione: Firenze
La ricerca nel settore del rilievo tridimensionale è carente, nel contesto nazionale,
specialmente per quanto riguarda lo sviluppo di strumentazione e rimane generalmente
limitata a studi di metodologie e applicazioni. Questo vale per molti campi di utilizzo, quali
industria, architettura, design, modellazione virtuale, beni culturali. Il Gruppo Beni
Culturali dell’INOA ha scelto di dedicarsi allo studio e alla realizzazione di strumentazione
per il 3D, andando ad occupare una posizione strategica, benché volutamente limitata, per
il momento, al settore dei BBCC. A livello internazionale le cose sono diverse, e la ricerca
sulle tecniche di rilievo 3D porta continuamente a nuovi strumenti, che poi trovano
rapidamente la via della commercializzazione. Le principali ditte produttrici sono
americane, giapponesi, francesi, e tedesche, ma ci sono anche esempi importanti in paesi
più piccoli, come Austria e Finlandia.
L’area tematica che riguarda il rilievo tridimensionale è incentrata sullo studio, sviluppo ed
applicazione di nuove tecniche, metodologie e strumentazioni per la misura della forma di
oggetti di interesse storico-artistico. Gli strumenti diagnostici sviluppati sono poi utilizzati
all’interno di importanti progetti di restauro.
• studio e sviluppo di nuove tecniche e strumentazioni per il rilievo 3D.
• Trasferimento tecnologico all’industria delle tecnologie giunte a maturazione.
• Studio ed applicazione di tecniche di rilievo 3D all’architettura.
• Studio ed applicazione di tecniche di rilievo 3D all’archeologia.
• Diffusione delle metodologie 3D tra gli operatori del settore dei beni culturali.
La ricerca sulle tecniche 3D svolta dal GBC-INOA ha prodotto quattro prototipi di
strumento che consentono misure di oggetti dai pochi micron fino alle decine di metri. Le
applicazioni studiate si collocano in diversi settori del patrimonio culturale (archeologia,
architettura, restauro dipinti, statuaria, ecc.). Le prospettive per l’immediato futuro, anche
in termini di sviluppo di applicazioni in campi diversi da quello dei beni culturali,
permangono molto interessanti. Il GBC sta partecipando a numerosi progetti di restauro e si
sta imponendo nel settore come uno degli attori principali.
Il basso livello del finanziamento 2004 per questo progetto non ha impedito di raggiungere
alcuni risultati di rilievo. Sono state anche presentate alcune proposte di progetto per lo
sviluppo di nuova strumentazione (Ente CRF, Ministero degli Esteri).
Prosegue la collaborazione con il Visual Computing Group dell’ISTI-CNR per lo sviluppo di
strumenti software di gestione del dato 3D, che si esplica anche tramite la partecipazione a
comuni progetti di ricerca. E’ in corso anche una collaborazione con l’Università di Liège su
“Il rilievo 3D di oggetti di interesse storico artistico” nell’ambito del VI Programma di
collaborazione scientifica Comunità francese del Belgio – Italia.
OCT
• Aperta una linea di ricerca sulla Tomografia Ottica Coerente (OCT) applicata alla
204
misura dello spessore degli strati di vernice protettiva sui dipinti antichi. Le prove
eseguite in collaborazione con M. Bellini, C. Corsi e A. Tortora hanno prodotto dei primi
risultati importanti, presentati al congresso OSAV di S. Pietroburgo.
Microprofilometria conoscopica
• Presentato un progetto congiunto Italo-Israeliano con la ditta Optimet per lo sviluppo di
un rugosimetro portatile per la misura di superfici lapidee in esterno.
• Nel settore del restauro laser per la pulitura delle superfici, sono state eseguite misure di
danneggiamento di superfici allo scopo di individuare le soglie di danneggiamento di
vari materiali e per definire la fluenza di irraggiamento sufficiente per la rimozione delle
croste nere. Sono stati rilevati mediante micro-profilometria conoscopica alcuni provini
in marmo e terracotta forniti dall’ICVBC di Milano. Verranno effettuate misure
spettrofotometriche per monitorare la variazione di colore in conseguenza della pulitura
mediante lo scanner multispettrale.
• E’ in corso di sviluppo un software per il calcolo della rugosità media e della rugosità
quadratica media di superfici marmoree.
Scanner a riga laser
• Presentato un progetto in collaborazione con la Galleria dell’Accademia (FI) per lo
sviluppo di una stazione di misura portatile per l’analisi di violini.
• Realizzati modelli digitali di:
o Madonna del Cardellino
o Dossale di S. Zanobi
o Ritratto di Lionello d’Este del Pisanello
PERSONALE
Fontana
Materazzi
Pampaloni
Pezzati
Mesi Uomo
5
1
3
2
Le numerose collaborazioni che il GBC-INOA ha con Enti ed Istituti sparsi su gran parte del
territorio nazionale e le campagne di misura eseguite su opere di grande importanza
appartenenti al patrimonio artistico nazionale ed internazionale fanno sì che gran parte
dell’attività del Gruppo Beni Culturali sia extramurale.
argomento trovano spazio su cataloghi di mostre, libri o riviste sul restauro ed altre
pubblicazioni non classificate in senso stretto come riviste scientifiche.
• R. Fontana, M.C. Gambino, M. Greco, L. Marras, C. Mazzotta, E. Pampaloni, L. Pezzati,
“Tecniche ottiche 3D applicate al rilievo archeologico”, sottomesso alla Rivista della
Associazone Italiana Archeometria, editore: Patron Editore Bologna (2004).
• T. Arecchi, M. Bellini, C. Corsi, R. Fontana, M. Materazzi, L. Pezzati, A. Tortora, “Optical
Coherence Tomography for pianting diagnostics: a novel application”, OSAV 2004, The
International Topical Meeting on Optical Sensing and Artificial Vision, 18-21
205
Ottobre 2004 Saint Petersburg, Russia.
• R. Fontana, M. C. Gambino, G. Gianfrate, M. Greco, E. Pampaloni, L. Pezzati, “A 3D
scanning device for architectural survey based on Time-Of-Flight technology”, in
Proceedings of SPIE, (in press) Vol. 5457. Optical Metrology in Production Engineering.
• R. Fontana, M. C. Gambino, C. Mazzotta, M. Greco, E. Pampaloni, L. Pezzati, “Highresolution 3D survey of artworks”, in Proceedings of SPIE, (in press) Vol. 5457. Optical
Metrology in Production Engineering, 2004.
• R. Fonata, M.C. Gambino, M. Greco, L. Marras, E. Pampaloni, L. Pezzati, “3D laser
scanning techniques : from architectural survey to microprofilometry”, Journèes d’ètude
Optique et Vision industrielle, 20-21/01/2004 Louvain-la-Neuve, Belgium.
• R. Fontana, M.C. Gambino, M. Greco, E. Pampaloni, P. Pingi, P. Cignoni, G. Impaco, M.
Callieri, “3D Digital models for supporting the restoration process”, OPDIMON’04
International Conference on Optical Diagnostics and Monitoring, 21-26 March 2004,
Bacoli (NA), Italy.
• R. Fontana, M.C. Gambino, G. Gianfrate, M. Greco, E. Pampaloni, L. Pezzati, “A 3D
scanning device for architectural survey based on Time-Of-Flight technology”, SPIE’s
International Symposium on Photonics Europe, 26-30/04/2004, Strasbourg, France.
• R. Fontana, M.C. Gambino, C. Mazzotta, M. Greco, E. Pampaloni, L. Pezzati, “Highresolution 3D survey of artworks”, SPIE’s International Symposium on Photonics
Europe, 26-30/04/2004, Strasbourg, France.
• G. Gianfrate, L. Calcagnile, R. Fontana, M.C. Gambino, M. Greco, E. Pampaloni, L.
Pezzati, “A time-of-flight laser scanner for architectural applications and monitoring”,
IMTCR’04 International Congress on Innovative Materials And Technologies For
Construction And Restoration 2004, 6-9/6/ 2004 Lecce, Italy.
• R. Fontana, M.C. Gambino, M. Greco, L. Marras, E. Pampaloni, L. Pezzati, “3D survey of
artworks: high-resolution in surface measurement”, EMC 2004, 13th European
Microscopy Congress, 22-27 Agosto 2004, Antwerp, Belgium.
• R. Fontana, M.C. Gambino, M. Greco, E. Pampaloni, L. Pezzati “Tecniche ottiche per il
rilievo tridimensionale di superfici pittoriche” III Convegno Nazionale di Archeometria,
L’Archeometria in Italia: La scienza per i beni culturali, 11-12/02/2004 Bressanone.
• F. Fontana, M. C. Gambino, M. Greco, C. Mazzotta, E. Pampaloni, L. Pezzati,
“Applicazioni diagnostiche del rilievo 3D in archeologia”, Stage Formativo in Tecnologie
e metodologie innovative per lo studio ed il restauro di manufatti archeologici, 31
maggio - 5 giugno 2004, Castiglioncello (LI).
Eventi
• Partecipazione alla manifestazione Salone del Restauro 2004, con due relazioni ad invito
a due workshop sul tema dei Modelli Digitali di Beni Culturali, organizzati dalla Regione
Toscana – Progetto Europeo ANSER e da Nardini Editore, 25-28 marzo 2004, Ferrara.
12 pubblicazioni su proceedings
Aperta una linea di ricerca sulla Tomografia Ottica Coerente (OCT) applicata alla misura
dello spessore degli strati di vernice protettiva sui dipinti antichi.
206
Universal Leonardo e EU-Artech, vedi pre-consuntivo P5.1.1.
Università di Liège su “Il rilievo 3D di oggetti di interesse storico artistico” nell’ambito del
VI Programma di collaborazione scientifica Comunità francese del Belgio – Italia
Il prossimo triennio sarà dedicato alle ricerche sulla integrazione tra le tecniche di rilievo
3D e le tecniche di misura ad immagine. A questo proposito sarà molto importante la parte
di ricerca prevista sul progetto BLU-Archeosys, che porterà (in caso di approvazione del
medesimo) alla realizzazione di una stazione di misura integrata per reperti archeologici.
Vedi pre-consuntivo P 5.1.1.
Oltre a quanto già sottolineato al P5.1.1: nello specifico delle tecniche 3D la ricerca a livello
nazionale è piuttosto carente. Il GBC-INOA ha aperto questa linea di ricerca solo da quattro
anni. Le prospettive di trasferimento tecnologico di alcuni dei prototipi sono concrete, ma le
ricadute sono comunque difficili da quantificare in questa fase.
• CNR: ISTI Pisa, Visual Computing Group; ISTM Perugia e ICVBC Firenze
• CIRCE - Istituto Univ. Architettura di Venezia
• Università di Lecce – ISUFI e Facoltà di BBCC
• Università di Bologna – Dip. di Fisica
• Sopr. Archeologica Toscana, Centro di Restauro della Regione Toscana
• Galleria dell’Accademia e Musei comunali di Firenze
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Falcon
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
4.800
4.800
-
0
-
Totale
4.800
4.800
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
207
Progetto P 5.1.3
Analisi ad immagine per i BBCC
Sezione: Firenze
Le analisi ad immagine di opere d’arte rivestono un’importanza straordinaria sia per
quanto riguarda la diagnostica dello stato di conservazione sia ai fini di una
documentazione che permetta l’archiviazione e la fruizione con tecniche digitali. La
strumentazione e le tecniche sviluppate dal Gruppo Beni Culturali dell’INOA sono
caratterizzate da una complementarità che consente indagini a largo spettro sulle opere
d’arte: da osservazioni puramente qualitative (es. immagini a colori in tricromia RGB,
immagini in falso colore) ad altre capaci di discriminare e, in molti casi, identificare la
natura dei pigmenti utilizzati nei dipinti (fluorescenza UV) o di mostrare particolari nascosti
dallo strato pittorico superficiale quali disegno preparatorio e pentimenti nei dipinti antichi
(riflettografia IR) fino alla termografia che consente di individuare caratteristiche strutturali
di soggetti che spaziano dal dipinto alla struttura architettonica.
La tecnica riflettografica a scansione, della quale è autore il GBC-INOA, risulta essere unica
a livello internazionale. Alcuni importanti musei del mondo (Louvre, National Gallery di
Washington) hanno richiesto di acquistare la seconda versione commerciale dello strumento,
eseguita in collaborazione con la ditta Falcon Instruments Srl.
L’area tematica che riguarda le tecniche ad immagine è incentrata sullo studio, sviluppo ed
applicazione di nuove tecniche, metodologie e strumentazioni per l’analisi ad immagine di
oggetti di interesse storico-artistico. Gli strumenti diagnostici sviluppati sono poi utilizzati
all’interno di importanti progetti di restauro.
• studio e sviluppo di nuove tecniche e di strumentazione per l’analisi ad immagine.
• Ricerca sull’integrazione delle tecniche ad immagine con altri metodi diagnostici (rilievo
3D, tomografia, radiografia, ecc.).
• Trasferimento tecnologico all’industria delle tecnologie giunte a maturazione.
• Diffusione delle nuove metodologie tra gli operatori del settore dei BBCC.
L’attività del GBC-INOA nell’area delle tecniche di analisi ad immagine si articola in
numerosi progetti di ricerca per lo sviluppo e l’implementazione di strumentazione
prototipale e di metodologie diagnostiche, che avviene sempre in stretta collaborazione con
gli operatori del settore grazie anche all’uso sistematico come banchi di prova dei laboratori
distaccati (vedi P5.1.1).
Nel corso dell’ultimo anno, si stanno portando avanti progetti di grande impegno, come il
PON-SIDART, del quale una parte consistente viene sviluppata presso la Sede INOA di
Firenze. Obiettivo principale del progetto (vedi P5.1.5) è la realizzazione di uno strumento
per analisi iperspettrale. Le attività svolte a Firenze hanno riguardato, tra le altre cose,
l’assemblaggio del prototipo e lo sviluppo di software di analisi.
E’ iniziato il 1 giugno un importante progetto europeo di durata quinquennale: EU-Artech,
all’interno del quale verrà sviluppato un dispositivo per imaging multibanda nel vicino IR.
Si è curata, per conto ed in collaborazione con la ditta Falcon Instruments Srl, la
realizzazione di uno scanner IR/colore smontabile e trasportabile. Lo strumento ha ricevuto
molto interesse nel settore, e vi sono numerose richieste di acquisto da parte di prestigiose
208
istituzioni nazionali ed internazionali.
E’ terminato lo sviluppo di un prototipo portatile per fluorescenza UV digitale
multispettrale, che viene utilizzato in numerosi progetti di diagnostica (vedi P 5.1.1).
Scanner iper-spettrale
Sul progetto PON-SIDART sono state sviluppate le seguenti azioni nell’ambito della
definizione di metodologie di misura e di sviluppo di sistemi per spettrofotometria ad alto
rate di acquisizione finalizzati alla colorimetria a distanza e all’imaging iperspettrale:
• Sviluppo del software per l’elaborazione delle immagini multispettrali
o per il calcolo dei valori del tristimolo (X, Y, Z), delle coordinate di aromaticità
(x, y) e della luminanza (Y);
o per generare immagine RGB;
o per il calcolo del fattore di riflessione spettrale;
o per il calcolo delle componenti principali.
• Applicazione del SW per il calcolo delle componenti principali a:
o Particolare della Madonna di Signa (acquisizione multispettrale NIR);
o Particolare della Madonna dei Fusi (acquisizione multispettrale VIS).
• Definizione delle specifiche dello strumento, che ha comportato la determinazione delle
specifiche tecniche del sistema meccanico di scansione, basato su una terna XYZ di
traslazioni meccaniche di precisione motorizzate, montate ortogonalmente.
• Definizione dei sottoinsiemi e scelta dei componenti, che ha comportato la scelta e
realizzazione del sistema di illuminazione, progetto e realizzazione della meccanica di
scansione, lo sviluppo del software di gestione degli assi motorizzati e di sincronizzazione
della movimentazione con l’acquisizione dei dati spettrali e la verifica sperimentale delle
prestazioni dello spettrofotometro (sorgente + ottica di osservazione + rivelatore) nella
misura del fattore di riflessione spettrale su singolo punto (confronto con Zeiss)
• Studio della misura di colore ad immagine e definizione dei protocolli di misura. Sono
stati individuati ed acquistati sia i diffusori reali da utilizzare nella procedura di
calibrazione all’inizio di ciascuna misura, sia i campioni di riflettanza certificati,
riconducibili alla catena di riferibilità internazionale, necessari per una corretta
procedura di taratura.
• Validazione dello strumento. Sono state condotte alcune prove sperimentali finalizzate
alla verifica delle prestazioni del dimostratore realizzato. In particolare:
o è stata eseguita la prima acquisizione multispettrale di un’intera opera
(Pisanello) ed è stata prodotta l’immagine RGB ed in falso colore utilizzando
l’acquisizione nella banda spettrale centrata a 800 nm;
o è stata effettuata l’acquisizione multispettrale di un particolare della Croce di
Rosano (in restauro presso l’OPD) ed è stata prodotta l’immagine RGB ed in
falso colore utilizzando l’acquisizione nella banda spettrale centrata a
800 nm;
o è stata effettuata l’acquisizione multispettrale di alcune zone delle pareti
dell’abside della navata di sinistra della chiesa di S. Maria Antiqua al Foro
Romano.
o Nel mese di giugno sono stati presi accordi con la Soprintendenza per i Beni
Culturali dell’Etruria Meridionale di Roma per poter inserire la “Tomba dei
Demoni Azzurri” della necropoli di Tarquinia nei siti per la campagna di
validazione del sistema integrato sviluppato nell’ambito del progetto. Al fine
di ottimizzare i risultati delle future indagini, è stato effettuato un primo
209
sopralluogo e richiesto la visione di dati e informazioni relative ad analisi o
indagini precedentemente svolte sulla medesima tomba. La Soprintendenza
ha confermato la propria disponibilità a tale campagna
• Fluorescenza UV
o Misura della distorsione geometrica del sistema portatile per fluorescenza.
o Misura di fluorescenza di campioni e confronto con misure puntuali.
o Calibrazione in radianza del sistema per fluorescenza.
o Elaborazione delle immagini di fluorescenza.
o Studio del sistema di illuminazione mediante lampade di Wood
PERSONALE
Fontana
Materazzi
Pampaloni
Pezzati
Greco M. (T.D. PON)
Pelagotti (T.D. PON)
Mastroianni (Bor.)
Mesi Uomo
2
9
3
6
12
12
5
Presso la Sezione INOA di Lecce diversi mesi/uomo di lavoro di personale INOA-Firenze.
argomento trovano spazio su cataloghi di mostre, libri o riviste sul restauro ed altre
pubblicazioni non classificate solitamente come riviste scientifiche.
• P. Carcagnì, A. Della Patria, R. Fontana, M. Greco, M. Mastroianni, M. Materazzi,
E. Pampaloni, L. Pezzati, “Multispectral imagingof paintings by optical scanning”, in
stampa su Optics and Lasers in Engineering.
• R. Fontana, M. C. Gambino, M. Greco, L. Marras, M. Materazzi, E. Pampaloni, L.
Pezzati, P. Poggi, “Diagnostica ottica di dipinti antichi: la riflettografia infrarossa”,
L’Ottico (Rivista Ufficiale Associazione Italiana Ottici) n. 314 (2004).
• R. Fonata, M. Greco, L. Marras, M. Materazzi, L. Pezzati, P. Poggi, “IR reflectography
and color acquisition”, Journèes d’ètude Optique et Vision industrielle, 20-21/01/2004
Louvain-la-Neuve, Belgium
• M. Greco, L. Marras, M. Materazzi, L. Pezzati, P. Poggi, “A high resolution scanner for IR
reflectography and color image of paintings”, OPDIMON’04 International Conference
on Optical Diagnostics and Monitoring, 21-26 March 2004, Bacoli (NA), Italy.
• P. Carcagnì, R. Fontana, M. Greco, M. Mastroianni, M. Materazzi, E. Pampaloni, L.
Pezzati, C. Sanapo, “Dispositivo a scansione per caratterizzazione multispettrale ad
immagine di superfici pittoriche”, III Convegno Nazionale di Archeometria,
L’Archeometria in Italia: La scienza per i beni culturali, 11-12/02/2004 Bressanone.
Partecipazioni ad eventi
• Partecipazione al workshop internazionale Raphael’s Painting Technique: Working
Practices before Rome con una relazione ad invito sulle tecniche ottiche per l’analisi dei
210
dipinti, 11 novembre 2004, Londra.
5 pubblicazioni e congressi
Collaborazione con la ditta Falcon Instruments: si è curata, per conto ed in collaborazione
con la ditta medesima, la realizzazione di uno scanner IR/colore smontabile e trasportabile.
Lo strumento ha ricevuto molto interesse nel settore, e vi sono numerose richieste di
acquisto da parte di prestigiose istituzioni nazionali ed internazionali.
Lo strumento per misure multispettrali di superfici dipinte, risultante dalle ricerche svolte
nei due progetti SIDART e ARTECH risulta essere unico nel settore. Quando, nel corso del
2005, verrà portato a termine consentirà di aprire nuove prospettive allo studio e alla
diagnostica di dipinti e affreschi.
Eu-Artech (vedi pre-consuntivo P 5.1.1). All’interno del progetto sarà sviluppato uno
spettrometro in bande per il vicino IR da usare per imaging.
Universal Leonardo e LABS-Tech, vedi pre-consuntivo P 5.1.1.
Si sta procedendo verso la realizzazione di un innovativo sistema a scansione per l’analisi
multispettrale dei dipinti, che comprenderà le bande dall’infrarosso vicino all’ultravioletto.
Lo spettrometro per il VIS è già stato sviluppato in una versione pre-prototipale. Lo
spettrometro per il NIR è in corso di realizzazione nell’ambito del progetto EU-ARTECH.
Vedi quanto detto al pre-consuntivo P 5.1.1.
Il mercato potenziale per lo scanner IR trasferito da INOA alla ditta Falcon Instruments è di
una decina di unità, per cui non si tratta di cifre esagerate (circa 500.000 Euro). Ma è da
notare che lo strumento, di produzione italiana, è attualmente richiesto da una mezza
dozzina di prestigiose istituzioni internazionali. Esiste anche un mercato legato all’affitto
dello strumento da parte di ditte diagnostica private, attualmente tutto da valutare.
• Soprintendenza Speciale per il Polo Espositivo Veneziano
• Università di Lecce - ISUFI
211
• CETMA, Mesagne
• ENEA, Frascati
• ISTM - CNR, Perugia
• Università di Perugia, Dip. di Chimica
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
PON SIDART
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
92.574
92.574
-
0
12.395
12.395
Totale
104.969
104.969
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
212
Progetto P 5.1.4
Lab. Metrol. Ottica Diagn. Beni Culturali Milano
Sezione: Firenze
Attività primaria è la ricerca nel settore dello studio dei Beni Culturali. In particolare il dott
Bertani mette a disposizione le proprie competenze nel settore della diagnostica con metodi
ottici non distruttivi, come quelli di tipo "imaging" ad alta risoluzione. Questo genere di
ricerca è di interesse nel settore archeologico, archivistico e in quello dei dipinti antichi.
Obiettivo generale è lo studio e la diagnostica dei Beni Culturali sviluppando tecniche e
dispositivi ad hoc prevalentemente di tipo non distruttivo e ottico. L'attività costituisce una
costruttiva sinergia con esperti universitari, quelli del settore partecipanti al Progetto
Finalizzato Beni Culturali e con i responsabili dei Beni da studiare sia in Italia che
all'estero.
La ricerca è stata svolta presso il Laboratorio di Metrologia Ottica per la Diagnostica dei
Beni Culturali e in collaborazione sia con studiosi dell'Università degli Studi di Milano che
con altri afferenti alla locale Soprintendenza ed a strutture museali sia italiane che
straniere.
Sono state fatte campagne riflettografiche su dipinti in collaborazione con la locale
Soprintendenza e con l'Accademia Carrara.
Sono state eseguite prove per valutare l'utilizzabilità del sistema trasportabile operante nel
vicino i.r. per l'indagine di reperti dipinti egizi e papiri con iscrizioni geroglifiche di
interesse di studiosi dell'Università di Trieste.
Sono iniziate prove di digitalizzazione di materiale fotografico dell'inizio del secolo scorso
presso la Biblioteca Nazionale di Napoli: il materiale in lastra di vetro è di particolare
importanza e spesso in condizioni non ottimali.
Sono proseguiti gli studi di papiri presso l'Istituto Papirologico dell'Università degli Studi di
Milano
PERSONALE
Bertani
Mesi Uomo
12
Campagne presso strutture museali
• Congresso Società Italiana di Fisica
o Un nuovo prototipo per riprese riflettografiche i.r. D. Bertani , L. Consolandi
o Un sistema trasportabile per riprese digitali ad alta risoluzione nel visibile e
vicino i.r. D. Bertani, L. Consolandi, I. Micheli
213
o La visualizzazione del testo di antiche tavolette cerate con un metodo di
profilometria ottica. D. Bertani, L. Consolandi
Note Intene INOA:
Gabinete Tecnico Museo del Prado
Campagne di misure per Musei e Soprintendenza di Milano
Il Laboratorio è congiunto Inoa-Università degli Studi di Milano. Il dr Duilio Bertani è stato
nominato Responsabile Scientifico del Centro di Ricerca Interdipartimentale dell'Università
degli Studi di Milano denominato "Centro di Riflettografia Infrarossa e Diagnostica dei Beni
Culturali"
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
2.000
Consumo
-
-
2.000
-
Totale
0
0
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
214
Progetto P 5.1.5
SIDART – PON
Sezione: Lecce
L’obiettivo delle azioni INOA nel progetto PON-SIDART è la realizzazione di uno strumento
per imaging iperspettrale. Per un analisi generale del contesto esterno per le tecniche di
imaging vedi al progetto P5.1.3. Nello specifico del progetto SIDART, la ricerca
sull’integrazione delle tecnologie diagnostiche per il settore dei beni culturali, che è
l’obiettivo principale del progetto stesso, risulta essere in fase iniziale sia a livello nazionale
che internazionale (nel settore specifico, fortunatamente, il nostro Paese risulta
all’avanguardia). Non ci si deve meravigliare di questo, perché le tecnologie diagnostiche
non sono ancora utilizzate in applicazioni di routine nel restauro e nella conservazione, se
non in pochi casi esemplari. Risulta quindi difficile poter disporre, per una specifica opera,
di dati diagnostici di fonte diversa da poter integrare, con strumenti software o con tecniche
hardware. Negli ultimi anni, campagne diagnostiche complete con strumenti
all’avanguardia sono state condotte solo per poche opere di enorme importanza e risonanza
internazionale, quale ad esempio il David di Michelangelo.
Le linee di ricerca che si intendono perseguire in questo progetto ed i risultati attesi
porteranno ad una valorizzazione delle competenze di ogni singolo soggetto proponente in
funzione delle proprie peculiarità e caratteristiche. Nello stesso tempo si perseguirà una
strategia comune che sarà quella di aggregare la rete di competenze in modo da ottenere
leve competitive in grado di offrire vantaggi concreti in un mercato potenziale imponente
quale è quello dei beni culturali. Quanto detto si rifletterà sulla reale fattibilità di un centro
di ricerca distribuito e fortemente integrato, in grado di affrontare problematiche di
monitoraggio e diagnosi, in cui ogni soggetto può trovare la propria collocazione in funzione
alle proprie competenze. A questo progetto INOA collabora con: CETMA, ISUFI-UniLE,
Politecnico di Bari, Politecnico di Milano, EL.EN spa, e ATS srl.
Nel penultimo anno del progetto SIDART, che avrà termine a febbraio 2006, sono
proseguite presso la Sezione INOA di Lecce le attività previste dal capitolato tecnico. Queste
si sono svolte in stretta collaborazione con il Gruppo operante presso la Sede INOA di
Firenze. La prima versione del dimostratore è stata realizzata ed utilizzata per le prime
prove sperimentali, eseguite anche presso il laboratorio INOA all’OPD (Firenze). Visto l’esito
positivo, lo strumento è stato portato “sul campo” per una misura di un affresco della chiesa
di S. Maria Antiqua al Foro Romano. Altre campagne di misura seguiranno nel corso del
2005. Vedi anche al P5.1.3.
Sul progetto PON-SIDART sono state sviluppate le seguenti azioni nell’ambito della
definizione di metodologie di misura e di sviluppo di sistemi per spettrofotometria ad alto
rate di acquisizione finalizzati alla colorimetria a distanza e all’imaging iperspettrale:
• Definizione dei sottoinsiemi e scelta dei componenti. Per quanto riguarda la sorgente,
sono state individuate ulteriori possibilità che consentiranno di migliorare l’efficienza
dell’irraggiamento nella regione blu dello spettro. E’ stata progettata una nuova ottica di
osservazione, che rispetti i suggerimenti CIE per quanto riguarda l’angolo di raccolta
della radiazione riflessa dal punto investigato, ed è stato modificato il montaggio
meccanico che consentirà una maggiore accuratezza nell’allineamento della fibra
215
all’uscita dell’ottica di osservazione. E’ stata progettata una struttura meccanica di
raccordo diretto tra fibra ottica e rivelatore da utilizzare in tutte quelle situazioni in cui
il segnale sia tale da non necessitare dell’utilizzo del raccordo ottico.
• Realizzazione di un dimostratore. Sempre nell’ambito di questa attività il sistema
costituito dalle sorgenti, l’ottica di osservazione ed il rivelatore è stato integrato al
sistema di scansione e sono state effettuate alcune verifiche sperimentali della
funzionalità del dispositivo nel suo complesso.
• Sono state poi condotte alcune prove sperimentali finalizzate alla verifica e
all’ottimizzazione delle prestazioni del dimostratore realizzato. In particolare, è stata
migliorata l’accuratezza dello spettrofotometro, inteso come sistema costituito dall’ottica
di raccolta, dalla fibra e dal rivelatore.
• Misura multispettrale di un dettaglio del S. Nicola (anonimo fiorentino del XV secolo)
eseguita presso l’OPD:
o Ricostruzione immagine RGB.
o Riconoscimento dei pigmenti in due zone rappresentative del volto del santo.
Vedi anche al P5.1.3.
PERSONALE
De Rinaldis (Ass. PON)
Cargagnì (Ass. PON)
Della Patria (Ass. PON)
Piccolo (Ass. PON)
Sanapo (Ass. PON)
Mesi Uomo
2,5
12
12
12
12
Vedi al P5.1.3.
• P. Carcagnì, A. Della Patria, R. Fontana, M. Greco, M. Mastroianni, M. Materazzi,
E. Pampaloni, L. Pezzati, “Spettrofometro a scansione per la caratterizzazione
multispettrale e colorimetrica ad immagine di superfici dipinte”, sottomesso a Collana
Quaderni di Ottica e Fotonica, editore: Centro Editoriale Toscano (2004).
• P. Carcagnì, A. Della Patria, R. Fontana, M. Greco, M. Mastroianni, M. Materazzi, E.
Pampaloni, L. Pezzati, “Realization of a new spectrophotometer for multispectral imaging
and colorimetric characterization of paintings”, OPDIMON’04 International Conference
on Optical Diagnostics and Monitoring, 21-26 March 2004, Bacoli (NA), Italy.
Pampaloni, L. Pezzati, “Sviluppo di uno spettrofotometro per analisi multispettrale ad
immagine di superfici dipinte”, XV Congresso Nazionale Società Italiana di Fisica, 2025/09/2004 Brescia.
Pampaloni, L. Pezzati, “Caratterizzazione multispettrale e colorimetrica di superfici: un
dispositivo a scansione per l’analisi ad immagine di dipinti”, VII Convegno Nazionale
Colorimetria , 01/10/2004 Parma.
4 pubblicazioni e congressi
216
Vedi anche al P5.1.3.
Assieme alla controparte per il vicino infrarosso, in corso di realizzazione nell’ambito del
progetto EU-ARTECH, lo spettrometro per il VIS sviluppato in questo progetto costituirà un
innovativo sistema a scansione per l’analisi multispettrale di dipinti.
SIDART è un grande progetto di ricerca (>14 MEuro) che vede impegnati nove partner tra
università, enti pubblici, imprese e consorzi.
I risultati di SIDART consentono già da adesso di fornire un servizio diagnostico di
eccellenza ad enti del settore della conservazione.
Non è facile valutare, in questa fase, le ricadute di un progetto da quasi 15 Milioni di Euro.
Si va dall’impatto sull’economia locale (il progetto si svolge quasi interamente in zona
Obiettivo 1) che si esprime sia in termini di indotto che di assunzione di personale a tempo
determinato e, talvolta, indeterminato, fino a ricadute di più lungo termine che potranno
derivare dall’ingegnerizzazione delle soluzioni sviluppate. Vale, poi, come detto per il P5.1.1
per quello che riguarda il valore aggiunto alla conservazione del patrimonio culturale.
OPD – Opificio delle Pietre Dure (Firenze), Università di Lecce – Dip. di Ingegneria
dell’Innovazione, CETMA, Mesagne. ENEA, Frascati e numerose Soprintendenze
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
PON SIDART
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
182.668
182.668
Missioni
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Consumo
56.858
56.858
-
0
67.914
67.914
Totale
353.446
353.446
Missioni
46.006
46.006
Totale
Borse/Assegni
-
217
Progetto P 5.1.6
BLU – Archeosys – Diagnostica per l’archeologia subacquea
Sezione: Lecce
Nell’archeologia subacquea, a causa di limiti fisici ed ambientali, la capacità di dare
risposte scientificamente attendibili a precise domande storiche è da sempre strettamente
dipendente, assai più che nella ricerca “di terraferma”, dai metodi, dalle tecniche, dagli
strumenti e dalla programmazione. Per questo motivo, fin dai primi interventi, lo sviluppo
della ricerca archeologica subacquea appare segnato da repentine accelerazioni, dovute alla
scoperta ed all’impiego di nuove tecniche di scavo, di documentazione, di recupero, di
restauro e di organizzazione dei cantieri. La riproducibilità dell’esperimento-scavo non può
che avvenire in forma documentaria e per questo motivo nessun intervento archeologico
correttamente condotto può presentare carenze, approssimazioni o lacune nella
documentazione, sia generale che di dettaglio. Accanto alla tradizionale documentazione
grafica e fotografica, è ormai generalmente adottato un articolato sistema di schedatura
delle informazioni e dei dati archeologici, sia di livello analitico che sintetico. Inoltre, in
questi ultimi anni, una particolare attenzione è stata dedicata all’uso dei sistemi informatici
per l’acquisizione, la gestione e la restituzione dei dati (CAD grafici, banche dati ecc.),
all’utilizzo a fini archeologici delle tecniche fotogrammetriche ed alla introduzione della
documentazione video. L’adozione di tale complesso sistema di documentazione è
perfettamente funzionale, anzi è necessario presupposto alle operazioni di gestione del
moderno scavo stratigrafico subacqueo.
Dall’analisi della letteratura scientifica è emerso che, in ambito subacqueo, le metodologie
che proponiamo risultano essere considerate complementari o del tutto nuove.
Sostanzialmente l’utente finale di questa strumentazione è l’archeologo, che dovrà sostituire
ai sistemi tradizionali sistemi considerati “complementari”, e nel far questo superare un
certo scetticismo. Una rapida affermazione di nuove tecnologie in un settore piuttosto
tradizionalista si può comunque ottenere dimostrando che gli strumenti realizzati hanno
una capacità di documentazione migliore delle tecniche tradizionali, che sono più precisi, e
che riducono notevolmente i tempi di realizzazione della documentazione necessaria allo
scavo. Un aspetto fondamentale sarà la capacità, da parte degli sviluppatori degli
applicativi software, di realizzare strumenti di interfaccia che producano documentazione
dall’aspetto “familiare” per gli operatori del settore, riducendo le difficoltà del primo
impatto con una tecnologia di tipo innovativo ma, proprio per questo, desueta e quindi
estranea all’uso quotidiano. Molto importante, per giungere a soluzioni di immediato
utilizzo, sarà la comunicazione tra sviluppatori ed utenti delle tecniche proposte, e la cura
posta nella formazione del personale specializzato nell’uso delle tecniche stesse.
Come previsto dal PT INOA 2004-2006, nessuna attività è stata svolta su questo progetto, il
cui inizio è adesso previsto nel 2006. La proposta è in fase di valutazione tecnica da parte
dei tutor nominati dal MIUR.
218
Note Intene INOA:
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
-
-
0
-
Totale
0
0
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
219
Progetto P 5.1.7
POESIA 297 – Rilievo e digitalizzazione di siti archeologici
Sezione: Lecce
Le potenzialità che le tecniche digitali per la grafica 3D offrono per la presentazione, analisi
e documentazione costituiscono una risorsa importante per la descrizione e la presentazione
di oggetti e strutture nel settore dei beni culturali. Il caso dell’archeologia è in ciò
paradigmatico: la presentazione e documentazione di un sito archeologico richiede
l’organizzazione di un corpus informativo complesso (testo, immagini, rilievi 2D e 3D, etc.),
in cui è in genere prioritario mantenere un collegamento tra l’informazione e l’elemento
geometrico ad essa associato, descritto nel modello 3D.
Numerose tecniche digitali sono disponibili sia per effettuare rilievi 3D, che per la gestione
integrata dei dati. Le prime esperienze sviluppate nel settore sono state orientate allo
sviluppo di sistemi di presentazione virtuale: InfoByte, (tomba di Nefertari), Virtual Reality
Applications Center della Iowa Univ. (Foro Romano) o l’Istituto Fraunhofer (grotte
affrescate di Dunhuang, Cina). Tutte queste sono state realizzate con tecnologia tradizionale
(modellazione CAD) e quindi risultano poco significative dal punto di vista della
documentazione storica e scientifica. Più recentemente, è stata sviluppata una metodologia
per l’acquisizione digitale automatica del rilievo scultoreo (Digital Michelangelo Project,
Stanford Univ.).
Gli operatori del settore hanno frequentemente criticato la maggior parte delle esperienze
sviluppate finora per il loro prioritario orientamento a obbiettivi di pura presentazione
(valenza divulgativa), che non li rende adeguati come strumenti di analisi/studio per gli
addetti ai lavori.
Il principale obiettivo della proposta è l’individuazione di metodologie integrate per il
rilievo completo di un monumento complesso quale un sito archeologico. La tecnica di
acquisizione dovrà comprendere il rilievo tridimensionale a multipla scala e l’acquisizione
del colore e della texture delle superfici. Il modello digitale ottenuto dall’integrazione dei
dati dovrà essere strutturato con strumenti software adatti a diventare un contenitore per
dati di natura diversa (GIS-3D). In questo modo la metodologia proposta permetterà di
integrare le conoscenze storiche, archeologiche e scientifiche del sito archeologico preso in
esame ad una sua descrizione digitale 3D che sia accurata ed utilizzabile sia al fine di
presentazione al grande pubblico che ai fini documentaristici e scientifici.
Tra le possibilità che un simile “database 3D” deve offrire vi sono: la documentazione dello
stato di conservazione del monumento; la possibilità di effettuare misure quantitative
direttamente sul modello digitale; l’accesso visuale a dati di varia natura e di diversa fonte
georeferenziati sul modello. La ricerca porterà infine alla realizzazione di siti museali
speciali (dotati di reality centre) attraverso i quali il pubblico potrà avere accesso a siti non
altrimenti fruibili. I casi esemplari per l’applicazione della metodologia saranno scelti sul
territorio salentino, e potrebbero essere la grotta dei Cervi e quella della Poesia, assieme al
sito di Roca.
Come previsto dal PT INOA 2004-2006, nessuna attività è stata svolta su questo progetto, il
cui inizio è previsto nel 2005.
Verosimilmente, la proposta del progetto POESIA verrà presentata nell’ambito del bando
POR Puglia la cui uscita è attesa per dicembre 2004.
220
Note Intene INOA:
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
-
-
0
-
Totale
0
0
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
221
Preconsuntivo 2004
Progetto P 5.2.1
Obiettivo Sviluppo applicazioni
Identificazione di molecole nell'infrarosso
Sezione: Firenze e Napoli
L'identificazione di molecole nell'infrarosso (IR) è direttamente connessa alla rivelazione di
gas in tracce, con applicazioni alla fisica ambientale, alla geofisica/geochimica e al controllo
di processi industriali. Le implicazioni in campo ambientale e industriale sono alla base del
rapido sviluppo di sistemi ad alta sensibilità per la rivelazione di molecole. Accanto a più
tradizionali sistemi che fanno uso di sorgenti incoerenti (spettrometri a lampade e in
trasformata di Fourier) si stanno sempre più affermando sistemi laser con emissione nell'IR,
che consentono di ottenere sensibilità di vari ordini di grandezza più elevate e sono
indispensabili per misure di rapporto isotopico. L'attenzione, in questo settore, è
principalmente rivolta allo sviluppo di spettrometri, che si avvalgono, per l'identificazione e
l'analisi quantitativa, di "database" spettroscopici. Di particolare interesse sono le sorgenti
coerenti che generano frequenze differenza (nell'IR) in mezzi non lineari nonché laser a
diodo con emissione direttamente nell'IR.
Oggetto di questa ricerca è l'utilizzo delle caratteristiche di spettrometri IR in termini di
sensibilità e accuratezza nella misura di concentrazioni e frequenze per l'identificazione di
specie molecolari, e possibili applicazioni di questi spettrometri per la rivelazione di specie
"sul campo". Tra le varie applicazioni è inoltre da citare la misura di rapporti isotopici sia
per indagini ambientali, sia per la datazione di oggetti. L'altro obiettivo è il miglioramento
dei "database" spettroscopici, non sempre al passo con i progressi tecnologici né con
l'estensione della copertura spettrale delle sorgenti coerenti utilizzate, e indispensabili sia
per l'analisi quantitativa dei dati raccolti, sia come riferimenti metrologici di frequenza.
Due sono gli esperimenti attualmente in corso nell'ambito della identificazione di molecole
nell'IR: rivelazione sensibile e misura precisa di frequenze di transizioni molecolari nell'IR
usando una sorgente IR di tipo DFG (P 2.3), e applicazione di tecniche di rivelazione ad alta
sensibilità sui laser a cascata quantica.
Sull'apparato DFG, già sviluppato in anni precedenti per realizzare spettroscopia molecolare
sub-Doppler ad alta sensibilità in combinazione con una cavità risonante ad alta finezza di
tipo Fabry-Perot, si è realizzato un sistema di controllo preciso della frequenza IR generata,
mediante l'aggancio in fase-frequenza dei laser visibili della sorgente al sistema OFS (vedi P
2.3). In questo modo, si è potuto misurare per la prima volta le frequenze delle transizioni
roto-vibrazionali della CO2 gassosa intorno a 4.3 µm, con precisioni di qualche parte in 1011,
e con un'accuratezza direttamente tracciabile a quella dello standard primario di frequenza.
Inoltre, è stata costruita una cavità di finezza più elevata, per l'incremento della sensibilità
dello strumento, che permetterà, insieme al sistema di misure precise di frequenza, di
procedere alla caratterizzazione della struttura molecolare di specie nel medio IR.
Negli esperimenti con il laser a cascata quantica, in collaborazione con il LENS e
nell'ambito del progetto SERQUA della regione Toscana, si è realizzata una tecnica di
rivelazione spettroscopica sensibile in modulazione di frequenza (FM), mai usata prima con
queste sorgenti. L'alta sensibilità di questa tecnica è stata testata sulla rivelazione di
transizioni a 8 µm della N2O gassosa, molecola di interesse ambientale.
Utilizzando la sorgente DFG in combinazione con il sistema OFS, sono state misurate, con
222
precisione e accuratezza metrologiche, le frequenze assolute di transizioni molecolari nell'IR.
Inoltre, questo sistema permette il controllo della larghezza di riga della sorgente DFG (vedi
P 2.3), potendosi così realizzare spettroscopia molecolare di altissima risoluzione. I risultati
di queste misure di frequenza si applicheranno alla creazione di "database" di altissima
precisione per l'identificazione di molecole che assorbono luce nell'IR. In particolare, queste
frequenze serviranno come riferimenti assoluti di frequenza per sorgenti laser nell'IR, e come
dati di frequenza accurati che entrano nel processo di analisi delle costanti che determinano
la struttura roto-vibrazionale delle molecole. Questa tecnica di alta precisione, se usata
insieme alle tecniche ad alta sensibilità, come ad esempio la tecnica NICE-OHMS, porterà
alla rivelazione sensibile di specie isotopiche in abbondanza naturale. Infatti, la
realizzazione di tecniche di altissima sensibilità rese possibili dallo sviluppo definitivo della
cella Fabry-Perot di altissima finezza costruita consentirà la misura di rapporti isotopici per
applicazioni di fisica fondamentale ed applicata, ed eventualmente alla datazione.
PERSONALE
Cancio
De Natale
Giusfredi
Borri (Bors.)
Mesi Uomo
4
2
4
4
3
• "Extending the optical comb synthesizer to the infrared: from He at 1.083 µm to CO2 at
4.2 µm", P. De Natale, S. Borri, P. Cancio, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Prevedelli, C. De
Conference on Laser Spectroscopy (ICOLS XVI)", P. Hannaford, A. Sidorov, H. Bachor,
and K. Baldwin eds., (World Scientific, Singapore, 2004), pp. 63-67.
• Organizzazione di Conferenze internazionali:
• “International Workshop on Optical Diagnostic and Monitoring: from Advanced
Components to Novel Devices” (OpDiMon 2004), Bacoli (NA), 21-26/3/2004,
• "High-sensitivity spectroscopy with an 8-µm wavelength quantum-cascade laser", S. Borri,
J. Catani, G. Giusfredi, D. Mazzotti, P. De Natale, M. Inguscio, C. Gmachl, F. Capasso, D.
L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, International Conference on
Optical Diagnostics and Monitoring: from Advanced Components to Novel Devices,
Bacoli, Italy, 21-26/03/2004. Conference digest, p. 125.
• "Non-linear optics for high-resolution molecular spectroscopy", P. De Natale, P. Cancio, G.
Gagliardi, G. Giusfredi, P. Maddaloni, and D. Mazzotti, International Workshop on
Stable Isotope Ratio Infrared Spectrometry: New Developments and Applications (SIRIS
2004), Vienna, Austria, 06-08/09/2004.
• "Infrared precision molecular spectroscopy by using an optical frequency synthesizer
combined with a DFG laser source", P. Cancio, D. Mazzotti, G. Giusfredi, and P. De
Natale, International Conference on Optical Diagnostics and Monitoring: from Advanced
Components to Novel Devices, Bacoli, Italy, 21-26/03/2004. Conference digest, pp. 69-70.
223
• "CO2 frequency metrology around 4.25 µm", P. Cancio, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M.
Prevedelli, and P. De Natale, International Conference on Optical Diagnostics and
Monitoring: from Advanced Components to Novel Devices, Bacoli, Italy, 21-26/03/2004.
Conference digest, p. 128.
• "Absolute frequency standards in the mid-IR combining non-linear frequency converters
to an optical frequency-comb synthesizer", P. Cancio, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M.
Prevedelli, G. Gagliardi, P. Maddaloni, and P. De Natale, XIX International Conference
on Atomic Physics (ICAP 2004), Rio de Janeiro, Brazil, 25-30/07/2004.
1 pubblicazione su proceedings e 6 presentazioni a conferenze internazionali
Collaborazione in progetti esterni con Avanex-Italia, D’Appolonia, Alenia-Marconi Sistemi,
SIT, Firenze Tecnologia, Galileo Avionica, Kayser Italia, Flyby, El. En., IDEA ISE, Conser,
Idra, CII Pistoia, ed EUROBIC Toscana Sud.
Sono in corso di sperimentazione, in collaborazione con il LENS, nuove tecniche di
modulazione e di miscelamento di frequenza per laser a “cascata quantica”, al fine di
migliorare drasticamente sensibilità e copertura spettrale.
Progetto INGV "Sviluppo di un sistema spettroscopico integrato per la rivelazione remota e
in continua di gas vulcanici" coordinato dall'INOA (Paolo De Natale), in collaborazione con
Seconda Università di Napoli, Rice University (USA), Cambridge University (UK).
• C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho
(Lucent Technologies) per la fornitura dei laser a cascata quantica.
• C.Oppenheimer (Univ. Cambridge, UK), F.K.Tittel (Rice Univ., USA) per progetto INGV.
• Progetto FIRB negoziale–RBNE01KZ94 "Microdispositivi fotonici in Niobato di Litio",
coordinato dall'INOA, in collaborazione con Università di Pavia, Università di Padova,
IMM-CNR di Bologna, IC-CNR di Napoli, la ditta Avanex-Italia di Milano.
• Progetto PON “Sistema di Monitoraggio Ambientale (SIMONA)”, coordinato dalla ditta
D’Appolonia, in collaborazione con IC-CNR di Napoli, Oss. Vesuviano-INGV di Napoli,
Università di Cosenza, Alenia-Marconi Sistemi, SIT (Scienza, Industria e Tecnologia).
• Progetto "Sensori optoelettronici per il Rilevamento della Qualità dell'Ambiente"
(SERQUA), nell'ambito del programma regionale di azioni innovative "Innovazione
tecnologica in Toscana", in collaborazione con l’IFAC-CNR, il LENS-Università di
Firenze, il Consorzio CEO, l'ARPAT, il Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione
224
dell'Università di Pisa, Firenze Tecnologia, Galileo Avionica, Kayser Italia, Flyby, El. En.,
IDEA ISE, Conser, Idra, CII Pistoia, ed EUROBIC Toscana Sud.
• Progetto dal titolo "Circuiti fotonici per le telecomunicazioni ottiche e la sensoristica"
(finanziato MIUR) di durata biennale (19/7/2004-19/7/2006) e con un budget di 562.5
k€. Al Progetto partecipano come partner di INOA: Sezione di Napoli dell’Istituto di
Microelettronica e Microsistemi-IMM del CNR, Istituto di Cibernetica del CNR- Napoli
Collaborazione con M. Prevedelli (Fac. Chimica Industriale, Univ. Bologna), C. de Mauro
(Univ. Siena), M. Inguscio (LENS, Univ. Firenze).
Il cofinanziamento con Progetti che coinvolgono numerose aziende italiane e multinazionali
testimonia l’elevata sinergia con il sistema produttivo. A partire da queste interazioni, è
presumibile l’avviamento di “spin-off” con i giovani che sono in formazione presso INOA
(laureandi, dottorandi, assegnasti, contratti a progetto) e/o la commercializzazione di
brevetti e/o lo sviluppo di prodotti ad alta tecnologia con ampia ricaduta nel sociale. Un
esempio di quest’ultima categoria può essere lo sviluppo, con INGV e il Dip. Protezione
Civile, di una rete di monitoraggio e sorveglianza sismica e vulcanica, già oggetto di un
approfondito dibattito scientifico nell’ambito dell’attività in ambito Gruppo Nazionale di
Vulcanologia, ente finanziatore, con INGV e Dip. Protezione Civile, di un Progetto di durata
quadriennale. Gli studi applicativi per la realizzazione di una rete siffatta sono affidati
anche alle attività nell’ambito del Progetto PON-SIMonA sopra citato.
• Collaborazione con M. Inguscio (LENS, Univ. Firenze), C. de Mauro (Univ. Siena), M.
Prevedelli (Fac. Chimica Industriale, Univ. Bologna), per le misure di frequenza nell'IR.
(IMM-CNR), S. de Nicola (IC-CNR), G. C. Righini (IFAC-CNR), N. Armenise (Univ. Bari),
V. Pruneri (AVANEX-Italia), per la realizzazione del progetto FIRB.
• Collaborazione con S. Sorge (D'Appolonia), G. Pierattini (IC-CNR), G. De Natale (Oss.
Vesuviano INGV), per la realizzazione del progetto PON.
• Collaborazione con G. C. Righini (IFAC-CNR), per la realizzazione del progetto SERQUA.
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
FIRB
PON SIMONA
SERQUA
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
4.055
4.055
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
2.039
744
2.783
-
0
-
Totale
6.094
0
744
6.838
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
225
Progetto P 5.2.2
Sistemi optoelettronici per applicazioni ambientali e aerospaziali
Sezione: Firenze
Questa linea di ricerca riunisce le attività di ricerca relative alla realizzazione di sistemi
ottici destinati ad operare da piattaforma spaziale od aerea, sfruttando la competenza
dell'Istituto nella progettazione e realizzazione di strumentazione ottica innovativa, adatta
al funzionamento non solo in laboratorio, ma anche in ambiente ostile.
La strumentazione istallata su piattaforma aerea è principalmente indirizzata all’analisi
atmosferica, soprattutto per i grandi temi internazionali cambiamenti climatici globali,
come la riduzione dello strato di ozono e l'effetto serra, legati ai protocolli di Montreal e di
Kyoto. Comunque questi sistemi iniziano ad essere utilizzati anche per misure di routine in
campo civile ed industriale, e sono quindi oggetto di trasferimento tecnologico verso
l’industria in un campo di prevedibile rapida espansione. La parte spaziale è attualmente
indirizzata principalmente a sistemi ottici da installare sulla Stazione Spaziale
Internazionale, per diverse applicazioni scientifiche e tecnologiche ed a sistemi per
l’osservazione della terra. In questo settore l’INOA si qualifica inoltre come partner
scientifico per le industrie del settore spaziale, sia nazionali che Europee, colmando una
carenza di capacità progettuale su specifiche tematiche (progettazione ottica, test e collaudi
ottici) che l’industria non riesce a soddisfare a soddisfare internamente, in mancanza di
know how specifico.
L’attività è al momento articolata su due obiettivi principali, corrispondenti a due gruppi
coordinati di progetti nazionali ed internazionali che applicano rispettivamente
strumentazione e metodologie omogenee.
Spettrometri a diodo laser (TDLS, Tunable Diode Laser Spectrometers)
L’attività da piattaforma aerea è attualmente coordinata dal Gruppo Europeo di Interesse
Economico (GEIE) Geophysica, formalizzato all'inizio del 2002, di cui l’INOA è membro,
che gestisce l’aereo stratosferico russo Miyashichev M55 Geophysica, al momento l’unico
aereo da ricerca disponibile in Europa capace di superare i 21 km di quota. Il GEIE
coordina la partecipazione dei membri ai principali progetti internazionali per lo studio
della fisica e chimica dell’alta troposfera e bassa stratosfera, di particolare importanza per
la comprensione dei parametri climatici globali. L’INOA contribuisce alle misure con due
spettrometri a diodi laser (TDL) ad elevata frequenza di campionamento per la
determinazione di specie atmosferiche minori ed inquinanti, risolvendo le strutture fini
responsabili di gran parte della chimica eterogenea. Quando non in uso per le misure da
aereo la strumentazione TDLS viene inoltre utilizzata come sistema dimostrativo per
valutare la fattibilità e la convenienza di queste tecnologie per l’analisi dell’inquinamento
urbano e dei processi industriali.
Sistemi ottici per applicazioni spaziali
Questa attività è relativa alla progettazione e collaudo di sistemi ottici istallati su
piattaforme spaziali per diverse applicazioni, dalla osservazione della terra, all’astronomia
dei raggi cosmici. In questo campo l’INOA sta diventando un interlocutore di riferimento
per le Agenzie Spaziali, principalmente ASI ed ESA, ma anche NASA e recentemente
l’Agenzia Spaziale Canadese (CSA).
Due progetti sono relativi a strumentazione istallata sulla ISS (International Space Station):
• EUSO ( Extreme Universe Space Observatory) è relativo alla rivelazione di raggi cosmici
226
di altissima energia, superiore a 1020eV. Questi eventi sono estremamente rari (1 per km2
ogni 100 anni) ma costituiscono uno degli argomenti di punta attuali dell’astrofisica. Il
progetto si propone di rivelarli mediante un telescopio di grande diametro istallato su
ISS, individuando la traccia di fluorescenza dell’N2 atmosferico. L'INOA partecipa alla
progettazione del telescopio e delle ottiche di adattamento sul piano focale.
• FSL (Fluid Science Laboratory), è un laboratorio per esperimenti di fisica dei fluidi in
condizioni di microgravità che verrà installato all’interno del modulo Columbus.
L’INOA è incaricato di supervisionare il complesso sistema di diagnostica ottica ed
interferometrica di FSL, che consente diverse configurazioni secondo l'esperimento da
condurre.
Per quanto riguarda la strumentazione su satellite (free flyer) l’INOA sta attivamente
partecipando alla progettazione di un payload innovativo per l’osservazione della terra per
conto di ASI (Progetto CIA: Camera Iperspettrale Avanzata), un settore di interesse strategico
ed in cui l’Italia ha un ruolo di rilievo a livello internazionale. Il gruppo ha inoltre proposto
recentemente dei sistemi ottici innovativi per la realizzazione di sistemi Lidar per la
diagnostica ambientale operanti da satellite.
Nel 2004 hanno avuto termine i progetti Europei APE-INFRA ed EUPLEX. Per il primo il
TDLS MIR, è stato aggiornato per misure in fase gassosa, aggiungendo la possibilità di
misura di N2O e CO da una nuova sonda isocinetica. Il sistema TDLS NIR è stato
completato ed istallato per la prima volta sull’aereo. Entrambi i sistemi sono stati collaudati
durante i voli di prova e le campagne di misura. Per EUPLEX è stata completata
l’elaborazione ed interpretazione dei dati acquisiti nella campagna artica del 2003. Il
progetto TROCCINOX prevedeva nel 2004 una campagna di misura tropicale che è stata
rinviata al 2005. Per progetto Europeo SCOUT-O3, iniziato nel 2004, è stata solamente
preparata la pianificazione della campagna prevista in Australia a fine 2005. Nell’intervallo
fra le campagne gli strumenti sono stati inoltre utilizzati per campagne dimostrative di
misure di inquinamento urbano, in un progetto della regione Toscana, terminato nel 2004 e
di cui è stata prevista la prosecuzione.
Il progetto EUSO ha terminato la fase A (studio di fattibilità), ed è in attesa
dell’approvazione della fase successiva da parte di ESA. L’attività è proseguita con la
progettazione di nuovi sistemi per l’osservazione di neutrini.
Per FSL sono stati completati con successo i collaudi del sistema di volo. È iniziato il lavoro
di aggiornamento del modello ingegneristico per utilizzarlo come duplicato a terra del
sistema di volo.
Per il progetto ASI-CIA sono stati progettati, ottimizzati e valutati 4 diversi telescopi per
osservazione della terra ad alta risoluzione (0.7 m) ed un telescopio per il medio infrarosso.
È stata inoltre progettata la cella di assorbimento per la taratura del telescopio nazionale
Galileo e realizzato un prototipo di dissettore laser per la El.En.
• Aggiornamento, completamento e collaudo di due sistemi TDLS (NIR e MIR) e loro
utilizzo nelle campagne di misura per i progetti Europei APE-INFRA ed EUPLEX.
• Elaborazione ed interpretazione dei dati acquisiti nella campagna artica EUPLEX del
2003, con la prima osservazione in situ di strutture fini nella distribuzione di CH4 e N2O
nel vortice polare.
• Misure dimostrative di inquinamento urbano da CH4 con i sistemi TDLS e loro
correlazione con altri sensori e con le condizioni meteorologiche nell’ambito del progetto
SERQUA, finanziato sui fondi strutturali della Regione Toscana.
• Completamento della progettazione e realizzazione di prototipi delle ottiche di piano
227
•
•
•
•
focale di EUSO, che inglobano filtri e lenti adattatrici in un unico elemento ottico.
Progettazione di un telescopio spaziale a grande campo per l’osservazione di neutrini.
Completamento dei test a terra del sistema ottico di FSL, con valutazione delle
prestazioni degli interferometri e dei sistemi Schlieren e light sheet. Progettazione degli
aggiornamenti del modello ingegneristico per utilizzarlo come duplicato a terra del
sistema di volo.
Determinazione per il progetto ASI-CIA della configurazione baseline di un telescopio
per osservazione della terra ad alta risoluzione (0.7 m) ed un telescopio per il medio
infrarosso.
Progettazione della cella di assorbimento per la taratura dello spettrometro GIANO per il
telescopio nazionale Galileo
Progettazione mediante ray tracing non sequenziale e realizzazione di un prototipo in
zaffiro di un dissettore laser per applicazioni mediche.
PERSONALE
D'Amato
De Rosa
Mazzinghi
Bratina (T.D.)
Viciani (T.D.)
Pantani (Ass.)
Viciani (Ass.)
Zuccaro (Ass.)
Gambicorti (Dott.)
Mesi Uomo
12
2
12
12
5
4
2
7
2
Attività di test e collaudi ottici di FSL presso Alenia Spazio a Torino (1 m/u) e presso
Verhaert Space ad Anversa (B) e Lambda X a Bruxelles (B) per un totale di 1 m/u.
• L. Stefanutti; A. R. MacKenzie; V. Santacesaria; A. Adriani; Stefano Balestri; S.
Borrmann; V. Khattatov; P. Mazzinghi; V. Mitev; V. Rudakov; C. Schiller; G. Toci; C. M.
Volk; V. Yushkov; H. Flentje; C. Kiemle; G. Redaelli; K. S. Carslaw; K. Noone; Th. Peter:
“The APE-THESEO Tropical Campaign: An Overview”, Journal of Atmospheric
Chemistry, 48, P. 1-33 (2004)
• P. W. Werle, P. Mazzinghi, F. D’Amato, M. De Rosa, K. Maurer and F. Slemr: " Signal
processing and calibration procedures for in situ diode-laser absorption spectroscopy",
Spectr. Acta A 60, pp. 1685-1705 (2004)
• P. Werle, "Diode-Laser Sensors for in-situ Gas Analysis”, in: P. Hering, P. Lay, S. Stry
(eds) Lasers in Environmental and Life Sciences - Modern Analytical Methods, Springer
Verlag, Heidelberg pp.223-243 (2004)
• M. Pantani, F. Castagnoli, F. D’Amato, M. De Rosa, P. Mazzinghi, P.W. Werle: “Two
infrared laser spectrometers for the in situ measurement of stratospheric gas
concentration”, Infrared Physics & Technology 46 p. 109–113 (2004)
• E. Oliva, L. Origlia, R. Maiolino, S. Gennari, V. Biliotti, E. Rossetti, C. Baffa, F. Leone, P.
228
Montegriffo, M. Lolli, F. D'Amato, P. Bruno, S. Scuderi, F. Ghinassi, M. Gonzalez, M.
Lodi, G. Falcini, E. Giani, G. Marcucci, and M. Sozzi: "GIANO: an ultrastable IR echelle
spectrometer optimized for high-precision radial velocity measurements and for highthroughput low-resolution spectroscopy", Proceedings SPIE Vol. 5492, pp. 1274-1279
(2004)
• M. Pinna, P. Mazzinghi, Tecnologia aerospaziale: l’aereo che venne dal freddo, National
Geographic Italia, settembre 2004.
• F. D'Amato, "Methane detection for industrial and environmental applications",
Workshop on "Laser spectroscopy for trace gas detection", Trento, 18-20/02 (2004)
• F. D’Amato, A. Chiarugi, D. Fogale, M. De Pas, M. Giuntini: "A mobile methane pipelines
inspection system based on a DFB diode laser", International Conference on "Optical
Diagnostics and Monitoring: from Advanced Components to Novel Devices", Bacoli, 2126/03 (2004)
• D’Amato F., De Rosa M., Mazzinghi P., Pantani M., P.W. Werle, Castagnoli F., M. De
Pas, M. Giuntini: " “ALTO” - Airborne Laser Tunable Observer", International Conference
on "Optical Diagnostics and Monitoring: from Advanced Components to Novel Devices",
Bacoli, 21-26/03 (2004)
• G. Giovanelli, P. Mazzinghi, R. Rizzi: “NIMES: remote sensor a cavità interferometrica
per la misura di quantità colonnari di HCl e CH4” 4° Workshop su Ottiche Diffrattive,
Microottica e Microsistemi, Firenze, 1 - 2 Aprile (2004)
• P. Mazzinghi, V. Bratina: “Innovative optical solutions for a large acceptance UHECR
detector in space” Workshop on High Energy Cosmic Rays Post EUSO, 14-15/05 College
de France, Paris (2004)
• P. Mazzinghi, V. Bratina, P. Spillantini, S. Bottai: "A space observatory for UHE
neutrinos", 3rd Int. Conf. on Frontier Science, Physics and Astrophysics in Space, Frascati,
14-19/06 (2004)
• V. Bratina, G. Corti, L. Gambicorti, E. Gherardi, P. Mazzinghi, E. Pace: "Improving the
collection efficiency of the EUSO focal surface detectors" 3rd Int. Conf. on Frontier
Science, Physics and Astrophysics in Space, Frascati, 14-19/06 (2004)
• S. Bottai, V. Bratina, P. Mazzinghi, E. Pace, P. Spillantini: "EUnO: Extreme Universe
neutrino Observatory” 19th European Cosmic Ray Symposium, Firenze, August 30th September 3rd, (2004)
• E. Oliva, L. Origlia, R. Maiolino, S. Gennari, V. Biliotti, E. Rossetti, C. Baffa, F. Leone, P.
Montegriffo, M. Lolli, F. D'Amato, P. Bruno, S. Scuderi, F. Ghinassi, M. Gonzalez, M.
Lodi, G. Falcini, E. Giani, G. Marcucci, and M. Sozzi: "GIANO: an ultrastable IR echelle
spectrometer optimized for high-precision radial velocity measurements and for highthroughput low-resolution spectroscopy", Ground-based Instrumentation for Astronomy,
Glasgow (GB), 21-25/06 (2004)
• P. W. Werle “Diode-Laser Sensors for in-situ Gas Analysis :principles, performance,
perspectives (invited talk)”, Laser Spectroscopy for Trace Gas Detection - Applications to
agronomy, environment and life sciences, Trento 18.-20. February (2004)
• P. W. Werle, P. Mazzinghi, F. DÁmato, A. Zahn, Chr. Dyroff, “Principles, performances
& perspectives of diode-laser sensors: A spectroscopic approach to atmospheric
measurement challenges (invited talk)”, International Conference on Stable Isotope Ratio
Infrared Spectrometry SIRIS 2004 – New Developments and Applications, Vienna,
Austria 6.-8. September (2004)
• P. Mazzinghi, G. Cecchi, R. Guzzi: “Feasibility of Active Remote Sensing from Space” 2nd
International Workshop on Remote Sensing of Vegetation Fluorescence, Canadian Space
229
Agency, Montréal, Canada November 17,19 (2004)
• G. Cecchi, V. Raimondi, P. Mazzinghi: “High-Spectral Resolution Fluorescent Lidar
Measurements of Vegetation” 2nd International Workshop on Remote Sensing of
Vegetation Fluorescence, Canadian Space Agency, Montréal, November 17,19 (2004)
• G. Agati, G. Cecchi, P. Mazzinghi: “An Overview of Different Factors Contributing to the
Fluorescent Spectrum of Vegetation ” 2nd International Workshop on Remote Sensing of
Vegetation Fluorescence, Canadian Space Agency, Montréal, November 17,19 (2004).
• S.Bottai, P.Mazzinghi, P.Spillantini, .A space observatory for ultra high energy neutrinos.
III Sissakian Readings, Erevan and Ashtarak Armenia), 30 May . 3 June 2004.
• G.Cecchi, V.Raimondi, G.Agati, P.Mazzinghi, High Spectral Resolution Fluorescence
Sensor for Vegetation Monitoring. Geophysica Workshop - Firenze, 23 dicembre 2004.
• F. D.Amato, P. Mazzinghi, S. Viciani. New and improved TDLS for trace
gas fast monitoring. Geophysica Workshop - Firenze, 23 dicembre 2004.
• G. Giovanelli, A. Petritoli, D. Bortoli, I. Kostadinov, E. Palazzi, F. Ravegnani, P.
Mazzinghi, A. Zuccaro. GASCOD/MI (Gas Absorption Spectrometer Correlating Optical
Differences / Multi-Input ). Geophysica Workshop - Firenze, 23 dicembre 2004.
Note Interne INOA:
• V. Bratina, P. Mazzinghi: “FSL FCE System Test Report”, Report del Progetto ESA-FSL
FSL-RP-002-INO, Prot. INOA n. 138 (2004)
• V. Bratina, P. Mazzinghi: “FSL Optical Diagnostic Capabilities and performance
description”, Report del Progetto ESA-FSL, presentato al FSL Science Day, ESA-ESTEC,
Noordwijk, 22 Settembre (2004)
• F. Simonetti, V. Bratina, A. Zuccaro, P. Mazzinghi: “Studio di fattibilità della camera
pancromatica ad alta risoluzione” Report Progetto CIA, CIA-INOA-TN-001, Prot. INOA n.
1289 (2004)
• F. Simonetti, V. Bratina, A. Zuccaro, P. Mazzinghi: “Studio di fattibilità della camera
pancromatica ad alta risoluzione: estensione” Report finale Progetto CIA, CIA-INOA-TN002, Prot. INOA n. 2104 (2004)
• L. Gambicorti, P. Mazzinghi, E. Pace: “EUSO Optical adapters: Comparison between UV
filtering optical adapters optimised for EUSO focal surface” EUSO- FS Tech. Rep.,
EUSO-FS-Rep. 012, ( 2004)
• L. Gambicorti, P. Mazzinghi, Report preliminare per un dissettore laser, Contratto INOAEl.En., Prot. INOA n. 115 (2004)
• L. Gambicorti, P. Mazzinghi, “Studio di un dissettore laser”, Report Contratto INOAEl.En., 15/03 (2004)
6 Pubblicazioni su riviste scientifiche.
19 Conferenze nazionali e internazionali.
7 Rapporti Tecnici INOA.
• Italiane: Galileo Avionica, Carlo Gavazzi Space, Alenia Spazio, Kaiser Italia, SIT, El.En.,
Fly-By, ERS
• Estere: Licel Gbr (D), OHB (D), Verhaert Space (B), LambdaX (B)
Nel corso del 2004 è stata aperta una nuova linea di ricerca, relativa allo studio di sistemi
Lidar da piattaforma spaziale. È stata presentata una “unsolicited proposal” ad ESA, che è
stata recepita con un tender dedicato, a cui l’INOA ha risposto, in collaborazione con Carlo
230
Gavazzi Space ed INAF, osservatorio di Arcetri. L’attività è stata inoltre presentata ad un
workshop congiunto ESA-CSA
Al gruppo è stata assegnata l’organizzazione del Congresso Internazionale “Tunable Diode
Laser Spectroscopy” (TDLS) 2005. Questa conferenza, che ha cadenza biennale, riunisce
tutti i gruppi internazionali che lavorano in questo campo si terrà per la prima volta in
Italia. L’assegnazione all’INOA è un riconoscimento del livello di eccellenza raggiunto in
questo campo.
I progetti europei che coinvolgono le misure da aereo stratosferico sono inseriti in una vasta
collaborazione Europea, coordinata da un Gruppo Europeo di Interesse Economico (GEIE),
di cui l’INOA fa parte. Il solo progetto SCOUT prevede la partecipazione di 64 Istituti di
ricerca di tutta Europa
Il progetto EUSO è inserito in una collaborazione altrettanto vasta, comprendente oltre ai
gruppi Europei, anche gruppi USA e Giapponesi, per un totale di oltre 50 partecipanti,
finanziati da ESA e dalle rispettive Agenzie Spaziali Nazionali.
FSL diventerà una facility a disposizione dei ricercatori europei per gli studi di fisica e
meccanica dei fluidi, alla cui costruzione hanno contribuito alcune tra le maggiori industrie
spaziali europee
APE-INFRA, EUPLEX, TROCCINOX; SCOUT-O3; Avanced Lidar (presentato)
La collaborazione nel progetto APE è costituita nell’ambito di un Consorzio Europeo,
formalizzato all’inizio del 2002, ed ha già portato alla pubblicazione di lavori scientifici in
comune. La collaborazione più stretta avviene fra i 7 membri effettivi, fra cui lNOA, e i 10
membri associati che fanno parte del consorzio, a cui vengono aggiunti eventuali altri
partecipanti ai singoli progetti.
Il progetto EUSO prevede al momento la collaborazione di 26 Enti nazionali ed
Internazionali, di cui 6 sono in collaborazione diretta con l’INOA.
Per il progetto FSL la collaborazione diretta è con ESTEC, Verhaert Space e LambdaX.
Lo sviluppo dei sistemi di misura a diodi laser ha in prospettiva la possibile applicazione a
strumentazione per la misura di inquinanti atmosferici urbani, come in parte già realizzato
per il progetto SERQUA, e per il controllo di processi industriali.
La competenza nella progettazione e realizzazione di sistemi optoelettronici adatti ad
applicazioni aerospaziali può avere ricadute anche al di fuori di questo campo, quando sia
richiesta una alta immunità da condizioni ambientali estremamente ostili, per es. in
processi industriali, o una alta affidabilità e basse emissioni elettromagnetiche, per es. in
campo medico, come oggetto di un contratto con la società El.En.
Collaborazioni sono attive con gran parte dell’Industria spaziale Italiana, Alenia Spazio,
Galileo Avionica, e Carlo Gavazzi Space, nell’ambito progetti ASI ed ESA.
Nell’ambito del progetto SERQUA è stata portata a termine una campagna dimostrativa
relativa alla utilizzazione di sistemi a diodi laser per il monitoraggio di inquinanti urbani,
231
per valutarne il possibile utilizzo da parte dell’ARPAT.
Una parte dell’attività relativa al progetto FSL è considerabile come un servizio di
consulenza tecnologica fornita da INOA ad Alenia Spazio.
Per la società El.En. sono stati realizzati dei prototipi di microottiche per chirurgia laser
endoscopica.
Una parte dell’attività relativa al progetto EUSO è inquadrata in un progetto INFN,
denominato AirWatch R&D, finanziato come Sezione INFN di Firenze, a cui 2 dipendenti
INOA sono associati. La collaborazione diretta è con il Dipartimento di Fisica e quello di
Astronomia e Scienza dello Spazio dell’Università di Firenze, con pubblicazioni e report del
progetto comuni. Nell’ambito del progetto APE, sono in corso collaborazioni che hanno
portato a pubblicazioni comuni con ricercatori del CNR, in particolare IFAC ed ISAC e
della società SIT. Recentemente è stata attivata una collaborazione con INAF nel campo
delle ottiche adattive e dei sistemi di taratura per il telescopio Galileo.
• Progetto FSL: Il valore totale del progetto per Alenia Spazio, che è il prime contractor
per ESA, supera i 50 M€
• Progetto CIA: La prosecuzione del progetto dovrebbe portare alla realizzazione di un
piccolo satellite con un sistema iperspettrale realizzato da un gruppo di Aziende Italiane
capeggiate da Galileo Avionica, per un valore stimato di circa 10 M€
• Contratto El.En.: La realizzazione in serie del prototipo di dissettore laser aumenterà la
competitività dell’azienda nel campo dei laser a stato solido per applicazioni medicali,
che portano ad un fatturato annuale di oltre 1 M€
Il gruppo collabora attivamente con l’Università di Firenze, in particolare con il
Dipartimento di Fisica dell’Università, che fra l’altro ospita temporaneamente il laboratorio
in cui viene portata avanti parte dell’attività. Una collaborazione stretta è in atto anche con
il Dipartimento di Astronomia e Scienza dello Spazio, formalizzati anche con una
convenzione per un dottorato in Astronomia su argomenti di comune interesse. Dal 2004 è
iniziata anche una collaborazione con INAF. Le collaborazioni con il CNR, particolarmente
con gli Istituti IFAC e ISAC sono state intensificate, con un coordinamento nel quadro del
decreto di riordino e le presentazione di progetti comuni.
Sono inoltre in atto collaborazioni con la Sezione INFN di Firenze, a cui due ricercatori del
gruppo sono associati.
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
FSL
EUSO
SERQUA
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
-
-
0
-
Totale
0
0
0
-
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
232
Progetto P 5.2.3
Collettori di luce solare
Sezione: Firenze
Lo studio di sistemi ottici per lo sfruttamento dell'energia solare si colloca nell’ambito della
ricerca sulle energie rinnovabili. Questo settore, che rappresenta un fondamentale elemento
nel bilancio energetico nazionale, sta incrementando la sua presenza nell’ambito della
produzione e della ricerca industriale. Diventa infatti sempre più evidente la necessità e
l’importanza di sviluppare tecnologie di sfruttamento di fonti energetiche alternative quali
l’energia solare. Il progetto prende in esame sistemi ottici adatti alla concentrazione di luce
solare su superfici ridotte. Esso si sviluppa lungo due linee di ricerca: la prima riguarda i
sistemi di concentrazione e trasporto della luce solare in fibra ottica, mentre la seconda è
incentrata sulle celle fotovoltaiche a concentrazione. Le possibili applicazioni di questi
dispositivi riguardano il settore termico, l'illuminazione di interni ed il campo fotovoltaico.
La prima linea di ricerca dell'INOA inizia nel 1997 con il progetto europeo "Spectrum",
conclusosi con successo con la realizzazione di un dimostratore in grado di raccogliere
l'energia solare e di trasportarla al luogo di utilizzazione tramite fibre ottiche. Nel 20022003 l’INOA realizza, in collaborazione con CEO e museo Stibbert, un impianto di
illuminazione delle vetrine della Sala Islamica con luce solare. L’impianto permette di
sfruttare completamente la luce solare in quanto fornisce illuminazione diretta,
accoppiando collettori solari a fibre ottiche. Quando l’illuminazione non è necessaria, il
sistema accumula energia elettrica focalizzando la luce solare su celle fotovoltaiche ad alto
rendimento.
Una seconda linea di ricerca per lo sfruttamento dell’energia solare è rappresentata dal
cosiddetto “fotovoltaico a concentrazione”. Si tratta di sistemi ottici per concentrare luce
solare su celle fotovoltaiche, come parabole, specchi curvi, lenti prismatiche, lenti Fresnel o
concentratori di altro tipo. L’attività dell’'INOA all'interno di questa linea di ricerca è
iniziata nel 2003, in occasione di una collaborazione con ENEA, e gli studi stanno
proseguendo nell’ambito del progetto Phocus. La collaborazione INOA-ENEA per il 2004 ha
riguardato l’analisi delle caratteristiche ottiche di collettori solari per applicazioni su celle
PV a concentrazione. I test ottici di laboratorio sono stati effettuati su campioni di lenti
prismatiche e di Fresnel realizzati da ENEA per valutarne la corrispondenza con le
caratteristiche di progetto. In particolare sono stati analizzati: l’efficienza di collezione,
l’immagine luminosa (forma, uniformità) ed i contributi delle singole parti della lente alla
formazione dell’immagine. In questa linea di ricerca del fotovoltaico a concentrazione sono
in corso contatti per una collaborazione con: Edison S.p.A (Milano), SEMLABS Dip. di
Fisica Universalità di Parma, Dip. Ingegneria dell’informazione Universalità di Parma,
IMEM-CNR di Parma, Imperial College (Londra).
Nell’ambito del progetto “I Girasoli”, l’INOA prosegue la sperimentazione presso il Museo
Stibbert, controllando l’istallazione dei Girasoli e migliorando le prestazioni del sistema di
illuminazione delle vetrine tramite luce solare. L’impianto comprende: 5 fiori (di altezza
80cm) collocati sul tetto e 4 fiori (alti 160cm) a formare un’aiuola didattica nel giardino
attiguo all’entrata. Il "girasole" è composto dall'insieme delle ottiche di collezione, dal
sistema di movimentazione di tipo equatoriale e dal sistema di inseguimento solare. Ogni
singolo collettore solare, che è una lente asferica in PMMA, può essere accoppiato sia con
una fibra ottica che con una cella fotovoltaica ad alto rendimento. Un interruttore ottico
233
realizza il passaggio fra le due funzioni: quando la lente concentra la luce solare nella fibra
ottica si illuminano le vetrine; quando la lente focalizza sulla cella PV si può accumulare
energia elettrica. Nell’applicazione all’illuminazione delle vetrine museali, il passaggio
dall’illuminazione a fibra all’accumulazione di energia viene pilotato da un sensore di
presenza visitatori posto nella sala. L’energia così accumulata alimenta l’illuminazione
alternativa, realizzata con LED a basso consumo, necessaria in caso di mancanza di sole.
La collaborazione con ENEA per il test di collettori solari per celle fotovoltaiche a
concentrazione è effettivamente partita solo all’arrivo del gruppo di 50 campioni di lenti da
misurare, che è avvenuto a maggio 2004. I collettori solari sono principalmente lenti
prismatiche e lenti di Fresnel, appositamente progettati e realizzati dall’ENEA per
concentrare la luce solare sull’area quadrata 11mm x 11mm della cella PV. L’INOA ha il
compito di verificare, durante la messa a punto del processo di produzione delle suddette
lenti in materiale plastico, la rispondenza delle proprietà ottiche ai requisiti del progetto.
Una fase preliminare dello studio è già stata sviluppata nel 2003 e nei primi mesi del 2004,
mettendo a punto procedure di misura e attrezzature di laboratorio per i test ottici richiesti.
La caratterizzazione delle 50 lenti prismatiche esamina efficienza di collezione, analisi
dell’immagine luminosa (forma, uniformità) e analisi dei contributi delle singole parti della
lente alla formazione dell’immagine.
Il sistema di illuminazione museale tramite luce solare del Progetto "I Girasoli" è stato
costantemente monitorato ed i Girasoli sono stati ottimizzati nel funzionamento e
nell’istallazione presso il museo. E’ stata inoltre sviluppata anche la parte di produzione e
accumulo di energia elettrica. L’impianto di illuminazione delle vetrine museali, istallato
presso il Museo Stibbert, è un sistema stand-alone. Il sistema “Girasoli” rappresenta un
sistema completo di sfruttamento dell’energia solare, in quanto tutta la luce collezionata è
sfruttata o per l’illuminazione o per la produzione di energia elettrica.
All'interno della linea di ricerca del fotovoltaico a concentrazione, sono state caratterizzate
otticamente le 50 lenti prismatiche realizzate dall’ENEA, per il Progetto Phocus. I test sulla
campionatura della produzione di lenti prismatiche in plastica hanno verificato la buona
corrispondenza con le caratteristiche ottiche di progetto. In particolare è stato evidenziato
che le 50 lenti hanno un comportamento omogeneo e quindi il processo di produzione ha
ottima ripetibilità ed affidabilità. Con quest’ultima serie prodotta si è raggiunta una
discreta efficienza di collezione, una buona uniformità dell’immagine, che soprattutto non
ha il massimo nel centro ma lungo un anello concentrico.
E’ stato inoltre rilevato che gli unici punti, su tutti i campioni di lenti prismatiche, che
contengono imperfezioni di realizzazione sono i quattro angoli. Il processo di ottimizzazione
di tali imperfezioni ha portato a quest’ultima produzione, della quale è stata esaminata una
campionatura, valutando che il risultato attuale fosse soddisfacente per l’applicazione nel
progetto Phocus.
PERSONALE
Ciamberlini
Fontani
Francini
Longobardi
Sansoni
Fontani (Ass.)
Mesi Uomo
2
1
3
8
9
11
234
Monitoraggio dell’istallazione del sistema Girasoli presso il Museo Stibbert di Firenze.
• D. Fontani, F. Francini, P. Sansoni Optical characterisation of solar collectors in press on
Optics and Laser in Engineering (2005).
• D. Fontani, F. Francini, P. Sansoni Optical characterisation of solar collectors
International Conference on Optical Diagnostics and Monitoring: from Advanced
Components to Novel Devices OpDiMon’04 Napoli March 2004.
• Partecipazione al congresso Energia rinnovabili e partecipazione pubblica Torri Solari di
Empoli - Ospedale di San Giuseppe, Empoli (FI) 30 Aprile 2004.
Note Interne INOA:
• D. Fontani, F. Francini, P. Sansoni Misure su campioni di lenti prismatiche e lenti di
Fresnel ottenuti con il nuovo metodo di stampaggio, RT3 Collaborazione ENEA-INOA,
RAPPORTO TECNICO INOA-TN-04/9 (Marzo 2004).
• D. Fontani, F. Francini, P. Sansoni Misure sulla campionatura definitive di lenti
prismatiche e sui campioni ottenuti a pressione variabile, RT3 Collaborazione ENEAINOA, RAPPORTO TECNICO INOA-TN-04/10 (Giugno 2004).
• D. Fontani, F. Francini, P. Sansoni Caratterizzazione ottica di lenti prismatiche e lenti
di Fresnel per concentrazione di luce solare su celle PV, RTFinale Collaborazione ENEAINOA, RAPPORTO TECNICO INOA- TN-04/11 (Luglio 2004).
Entrambe le linee di ricerca per la concentrazione di energia solare in fibra e su celle PV
sviluppano tecniche innovative. Il progetto Girasoli combina entrambe queste tecniche di
sfruttamento della energia solare. Il sistema Girasoli illumina infatti con luce solare
quando i collettori sono accoppiati alle fibre ottiche, mentre quando non è necessaria
l’illuminazione la luce focalizzata arriva su una cella PV ad alto rendimento che permette
l’accumulazione di energia elettrica. La ricerca nel settore del fotovoltaico a concentrazione
appare molto promettente e recentemente sta raccogliendo un crescente interesse da parte
dell’industria. L’INOA ha in corso una collaborazione con ENEA per il progetto Phocus, che
utilizza lenti prismatiche come collettori per celle PV a concentrazione. Parallelamente
INOA sta attivando una collaborazione con Edison S.p.A, SEMLABS, UNIPR Dip.
Ingegneria, IMEM-CNR, Imperial College per un progetto riguardante concentratori di luce
solare su celle PV innovative, appositamente messe a punto dal suddetto gruppo di ricerca.
235
• Collaborazione con il consorzio CEO e con il Museo Stibbert per il Progetto “Girasoli”.
• Collaborazione con ENEA per il progetto Phocus sul fotovoltaico a concentrazione.
• Contatti per una futura collaborazione con Edison S.p.A (MI), SEMLABS (PR), UNIPR
Dip. Ingegneria (PR), IMEM-CNR (PR), Imperial College (UK) nel campo delle celle PV a
concentrazione di nuova generazione.
• Monitoraggio del sistema di illuminazione solare innovativo installato nella Sala
Islamica del Museo Stibbert.
• MONTE DEI PASCHI DI SIENA: il MPS ha contribuito economicamente alla
realizzazione del Progetto Girasoli, che ha permesso a INOA e CEO di acquisire
esperienza e competenza nel campo degli impianti di sfruttamento dell’energia solare
tramite concentratori ottici accoppiati sia a fibre che a celle fotovoltaiche. Le
potenzialità di questo sistema ed i possibili campi di applicazione sono vastissimi. La
complessità ed alta tecnologia del sistema suggeriscono però una fase di perfezionamento
e di ingegnerizzazione per trarne un prodotto commercializzabile.
o STIMA: 1.100.000 Euro
• MUSEO STIBBERT: L’istallazione presso il Museo Stibbert di un prototipo divulgativo e
di un impianto di illuminazione della Sala Islamica ad energia solare hanno valorizzato
e pubblicizzato il sistema Girasoli. Il Museo Stibbert, nel quale il sistema Girasoli è
permanentemente istallato e costantemente monitorato da INOA, rappresenta un
importante vetrina, a carattere internazionale, per le nuove tecnologie sviluppate in
questa linea di ricerca.
o STIMA: vedi sopra
• ENEA: INOA ha sperimentato tecniche per la misurazione dell’efficienza di collezione e
la caratterizzazione di ottiche innovative per la concentrazione su celle PV quadrate. Ha
inoltre messo a punto strumentazione e metodologie per l’analisi dell’immagine
quadrata e dei contributi del collettore alla formazione dell’immagine. La
collaborazione INOA-ENEA è partita nel 2003 e prosegue nel filone del fotovoltaico a
concentrazione con lo studio congiunto per il perfezionamento di un simulatore solare.
La ricerca in questo campo appare promettente anche se la ricaduta industriale e
commerciale non è immediata.
o STIMA: 400.000 Euro
• EDISON, UNIPR, SEMLABS, IMEM-CNR, IMPERIAL COLLEGE: Nell’ambito del
fotovoltaico a concentrazione INOA ha anche preso contatto con Edison S.p.A (MI) che
sta sviluppando, in collaborazione con SEMLABS (PR), UNIPR Dip. Ingegneria (PR),
IMEM-CNR (PR ed Imperial College (UK) un sistema di concentratori su celle PV di
nuova concezione. L’INOA sta formalizzando la partecipazione al progetto.
o STIMA: 400.000 Euro
• Collaborazione con il Consorzio CEO, ENEA.
• Collaborazione in via di attuazione con Edison S.p.A. di Milano, UNIPR, SEMLABS e
IMEM-CNR di Parma ed Imperial College di Londra.
236
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
MPS "Girasoli"
ENEA
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
30.000
10.200
40.200
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
-
-
0
-
Totale
30.000
10.200
40.200
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
237
Preconsuntivo 2004 Obiettivo 5
Progetto P 5.2.4
Sviluppo di sensori ottici per la misura in continua di parametri
chimico-fisici
Sezione: Napoli
Il recente progresso nel campo dell’ottica e dell’optoelettronica apre nuove prospettive per
la determinazione diretta di parametri fisici e chimici in determinati contesti ambientali.
La richiesta sempre crescente di strumenti compatti per il monitoraggio continuo ed in-situ
di grandezze d’interesse ecologico e geofisico può essere soddisfatta attraverso l’utilizzo
congiunto di sorgenti di radiazione coerente, dispositivi ottici integrati e tecniche
spettroscopiche. Nella valutazione del rischio in aree vulcaniche, ad esempio, è di estrema
importanza la misura simultanea di deformazioni del suolo e piccole variazioni delle
concentrazioni gassose con elevati livelli di accuratezza e precisione. In particolare, per
l’analisi di emissioni gassose, gli spettrometri basati su sorgenti laser a semiconduttore, o su
metodi nonlineari di generazione di radiazione, presentano enormi vantaggi in termini di
sensibilità e selettività spettrale rispetto a strumenti commercialmente disponibili, basati
spesso su sorgenti incoerenti o su metodi chimico-fisici indiretti. L’indagine su deformazioni
meccaniche può essere efficacemente condotta attraverso l’impiego di sensori in fibra a
reticolo di Bragg (FBG) che si prestano alla realizzazione di vere e proprie reti di dispositivi
in fibra su vaste aree per il controllo simultaneo di parametri meccanici e termodinamici.
• Ingegnerizzazione dello spettrometro laser nel vicino infrarosso;
• Sviluppo di prototipi portatili FBG progettati sia per sorgenti incoerenti e laser;
• Realizzazione di una stazione per il monitoraggio continuo di gas e deformazioni
nell’area dei Campi Flegrei, basata sui prototipi già funzionanti e integrata da strumenti
convenzionali (gas cromatografo, spettrometro di massa);
• Sviluppo di un prototipo portatile di spettrometro nel medio infrarosso, basato sulla
generazione di frequenza differenza (DFG) in un cristallo non lineare, per misure in
campo ed estensione del sistema ad altre lunghezze d’onda.
L’attività svolta può essere inquadrata nell’ambito dei progetti:.
Progetto INGV:
L’attività del terzo anno è stata focalizzata sull’ulteriore ottimizzazione dello spettrometro
da campo nel vicino infrarosso basato su di un diodo laser che emette intorno a 2 micron. Il
suo funzionamento in ambienti vulcanici aggressivi ed in modalità completamente
automatica è stato testato durante diverse campagne di misura (Solfatara ed isola di
Vulcano). In particolare, sono state misurate le concentrazioni di CO2 e H2O registrando
variazioni nei diversi siti e su scale di tempi diversi.
Progetto POR-Campania:
Nell’ambito della realizzazione di sensori di gas si è conclusa la fase di ottimizzazione e
caratterizzazione dello spettrometro DFG. L’apparato sviluppato consente la generazione di
radiazione coerente di potenza superiore a 3 mW nella regione spettrale tra 2.9 e 3.5 micron
dove ad oggi non esistono sorgenti laser di paragonabili prestazioni. Lo spettrometro è stato
già impiegato con successo in laboratorio in esperimenti di spettroscopia molecolare ad alta
sensibilità e risoluzione. Tra questi citiamo, gli esperimenti di rivelazione di metano (CH4)
in tracce in aria e di spettroscopia in saturazione della stessa specie.
Nell’ambito dello sviluppo di sensori di deformazioni è stata ultimata la messa a punto di
238
un apparato che utilizza due sorgenti di radiazione a basso grado di coerenza nel vicino
infrarosso (un diodo superluminescente ed una sorgente ASE) accoppiate a strutture FBG
che fungono da elemento sensibile. Lo schema di rivelazione consiste nell’utilizzo di un
filtro spettrale che analizza la radiazione riflessa dal reticolo e determina lo spostamento
del massimo di riflessione. In particolare, sono stati adoperati un filtro AOTF (acousto-optic
tunable filter) ed un analizzatore di spettro ottico (OSA).
Progetto PON-“SIMONA”:
Nell’ambito della realizzazione di un secondo apparato DFG è stata messa a punto una
delle due sorgenti di iniezione. Si tratta di un laser a stato solido (il cui mezzo attivo è un
vetro drogato ad erbio-itterbio) che emette nell’intervallo 1535-1545 nm con una potenza di
alcune decine di mW ed una larghezza di riga di 50 kHz.
Nell’ambito dei sensori FBG è stato realizzato un nuovo apparato che si basa su un laser a
diodo semiconduttore DFB (che emette intorno a 1560 nm) e di un sintetizzatore per la
modulazione veloce (2 GHz) della lunghezza d’onda laser. Il fascio laser così modulato viene
accoppiato al reticolo di Bragg ed un sistema di rivelazione “in aggancio di fase”, (che
utilizza un rivelatore veloce ed un mixer), produce un segnale di tensione con un
andamento dispersivo (in funzione della frequenza laser) con passaggio per lo zero in
prossimità del picco di riflessione di Bragg (? B). Ogni sollecitazione meccanica o termica,
provoca uno spostamento di questo centro di simmetria.
• Definitiva ottimizzazione dello spettrometro da campo nel vicino infrarosso e campagne
di misura di concentrazioni di gas in aree vulcaniche (Solfatara, Vulcano) e confronto
con altri metodi di misura in collaborazione con i partner del progetto INGV;
• Realizzazione di un sensore FBG basato su sorgenti di radiazione a basso grado di
coerenza Le sensibilità che si sono raggiunte in queste configurazioni sono dell’ordine di
10 microstrain (1 microstrain= variazione relativa di lunghezza di 10-6);
• Sviluppo di un sensore FBG che fa uso di una sorgente laser e di una tecnica di
modulazione di frequenza. È stato così possibile rivelare deformazioni meccaniche sia
statiche che dinamiche (da frequenze inferiori ad 1 Hz fino alle decine di kHz). Il limite
di sensibilità stimato nel corso dei test si aggira intorno a 20 n? (1 Hz di banda), valore
che è già diversi ordini di grandezza migliore di quelli ottenibili con i sistemi ottici
tradizionali;
• Spettroscopia in saturazione della molecola CH4 nell’intorno di 3.2 micron per mezzo
dello spettrometro DFG;
• Progettazione di un sensore DFG portatile per la rivelazione simultanea e continua di
metano e biossido di azoto in-situ;
• Messa a punto di una nuova sorgente laser a stato solido, (finalizzata alla realizzazione
di un secondo apparato DFG), che emette nell’intervallo 1535-1545 nm con una potenza
di alcune decine di mW ed una larghezza di riga di 50 kHz.
PERSONALE
De Natale
De Rosa
Ferraro
Giusfredi
Mesi Uomo
1
6
4
2
239
• P. De Natale, G. De Natale, G. Gagliardi, L. Gianfrani, A. Rocco, Novel laser-based
techniques for monitoring of volcanoes, Annals of Geophysics, in stampa.
• A. Rocco, G. De Natale, P. De Natale, G. Gagliardi, L. Gianfrani, A diode laser based
spectrometer for in-situ measurements of volcanic gases, Appl. Phys. B 78, 235 (2004).
• P. Maddaloni, G. Gagliardi, P. Malara and P. De Natale, A 3.5-mW continuous-wave
difference-frequency source around 3 ? m for sub-Doppler molecular spectroscopy, Appl.
Phys. B, in stampa.
• P. Maddaloni, G. Coppola, P. De Natale, S. De Nicola, P. Ferraro, M. Gioffrè, M. Iodice,
Thickness measurement of thin transparent plates with a broad-band wavelength scanning
interferometer, Phot. Tech. Lett. 16, 1349 (2004)
• P. Maddaloni, G. Gagliardi, P. De Natale, High-sensitivity trace gas detection by means of a
mW-power DFG spectrometer around 3.2 micron, Spie 49th Annual Meeting, 2-6 Agosto
2004, Denver (Colorado, USA)
• A. Rocco, G. Coppola, P. Ferraro, G. Foti, M. Iodice, Interferometric visualization and
demodulation method for measuring quasistatic strain in fiber Bragg grating sensors by a
simple rotating etalon filter, Photonics Europe, 26-30 Aprile 2004, Strasburgo (Francia)
• A. Rocco, G. Gagliardi, L. Gianfrani, G. De Natale, P. De Natale, Real time monitoring of
volcanic emissions with a laser-based fiber spectrometer, Photonics Europe, 26-30 Aprile
2004, Strasburgo (Francia)
Thickness measurement of thin transparent plates with a broad-band wavelength scanning
interferometer, Photonics Europe, 26-30 Aprile 2004, Strasburgo (Francia)
Misura dello spessore e dell’indice di rifrazione di lamine trasparenti molto sottili mediante
un interferometro a spostamento laterale a scansione di lunghezza d’onda, Elettroottica
2004, 15-17 Giugno 2004, Pavia (Italia)
Brevetti:
• “Tecnica di lettura per sensori in fibra ottica a reticolo di Bragg basata su sistema
interferometrico” (in corso di deposito in Italia).
Note Interne INOA:
Rapporti Tecnici INOA (pubblicati nell’ambito POR):
• G. Gagliardi, P. Maddaloni, R. Abbate, P. De Natale, Manuale tecnico “MIRTuS”
Spettrometro nel medio infrarosso per il monitoraggio ad alta sensibilità di gas
inquinanti ed emissioni vulcaniche, Centro Regionale di Competenza Analisi e
Monitoraggio del Rischio Ambientale
• P. Ferraro, A. Rocco, P. De Natale, Manuale tecnico “BraSS” Sensore di deformazioni
meccaniche in fibra ottica, Centro Regionale di Competenza Analisi e Monitoraggio del
Rischio Ambientale
2 rapporti tecnici
240
Nell’ambito dei progetti PON e FIRB è in coro una collaborazione con le aziende: AVANEX
Italia, Alenia Marconi Sistemi, D’Appolonia SPA, SIT-Scienza, Industria e Tecnologia.
L’INOA coordina un Prog. Internazionale per l’applicazione di sistemi di misura ottici in
aree vulcaniche.
Visite ricevute:
• S. Mailis (Optoelectronic Research Centre-Southampton) nell’ambito del progetto FIRB
• P. Rastogi (EPFL) nell’ambito del progetto PON.
Visite effettuate:
• Gruppo di F. Laurell, Royal Institute of Technology, Laser Physics Department,
Stoccolma.
• Utilizzo di tecniche innovative di spettroscopia ad alta risoluzione e sensibilità per
l’investigazione di spettri molecolari nel medio infrarosso;
• Sviluppo di uno spettrometro DFG da campo per la rivelazione simultanea di metano e
biossido di azoto;
• Messa a punto di tecniche di “imaging spettrale” nella regione del medio infrarosso;
• Sviluppo ed ottimizzazione del sensore FBG che prevede l’utilizzo di una sorgente laser
stabilizzata in frequenza su una riga di assorbimento atomica o molecolare
Collaborazioni nell’ambito dei progetti di ricerca PON, POR, FIRB:
• In Napoli: Istituto di Cibernetica “E. Caianiello” del CNR, OV-INGV, Dipartimento di
Scienze Ambientali II Università, Istituto di Microelettronica e Microsistemi del CNR,
Università degli Studi di Napoli;
• AVANEX Italia;
• D’Appolonia SPA;
• IFAC Firenze;
• Dipartimento di Fisica (Politecnico di Bari);
• Dipartimento di Fisica (Università di Padova);
• Istituto di Cibernetica “E. Caianiello” del CNR – Napoli (G. Pierattini, S. De Nicola);
• OV-INGV – Napoli (G. De Natale);
• Dipartimento di Scienze Ambientali – II Università di Napoli (L.A.S.E.R., D.C.P.S.);
• Istituto di Microelettronica e Microsistemi del CNR (G. Coppola, M. Iodice)
241
I sistemi BraSS e MIRTuS (vedi rapporti tecnici sopra citati) si collocano senz’altro tra i
dispositivi più interessanti che la ricerca nel campo della sensoristica ottica è in grado di
offrire allo stato attuale.
L’insieme dei soggetti di mercato interessati al sensore MIRTuS è principalmente costituito
dagli Enti e le Ditte che operano nel settore del monitoraggio dell’inquinamento
atmosferico, dei vulcani attivi e delle aree geotermiche, come il Dipartimento della
Protezione Civile, l’Agenzia Regionale per la protezione Ambientale della Campania
(ARPAC) o i Comuni e le Regioni interessati al controllo della qualità dell’aria in prossimità
di centri urbani e discariche. D’altra parte, il ventaglio delle possibili applicazioni del
sensore BraSS è piuttosto ampio. Tra queste, la misura “on-line” di stress meccanici e
fratture per il controllo statico di strutture, come edifici o ponti, e la rivelazione di
variazioni di pressione o temperatura in applicazioni di geofisica. In prospettiva la sua
versione da campo potrebbe essere d’interesse per Enti di Ricerca, Osservatori, così come
Enti Regionali o il Dipartimento per la Protezione Civile. La possibilità di integrare sensori
Bragg con sensori di gas rappresenterebbe, infine, una vera e propria svolta nella
realizzazione di strutture di controllo intelligenti per aree vulcaniche a rischio.
Il brevetto in corso di deposito per il quale è già stata avvita la procedura attraverso le
strutture competendi del DAST –CNR, si prevede possa portare allo sviluppo di un sistema
innovativo per la lettura di deformazioni in regime quasi-statico a mezzo di reticoli di Bragg
in fibra. Ci si attende che il parter industriale D’Appolonia possa arrivare ad una
commercializzazione dello stesso in tempi brevi.
Saranno inoltre intraprese iniziative per valutare l’eventuale opportunità di estensione
all’estro del brevetto.
• Istituto di Cibernetica “E. Caianiello” del CNR – Napoli, col quale esiste una
convenzione;
• INGV che finanzia attività internazionali coordinate INOA e partecipa con INOA anche
a progetti regionali POR-Campania;
• Istituto di Microelettronica e Microsistemi del CNR-Napoli, col quale si utilizzano
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
-
-
0
-
Totale
0
-
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
242
Preconsuntivo 2004 Obiettivo 5 Sviluppo applicazioni
Progetto P 5.3.1
Sviluppo di metodologie di microscopia avanzate per lo studio di
sistemi biologici e biomateriali
Sezione: Firenze
Le microscopie ottiche più innovative quali la microscopia confocale con eccitazione a
singolo e più fotoni e le microscopie a scansione di sonda (SPM) sono fra le tecniche di
diagnostica e manipolazione più avanzate nel settore delle bio- e nano-tecnologie. Con
questa attività di ricerca si intende affrontare lo studio micro- e nano-scopico di sistemi
biologici rilevanti da un punto di vista medico creando una sinergia fra vari gruppi di
ricerca che attualmente stanno affrontando queste tematiche da vari punti di vista e
competenze (strumentali, biologiche, biochimiche, fisiologiche, fisiche e matematiche).
Obiettivo di questa attività è lo studio della dinamica di microsistemi biologici (cellulari e
biomolecolari) di alta rilevanza applicativa nel campo delle biotecnologie e sarà condotta
sia tramite la modellizzazione teorica, che sperimentale con l'ausilio di tecniche integrate di
microscopia ottica avanzata quali: epifluorescenza, DIC, confocale con eccitazione a singolo
ed a due fotoni, FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer), FLIM (Fluorescent
Lifetime Imaging Microscopy), FCS (Fluorescence Correlation Spectroscopy); e tecniche di
nanoscopia e nanomanipolazione con SPM.
Un altro obiettivo di questa ricerca è la caratterizzazione con tecniche di microscopia ottica
e nanoscopia SPM di biomateriali.
• Messa a punto delle tecniche di marcatura dei campioni biologici con proteine
naturalmente fluorescenti derivanti dalla GFP (Green Fluorescent Protein).
• Ottimizzazione delle tecniche di transfezione con vettore codificante la proteina
chimerica GFP-b_actina.
• Messa a punto delle metodologie di misura di elasticità, viscosità e adesione su cellule
con microscopia AFM - PFM.
• Studio del trasferimento di flussi di Ca2+ indotti da stimolazione chimica e meccanica
fra cellule mioblastiche adiacenti tramite giunzioni intercellulari (gap junction).
• Studio del ruolo delle gap junctions nel trasferimento dei transienti del Ca2+ tra cellule
mioblastiche e cardiomiociti in cocoltura.
• Topografia AFM su cellule patologiche (sindrome di Marfan) e sane.
• Caratterizzazione di aggregati di ceratoplatanina tramite microscopia SPM.
• E' stata ulteriormente perfezionata la metodologia di visualizzazione di sezioni
istologiche con microscopio AFM.
• Caratterizzazione di ceratoplatanina, proteina prodotta da un fungo fitopatogeno.
PERSONALE
Quercioli
Tiribilli
Vassalli
Mesi Uomo
4
5
6
243
• L'attività è stata, prevalentemente, svolta nel laboratorio di Biofotonica dell'INOA
ospitato presso il Dipartimento di Anatomia, Istologia e Medicina Legale dell'Università
di Firenze.
• L'apporto di strutture, strumentazione e personale messi a disposizione dal Dipartimento
è stato indispensabile per la conduzione di questa attività.
• A. Ugolini, C. Castellini, B. Tiribilli. "The orientation of the sandhopper Talitrus saltator
during a partial solar eclipse". Journal of Comparative Physiology A: Sensory, Neural, and
Behavioral Physiology, Volume 190, Number 10, pp. 855-859, (2004).
• Formigli L, Meacci E, Vassalli M, Nosi D, Quercioli F, Tiribilli B, Tani A, Squecco R,
Francini F, Bruni P, Zecchi Orlandini S., "Sphingosine 1-phosphate induces cell
contraction via calcium-independent/Rho-dependent pathways in undifferentiated
skeletal muscle cells", J. Cell. Physiol., Vol. 198, pag. 1-11 (2004).
• B. Tiribilli, D. Bani, F. Quercioli, A. Ghirelli, M. Vassalli, "Atomic force microscopy of
histological sections using a chemical etching method", Ultramicroscopy, in stampa
(available online 4 Nov 2004).
• L.Carresi, G.Cappugi, A.Ghirelli, B.Pantera, L.Pazzagli, F.Quercioli, A. Scala, A. Spisni,
B.Tiribilli, M. Vassalli and C. Zoppi; "AFM imaging of cerato-platanin, a phytotoxic
protein involved in platanus disease". INFMeeting 2004, Genova, 8-10 Giugno 2004
• M.Vassalli, C.Guardiani, F.Bagnoli, L.Casetti, V.Cesati, R.Livi, A.Pacini, A.Politi,
F.Quercioli, S.Ruffo, B.Tiribilli, A.Torcini, "Protein folding: theoretical description of
AFM stretching experiments", workshop "Theoretical Physics in Quantitative Biology",
Univ. Bicocca Milano, Settembre 2004
Note Intene INOA:
Tesi di laurea:
• C. Zoppi "Espressione eterologa e caratterizzazione di ceratoplatanina, proteina prodotta
da un fungo fitopatogeno" - Università degli Studi di Firenze, Facoltà di SMFN corso di
Laurea in Scienze Biologiche.
2 comuinicazioni a congressi
1 tesi di laurea
244
Sono in atto collaborazioni con:
• Istituto per i processi chimico-fisici del CNR;
• Ed i seguenti Dipartimenti dell'Università di Firenze: Dip. di Anatomia, Istologia e
Medicina Legale, Dip. Biochimica, Dip. Fisiologia, Dip. Energetica.
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
-
-
0
-
Totale
0
-
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
245
Preconsuntivo 2004 Obiettivo 5 – Sviluppo applicazioni
Progetto P 5.4.1
Sistemi ottici per controllo di processi.
Il controllo di processi e di qualità insieme alla ricerca applicata al settore dell’automazione
sono strategici per quanto riguarda la ripresa dello sviluppo industriale e la competitività
del sistema paese. Questa linea di ricerca è dedicata verso questo settore strategico della
ricerca industriale applicata e si indirizza di volta in volta alla soluzione di specifici
problemi indicati dal mondo industriale.
Il rilievo automatico dei difetti superficiali di tavole di legno relativamente alla forma
geometrica della tavola realizzata con sistemi optoelettronici non invasivi ed a basso costo
rappresenta un ulteriore processo innovativo nel controllo industriale. Lo sviluppo di
sensori e dispositivi optoelettronici può avere un importante applicazione nel controllo della
qualità di tessuti, stoffe durante i processi di finissaggio presenti nella filiera dell’industria
tessile. Altra possibile applicazione ai processi produttivi di materiali vari come cuoio,
stoffa, carta e etc. sono i processi di marcatura laser del materiale durante le varie fasi di
lavorazione per poter ricostruire e certificare alla fine del processo di produzione la qualità
dei processi di lavorazioni stessi subiti dal manufatto.
Progettazione e studio di un sistema di visione in bianco/nero per l’identificazione di forme
su superfici, anche deformate, non levigate ed in movimento.
Studio di nuovo utilizzo, in particolare nel settore aereonautico, delle nuove tecnologie per i
displays; rassegna dello stato dell’arte e delle vigenti normative molto stringenti
relativamente al settore aereo sia civile e non.
Sono stati progettati, implementati e simulati algoritmi e tecniche di elaborazione dati in
tempo reale delle immagini B/N acquisite relativi all’individuazione di difetti superficiali
presenti sui manufatti. Abbiamo ampliato la vecchia proposta per un progetto di ricerca,
con partner industriali, per le nuove tecnologie da display per informazioni su sitemi di
trasporto in particolare treni.
PERSONALE
m/u
Ciamberlini
10
Longobardi
3
Numerose visite per riunioni di lavoro e prove di simulazione presso la Sirio Panel SpA.
Note Intene INOA:
C. Ciamberlini, F. Francini, D. Jafrancesco, G. Longobardi, P. Sansoni, “Display a
246
proiezione e sistemi a visione aumentata”. Rapporto Tecnico INOA (Febbraio 2004).
B2c) Collaborazioni con l’industria:
• Sirio Panel SpA.
Studio di possibile applicazione dedicata dei display di tipo OLED nei pannelli della
cabina di volo di un aereo.
Applicazione ai processi produttivi dei pannelli di display per aereri di nuove dispositivi a
visione aumentata del tipo OLED.
Con le industrie aeronautiche e costruttrici di macchine utensili per la difettazione di tavole
in legno e/o laminati. Partecipazione al programma di Innovazione Tecnologica della
Regione Toscana e della Regione Emilia-Romagna.
Aziende di pannelistica per aeroveicoli - Il possesso della tecnologia per la realizzazione di
nuovi pannelli sempre più prestazionali, a basso consumo, costo e peso permetterà alle
aziende di competere in un settore ad elevata innovazione tecnologica dove la produzione
deve continuamente ricercare nuove e migliori soluzioni ai problemi dei costruttori di
veicoli ed adeguarsi velocemente alle nuove richieste di mercato. Stima: 25.000 Euro.
Sono in atto collaborazioni con:
CEO Centro di Eccellenza Optronica – Firenze; Sirio Panel Spa Montevarchi (AR); OMGA
Spa – Carpi (MO)
Fondi
INOA 2004
Esterni 2004
Sirio Panel
Spa
Totale Esterni
Inventariabile Consumo
-
-
Inventariabile Consumo
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
2.800
2.800
Missioni
Totale
-
0
-
Totale
2.800
2.800
Borse/Assegni
-
-
247
248
Progetto P 5.4.2
Progettazione di sistemi ottici
Sezione: Firenze
L’utilizzo sempre più frequente dell’optoelettronica nei diversi settori applicativi del nostro
paese, induce una domanda sempre maggiore di competenze nel campo della progettazione
ottica e conseguentemente della lavorazione e del collaudo di superfici ottiche. Lo spettro
delle richieste e dei contesti dove queste nascono è variegato. Nell’ambiente della ricerca, ad
esempio, si richiedono dei sistemi ottici che, per le loro specifiche caratteristiche, sono unici.
In quel contesto nasce allora la richiesta di competenze di calcolo ottico altamente
qualificate ed allo stato dell’arte per produrre progetti innovativi. Nella piccola e media
industria optoelettronica è invece presente la necessità di acquisire nuove metodologie di
disegno ottico specificatamente dedicate alla progettazione dei sistemi ottici di interesse.
Nasce quindi, in questo ambito, la richiesta di competenze di calcolo ottico che sappiano
ben coniugare la novità del disegno con le esigenze di tempestività, controllo dei costi e
semplicità, caratteristiche del mondo industriale. Infine l’ambiente industriale, includendo
in questo anche la grande industria optoelettronica, costituita da poche aziende ad alto
valore tecnologico sparse sul territorio nazionale, necessita intorno a sé di un ambiente
culturale fertile, nel settore dell’ottica tecnica, dove poter attingere nuove risorse umane.
Dall’analisi del panorama nazionale si evidenzia quindi la necessità di un ambiente
scientifico che coltivando e mantenendo allo stato dell’arte le competenze relative alla
progettazione ottica, possa essere di supporto all’attività produttiva e di ricerca nel settore
optoelettronica.
Questa ricerca si propone di sviluppare nuove metodologie di progettazione ottica a
supporto delle attività produttive e di ricerca nel settore optoelettronico.
• Completamento del progetto di un endoscopio catadiottrico per il nuovo sistema
termografico del Joint European Torus (Culham, UK);
• Progettazione di sistemi di focalizzazione per fasci laser CO2;
• Progettazione di un obiettivo di focalizzazione per il North Bench dell’interferometro
VIRGO (European Gravitational Observatory);
• Partecipazione allo “Studio di un Payload Iperspettrale Avanzato” ASI, luglio 2003;
• Studio di metodologie di calcolo per la propagazione di fasci gaussiani generalmente
astigmatici attraverso un generico sistema ottico.
• Studio radiometrico dell’endoscopio catadiottrico progettato nel corso del 2003 per il
nuovo sistema termografico del Joint European Torus;
• Metodologia per la progettazione di un obiettivo di focalizzazione a due lenti per sistemi
di scansione laser CO2 post-objective;
• Metodologia per la progettazione di un obiettivo in riflessione di Pfund per sistemi di
scansione laser CO2 post-objective;
• Progettazione di un doppietto di focalizzazione per l’iniezione, nel North Bench, del
fascio laser Nd:YAG che emerge dal North End Mirror dell’interferometro VIRGO
(European Gravitational Observatory);
• Progettazione di un telescopio a tre specchi anastigmatico per il canale MIR-TIR della
249
Camera Iperspettrale Avanzata.
• Ricerca e studio della letteratura inerente ai fasci gaussiani generalmente astigmatici ed
alla loro propagazione attraverso un generico sistema ottico.
PERSONALE
Greco V.
Raugi (Bors.)
Mesi Uomo
12
2
Svolgimento del corso “Progettazione e collaudo ottico” (60 lezioni) per il Corso di Laurea
in Ottica, Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali dell’Università degli Studi di
Firenze, anno accademico 2003-2004.
Seminario “Metodologie e prospettive del calcolo ottico” (4 lezioni) nell’ambito del corso di
“Laboratorio di Astrofisica I”, Corso di laurea in Fisica, Università degli Studi di Firenze,
A.A. 2003-04.
• G. Maddaluno and V. Greco, “Optical design of a dual wave band wide-angle
catadioptric endoscope for the Joint European Torus”, Rev. Sci. Instrum., (submitted).
• L. Bertoncini, I. Cacciari, V. Greco, G. Maddaluno, “Calcolo ottico di un endoscopio
catadiottrico a doppia banda spettrale per il Joint European Torus,” Convegno
ELETTROOTTICA 2004, Pavia 15-17 giu 2004. Atti, pp. 187-190.
• V. Greco, A. Caruso, “Camera Iperspettrale Avanzata – Optical design of a three mirror
anastigmatic telescope for the MIR-TIR channel,” C.I.A. Preliminary Requirement Review,
A.S.I. Roma 4 nov 2004.
Note Interne INOA:
Tesi di Laurea, di Diploma e di Specializzazione:
• L. Bertoncini,“Progettazione di un obiettivo di focalizzazione per sistemi di scansione
laser post-objective”, Tesi di Specializzazione della Scuola di Specializzazione in Ottica
dell’Università degli Studi di Firenze, Relatore V. Greco, Aprile 2004.
n. 1 pubblicazione su riviste scientifiche
n. 2 comunicazione a conferenze
n. 1 tesi di specializzazione
n. 1 corso (60 lezioni)
n. 1 seminario (4 lezioni)
Silvia Carraresi, El. En S.p.A., “Elaborazione di calcoli ottici per lo sviluppo di obiettivi di
focalizzazione per sistemi laser “, Prot. INOA n. 340 del 16 febbraio 2004.
250
• European Gravitational Observatory – VIRGO Project (Dr. Paolo La Penna)
• Contributo allo “Studio di un Payload Iperspettrale Avanzato, Capitolato Tecnico e
Gestionale, ASI, PY-ELE-RDO-001, 23 July 2003”.
• Calcolo ottico di un obiettivo di focalizzazione per il North Bench dell’interferometro
VIRGO (European Gravitational Observatory).
Dipartimento di Astronomia e Scienza dello Spazio, Università di Firenze (Prof. A.Righini)
ENEA, Centro Ricerche Frascati – Divisione Fusione ( Dr. Giorgio Maddaluno).
Fondi
Inventariabile
Consumo
2.500
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
INOA 2004
2.000
Esterni 2004
Inventariabile
Commessa
-
10.000
-
-
Totale Esterni
-
10.000
-
-
Consumo
200
-
Missioni
Totale
2.100
6.800
Borse/Assegni
-
Totale
10.000
-
10.000
251
Progetto P 5.4.3
Supporto al progetto realizzazione e verifica della deposizione di film
Sezione: Firenze
I trattamenti superficiali rappresentano un requisito indispensabile per la componentistica
ottica di qualità, dato che il vetro e gli altri materiali a disposizione delle industrie non
sono sempre in grado di rispondere alle necessarie caratteristiche di trasmissibilità e
assorbimento. Un trattamento superficiale permette di selezionare la zona dello spettro
elettromagnetico che si vuole trasmettere, bloccando la parte che potrebbe essere dannosa.
Per questo motivo i trattamenti superficiali trovano posto in varie applicazioni industriali,
quali l’ottica oftalmica, i filtri da discoteche, l’illuminotecnica e la protezione delle opere
d’arte. A tale diffuso utilizzo non corrisponde in Italia un equivalente sviluppo produttivo,
poichè la ricerca sui film sottili implica costi che la singola azienda non è sempre in grado
di affrontare. L’innovazione e la ricerca in questo settore sono, quindi, molto richieste, così
come una collaborazione degli enti di ricerca con le industrie del settore ottico.
L’obiettivo generale è quello di favorire un miglioramento della qualità nella produzione
dei trattamenti, favorendo una collaborazione tra industrie e INOA. Troppo spesso infatti le
industrie del settore si limitano a riprodurre trattamenti che già hanno “a catalogo” senza
investire in innovazione e ricerca. Per questo motivo l’Italia (formata per lo più da piccole e
medie imprese in questo segmento) rischia di non essere al passo con i colossi europei e
mondiali. Questo obiettivo passa attraverso un aiuto alle aziende nella progettazione, nella
caratterizzazione e nel controllo di qualità.
Sono stati prodotti vari trattamenti da utilizzare in ambito museale. Tali prodotti sono stati
caratterizzati con misure spettrofotometriche e colorimetriche. L’attività svolta riguarda in
particolare anche l’utilizzo di programmi di simulazione delle proprietà ottiche di
dispositivi a film sottile, la progettazione di componenti ottici multistrato, la loro
realizzazione mediante sistemi di deposizione del tipo PVD (Phisical Vapour Deposition), e
la caratterizzazione mediante tecniche spettrofotometriche ed ellissometriche.
È giunta a conclusione la fase relativa ad un’analisi della relazione tra progettazione
architettonica e illuminazione: tale report sarà presentato nella relazione finale del progetto
prevista per la seconda metà del 2005
È stato progettato un trattamento in grado di eliminare tutta la radiazione ultravioletta e
infrarossa e che presenta uno spettro di trasmittanza piatto nel visibile. La realizzazione di
tale trattamento è stata implementata a livello industriale, affrontando la difficoltà
principale, quella legata alla deposizione di Ossido di Indio e Stagno (ITO)
PERSONALE
Mesi Uomo
Farini
4
Poli (Ass.)
4
Di Sarcina (Bors.)
12
252
• I.Di Sarcina, A.Farini, A.Piegari “Multilayer optical coatings for conservation glass:
colour rendering optimization” Rivista della stazione sperimentale del vetro 3, 5 (2004)
• S. Baccaro, A. Cecilia, I. Di Sarcina, A. Piegari Optical coating behavior under y
irradiation for space applications SPIE Proceeding (Vol. 5494, p. 529-535) Settembre,
2004.
• S. Baccaro, I. Di Sarcina, A. Piegari, A. Cecilia Effect of y irradiation on optical
components NSS/MIC/RTSD/SNPS Proceeding (Roma 2004) e sottomesso per la TNS
(Transaction on Nuclear Science).
• “6th Symposium Of European Vacuum Coaters” (Anzio-Roma) 27-29 Settembre, 2004 I.
Di Sarcina, A.Farini e A.Piegari “Color Rendering In Art Conservation Coated Glass”.
• “IEEE Nuclear Science Symposium MIC” (Roma) October 16-22, 2004. I. Di Sarcina et
al., “Effect of y irradiation on optical components”.
Note Interne INOA:
Il progetto permette la collaborazione con la Targetti Sankey, che è interessata alla
commercializzazione del trattamento come strumento ulteriore nell’illuminazione dei
musei. Permette inoltre di collaborare con la LAV, che è interessata alla produzione del
trattamento stesso.
E’ stato progettato un trattamento che utilizza materiali di utilizzo non frequente nelle
aziende italiane (in particolare l’ITO), ed è stato sviluppato il know how per la loro
deposizione
Nel periodo dal 25 al 30 novembre I.Di Sarcina ha partecipato ad un esperimento di
riflettività neutronica al reattore nucleare del laboratorio Léon Brillouin (CEA Saclay) in
Francia per lo studio delle caratteristiche superficiali di alcuni film sottili.
I materiali innovativi utilizzati in deposizione permettono di progettare soluzioni
tecnologiche non usuali, ottenendo risultati che altrimenti sarebbero possibili solo con
deposizioni di 100 strati, ad un prezzo ovviamente proibitivo.
L’analisi psicofisica della percezione cromatica quando si osserva un quadro attraverso un
vetro trattato è un’analisi che non si incontra in altre ricerche. Questo accade poiché
normalmente l’alta tecnologia nella produzione ottica e la capacità di condurre misure
psicofisiche sono competenze molto distanti; all’INOA è possibile seguire
253
contemporaneamente le due linee di ricerca.
Collaborazione con il gruppo Componenti Ottici dell’ENEA (Casaccia) per la progettazione
del trattamento.
Misure utili per la produzione del trattamento da realizzarsi presso la LAV e la Targetti
Sankey.
5.000 €. Lav. Collaborando con il progetto di ricerca dell’INOA la LAV ha acquisito le
conoscenze necessarie per depositare l’ITO, potendo in questo modo acquisire nuovi clienti
10.000 €. Targetti La collaborazione con l’INOA ha permesso alla Targetti di porsi in
maniera sempre più credibile come azienda attenta alla qualità della luce. Va ricordato
chele cifre ancora ridotte sono dovute al fatto che il trattamento non è ancora giunto alla
fase di produzione.
Stretta collaborazione con l’ENEA, che potrà essere allargata ad altri settori (si è avviata
un’ipotesi di collaborazione nel settore beni culturali.
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
-
Esterni 2004
Inventariabile
CRF
Totale Esterni
Consumo
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
-
-
-
Totale
-
0
-
27.446
457
-
12.395
Totale
40.298
-
27.446
457
-
12.395
40.298
Consumo
Missioni
Borse/Assegni
254
Preconsuntivo 2003 Obiettivo 6 - Metrologia e Certificazione
Progetto P 6.1
“Qualità ottica di Fasci Laser”
Sezione: Firenze
In gran parte delle applicazioni industriali, la funzionalità di una sorgente laser è
fortemente legata alle caratteristiche della distribuzione di campo e.m. che si viene a
formare nella zona spaziale dove il fascio luminoso viene messo a fuoco. Queste
caratteristiche determinano la "Qualità Ottica" del fascio stesso che risulta quindi una
specifica fondamentale al pari della potenza totale emessa. La definizione dei parametri di
qualità ottica richiede procedure di misura complesse, in parte standardizzate da
documenti ISO. Per lo studio delle problematiche aperte in questo campo e per la
definizione ed il miglioramento delle norme di misura esiste un progetto internazionale
(parzialmente finanziato EUREKA) che coinvolge molti gruppi di ricerca ed industriali a
livello mondiale. La capacità di misurare grandezze come divergenza e dimensione spaziale
di fasci laser è utile ai fini della determinazione di conformità a norme di sicurezza laser
come la CEI-EN 60825-1. L’individuazione di procedure più raffinate di misura si rende
infine necessaria tutte le volte che ci si trovi a dover caratterizzare sorgenti che producono
fasci non ben modellizzati dalla teoria dei fasci gaussiani. E questo il caso ad esempio di
tutti i laser con cavità ad accoppiamento diffrattivo.
Il nostro obiettivo principale è quello di stabilire procedure di misura della qualità ottica di
fasci laser di alta potenza, come quelli usati nelle applicazioni industriali, studiando
opportuni componenti ottici che permettano di campionare e trattare fasci di alta potenza.
Al tempo stesso si vuole acquisire strumentazione e competenze che possano essere fornite a
terzi (aziende operanti nel settore) sotto forma di attività di servizi di certificazione.
Abbiamo proseguito l’attività svolta negli anni passati nel contesto del Progetto Eureka Nr.
E!-2359 (CHOCLAB II). In quel progetto sviluppammo e caratterizzammo un campionatore
ottico in riflessione per fasci di alta potenza che permetta di eseguire misure su fasci
secondari di potenza ridotta senza indurre aberrazioni sul fascio oggetto della misura.
In questo anno abbiamo realizzato e caratterizzato uno specchio in rame deformabile per
mezzo di variazioni di pressione sul fluido di raffreddamento.
I due componenti rappresentano gli elementi chiave di una catena attiva (o adattiva) di
convogliamento di un fascio laser di alta potenza in applicazioni industriali come il taglio
laser su sistemi a corsa lunga.
E’ stata mantenuta la strumentazione (accresciuta grazie a i fondi 2003) di misura utile per
le attività di servizio verso terzi (come la fornitura di prove tecniche di conformità alle
norme di sicurezza per radiazione Laser). Le misure di qualità dei fasci laser vengono
infine eseguite nel contesto delle ricerche sulle sorgenti (progetto INOA P2.4 e progetti
correlati).
E’ stata inoltre avviata, in collaborazione con l’unità di Napoli, l’attività di sviluppo di
componenti per la combinazione di fasci laser di alta potenza basti su reticoli con passo
inferiore alla lunghezza d’onda.
Sia il campionatore sviluppato nell’ambito del progetto Eureka che lo specchio deformabile
hanno dato risultati positivi nei test di laboratorio tanto in termini di misure di parametri
di fascio quanto in termini di robustezza. La soglia di danneggiamento da radiazione laser
255
in continua (LIDT) misurata nei nostri test coincide con quella determinata dal trattamento
riflettente scelto per i due componenti ed è dunque uguale a quella dei semplici specchi di
rinvio usati nei sistemi laser di potenza per applicazioni industriali.
PERSONALE
Ciofini
Lapucci
Mesi Uomo
2
2
• M. Ciofini, A. Lapucci, “ Optical Components for adaptive high-power beam delivery in
industrial applications ”, Spie Proc. 5777, pp.,(2004).
• A.Lapucci, M. Ciofini, S. Lolli “ Specchi diffrattivi per il campionamento di laser di
potenza”, Odimi’04, Firenze, 1-2 aprile 2004.
• M. Ciofini, A. Lapucci, “ Optical Components for adaptive high-power beam delivery in
industrial applications ”, XV GCL/HPL Conference, Prague (Czech Republic) 30 August
– 3 September 2004.
Note Interne INOA:
Antonio Lapucci è Foreign Collaborator per il Progetto ISTC #2868 "Development of
synergetic welding based on combination of coherent and polychrome energy radiation for
motor-car and aerospace industries".
Il progetto Eureka E!-2359 si è concluso nell’anno 2003. Tuutavia esiste un largo interesse
in campo internazionale per attività nello stesso campo (anche da proseguire in contesto
Eureka). Le prospettive più importanti in questo senso riguardano la caratterizzazione
ottica delle sorgenti a semiconduttore di alta potenza. Queste sorgenti sono composte da
schiere (laser array) di elementi indipendenti di piccola apertura. Per questo sono
caratterizzate da grandi divergenze e distribuzioni non gaussiane e richiedono procedure di
misura diverse da quelle che si adottano per laser convenzionali.
256
L’attività di misura per conformità alla norma CEI-EN 60825-1 è un servizio per il tessuto
industriale nazionale. Siamo in grado di effettuare anche altre misure su fasci laser secondo
le procedure ISO.
La collaborazione in questo tipo di progetto con piccole realtà italiane come la ditta LAV
Coatings, ci ha permesso di evitare la costosa fornitura di lavorazioni speciali dall’estero ed
ha consentito ai nostri partners di arricchire il loro portafoglio prodotti. Nel caso specifico
ad esempio abbiamo contribuito alla messa a punto di coating per radiazione laser nell’
I.R.
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Consumo
Inventariabile
Totale Esterni
B8 bis) Ricavi da esterni:
Ente, Ditta, Contratto
TOTALE RICAVI
Consumo
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
-
-
Importo
-
0
-
Totale
0
-
-
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
Importo
€ 0,00
257
Preconsuntivo 2004 Obiettivo 6 – Metrologia e certificazioni
Progetto P 6.2
Laboratorio di interferometria (Centro SIT n. 130)
Sezione: Firenze
La produzione e la commercializzazione dei componenti ottici costituiscono settori
significativi dell’economia nazionale. In particolare, la grande industria ha concentrato
competenze specifiche in poche Aziende ad alto valore tecnologico, mentre la piccola
industria è presente sul mercato con una produzione che punta sulla qualità per competere
con l’importazione di massa da paesi terzi.
Nel panorama nazionale si riconosce la necessità di mantenere al piú alto livello le
competenze conoscitive e produttive nel campo dell’ottica fine, e di disporre di un
riferimento scientifico di valenza internazionale su cui fare affidamento per il supporto
delle attività produttive e delle ricerche di settore.
La moderna caratterizzazione dei componenti e dei sistemi ottici fa riferimento a
competenze di interferometria; il settore chiave dell’attività di caratterizzazione è costituito
dalla metrologia legale. Il Sistema Nazionale di Taratura (SNT), istituito con Legge 11
agosto 1991 n. 273, svolge il compito di assicurare la riferibilità ai campioni nazionali dei
risultati delle misurazioni. Il SNT opera mediante Istituti Primari e Centri del Sistema di
Taratura in Italia (SIT), accreditati in base alle norme UNI-CEI EN. I certificati emessi dai
Centri SIT sono riconosciuti in tutti i paesi aderenti alla “European Cooperation for
Accreditation” (EA).
La domanda di taratura è in fase di crescita, sia come quantità sia come tipologia, a causa
della necessità della produzione e dei servizi di adeguarsi alla normativa vigente
sull’assicurazione della qualità.
La ricerca si propone di fornire un contributo alle conoscenze sulla caratterizzazione dei
componenti ottici, a supporto delle attività produttive e della ricerca di settore. Si tratta di
studiare quelle grandezze (regolarità della forma, grado di finitura superficiale, proprietà
funzionali) che forniscono valore aggiunto al componente e lo caratterizzano in termini di
qualità. Il Centro si propone di offrire un servizio di taratura di riconosciuta valenza alla
domanda esterna. Si intendono valorizzare le competenze acquisite negli anni nel settore
dell’ottica di base (ottica geometrica, ottica fisica), in un ambiente di laboratorio
configurato secondo la normativa vigente e dotato di strumentazione allo stato dell’arte.
L’INOA ha una lunga tradizione nel settore dei collaudi ottici; in questo ambito si coltivano
competenze e si sviluppano temi specifici in base alla domanda esterna e agli interessi
prevalenti della ricerca di settore.
Le aree di lavoro seguite nel corso dell’anno riguardano in particolare:
• Misura del parallelismo
• Misura della rugosità
• Caratterizzazione di componenti e sistemi ottici di interesse storico e museale
Inoltre dal 15/12/00 il laboratorio di interferometria INOA è attivo come Centro SIT,
accreditato per la taratura di planarità dei dischi ottici.
Si eseguono tarature per conto di terzi, e si mantiene l’operatività del Centro secondo le
prescrizioni dell’accordo di accreditamento.
Nel contempo si partecipa a confronti interlaboratorio su grandezze di competenza, e si
sviluppano metodi e procedure per estendere le capacità di certificazione del Centro.
258
• Mantenimento dell’accreditamento del Centro SIT a norma UNI CEI EN ISO/IEC
17025.
• Conformità alla visita ispettiva di parte, Prot. INOA n. 1229, 08/06/2004.
• Emissione di certificati SIT.
• Esecuzione di prove interferometriche e di tarature INOA su commesse esterne.
• Salvataggio ed archiviazione di misure relative a ottiche del ‘600 (lenti di Galileo).
Inoltre il laboratorio è stato parte attiva nel conseguimento da parte INOA della
certificazione UNI EN ISO 9001:2000.
PERSONALE
Mesi Uomo
Molesini
12
Vannoni
12
Svolgimento di un modulo di lezioni di ottica promosso dal Teatro del Maggio Musicale
Fiorentino - Fondazione, POR obiettivo 3 FSE 2002.
• M. Vannoni, G. Molesini and A. Righini, "Interferometric test of optical systems: effect of
probe beam collimation errors'', Opt. Eng. (accepted).
• G. Molesini, "Early optics in Italy: the roots and the cultural heritage", International
Conference on Optical Diagnostics and Monitoring, Napoli 21-26 Mar 2004. (Invited).
• G. Molesini, "Testing the lenses of Campani, lens-maker for Cassini", International
Conference "Titan, from discovery to encounter", ESA-ESTEC, Noordwijk NL 13-17
Apr 2004. (Invited; proceedings, to appear).
• F. Quercioli, A. Girelli, B. Tiribilli, M. Vassalli, G. Molesini, M. Vannoni, C. Ascoli, P.
Baschieri, M. Sartore, "Microscopie a scansione per la diagnostica di dispositivi", 4°
workshop su ottiche diffrattive, microottica e microsistemi "ODIMI '04", Firenze 1-2/4/04.
• M. Vannoni, G. Molesini e A. Righini, "Misura del grado di collimazione dei fasci ottici
per interferometria", Elettroottica 2004, Pavia 14-16 giugno 2004. Atti, pp. 290-293.
• P. K. Buah-Bassuah, B. Tiribilli, M. Vassalli e G. Molesini, "Focometro portatile passivo a
effetto moiré", Elettroottica 2004, Pavia 14-16 giugno 2004. Atti, pp. 294-297.
• F. Quercioli, A. Girelli, B. Tiribilli, M. Vassalli, G. Molesini, M. Vannoni, "Microscopie
ottiche a scansione", Elettroottica 2004, Pavia 14-16 giugno 2004. Atti, pp. 141-148.
• M. Vannoni, "Misura interferometrica della macroforma superficiale e strutturale",
Giornate di studio ``Metrologia per le Nanotecnologie'', Torino 12-13 maggio 2004.
• G. Molesini, "Microscopia ottica interferometrica per la caratterizzazione delle superfici'',
Giornate di studio ``Metrologia per le Nanotecnologie'', Torino 12-13 maggio 2004.
• M. Vannoni e G. Molesini, "Esperimenti di interferometria 'speckle' con tecniche di
fotografia digitale'', XC Congr. Nazion. SIF, Brescia 20-25 settembre 2004. Atti, p. 50.
Note Interne INOA:
• G. Molesini e M. Vannoni, "Aberrazioni del terz'ordine su foglio elettronico'', Nota
Tecnica Interna INOA-TN-04/12 (nov 2004).
259
• Caratterizzazione di materiale retroriflettente: campioni vernici. Prot. INOA n. 673,
19/03/04.
• Misure di raggio di curvatura: sfere Nidek Technologies PRD106 PRD107 PRD108.
Relazione tecnica n. 01/04. Prot. INOA n. 562, 15/03/04.
• Misura delle caratteristiche di un reticolo micrometrico (ID 85004). Relazione tecnica n.
02/04. Prot. INOA n. 1867, 17/09/04.
• Misura delle caratteristiche di un reticolo micrometrico (ID FARO). Relazione tecnica n.
03/04. Prot. INOA n. 1868, 17/09/04.
• Misura delle caratteristiche di un reticolo micrometrico (ID 172 scala circolare).
• Misura delle caratteristiche di un reticolo micrometrico (ID 172 scala per durometri).
Tesi di Diploma della Scuola di Specializzazione in Ottica:
• M. Vannoni, "Caratterizzazione interferometrica di planarità e parallelismo'', discussa il
22/04/2004. (Relatore G. Molesini).
n. 1 pubblicazione su riviste scientifiche
n. 9 comunicazioni a conferenze
n. 1 nota internaINOA
n. 6 rapporti tecnici INOA
n. 1 tesi
n. 7 referee report di articoli per riviste scientifiche internazionali
n. 1 partecipazione a Comitato Tecnico di conferenza (Elettroottica 2004)
Il Centro svolge un servizio di taratura e certificazione conto terzi per la misura della
planarità dei dischi ottici. Nel corso del 2004 ha inoltre eseguito misure di vario tipo per la
committenza esterna, e misure di utilità interna INOA.
Il laboratorio è accreditato come Centro SIT (Gazzetta Ufficiale n. 104, 06/05/02, pp. 51-63:
Decreto 10/04/02).
Espressione di interesse per la partecipazione ad un confronto interlaboratorio (round
robin) sulla misura della planarità, diametro 150 mm (coord. Dr. Ingolf Weingaertner).
I certificati emessi dal Centro sono riconosciuti in tutti i Paesi aderenti alla EA
(European Cooperation for Accreditation).
Le attività tipicamente svolte dal Centro non costituiscono ricerca di per se stesse, ma sono
di supporto ai processi produttivi definendo e mantenendo il campione primario di
planarità e rendendolo disponibile nella catena metrologica della riferibilità.
260
• Certificati emessi nel 2004: n. 3
• Rapporti di prova emessi nel 2004: n. 5
• Rapporti tecnici 2004: n. 10
• Dipartimento di Astronomia e Scienza dello Spazio, Univ. Firenze (collimation tester).
• Istituto e Museo di Storia della Scienza, Firenze (archivio dati di interesse storico).
• IODA (Industria Ottica dell’Alpago) foglio elettronico per le aberrazioni del terz’ordine.
Si stima che la certificazione SIT e le tarature INOA inducano un flusso di risorse secondo
un fattore 10 rispetto al costo. Pertanto la stima è di Euro 77.860.
Il Centro collabora con gli altri Enti nei termini espressi dal Manuale della Qualità.
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Consumo
Inventariabile
Totale Esterni
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
6.700
Consumo
-
-
-
6.700
-
Totale
0
-
-
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
Nuovo Pignone
Marconi Systems Commun.
TOTALE RICAVI
Importo
€ 3.200,00
450
€ 7.786,00
Alta Space (9 fatture)
Altri (10 fatture)
Importo
€ 2.016,00
2120
261
Preconsuntivo 2004 Obiettivo 6 – Metrologia e certificazioni
Progetto P 6.3
Laboratorio di Fotometria e Illuminotecnica
Sezione: Firenze
Il crescente interesse a livello nazionale ed europeo su i problemi legati alla qualità di
prodotto e di processo impone anche nel settore dell’ottica la presenza di strutture di
ricerca e di laboratori qualificati.
Considerato che a livello nazionale i laboratori pubblici possono svolgere un ruolo
importante nel garantire l’imparzialità delle prove e che il nuovo regolamento dell’INOA
affida all’ente oltre ai compiti istituzionali anche quello della qualificazione e
certificazione, diventa importante sostenere un laboratorio che possa non solo certificare la
qualità o la rispondenza alle norme di componenti e sistemi ottici, ma offrire anche attività
di ricerca e di consulenza in un settore dove la domanda di realizzazioni ed applicazioni è
in continua crescita.
Il Laboratorio di Fotometria e Illuminotecnica è una struttura di ricerca, sviluppo e servizi
nata in seno all’Istituto Nazionale di Ottica Applicata grazie alla particolare attenzione che
l’I.N.O.A. ha sempre manifestato nei riguardi di questa branca della fisica.
I ricercatori ed i tecnologi addetti al laboratorio (fisici ed ingegneri), stanno operando per
far diventare il Laboratorio un ente di certificazione la cui attività e già stato peraltro
accreditata ISO9001.
In questa prospettiva, la sempre crescente apertura nel fornire servizi e consulenza a
privati, ha portato il Laboratorio a poter eseguire un set di misure ormai standardizzate e
protocollate:
• Misure spettrali su materiali: (Trasmissione e riflessione con incidenza normale e
variabile fra 190nm e 3300nm)
• Misure spettrali su sorgenti: (Densità di potenza relativa ed assoluta fra 200nm e
1100nm)
• Misure di colore: (Coordinate cromatiche. Sistemi Cie31, CIElab, CIElux, T di colore (K))
• Misure su sorgenti luminose pulsate (Intensità e durata dell’impulso)
• Misure di ripartizione angolare dell’intensità luminosa (su sorgenti estese fino a
60x60cm, LED, Fibre ottiche, piccole sorgenti.
• Taratura Luxmetri (da 1 a 2000 Lux).
L’attività del 2004 riguarda due settori distinti:
A) Ricerca e consulenza per conto di strutture private e altri enti
B) Misure e controlli
Settore A)
• Progetto di un riflettore integrato in una sorgente Led per conto della ditta Ciclolinea.
• Studio di un dispositivo per fotometria aeroportuale per conto di Argos.
• Studio di alcuni dipositivi di controllo in una linea di produzione per conto di SACMI
• Collaborazione scientifica con la ditta Seac per lo sviluppo di strumentazione bioclinica
• Consulenze ottiche per il settore legale
• Progettazione e modifiche della parte ottica di un microscopio per conto di alcuni
gruppi di ricerca dell’Università di Firenze.
262
Settore B)
• Taratura di Luxmetri per conto di Tecnoengineering (Firenze), Intesa spa (Siena)
• Controllo delle caratteristiche di lampade UV per le ditte: Carrier(Milano), Optec
(Milano), M.P international (Tiene , VI), Askoll Due (Dueville, VI)
• misure fotometriche su lampade IR: Videotec (Schio, VI), Cetace (Prato)
• misure di colore: IMQ
• misure di effento fantasma su lampade semaforiche per conto di IMQ (Milano)
• Controllo delle caratteristiche di filtri per conto di: Galileo Vacuum System (Firenze),
Assemblad, Technosistem
PERSONALE
Mesi Uomo
Francini
3
Jafrancesco
9,5
Mercatelli
12
Sansoni
3
Bertoncini (Bors.)
1
Di Marco (Bors.)
4
• Incontri di lavoro a Roma e Imola e Milano per mettere a punto i progetti con la ditta
Sacmi con Argos con IDI e con IMQ.
• A Firenze sono stati svolti incontri di lavoro con Seac.
• F. Fusi, L. Mercatelli, G. Marconi, G. Cuttone, G. Romano “Optical characterization of a
radiochromic film by total reflectance and trasmittance measurements” Medical Physics,
vol. 31, issue 7, July 2004, pp 2147-2154
• L. Mercatelli, A. Farini, L. Bertoncini, S. Di Marco. “accuratezza nelle misurazioni con il
luxmetro” Luce e Design , n°5, Settembre 2004 pp 72-77
• F. Francini, D. Jafrancesco, L. mercatelli, D. Fontani “Misure, test e consulenza
all’INOA di firenze (I). L’Ottico (rivista ufficiale dell’associazione Italiana Ottici” n.317,
Settembre 2004-11-12
• F. Francini, D. Jafrancesco, L. mercatelli, D. Fontani “Misure, test e consulenza
all’INOA di firenze (I). L’Ottico (rivista ufficiale dell’associazione Italiana Ottici” n.319,
Novembre 2004 (in corso di pubblicazione)
Note Interne INOA:
• L. Bertoncini, S. Di Marco, F. Francini, L. Mercatelli - Rapporto n. 01/2004 "Misure
fotogoniofotometriche su una sorgente a LED” per L'alternativa di Casellato Andreina Prot. n. 69 del 15/01/04.
• L. Bertoncini, S. Di Marco, F. Francini, L. Mercatelli - Rapporto n. 02/04 “Misura dello
spettro di trasmissione alla radiazione solare (UV)” per Newton snc - Prot n. 91 del
16/01/04.
• L. Bertoncini, S. Di Marco, F. Francini, L. Mercatelli - Rapporto n. 03/04 “Misura dello
263
spettro di trasmissione alla radiazione solare (visibile ed infrarossa)” per Newton snc Prot. N. 227 del 02/02/04.
• L. Bertoncini, S. Di Marco, F. Francini, L. Mercatelli - Rapporto n. 04/2004 “Misure di
trasmissione su filtri” per Assemblad srl - Prot n. 262 del 09/02/2004.
• L. Bertoncini, S. Di Marco, F. Francini, L. Mercatelli - Rapporto n. 05/2004 “Misure
colorimetriche su sorgenti luminose per uso navale” per Imq spa - Prot n. 462 del
01/03/2004.
• L. Bertoncini, S. Di Marco, F. Francini, L. Mercatelli - Rapporto n. 6/2004
“Caratterizzazione dell'emissione di un illuminatore IR” per Videotec srl - Prot n. 337
del 16/02/2004.
• S. Di Marco, F. Francini, D. Jafrancesco, L. Mercatelli - Rapporto 3F-RT04007
“Rapporto di taratura Luxmetro VE107 Lx (Vemer)” per Intesa spa - Prot n.1111 del
14/05/2004.
• L. Bertoncini, S. Di Marco, F. Francini, L. Mercatelli - Rapporto n. 08/2004 “Misure
colorimetriche su sorgenti campioni plastici” per Imq spa - Prot n. 965 del 28/04/2004.
• S. Di Marco, F. Francini, D. Jafrancesco, L. Mercatelli - Rapporto 3F-RT04009 “Misure
di irraggiamento UV dato da modulo IAQ” per Carrier S.p.A. - Prot n.1028 del
05/05/2004.
• F. Francini, D. Jafrancesco, L. Mercatelli - Rapporto 3F-RT04010 “Misure di
irraggiamento UV dato da modulo per la sterilizzazione dell'aria” per Strhold spa - Prot
n.1239 del 09/06/04
• S. Di Marco, F. Francini, D. Jafrancesco, L. Mercatelli - Rapporto 3F-RT04011 “Misure
di irraggiamento UV dato da modulo per la sterilizzazione dell'aria” per MP
international srl - Prot. n. 1112 del 14/05/04.
• F. Francini, D. Jafrancesco, L. Mercatelli - Rapporto 3F-RT04012, allegato 3F-RT04012,
CD-ROM 3F-RT04012 “Misure di riflessione su specchi” per Galileo avionica
• F. Francini, D. Jafrancesco, L. Mercatelli - Rapporto 3F-RT04013 “Misure di
trasmissione spettrale su filtri neutri” per Tecno sistem - Prot n. 1552 del 16/07/2004.
• F. Francini, D. Jafrancesco, L. Mercatelli - Rapporto 3F-RT04014 (in duplice originale)
“Prove ottiche sulla montatura di occhiali Persol 2625-S” in relazione al Proc. Pen.
2143/2002, Mod. 21/BIS - Procura della Repubblica di Ferrara - Prot n. 1553 del
16/07/2004.
• F. Francini, D. Jafrancesco, L. Mercatelli - Rapporto 3F-RT04015 “Scansioni
goniofotometriche su lampade aeroportuali - Rapporto 1” per Argos ingegneria spa - Prot
n. 1616 del 30/07/2004.
• F. Francini, D. Jafrancesco, L. Mercatelli - Rapporto 3F-RT04016 e 3F-RT04017 “Misure
di irraggiamento UV dato da modulo per la sterilizzazione dell'aria” per MP
international srl - Prot n. 1577 del 20/07/2004.
• F. Francini, D. Jafrancesco, L. Mercatelli - Rapporto 3F-RT04018 “Misure di irradianza
tra 350 e 530 nm” per Optec srl - Prot n. 1593 del 23/07/2004.
• D. Fontani, F. Francini, P. Sansoni “Progetto della parte ottica di un fluorimetro
comprese le sezioni di illuminazione e di rivelazione del segnale di fluorescenza”.
Rapporto Tecnico INOA-TN-04/4 (Febbraio 2004).
• Sono in corso collaborazioni per lo sviluppo di strumentazione e nuovi dispositivi con la
ditta SACMI di Imola (Bo), con ARGOS di Roma e con SEAC di Firenze.
• E’ stato siglato un accordo di cooperazione con il laboratorio CETACE di Firenze
264
Tecnologia.
• E’ in fase di completamento un nuovo laboratorio di fotometria ed illuminotecnica
presso la sede INOA di Arcetri.
• Durante l’anno 2004 è stata rilasciata da DNV la certificazione ISO-9001
• Sono state messe a punto procedure di misura e di gestione del laboratorio.
• Procedure di misura:
o Misure tramite filtri dell’irradianza UV di lampade germicide ai vapori di
mercurio
o Taratura di luxmetri
o Misure di trasmittanza e riflettanza spettrali eseguite con spettrofotometro
o Misure di trasmittanza e riflettanza spettrali eseguite con spettroradiometro
o Misure di intensita radiante o luminosa e di irradanza o illuminanza eseguite
con goniofotometro
o Misure di illuminanza.
• Procedure di gestione del laboratorio
o Codifica e gestione della documentazione
o Lavori per terzi
o Attività di ricerca
o Attività didattica
o Gestione della strumentazione
o Registro dei lavori in conto terzi
o Validità dei certificati di calibrazione
Le ricerche in collaborazione con gli enti citati nei punti precedenti sono finalizzate
all’innovazione di prodotto e di processo.
Sono in corso collaborazioni per lo sviluppo di strumentazione e nuovi dispositivi con la
ditta SACMI di Imola (Bo) con ARGOS e con IDI di Roma
Richieste di collaborazioni retribuite dalle ditte di cui al punto precedente
• Le collaborazioni con SACMI e con ARGOS, finalizzate a processi innovativi, prevedono
commesse per 35.500 euro.
• Preso atto che un documento della confindustria (La ricerca e l’innovazione in Italia,
Ottobre 2003) valuta il 15% il rendimento da investimenti in ricerca. Considerando
inoltre un rendimento del 3% derivante da attività aziendali. Il flusso di risorse totale è
stimato in 1.360.000 Euro
265
• Per le attività di misure e controlli si stima invece un flusso totale di risorse di 195.050
Euro
E’ stato siglato un accordo di cooperazione con il laboratorio CETACE di Firenze
Tecnologia
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Consumo
Inventariabile
SACMI
ARGOS
Totale Esterni
-
30.000
Consumo
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
-
20.000
15.000
35.000
-
30.000
-
Totale
20.000
15.000
35.000
-
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
L’alternativa
Assemblad
IMQ
Intesa
Carrier
Cetace
Videotec
Askoll
Università di Firenze
TOTALE RICAVI
Importo
€ 450
€ 450
€ 4.460
€ 300
€ 250
€ 1.940
€ 400
€ 660
€ 3.135
€ 19.145
Newton
Sthrhold
MP International
Galileo Avionica
Elke Otto
Optec
Tecno sistem
Uptiles
Importo
€ 320
€ 250
€ 750
€ 1.900
€ 1.500
€ 500
€ 280
€ 1.600
266
Preconsuntivo 2004
Progetto F. 1
Obiettivo F - Formazione e comunicazione scientifica
Documentazione scientifica
La biblioteca e l'Ufficio Documentazione (che raccoglie copia della produzione scientifica
dell'INOA) sono organizzati per fornire un servizio di supporto documentario per la
ricerca, per la didattica e per l’attività amministrativa dell’ente. La biblioteca è dotata dei
necessari strumenti h/w e s/w per svolgere in maniera automatizzata tutti i suoi servizi. Ha
a disposizione due postazioni di lavoro, un lettore ottico e uno scanner. Nella sala di lettura
è stato allestito un punto di consultazione dell'OPAC.
2) Attività svolta
La raccolta documentaria è stata arricchita secondo i desiderata dei dipendenti INOA e in
linea con la politica di sviluppo della collezione della biblioteca che questo ente si è data.
In particolare, gli acquisti si sono concentrati sulle monografie più rilevanti nelle aree
disciplinari di maggiore interesse per l’istituto e sulle normative. La raccolta monografica
delle due sedi distaccate è stata ulteriormente ampliata e gestita attraverso il software
applicativo in uso. L'attività descrittiva del pregresso continua, secondo le regole nazionali
ed internazionali di catalogazione e di indicizzazione e nell'OPAC sono descritte tutte le
monografie ingressate dal 2000 (1257 registrazioni). In collaborazione con la Dott.ssa
Poggiali, titolare di un assegno di ricerca, è stato allestito un archivio del materiale grigio,
organizzato secondo una collocazione che segue criteri cronologici e tipologici. E' stata
avviata la costruzione di una pagina Web dedicata ai servizi della biblioteca, dove per il
momento è fruibile oltre all'OPAC, lo scambio dei doppioni delle riviste.
A partire dal 15 ottobre 2004 i servizi della biblioteca saranno gestiti anche dalla Dott.ssa
Poggiali, assunta a tempo indeterminato in qualità di collaboratore amministrativo.
PERSONALE
Mesi Uomo
Cetica
2
Poggiali (ammin.)
2,5
Zanaboni (ammin.)
12
Poggiali (Ass.)
7
4) Risorse finanziarie utilizzate
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
115.952
Esterni 2004
Inventariabile
Totale Esterni
Consumo
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
32.392
-
-
Totale
9.908
158.252
Borse/Assegni
-
-
-
-
-
Totale
0
-
-
-
-
-
-
Consumo
Missioni
267
Preconsuntivo 2004
Obiettivo F – Formazione e comunicazione scientifica
Progetto F 2
Formazione e informazione scientifica.
della cultura e dell’aggiornamento professionale nel campo dell’ottica e delle sue
applicazioni. A questa sua attività nella prima metà del secolo scorso, va il merito della
nascita e successivamente dello sviluppo di un’industria ottica nazionale. Nei primi anni ’80
è iniziata la collaborazione con l’Università di Firenze per la gestione, mediante una
opportuna convenzione, di una scuola post lauream, la Scuola di Specializzazione in Ottica
il cui corpo docenti è circa per metà formato da personale scientifico dell’INOA.
Alla fine degli anni ’80, mediante una opportuna convenzione con la Facoltà di Scienze
dell’Università di Firenze, è stato organizzato un Diploma Universitario in Ottica Tecnica,
unico in Italia. Questo è stato sostituito da una laurea di primo livello in Ottica della classe
25: Fisica e Tecnologie Fisiche.
2) Attività svolta
Le principali attività svolte sono le seguenti: collaborazione con l’Università di Firenze per
la gestione della Scuola di Specializzazione in Ottica; collaborazione con il Corso di Laurea
in Ottica per la gestione della didattica; collaborazione con la Facoltà di Scienze per la
progettazione di una laurea in Optometria e di una nuova classe universitaria in Ottica
Tecnica e Biomedica; in collaborazione con la Lighting Academy “La Sfacciata” sono stati
progettati e realizzatialcuni corsi di aggiornamento nel campo dell’illuminotecnica; in
collaborazione con il Consorzio CEO e l’Azienda ospedaliera di Careggi (Firenze) è stato
organizzato e tenuto il corso ECM “La sicurezza nell’impiego di sorgenti coerenti (laser) e
incoerenti (lampade UV, visibile, IR); in collaborazione con l’Università di Firenze e la
Regione Toscana è stata preparata la proposta per l’istituzione di una figura professionale
di “Ottico di Laboratorio” come profilo professionalizzante della Laurea in Ottica; in
collaborazione con il CEO e con la Scuola Superiore di Tecnologie Industriali” è stata
preparata la proposta di un corso professionale in Optoelettronica; per l’aggiornamento del
personale dell’Ente è stato organizzato un corso sull’uso del pacchetto TracePro per la
verifica e progettazione di sistemi ottici non sequenziali.
PERSONALE
Mesi Uomo
Cetica
2
Farini
0,5
Jafrancesco
0,5
Poli (Ass.)
4
4) Risorse finanziarie impegnate
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
-
-
-
0
-
Totale
0
-
-
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
268
Preconsuntivo 2004
Obiettivo F - Formazione e comunicazione scientifica
Progetto F. 3
Diffusione della cultura scientifica
della cultura nel campo dell’ottica e delle sue applicazioni.
2) Attività svolta
Abbiamo partecipato alla manifestazione “festival della scienza” che si è tenuta a Genova
dal 28 Ottobre al 4 Novembre.
E’ iniziata l’organizzazione della collana di glossari in argomenti di ottica in
collaborazione con la SIOF (Società Italiana di Ottica e Fotonica). I primi glossari, che
saranno realizzati nel 2005, riguarderanno: la colorimetria, la fotonica, l’illuminotecnica.
PERSONALE
Mesi Uomo
Cetica
2
Farini
0,5
Quercioli
1
Tiribilli
1
Poli (Ass.)
4
4) Risorse finanziarie utilizzate
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
-
-
-
0
-
Totale
0
-
-
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
269
Preconsuntivo 2004 S – Servizi tecnologici
Servizio S 2
Tecnologie ottiche.
L’Officina Ottica esegue lavorazioni legate ai vari progetti di ricerca dell’Istituto stesso.
Mediante opportune convenzioni esegue anche lavorazioni per altri Enti. La sua utilità
nasce dalla necessità di eseguire lavorazioni prototipali che necessitano modifiche nel corso
dell’esperimento o lavorazioni e produzioni particolari di oggetti non reperibili sul mercato.
L’evoluzione continua delle tecniche di lavorazione e dei materiali impone un
potenziamento dell’officina in tutti i suoi aspetti. E’ necessario intraprendere un lavoro di
riorganizzazione e potenziamento dell’officina nella filosofia di una attività inserita in un
Istituto di ricerca che non segue la logica del profit, ma una logica legata alle necessità
contingenti del ricercatore. L’immediatezza della verifica e la possibilità di effettuare
modifiche in tempo reale sono gli aspetti essenziali del supporto che l’officina deve dare
alla ricerca.
2) Attività svolta
Sono state eseguite lavorazioni ottiche relative alle ricerche dell’Istituto. Sono state anche
eseguite lavorazioni ottiche per altri Enti quali: l’Università di Cape Coast (Ghana),
l’Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Istituto di Spettroscopia Non Lineare di Nizza, il
Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non Lineare (LENS), il Dipartimento di Fisica
dell’Università di Firenze, Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa. la ditta SACMI,
l’Istituto Nazionale di Astrofisica, l’Istituto di neurofisiologia del CNR di Pisa.
PERSONALE
Mesi Uomo
Bianchi (tecn.)
12
Pucci (tecn.)
12
Salza (tecn.)
2
Tenani (tecn.)
12
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
Borse/Assegni
a progetto
Missioni
Consumo
-
-
-
0
-
Totale
0
-
-
Missioni
Totale
Borse/Assegni
-
-
270
Preconsuntivo 2004 S – Servizi tecnologici
Servizio S 3
Tecnologie elettroniche.
Il personale del laboratorio di elettronica collabora a tutte le ricerche dell'ente, provvedendo
alla progettazione ed alla realizzazione di circuiti elettronici.
La progettazione viene eseguita con tecniche automatiche per mezzo di un software
specifico (OrCad). A livello prototipale i circuiti stampati sono realizzati direttamente
tramite la fresatura di lastre di vetronite per mezzo di una particolare macchina utensile a
controllo numerico in grado di leggere i "files" preparati dai programmi di sbroglio dei
circuiti stampati.
Il laboratorio di elettronica provvede anche al mantenimento del sito internet dell'ente che
è stato suddiviso in due sezioni. La prima visibile all'esterno, contiene tutte le informazioni
relative all'attività dell'ente. La seconda invece, dedicata a comunicazioni interne è
accessibile solo dai dipendenti.
2) Attività svolta
Nel corso di questo anno è iniziata la ristrutturazione dei locali attualmente occupati dal
laboratorio di elettronica. Sono previste tre postazioni dedicate alla progettazione ed al
collaudo più uno spazio comune dedicato al magazzino ed alle macchine per la produzione
di circuiti stampati.
L'attività svolta nel 2004 è stata dedicata prevalentemente al supporto tecnico per il gruppo
beni culturali e per quello di applicazioni ambientali e aerospaziali.
Il personale del laboratorio inoltre, ha collaborato alla riorganizzazione dell’inventario
dell’ente, provvedendo alla revisione dei beni inventariati, allo scarico di quelli obsoleti ed
alla nuova classificazione delle varie categorie di assegnazione.
PERSONALE
Euzzor (tecn.)
Mascalchi (tecn.)
Poggi (tecn.)
Mesi Uomo
12
12
12
Fondi
Inventariabile
INOA 2004
Esterni 2004
Totale Esterni
Consumo
Inventariabile
-
Personale
a progetto
Missioni
Consumo
-
Personale
a progetto
Missioni
-
Borse /
Assegni
-
Totale
-
Borse /
Assegni
-
0
Totale
-
0
-
271
Preconsuntivo 2004
Referenze Bibliografiche Pubblicate
Prog
Rif
Titolo Pubblicazione
P
1.1
1
A.Farini e A.Reggiani, Percezione ed illusione: non crederete ai vostri occhi, Luce e Design pp.78-84
(Febbraio 2004).
A.Farini, Leonardo e l’ottica, L’oroptero Luglio 2004
L. Mercatelli, A. Farini, L. Bertoncini e S. Di Marco, Accuratezze nelle misurazioni con il luxmetro,
Luce e Design pp.72-77 (Settembre 2004).
2
3
P
2.1
1
2
3
P
2.2
1
2
3
P
2.3
P
2.4
1
1
2
3
P
2.5
1
2
3
4
5
6
7
8
P 2.6
1
F. Quercioli, A. Ghirelli, B. Tiribilli, M. Vassalli, Ultracompact autocorrelator for multiphoton
microscopy, Microsc. Res. Tech., Vol. 63, pag.27-33 (2004).
F. Quercioli, B. Tiribilli, M. Vassalli and A. Ghirelli; Laser spectral characterization in multiphoton
microscopy, Appl. Opt., Vol.43, pag. 3055-3060 (2004).
F. Quercioli, B. Tiribilli, M. Vassalli, Wavefront-division lateral shearing autocorrelator for ultrafast
laser microscopy, Optics Express, Vol. 12, pag. 4303-4312 (2004
S.De Nicola, P.Ferraro, G. Coppola, A.Finizio, G.Pierattini, S.Grilli, Talbot self-image effect in digital
holography and its application to spectrometry, Optics Letters 29, 1-3 (2004).
S. De Nicola, P. Ferraro, A. Finizio, S. Grilli, G. Coppola, M. Iodice, P. De Natale, M. Chiarini,
Surface topography of microstructures in lithium niobate by digital holographic microscopy,
Measurement Science and Technology 15, pp. 961-968 (2004).
S. Grilli, P. Ferraro, M. Paturzo, D. Alfieri, P. De Natale, M. de Angelis, S. De Nicola, A. Finizio, G.
Pierattini, In-situ visualization, monitoring and analysis of electric field domain reversal process in
ferroelectric crystals by digital holography, Optics Express 12, 1832 (2004).
P. De Natale, S. Borri, P. Cancio, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Prevedelli, C. De Mauro, and M.
Inguscio, Extending the optical comb synthesizer to the infrared: from He at 1.083 µm to CO2 at 4.2
µm, Laser Spectroscopy: Proceedings of the 16th International Conference on Laser Spectroscopy, pp.
63-67, (ICOLS XVI)", P. Hannaford, A. Sidorov, H. Bachor, and K. Baldwin eds., (World Scientific,
Singapore, 2004).
M.Ciofini, A. Lapucci, Compact scalable diode pumped Nd:YAG ceramic slab laser, Appl. Optics 43
(33), November, 2004.
A. Lapucci Innovative discharge geometries for diffusion cooled gas lasers, Spie Proc. 5448, pp. 404411, (2004).
A.Lapucci, M.Ciofini, Compact High-Power ceramic slab laser, Spie Proc. 5777, (2004).
S. Boccaletti, E. Allaria, R. Meucci, Experimental control of coherence of a chaotic oscillator,
Phys.Rev.E. 69, 066211 (2004).
L. Billings, I.B. Schwartz, D.S. Morgan, E.M.Bollt, R. Meucci and E. Allaria, Stochastic bifurcation in
a driven laser system: Experiment and theory, Phys.Rev.E 70, 026220 (2004).
I.P. Marino, E. Allaria, M.A.F. Sanjuan, R. Meucci, F.T. Arecchi, Coupling scheme for complete
synchronization of periodically forced chaotic CO2 lasers, Phys.Rev.E 70, 036208 (2004).
I. Tokuda, J. Kurths, E. Allaria, R. Meucci, S. Boccaletti and F.T. Arecchi, Predicting Phase
Synchronization in a spiking chaotic CO2 Laser, Phys. Rev. E 70, 035204 (2004)
R. Meucci, D. Cinotti, E. Allaria, I. Triandaf, L. Billings, I.B. Schwartz and D. Morgan, Controlled
and sustained chaos in a driven laser, Physica D 189, 70-80 (2004).
S. Brugioni and R. Meucci, Self-focusing effects in a nematic liquid crystal at 10.6 microns, Eur. Phys.
J. D 28 p. 277 (2004).
S. Brugioni and R. Meucci, Liquid crystal twisted nematic light modulator for the infrared region, J.
Opt. A: Pure Appl. Opt. 6 6-9 (2004).
S. Brugioni and R. Meucci, Mid-infrared interferometric measurement of liquid crystal anisotropy,
Opt. Comm. 230, Issues 1-3, p. 19-22 (2004).
M. de Angelis, S. De Nicola, A. Finizio, G. Pierattini , P. Ferraro, S. Grilli, M. Paturzo, Evaluation of
internal field in lithium niobate ferroelectric domains by an interferometric method, Appl. Phys. Lett.
85, 2785 (2004).
272
2
3
4
5
6
7
P
3.1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
P 3.2
P 4.1
1
1
2
3
4
M. Paturzo, D. Alfieri, S. Grilli, P. Ferraro, P. De Natale, M. de Angelis, S. De Nicola, A. Finizio, G.
Pierattini Investigation of electric internal field in congruent LiNbO3 by electro-optic effect, Appl.
Phys. Lett. 85 (2004).
P.Ferraro, S. De Nicola, A. Finizio, G. Pierattini, G. Coppola, Recovering image resolution in
reconstructing digital off-axis holograms by Fresnel-transform method, Appl. Phys. Lett. 85, 2709
(2004).
S. De Nicola, P. Ferraro, G. Coppola, A. Finizio, D. Alfieri and G. Pierattini, Controlling image size
as a function of distance and wavelength in Fresnel-transform reconstruction of digital holograms,
Opt. Letters, 29 (8), pp. 854-856 (2004).
S. De Nicola, P. Ferraro, G. Coppola, D. Alfieri, A. Finizio, G. Pierattini, Controlling image
parameters in the reconstruction process of digital holograms, IEEE Journal of Selected Topics in
Quantum Electronics, in Press (2004).
G. Coppola, P. Ferraro, M. Iodice, S. De Nicola, A. Finizio, S. Grilli, A digital holographic microscope
for complete characterization of microelectromechanical systems, Measurement Science and
Technology, 15 pp. 529-539 (2004).
G. Coppola, A. Finizio, S. De Nicola, G. Pierattini, P. Ferraro, C. Magro, G. Spoto, Digital
holography microscope as tool for MEMS characterization and design, Journal of Microlitography,
Microfabrication and Microsystems, in Press. (2004).
C. Corsi and M. Bellini, Robustness of phase coherence against amplification in a multipass
femtosecond laser, Applied Physics B, 78, 31-34 (2004).
C. Corsi, A. Tortora and M. Bellini, Generation of a variable linear array of phase-coherent
supercontinuum sources, Applied Physics B, 78, 299-304 (2004).
S. Viciani, A. Zavatta and M. Bellini, Nonlocal modulations on the temporal and spectral profiles of
an entangled photon pair, Physical Review A, 69, 053801 (2004).
A.Zavatta, S. Viciani and M. Bellini, Recurrent fourth-order interference dips and peaks with a comblike two-photon entangled state, Physical Review A, 70, 023806 (2004).
A. Tortora, C. Corsi and M. Bellini, Comb-like supercontinuum generation in bulk media, Applied
Physics Letters, 85, 1113-1115 (2004).
A. Zavatta, S. Viciani and M. Bellini, Quantum-to-classical transition with single-photon-added
coherent states of light, Science, 306, 660-662 (2004).
A. Zavatta, S. Viciani and M. Bellini, Tomographic reconstruction of the single-photon Fock state by
high-frequency homodyne detection, Physical Review A, 70, 053821 (2004).
M. Bellini, S. Cavalieri, C. Corsi, R. Eramo and M. Materazzi, High resolution spectroscopy in the
XUV with pairs of mutually coherent and time-delayed laser harmonics, Laser and Particle Beams, 22,
199-202 (2004).
M. Bellini, Supercontinuum and high-order harmonics: "extreme" coherent sources for atomic
spectroscopy and attophysics, in Femtosecond laser spectroscopy, P. Hannaford Ed., Springer
Verlang, Heidelberg-Berlin-New York, pp. 25-49 (2004).
M. Bellini, Spectroscopy: harmonic generation frequency conversion, in Encyclopedia of Condensed
Matter Physics, F. Bassani, J. Liedl and P. Wyder Eds., Elsevier Ltd., in press (2005).
M. Bellini, S. Cavalieri, C. Corsi, R. Eramo and M. Materazzi, Mutually coherent high-order
harmonic pulses for XUV Ramsey spectroscopy, Laser Physics, in press (2005).
P. Cancio, G. Giusfredi, P. De Natale, G. Hagel, C. De Mauro, and M. Inguscio, Absolute frequency
measurements of the 23S1 - 23P0,1,2 atomic helium transitions around 1083 nm", Physical Review
Letters 92, 023001 (2004).
L. Pastur, L. Gostiaux, U. Bortolozzo, S. Boccaletti and P.L. Ramazza, Experimental targeting and
control of spatiotemporal chaos in nonlinear optics Phys. Rev. Lett. 93, 063902 (2004).
L. Pastur, U. Bortolozzo and P.L. Ramazza, Transition to space-time chaos in an optical loop with
translational transport, Phys. Rev. E 69, 016210 (2004).
P.L. Ramazza, U. Bortolozzo and L. Pastur, Phase singularities in triangular dissipative solitons,
Journal of Optics A 6, S266 (2004).
U. Bortolozzo, P.L. Ramazza and S. Boccaletti, Dissipative solitons driving and bound state control
via parameter gradients, accepted for publication in Chaos (2004).
273
P 4.2
1
2
3
4
5
6
7
8
P 4.3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
P 4.4
1
2
3
P 4.5
1
2
J. Danckaert, M. Peeters, J. Albert, B. Nagler, G. Verschaffelt, G. Giacomelli, F. Marin, H. Unold, R.
Michalzik, C. Mirasso and M. San Miguel, Stochastic polarization switching dynamics in VerticalCavity Surface-Emitting Lasers: theory and experiment, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum
Electron., vol. 10, n. 5, oct 2004.
K. Panajotov, M. Sciamanna, A. Tabaka, P. Megret, M. Blondel, G. Giacomelli, F. Marin, H.
Thienpont, and I. Veretennicoff, Residence time distribution and coherence resonance of optical
feedback induced polarization mode hopping in vertical-cavity surface-emitting lasers, Phys. Rev. A
69, 011801(R) (2004).
B. Nagler, G. Verschaffelt, M. Peeters, J. Albert, I. Veretennicoff, and J. Danckaert, G. Giacomelli,
and F. Marin Modulation frequency response of a bistable system with noise, Phys. Rev. E 70,
046214 (2004).
V. Chizhevsky and G. Giacomelli, Improvement of signal-to-noise ratio in a bistable optical system:
comparison between vibrational and stochastic resonance, accepted for publication in Phys. Rev. A
(2004).
V. Chizhevsky and G. Giacomelli, Experimental and theoretical study of the noise-induced gain
degradation in vibrational resonance, accepted for publication in Phys. Rev. E (2004).
M.C. Soriano, M. Yousefi, M. Romanelli, G. Giacomelli, and F. Marin Single-mode low frequency
fluctuations in vertical cavity surface emitting lasers with polarization-filtered feedback Proc. SPIE
Int. Soc. Opt. Eng. 5452, 422 (2004).
G. Verschaffelt, M. Peeters, J. Cordova, B. Nagler, J. Albert, H. Thienpont, I. Veretennicoff, J.
Danckaert, G. Giacomelli, and F. Marin Time scales of polarization switching in different types of
VCSELs Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 5452, 433 (2004).
S. Barbay, S. Lepri, G. Giacomelli, Study of stochastic synchronization in vertical-cavity lasers Proc.
SPIE Vol. 5471, p. 233-243, Noise in Complex Systems and Stochastic Dynamics II; Zoltan Gingl Ed.
(2004).
R. Lopez-Ruiz and S. Boccaletti, Symmetry Induced Heteroclinic Cycles in a CO2 Laser, Int. J. of
Bifurcation and Chaos 14, 1121 (2004).
I. Leyva, E. Allaria, S. Boccaletti and F.T. Arecchi, In phase and anti-phase synchronization of
coupled homoclinic chaotic oscillators, Chaos 14, 118 (2004).
L. Pastur, S. Boccaletti and P.L. Ramazza, Detecting local synchronization features in coupled
chaotic systems, Phys. Rev. E 69, 036201 (2004).
M.S. Baptista, S. Boccaletti, K. Josic and I. Leyva, Irrational phase synchronization, Phys. Rev. E 69,
056228 (2004).
I. Bove, S. Boccaletti, J. Kurths, J. Bragard and H. Mancini, Frequency entrainment of non
autonomous chaotic oscillators, Phys. Rev. E 69, 016208 (2004).
C. Mendoza, S. Boccaletti and A. Politi, Convective instabilities of synchronization manifolds in
spatially extended systems, Phys. Rev. E 69, 047202 (2004).
F. S. Vannucchi and S. Boccaletti, Chaotic spreading of epidemics in complex networks of excitable
units, Mathematical Bioscience and Engineering 1, 49 (2004).
J. Bragard, S. Boccaletti, C. Mendoza, H.G.E. Hentschel and H. Mancini, Synchronization of
spatially extended chaotic systems in the presence of asymmetric coupling, Phys. Rev. E 70, 036219
(2004).
J. Javaloyes, M. Perrin, G.L. Lippi, and A. Politi, Recoil-induced lasing, Phys. Rev. A 70, 023405
(2004).
S. Lepri, R. Livi, A. Politi, Studies of thermal conduction in FPU-like lattices, invited article for the
CHAOS Focus Issue on the FPU problem, in stampa.
P. Cipriani, A. Politi, An open-system approach for the characterization of spatio-temporal chaos, J.
Stat. Phys. 114 (1-2): 205-228 (2004).
Meacci G, Politi A, Zei M., Fracture precursors in disordered systems, Europhys. Lett. 66 (1): 55-61
(2004)..
M.Antoni, S. Ruffo e A. Torcini, First-order microcanonical transitions in finite mean-field models,
Europhys. Lett., 66 645 (2004)
M. Baer, E. Schoell, H. Engel e A. Torcini, editori del volume ’Trends in pattern formation stability,
control, and fluctuations’’, Physica D volume 199 (2004)
274
P
5.1.1
1
2
3
4
P
5.1.2
1
2
P
5.1.3
1
2
P
5.2.2
1
2
3
4
5
P
5.2.
3
P
5.2.
4
1
1
2
3
R. Fontana, M.C. Gambino, M. Greco, E. Pampaloni, L. Pezzati, Microprofilometria conoscopica a
scansione: applicazione al rilievo tridimensionale di dipinti su tavola, in Masolino, Storie di San
Giuliano, da Firenze a Montauban, a cura di M. Ciatti, C. Frosinini, F. Viguier, in corso di stampa,
Editore: Edifir, Firenze (2004).
R. Fontana, M. C. Gambino, M. Greco, N. Ludwig et all., Thermographic analysis, in Exploring
David, Diagnostic test and state of Conservation, pag. 148, editore: Giunti Editore S.p.a. FirenzeMilano (2004).
R. Fontana, M. C. Gambino, M. Greco, L. Marras et all., Measuring the surface roughness, in
Exploring David, Diagnostic test and state of Conservation, pag. 141, editore: Giunti Editore S.p.a.
Firenze- Milano (2004).
R. Fontana, M. C. Gambino, M. Greco, M. Materazzi, E. Pampaloni, L. Pezzati, Indagini
diagnostiche ottiche: riflettografia infrarossa e microrilievo della superficie, in Filippino Lippi e Pietro
Perugino - La deposizione della Santissima Annunziata, Il luogo del David Restauri 4, pag. 85, editore:
Sillabe s.r.l., Livorno (2004).
R. Fontana, M. C. Gambino, C. Mazzotta, M. Greco, E. Pampaloni, L. Pezzati, High-resolution 3D
survey of artworks, in Proceedings of SPIE, (in press) Vol. 5457. Optical Metrology in Production
Engineering, 2004.
R. Fontana, M. C. Gambino, G. Gianfrate, M. Greco, E. Pampaloni, L. Pezzati, A 3D scanning device
for architectural survey based on Time-Of-Flight technology, in Proceedings of SPIE, (in press) Vol.
5457. Optical Metrology in Production Engineering.
P. Carcagnì, A. Della Patria, R. Fontana, M. Greco, M. Mastroianni, M. Materazzi, E. Pampaloni, L.
Pezzati, Multispectral imagingof paintings by optical scanning, in stampa su Optics and Lasers in
Engineering (2004).
R. Fontana, M. C. Gambino, M. Greco, L. Marras, M. Materazzi, E. Pampaloni, L. Pezzati, P. Poggi,
Diagnostica ottica di dipinti antichi: la riflettografia infrarossa, L’Ottico (Rivista Ufficiale Associazione
Italiana Ottici) n. 314 (2004).
L. Stefanutti; A. R. MacKenzie; V. Santacesaria; A. Adriani; Stefano Balestri; S. Borrmann; V.
Khattatov; P. Mazzinghi; V. Mitev; V. Rudakov; C. Schiller; G. Toci; C. M. Volk; V. Yushkov; H.
Flentje; C. Kiemle; G. Redaelli; K. S. Carslaw; K. Noone; Th. Peter: The APE-THESEO Tropical
Campaign: An Overview”, Journal of Atmospheric Chemistry, 48, P. 1-33 (2004).
P. W. Werle, P. Mazzinghi, F. D’Amato, M. De Rosa, K. Maurer and F. Slemr: Signal processing and
calibration procedures for in situ diode-laser absorption spectroscopy, Spectr. Acta A 60, pp. 16851705 (2004).
P. Werle, Diode-Laser Sensors for in-situ Gas Analysis, in: P. Hering, P. Lay, S. Stry (eds) Lasers in
Environmental and Life Sciences - Modern Analytical Methods, Springer Verlag, Heidelberg pp.223243 (2004).
M. Pantani, F. Castagnoli, F. D’Amato, M. De Rosa, P. Mazzinghi, P.W. Werle: Two infrared laser
spectrometers for the in situ measurement of stratospheric gas concentration, Infrared Physics &
Technology 46 p. 109–113 (2004).
E. Oliva, L. Origlia, R. Maiolino, S. Gennari, V. Biliotti, E. Rossetti, C. Baffa, F. Leone, P.
Montegriffo, M. Lolli, F. D'Amato, P. Bruno, S. Scuderi, F. Ghinassi, M. Gonzalez, M. Lodi, G.
Falcini, E. Giani, G. Marcucci, and M. Sozzi: GIANO: an ultrastable IR echelle spectrometer
optimized for high-precision radial velocity measurements and for high-throughput low-resolution
spectroscopy", Proceedings SPIE Vol. 5492, pp. 1274-1279 (2004).
D. Fontani, F. Francini, P. Sansoni Optical characterisation of solar collectors in press on Optics and
Laser in Engineering (2005).
P. De Natale, G. De Natale, G. Gagliardi, L. Gianfrani, A. Rocco, Novel laser-based techniques for
monitoring of volcanoes, Annals of Geophysics, in stampa.
A. Rocco, G. De Natale, P. De Natale, G. Gagliardi, L. Gianfrani, A diode laser based spectrometer
for in-situ measurements of volcanic gases, Appl. Phys. B 78, 235 (2004).
P. Maddaloni, G. Gagliardi, P. Malara and P. De Natale, A 3.5-mW continuous-wave differencefrequency source around 3 µm for sub-Doppler molecular spectroscopy, Appl. Phys. B, in stampa.
275
4
P
5.3.
1
1
2
3
P
5.4.
3
P
6.1
P
6.2
P
6.3
1
2
P. Maddaloni, G. Coppola, P. De Natale, S. De Nicola, P. Ferraro, M. Gioffrè, M. Iodice, Thickness
measurement of thin transparent plates with a broad-band wavelength scanning interferometer, Phot.
Tech. Lett. 16, 1349 (2004).
A. Ugolini, C. Castellini, B. Tiribilli. The orientation of the sandhopper Talitrus saltator during a
partial solar eclipse, Journal of Comparative Physiology A: Sensory, Neural and Behavioral Physiology,
Volume 190, Number 10, pp. 855-859, (2004).
Formigli L, Meacci E, Vassalli M, Nosi D, Quercioli F, Tiribilli B, Tani A, Squecco R, Francini F,
Bruni P, Zecchi Orlandini S., Sphingosine 1-phosphate induces cell contraction via calciumindependent/Rho-dependent pathways in undifferentiated skeletal muscle cells, J. Cell. Physiol., Vol.
198, pag. 1-11 (2004).
B. Tiribilli, D. Bani, F. Quercioli, A. Ghirelli, M. Vassalli, Atomic force microscopy of histological
sections using a chemical etching method", Ultramicroscopy, in stampa (available online 4 Nov 2004).
I.Di Sarcina, A.Farini, A.Piegari Multilayer optical coatings for conservation glass: colour rendering
optimization, Rivista della stazione sperimentale del vetro 3, 5 (2004).
S. Baccaro, A. Cecilia, I. Di Sarcina, A. Piegari Optical coating behavior under y irradiation for space
applications SPIE Proceeding (Vol. 5494, p. 529-535) Settembre, 2004.
1
M. Ciofini, A. Lapucci, Optical Components for adaptive high-power beam delivery in industrial
applications, Spie Proc. 5777, pp.,(2004).
1
M. Vannoni, G. Molesini and A. Righini, Interferometric test of optical systems: effect of probe beam
collimation errors, Opt. Eng. (accepted).
1
2
3
4
F. Fusi, L. Mercatelli, G. Marconi, G. Cuttone, G. Romano, Optical characterization of a
radiochromic film by total reflectance and trasmittance measurements, Medical Physics, vol. 31, issue
7, pp 2147-2154, July 2004.
L. Mercatelli, A. Farini, L. Bertoncini, S. Di Marco., Accuratezza nelle misurazioni con il luxmetro,
Luce e Design , n°5, pp 72-77, Settembre 2004.
F. Francini, D. Jafrancesco, L. Mercatelli, D. Fontani, Misure, test e consulenza all’INOA di firenze
(I). L’Ottico (rivista ufficiale dell’associazione Italiana Ottici), n.317, Settembre 2004.
F. Francini, D. Jafrancesco, L. Mercatelli, D. Fontani, Misure, test e consulenza all’INOA di firenze
(I). L’Ottico (rivista ufficiale dell’associazione Italiana Ottici), n.319, Novembre 2004..
276
Allegato 3
Attività applicative svolte dall’INOA per i diversi bacini di utenza
PROCESSI INDUSTRIALI E TELECOMUNICAZIONI
Laboratorio di Fotometria ed illuminotecnica
E’ stato costituito un laboratorio di Fotometria ed Illuminotecnica che in prospettiva
diventerà uno dei laboratori di metrologia e certificazione dell’Istituto. L’attività del 2003
è stata dedicata alla realizzazione e messa a punto di attrezzature e procedure di misura
come descritto in seguito:
P2.2-2 Realizzazione e messa punto di un fotogoniometro che è stato usato per misure
fotometriche e colorimetriche di lampade a LED per semafori ferroviari (LES
elettronica, La Spezia).
P2.2-3 Misure fotometriche e spettroradiometriche su lampade a fessura per uso
oftalmico (CSO, Firenze).
P2.2-4 Realizzazione e messa punto di un banco per la taratura di luxmetri
(TecnoEngineering, Firenze e Intesa SpA, Siena).
P2.2-5 Misure colorimetriche e di intensità luminosa su monitor a LCD (DMD
Medicale, Villarbassa- Torino).
P2.2-6 Misure di emissione spettrale nella regione UV di lampade germicide (IMQ,
Milano).
P2.2-7 Messa a punto di una procedura per la verifica della conformità di materiali
retroriflettenti impiegati in caschi da motociclisti (AGV, Ivrea).
P2.2-8 Calibrazione di filtri per la taratura di un opacimetro (Assenblad, Firenze)
P2.2-9 Progettazione e realizzazione di un sistema per il rilevamento della funzione di
distribuzione bidirezionale di scattering (BSDF) su campioni di varia natura. Il
sistema usa sorgenti luminose a diversa lunghezza d’onda e consente la variazione
continua sia dell’angolo di incidenza sia di quello di scattering (Sirio Panel,
Montevarchi).
Sistemi aerospaziali
L'esperienza dell'Istituto nella progettazione, realizzazione e collaudo di sistemi ottici ed
optoelettronici risulta di particolare utilità per le aziende che operano nel campo della
strumentazione aerospaziale, dove questi sistemi vengono utilizzati sia a livello di
strumentazione (osservazione della terra, astronomia ecc.) che per il funzionamento stesso
del veicolo spaziale (alimentazione, comunicazioni). Oltre alla storica collaborazione che
l'Istituto ha avuto ed ha tuttora con la principale azienda nazionale che si occupa di
applicazioni spaziali dell'ottica (Officine Galileo, oggi Galileo Avionica), si sono
recentemente attivate collaborazioni con Alenia Spazio (progetti EUSO e FSL) e Media
Lario (progetto LAME). A titolo di esempio l'Istituto ha progettato e realizzato mediante i
propri Servizi Tecnologici il telescopio istallato sul satellite commerciale MegSat-1,
lanciato con successo il 26/10/2000 da Baikonur, per effettuare misure di fondo di
radiazione nell'ultravioletto (esperimento Aurora).
Realizzazione di microscopi a scansione di sonda.
L'attività consiste nello sviluppo di microscopi a scansione di sonda (SPM) ed è condotta
in stretta collaborazione con l'Istituto di Biofisica del CNR (Pisa), la ditta ElbaTech srl,
Marciana (LI) ed il Dipartimento di Sistemi e Informatica dell'Università di Firenze.
277
Sono in corso:
• La realizzazione di una testa SPM a grande intervallo di scansione e suo
interfacciamento con un sistema di controllo analogico sviluppato dalla ditta
ElbaTech.
• La realizzazione di un sistema di controllo basato su computer con sistema operativo
real-time e sviluppo di algoritmi di feedback ottimizzati in funzione delle diverse
condizioni e parametri di misura.
Tecniche per lo studio delle aberrazioni di sistemi ottici
In anni recenti si è registrato un rinnovato interesse per lo studio di aberrazioni
introdotte da sistemi e componenti ottici: “Wavefront Sensing”. Ciò è stato determinato
dalla necessità di valutare gli effetti introdotti dalle aberrazioni in molti campi di
applicazione alla base dei quali i “processi ottici” hanno un ruolo fondamentale. Per
esempio, lo studio delle aberrazioni è di fondamentale importanza in microelettronica
per lo sviluppo di tecniche litografiche, oppure in astronomia la valutazione delle
distorsioni di fronte d’onda sono alla base delle tecnologie dei sistemi ad “ottiche
adattative”. Sono state condotte ricerche per lo sviluppo di nuove tecniche utilizzabili per
lo studio delle aberrazioni dei sistemi ottici.
Misure di microrugosità su superfici di componenti ottici
Con il microscopio a forza atomica sono state effettuate misure di topografia su campioni
di materiali con finitura ottica. La microrugosità su scala dei nanometri determina la
luce diffusa dal componente che tende a deteriorare la qualità dell'immagine. L'effetto
diventa determinante quando si richiedono prestazioni particolarmente esigenti come in
astronomia, nelle applicazioni spaziali etc. La Galileo Avionica ha interesse ad
approfondire l'indagine sui materiali ottici ed i processi di lavorazione, in particolare
sulle ottiche asferiche realizzate in carburo di silicio.
Misure di microscopia confocale in fluorescenza su dispositivi ottici integrati
L'impiego della microscopia confocale in fluorescenza è ristretto quasi esclusivamente
all'ambito biologico per lo studio di campioni marcati con fluorocromi. Noi abbiamo
impiegato un LSCM per la caratterizzazione di dispositivi ottici integrati ed in particolare
di guide d'onda planari realizzate con tecniche di irradiazione ion-beam (Na, H, He) in
cristalli di LiF.
Il bombardamento ionico produce centri di colore nel cristallo, che aumentando
localmente l'indice di rifrazione realizzano la struttura guidante. Se eccitati con
radiazione laser a 488 nm, questi centri di colore (F2 e F3+) emettono un'intensa
fluorescenza nell'intervallo di lunghezze d'onda 500-700 nm. L'impiego del LSCM
permette così di ottenere immagini 3D in fluorescenza della guida e di caratterizzare
quindi l'uniformità e distribuzione di questi centri di colore
Progetto e realizzazione di uno scanner IR
Il dispositivo per l’acquisizione di immagini nell’infrarosso, sviluppato presso l’INOA e
attualmente prodotto dalla Falcon Instruments, è stato implementato mediante
l’aggiunta di una “testa colore” per la ripresa nel visibile. Lo strumento consente così
l’acquisizione simultanea di un’immagine IR e una visibile metricamente esatte e
perfettamente sovrapponibili.
278
Array di laser
Sono stati realizzati e studiati array di laser a gas di diversa geometria con i relativi
sistemi ottici per migliorare il fascio. La realizzazione di sistemi in cui queste sorgenti
possano essere utilizzate in parallelo producendo un fascio di qualità equivalente a
quella di un laser singolo, è un traguardo che può portare conseguenze applicative
inimmaginabili. Per fare l’esempio più eclatante, un singolo diodo laser può oggi fornire
una potenza dell’ordine di 50 W, enorme date le piccole dimensioni delle sorgenti, ma
troppo piccola per qualsiasi applicazione industriale. Un array di laser simili potrebbe
fornire fasci utilizzabili per applicazioni di vario tipo generati da oggetti di dimensioni
contenute.
Sorgenti laser a cavità verticale
E’ stato studiato in dettaglio come i laser a cavità verticale (VCSEL) possano migliorare le
loro proprietà di trasmissione di segnali mediante l’aggiunta, sulla corrente di
alimentazione, di una quantità opportuna di rumore. Questo fenomeno è stato applicato
per la prima volta in questo Istituto per ottimizzare la trasmissione di segnali ottici. In
particolare è stato dimostrato come questo sistema possa essere impiegato per la
trasmissione di segnali digitali (tipici delle telecomunicazioni in fibra ottica). Questa
ricerca è stata oggetto di un brevetto nell’anno 2000.
Realizzazioni di film sottili per applicazioni industriali
E' stato avviato un progetto di collaborazione tra INOA e le principali realtà produttive
nel campo dei trattamenti ottici. Tale collaborazione, che vede l'INOA come capofila,
permette alle aziende di poter usufruire della raffinata strumentazione dell'Istituto per la
determinazione dei parametri costruttivi dei film, ma è anche l’occasione per avviare
progetti tecnologicamente avanzati. In tali progetti le competenze INOA sono
indispensabili e permettono la proposta di soluzioni industriali innovative e non la
semplice ripetizione di progetti già acquisiti, consentendo lo sviluppo delle aziende
toscane in tale comparto.
Metrologia e certificazione
L’assicurazione di qualità, che investe tutto il mondo produttivo, richiede oggi il
riconoscimento della conformità con indirizzi, metodi e procedure di validità provata e
accettata dal sistema di mercato. In questo ambito è in crescente aumento la domanda di
misura e taratura di strumenti e campioni, da utilizzare nella catena del trasferimento
delle unità di misura agli elementi di qualità dei prodotti. Puntualmente, i dispositivi
dell’Unione Europea prevedono meccanismi di accreditamento per le aziende e, a monte,
una rete di laboratori che, attraverso una consolidata attività di metrologia, provvedano
al mantenimento dei campioni primari ed all’emissione dei certificati di taratura.
Fino dalla sua istituzione l’INOA è stato un punto di riferimento nazionale, ed un
termine di confronto internazionale, per la metrologia delle grandezze ottiche. Nel
quadro normativo che si è creato intorno all’assicurazione di qualità l’INOA ha aderito al
Sistema Nazionale di Taratura, istituito con legge 11 agosto 1991 n. 273, e si è dotato di
un laboratorio di metrologia, proponendosi come Centro SIT (Servizio di Taratura in
Italia) per certificazioni nel settore dell’interferometria. L’accreditamento è stato
conseguito il 15/12/2000, e confermato il 11/12/2003.
D’altra parte le competenze INOA coprono un ampio ventaglio di settori applicativi, per
cui si ritiene qualificante per l’attività istituzionale, e utile per l’economia del paese, un
279
progressivo maggior coinvolgimento nel campo dell’assicurazione di qualità, ampliando e
diversificando le linee di intervento.
Sviluppo di componenti e microdispositivi con cristalli ionici nonlineari
Dal 2001 l’unità “Dispositivi Fotonici Innovativi” operante a Pozzuoli (NA), in stretta
collaborazione con il gruppo della sede di Firenze afferente ai progetti di ottica non
lineare, sta mettendo a punto nuove tecniche optoelettroniche per la realizzazione di
componenti nonlineari, principalmente in cristalli di niobato di litio, mediante la
creazione di strutture 1-D, 2-D e 3-D per inversione dei domini ferroelettrici su scala
micrometrica. In tale ambito l’INOA coordina un Progetto FIRB-negoziale di durata
triennale (2003-2005), su scala nazionale, che è stato finanziato dal MIUR per un
importo complessivo di 4092 KEuro. A questo progetto partecipa la OTI-Corning Italia,
azienda leader in campo mondiale per le telecomunicazioni in fibra ottica. E’ prevista la
realizzazione, oltre che di dispositivi innovativi per telecomunicazioni, anche di
componenti ottici nonlineari che verranno incorporati in sistemi per il miscelamento di
frequenze e che consentiranno l’effettuazione di esperimenti di frontiera nel campo
dell’Ottica Quantistica.
BIOMEDICINA
Misure di microtopografia SPM su materiali biotecnologici
Sono state effettuate misure di microscopia ottica e AFM su impianti di titanio per uso
odontoiatrico trattati con laser Nd:YAG a vari livelli di potenza media e diverse frequenze
di ripetizione. Scopo della ricerca è evidenziare la presenza di microfratture o effetti di
microfusione superficiali e stabilire la soglia di danneggiamento dell'impianto stesso.
Laboratorio di Biofotonica
Le microscopie ottiche più innovative quali la microscopia confocale con eccitazione a
singolo e più fotoni e le microscopie a scansione di sonda (SPM) sono fra le tecniche di
diagnostica e manipolazione più diffuse nel settore delle bio- e nano-tecnologie.
Il Laboratorio di Biofotonica affronta lo studio della dinamica di microsistemi biologici
(cellulari e biomolecolari) di alta rilevanza applicativa nel campo delle biotecnologie.
L'attività è condotta in sinergia fra vari gruppi di ricerca con punti di vista e competenze
diverse (strumentali, biologiche, biochimiche, fisiologiche, fisiche e matematiche). La
parte sperimentale è affrontata con l'ausilio di tecniche integrate di microscopia ottica
avanzata quali: epifluorescenza, DIC, confocale con eccitazione a singolo ed a due fotoni,
FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) , FLIM (Fluorescent Lifetime Imaging
Microscopy), FCS (Fluorescence Correlation Spectroscopy); e tecniche di nanoscopia e
nanomanipolazione con SPM.
Studio della percezione termica mediante radiazione laser.
La radiazione laser a CO2 viene assorbita entro uno spessore di poche decine di micron di
epidermide. Lo studio della penetrazione termica permette la valutazione della gravità di
alcune patologie del sistema nervoso periferico che interessano lo strato cutaneo come la
fibromialgia e la sclerodermia. La ricerca, che e’ condotta in collaborazione con il
Dipartimento di Fisiopatologia Clinica e la Divisione di Reumatologia dell’Università di
Firenze, conta di sviluppare questa tecnica impiegando altri tipi di laser la cui radiazione
280
sia facilmente assorbita dalla cute. Questa indagine ha implicazioni di carattere
fondamentale per la determinazione dei processi di integrazione e trasduzione dei
ricettori termici cutanei.
Digitalizzazione di calchi di arcate dentali
Mediante il dispositivo a scansione laser sviluppato dal Gruppo Beni Culturali è stato
effettuato il rilievo di alcuni calchi di arcate dentali con lo scopo di creare archivi digitali
inalterabili nel tempo. E’ in corso un’analisi di calchi effettuati su pazienti in età prescolare mediante scansione a riga laser e micro-profilometria volta allo studio
dell’abrasione della superficie dentale.
Monitoraggio dell’evoluzione termica durante operazioni di chirurgia oftalmica
E’ stato messo a punto un dispositivo per il rilievo termografico, e sono state svolte
numerose campagne di misure volte al monitoraggio dell’evoluzione temporale della
temperatura dell’occhio durante operazioni di cataratta.
BENI CULTURALI
Sviluppo di un sensore per il controllo dell'illuminazione (colore e frazione UV della luce) in
ambienti museali.
E’ stato sviluppato un sensore capace di monitorare a lungo termine il colore e la frazione
UV della luce incidente su una opera d’arte in ambienti museali. Particolare attenzione
sarà dedicata alla progettazione di sensori miniaturizzati e con grande capacità di
memoria al fine di poter controllare costantemente un'opera d'arte anche nei periodi di
prestito in altri paesi. Questa attività è stata sviluppata in collaborazione con la Targetti
Sankey, ditta leader nel settore dell’illuminazione. E' previsto il coinvolgimento della
Lighting Accademy in un progetto di sviluppo.
Tecniche di rilievo 3D per la diagnostica di beni culturali.
Nell’ambito del rilievo tridimensionale di oggetti di interesse storico-artistico sono stati
realizzati quattro prototipi che, oltre a coprire varie tipologie di strumento, consentono di
misure 3D su una scala variabile da pochi micron fino a 30 m. Essi sono uno scanner
laser a tempo di volo, uno scanner a riga laser, un proiettore di luce strutturata ed un
micro-profilometro laser. Mediante questi dispositivi è così possibile operare in diversi
settore applicativi che spaziano dall’archeologia all’architettura, dai dipinti alla
statuaria, dalle incisioni ai graffiti.
Tecniche di analisi ad immagine per la diagnostica di beni culturali.
Nell’ambito dell’analisi ad immagine, sono state sviluppate una serie di tecniche
caratterizzate da una complementarietà che consente indagini a largo spettro di opere
d’arte. E’ stato realizzato un dispositivo per l’analisi multispettrale digitale della
fluorescenza ultravioletta dei dipinti. Tale dispositivo consente di discriminare, ed in
molti casi identificare, la natura dei pigmenti utilizzati nei dipinti.
281
AMBIENTE
Sistemi ottici per l'ambiente
I sempre crescenti livelli di inquinamento atmosferico, sia a livello locale, principalmente
urbano, che a livello globale, richiedono sistemi di misura e controllo per grandi aree, di
alta sensibilità e di rapida risposta, in grado di fornire modelli a breve e medio termine
come ausilio agli organi deputati a prendere le opportune misure di protezione e
correzione.
La trasparenza atmosferica in diverse bande dello spettro elettromagnetico permette di
usare svariate tecniche ottiche, sia laser che con sorgenti convenzionali, per fornire dati
quantitativi con le modalità sopra citate.
Le tecniche di maggiore interesse sono attualmente la Tunable Diode Laser Absorption
Spectroscopy (TDLAS), i sistemi Lidar, particolarmente il DIAL (Differential Absorption
Lidar), per quanto riguarda le tecniche laser, e la Differential Absorption Spectroscopy
(DOAS) e la Fourier Transform InfraRed spectroscopy (FTIR) per quanto riguarda le
tecniche che utilizzano sorgenti incoerenti o direttamente l'emissione della specie in
esame.
A livello di ricerca questi sistemi sono spesso realizzati da Istituti e ricercatori con
competenze specifiche nella fisica e chimica atmosferica, ma spesso non specializzati nel
progetto e la costruzione di strumentazione ottica e laser. La collaborazione fra questi
Istituti e l'INOA è quindi estremamente efficiente, e particolarmente utile per far crescere
un know-how scientifico e tecnologico in un campo in cui l'Italia è attualmente quasi
completamente dipendente da tecnologie importate.
Le competenze e la strumentazione già presenti nelle unità organiche Optoelettronica e
Ottica Quantistica sono utilizzate sia per sistemi laser innovativi, come i sistemi di
generazione di infrarosso medio per mixing di frequenze, che nella progettazione e
realizzazione di sistemi completi di misura. L'Istituto già opera in questo campo
nell'ambito di progetti Europei (INFRA, EUPLEX e TROCCINOX) dedicati
principalmente ai grandi temi dei mutamenti climatici globali, in progetti ASI relativi
alla taratura e validazione in situ di sensori da satellite (ENVISAT) ed in progetti
nazionali maggiormente dedicati all'analisi dell'inquinamento urbano (SERQUAINTERREG) ed a misure in campo vulcanologico. Questi progetti, al momento
principalmente finanziati dalla regione Toscana sono svolti in collaborazione con altri
Enti (CNR, ENEA e Università) e con le industrie del settore, come Kayser Italia e SIT,
particolarmente interessate alle possibili ricadute in sistemi compatti ed economici per il
monitoraggio continuo degli inquinanti atmosferici e di processi industriali.
Collettori di luce solare
L’INOA, inoltre è impegnato nel settore dell’energia rinnovabile ed in particolare in
quello dello sfruttamento dell’energia solare.
Attualmente sono attivi due progetti che si inseriscono all'interno di questa linea di
ricerca. Il primo riguarda un sistema di illuminazione con luce naturale delle vetrine
della "Sala Islamica" del Museo Fiorentino "Stibbert". Il progetto denominato "I Girasoli",
finanziato in parte dalla regione Toscana, nasce da una collaborazione con il CEO ed il
Museo Stibbert.
Il secondo progetto riguarda invece la purificazione di acque inquinate tramite
l'attivazione di un particolare catalizzatore con luce solare. La parte relativa al
282
catalizzatore sarà svolta dal Consorzio per lo Sviluppo di Sistemi a grande Interfase CSGI
c/o Il Dipartimento di Chimica Fisica dell’Università degli Studi di Firenze.
Sistemi per il monitoraggio di aree vulcaniche
L’INOA è già da alcuni anni impegnato nello sviluppo di sistemi remoti, basati su laser
a fibre ottiche, per la misura di concentrazione di gas emesso in aree vulcaniche, al fine
di fornire alla comunità dei vulcanologi e geofisici, nonché al Dipartimento della
Protezione Civile, dati ad elevato grado di precisione sull’andamento temporale delle
emissioni gassose.In questo ambito l’INOA coordina un progetto internazionale di durata
triennale, finanziato dal GNV-INGV, che prevede lo svolgimento di campagne congiunte
di misura sui principali vulcani italiani. Parallelamente l’INOA partecipa al Centro di
Competenza Regione Campania sul tema Ambiente, che prevede entro il 2005
l’installazione di sistemi innovativi per la misura di emissioni gassose e di deformazione
del suolo, da sviluppare presso l’unità “Dispositivi Fotonici Innovativi” operante a
Pozzuoli (NA). Su temi analoghi, in collaborazione con aziende quali D’Appolonia Spa,
Alenia Marconi Sistemi, SIT e Enti di ricerca come l’Osservatorio Vesuviano-INGV,
l’Istituto di Cibernetica-CNR, dal 2002 l’INOA partecipa ad un progetto PON, di durata
triennale. Tale progetto consentirà lo sviluppo di una rete integrata di controllo di aree
vulcaniche che si avvarrà di sensori basati su laser a semiconduttore, sistemi per la
generazione di infrarosso mediante sintesi di frequenza, sistemi in fibra ottica con reticoli
di Bragg.
283
284
Allegato 4
Il consorzio CEO (Centro di Eccellenza Optronica) obiettivi, composizione
societaria, organizzazione.
Il CEO – Centro di Eccellenza Optronica è un Consorzio senza scopo di lucro, fondato a
Firenze nel 1989 per promuovere e sviluppare la ricerca scientifica e l'innovazione
tecnologica nel campo dell'Optoelettronica.
Il CEO è inserito nell'Albo dei Laboratori di Ricerca del Ministero dell'Istruzione,
dell’Università e della Ricerca (MIUR), ed ha ottenuto la certificazione ISO 9001/00.
Il CEO è composto attualmente da quattro consorziati ciascuno dei quali dispone di una
consistente dotazione di competenze di livello scientifico-tecnologico elevato:
P2.2-10 L' Istituto Nazionale di Ottica Applicata (INOA)
P2.2-11 Il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) tramite:
L' Istituto di Fisica Applicata Carrara (IFAC)
P2.2-12 L' Università degli Studi di Firenze tramite:
Il Dipartimento di Fisica
Il Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni
Il Dipartimento di Fisiopatologia Clinica
P2.2-13 L' El.En. S.p.A.
Lo statuto del CEO è stato recentemente rivisto per aumentare l’efficienza operativa e
facilitare l’ingresso di nuovi partners.
Il Consorzio è articolato in cinque Unità Operative:
1. Unità CLAM (Centro Laser per Applicazioni Mediche) e Sezione BIOPTO
Utilizza tecniche di fluorescenza e di spettroscopia per la ricerca in campo medico,
biologico ed ambientale.
2. Unità Elaborazione Immagini e Rete di Calcolatori
Gestisce la struttura informatica del CEO e sviluppa applicazioni basate su Internet e
tecnologie multimediali.
3. Unità Optoelettronica
Studia e sviluppa sistemi di controllo non invasivi per processi e prodotti industriali.
4. Unità Ambiente
Opera nei settori della sicurezza e delle energie rinnovabili.
5. Unità Nanotecnologia e Microscopia
Controllo di strutture complesse su scala micrometrica e nanometrica. L’unità offre anche
un servizio di nanolitografia. Il laboratorio è gestito in comune con l’INOA.
Nel seguito sono richiamate brevemente le attività più recenti, evidenziando in
particolare l’apporto tecnico-scientifico fornito dall’INOA.
285
ATTIVITÀ IN CAMPO EUROPEO
ODILE: Realizzazione di un sistema ottico per il controllo del processo di tessitura in
tempo reale su telaio.
Iniziato nel 1992 terminato nel 1996
SPECTRUM: Sviluppo del prototipo di un sistema optoelettronico per l’utilizzazione del
100% dell’energia solare collezionata. L’energia raccolta viene trasportata a
distanza tramite fibre ottiche e utilizzata, con il medesimo impianto in
tempo reale, per riscaldare o illuminare o produrre energia elettrica a
seconda dell’energia richiesta, al momento, dall’utilizzatore.
Iniziato il 1/12/97 terminato il 30/06/00 (durata 30 mesi)
Attività:
L’INOA
il CEO
Ha sviluppato:
Ha sviluppato:
i collettori ottici
l’architettura del sistema,
l’adattatore fra il sistema di un interruttore ottico per indirizzare
collezione e l’ingresso della fibra
l’energia su una specifica utilizzazione,
il SW di simulazione
i sistemi meccanici
la meccanica di supporto dei il sensore per l’inseguimento del
sole
collettori
durante l’arco del giorno
Ricadute:
P2.2-14 Progetto pilota per l’illuminazione della sala islamica del Museo Stibbert (“I
Girasoli” cofinanziato dalla Regione Toscana per £. 103.500.000) (iniziato a
dicembre 01).
P2.2-15 Partecipazione ad una rete internazionale “Enerbuild RTD” - sfruttamento
dell’energia solare per l’illuminazione nelle abitazioni e nei centri abitati”.
P2.2-16 Richiesta ai coordinatori del Network internazionale di includere INOA
nella rete europea che contiene Istituti di ricerca, Osservatori e imprese di prestigio
internazionale.
SMARTMEC: Realizzazione del prototipo di un sistema per il controllo di qualità, in
tempo reale, di parti dell’albero di trasmissione di autocarri Renault.
Iniziato il 1/03/1997 – durata 36 mesi, terminato 30/05/2000
Attività:
L’INOA
il CEO
Ha sviluppato:
Ha sviluppato:
Due rugosimetri ottici per l’analisi di l’architettura del sistema,
superfici piane e curve
il SW di inseguimento dei pezzi lungo la
linea di produzione
SW di interfacciamento fra le postazioni
di controllo e gli altri moduli SW
Ricadute:
286
P2.2-17
P2.2-18
E’ in predicato una collaborazione di ricerca proposta da IVECO.
Il SW di inseguimento (tracking) è stato utilizzato in altre applicazioni.
PINOCCHIO: E’ stato sviluppato un sistema innovativo per il controllo della qualità del
legno da tagliare per ottenere, attraverso successive operazioni di giunzione
dei singoli pezzi tagliati, una tavola priva di difetti. Il sistema esamina
innanzitutto la regolarità delle tavole che devono essere tagliate. Le tavole
che risultano avere deformazioni dei profili longitudinali al di sotto di una
soglia imposta di volta in volta dall’utilizzatore, vengono analizzate cioè
vengono rivelati i loro difetti superficiali. La rivelazione dei difetti è fatta
tramite un sistema a radiofrequenze (RF) ed uno di visione RGB. Le
informazioni su nodi, sacche di resina, crepe ed altri difetti ritenuti
importanti per la classe di qualità del legno, vengono trasferite al sistema
di taglio. L’eliminazione del difetto viene eseguita vicinissima al bordo del
difetto stesso riducendo notevolmente gli scarti.
Iniziato il 01/09/98 – terminato 31/08/01
Attività:
L’INOA
il CEO
ha sviluppato:
ha sviluppato:
il sistema di controllo del grado di l’architettura del sistema
imbarcatura delle tavole da tagliare il Sistema RF
tramite tecniche di triangolazione e il modulo del “Data Fusion” e
sensori di posizione
l’interfaccia con il sistema di taglio
SW per la misura della deformazione
delle tavole e presentazione grafica
Ricadute:
P2.2-19 Opportunità per la realizzazione di una seconda generazione di
PINOCCHIO
PINOACEO: Dai risultati del Progetto europeo PINOCCHIO, CEO ed INOA hanno
concordato di mettere a punto un sistema di controllo affidabile ed
economico con sensori RF e sensori di visione a colori.
Il tempo previsto per lo sviluppo di un prototipo di PINOACEO è di 18 mesi
a partire dal luglio 2004.
Attività:
L’INOA
il CEO
Svilupperà:
svilupperà:
il sistema di controllo della svirgolatura una nuova architettura del sistema
delle tavole da tagliare tramite sensori a il Sistema RF con risoluzione
CCD; sarà messo a punto un SW per la maggiore rispetto a PINOCCHIO
misura della deformazione delle tavole il modulo del “Data Fusion” e
più intelligente di quello utilizzato in l’interfaccia con il sistema di taglio
PINOCCHIO
Ricadute:
287
La conoscenza delle esigenze del mercato, fatta durante i tre anni di sviluppo di
PINOCCHIO, autorizza a prevedere una larga diffusione di PINOACEO soprattutto fra i
piccoli utilizzatori e ovviamente fra i medi ed i grandi. Il nuovo sistema avrà le capacità
di tutti i sistemi attualmente sul mercato (pochi, molto costosi, di non facile ed immediata
utilizzazione) ma avrà caratteristiche (poco costoso, di facile concezione e quindi
facilmente utilizzabile in tempi brevi) che lo rendono decisamente più accessibile
soprattutto fra i piccoli utilizzatori che rappresentano un largo settore di mercato.
NOEMI: Studio di un prototipo per la marcatura con laser di codici di qualità dei
prodotti tessili, della carta, del cuoio e della pelle e di un marchio di qualità
onde prevenire operazioni di contraffazione. INOA svilupperà un sistema di
scrittura utilizzando un laser a semiconduttore.
Iniziato il 1° aprile 2001 – durata 36 mesi
Attività:
L’INOA
il CEO
Fornirà
la
sorgente
a Svilupperà:
semiconduttore
l’architettura del sistema , il software di
Assisterà il processo di marcatura scrittura, l’interfaccia con l’utilizzatore
con laser a semiconduttore
tramite Profibus della Simens
il sistema di marcatura con laser a CO2 e
NdYAG
Ricadute:
Una migliore organizzazione della distribuzione dei manufatti corredati di tutte le
informazioni sulla qualità del prodotto letti sul prodotto stesso senza l’uso di etichette o
schede di accompagnamento e la possibilità di trovare un procedimento che ostacoli in
modo efficace il fenomeno della contraffazione, aprirà prospettive interessanti al mercato
di questo sistema. Un’indagine preliminare ha rivelato che tutte le grandi case di moda
nel settore dell’abbigliamento e della calzatura adotterebbero immediatamente un tale
sistema. Anche nel settore della carta esistono produttori che per particolari manufatti
richiedono un marchio di qualità che non si possa contraffare
TRUST: Viene studiato un nuovo tipo di semaforo ferroviario, secondo le esigenze delle
ferrovie europee, per migliorare la sicurezza del trasporto su rotaia. Il nuovo
sistema eliminerà i segnali luminosi indesiderati perché ingannevoli e causa di
disastri ferroviari nel mondo, dei quali è stata raccolta una precisa casistica. Il
risultato del progetto sarà il prototipo del nuovo semaforo.
Iniziato ad Aprile 2001 durerà due anni.
Ci sono stati problemi gestionali con due partners industriali ed uno
sviluppatore che il CEO non ha ritenuto idonei per coordinare un progetto così
importante per il risultato effettivo finale. La CEE ha accolto le perplessità
manifestate dal responsabile di CEO ed INOA, G. Longobardi, ha rivisto la
situazione, ha accettato di cambiare i partners e di un riesaminare un
“amendment” del progetto stesso. Alla fine del Febbraio 2002 il progetto
modificato è stato discusso a Bruxelles ed il progetto è stato prolungato fino a
settembre 2003.
Attività:
288
L’INOA
Eseguirà:
tutte
le
misure
fotometriche
e
colorimetriche previste nel progetto ivi
comprese le prove sul campo
il CEO
Svilupperà:
tutte le attività di ricerca, di progetto e
di realizzazione del semaforo
Ricadute:
Interessantissime dal momento che il problema della segnaletica ferroviaria e cittadina è
un problema di sicurezza attuale in tutti i paesi europei, extraeuropei, negli USA ed in
Canada. Un buon risultato, sia dal punto di vista della soluzione tecnica sia come
riduzione dei costi di manutenzione, aprirebbe i mercati di tutto il mondo. Attualmente
non esiste questo buon risultato.
CHOCLAB II: Studio e sviluppo a livello sperimentale di componenti per la
caratterizzazione di fasci laser.
Iniziato il 1/08/00 – durata 34 mesi
Attività:
L’INOA
il CEO
ha la responsabilità tecnica del progetto gestisce la parte amministrativa
svilupperà “il campionatore di fascio”
Ricadute:
Le procedure e le apparecchiature ottenute attraverso la realizzazione degli obiettivi del
progetto potranno essere utilizzate in ambito industriale sia dai costruttori che dagli
utilizzatori di sistemi laser.
PROGETTI NAZIONALI
MADESS II: Sviluppo di tecniche diagnostiche avanzate per circuiti ottici integrati.
Tecniche ottiche per la caratterizzazione di guide ottiche planari.
Iniziato il 1/07/1999, terminato il 30/06/2001
Attività:
L’INOA
il CEO
è stato responsabile tecnico del progetto in ha coordinato il progetto
collaborazione con l’Istituto di Biofisica
del CNR di Pisa, ha sviluppato un sistema
AFM-PSTM (Atomic Force Microscopy –
Photon Scanning Tunnelling Microscopy)
per la misura di caratteristiche ottiche di
guide planari con risoluzione nanometrica.
Ricadute:
Il sistema AFM-PSTM potrà essere utilizzato nella caratterizzazione di ottiche integrate e
nell’ottimizzazione delle tecniche di produzione. Dai risultati del presente progetto, è
stata presentata una proposta di ricerca per il secondo biennio (2002-2004). Il titolo del
289
progetto è “COMPASSO” (Strumentazione per Controllo e Misura di Parametri di Strati
Sottili e guide ottiche). La ricerca permetterà alla SILO, che ha già una posizione
rilevante nel panorama nazionale di produzione di componenti ottici di elevate
caratteristiche, un aumento del proprio know-how ed una diversificazione nella
produzione.
I GIRASOLI: Il progetto prende origine dai risultati del progetto europeo SPECTRUM e si
propone di realizzare un sistema fotonico per illuminare, con energia
solare e tramite fibre ottiche, tre grandi bacheche della sala islamica del
Museo Stibbert di Firenze, contenenti armi e cimeli. E’ prevista
l’illuminazione solo in presenza di visitatori nella sala.
Iniziato il 22.10.01 durata 18 mesi
Attività:
L’INOA
il CEO
svilupperà:
svilupperà:
i collettori ottici semplificati rispetto l’architettura del sistema
a SPECTRUM
un interruttore ottico per distribuire
l’adattatore fra il sistema di l’energia fra l’illuminazione e l’accumulo
collezione e l’ingresso della fibra
tramite cella fotovoltaica
il SW di simulazione
i supporti dei collettori
i test di laboratorio
la caratterizzazione di celle fotovoltaiche
a concentrazione
il sensore e la meccanica per
l’inseguimento del
sole durante l’arco
del giorno.
il sensore presenza persone per attivare
l’interruttore
Ricadute:
I Girasoli rappresenta un progetto pilota per valutare l’efficacia del sistema attraverso
un’applicazione reale. Una fase del progetto riguarda l’ottimizzazione per i sottosistemi
del binomio costo-prestazione. Il risultato potrà dire se il sistema è applicabile su vasta
scala. La prima applicazione sarà rivolta all’illuminazione dei vani scale, specie se privi
di finestre.
SEMIVER: (presentato al MIUR in attesa di risposta) Sensore elettro-ottico per la misura
della velocità e la rivelazione delle rotture di filati tessili in tempo reale.
Presentato in data 28.02.01 – durata 24 mesi
Attività:
L’INOA
il CEO
Svolgerà attività di caratterizzazione dei svilupperà:
componenti ottici e di collaudo ottico
l’architettura del sistema
predisposizione dei test funzionali per la il progetto ottico
pre-industrializzazione del sensore
il progetto elettronico
290
Ricadute:
La realizzazione del sensore avrebbe ricadute favorevoli sullo standard qualitativo medio
della produzione migliorando l’immagine dell’azienda tessile italiana che, soprattutto in
Toscana, è fortemente presente sul mercato.
SOCITÀ PARTECIPATE
CASCO s.r.l.
Società, a responsabilità limitata, con sede in Torino il cui obiettivo è la progettazione, la
produzione e la commercializzazione di casci con sistemi retrovisore per uso
motociclistico.
La società è partecipata dall’Istituto Nazionale di Ottica Applicata (INOA) e dalla MEDIN
EUROPE srl società con sede in Belgio a Bruxelles nei pressi degli uffici Comunitari.
CORSI di FORMAZIONE
“La sicurezza nell’impiego di sorgenti coerenti (laser) e incoerenti (lampade UV,
visibile, IR)”:
Il corso è stato organizzato dal CEO in collaborazione con l’INOA e l’Azienda
Ospedaliera di Careggi”; si è tenuto nel 2004 con il patrocinio dell’Istituto Superiore della
Sanità.
ALTRE ATTIVITÀ
Il CEO è inserito insieme all’INOA nella Rete Toscana di Nanotecnologie (RTN) promossa
dalla Regione Toscana.
291

Piano Triennale INOA 2005-2007

Transcript

Documenti analoghi

Tecnologia SLM - 3D Print-AV

O5D100 - Automation24

Scarica il pdf

Portale Istituzionale del Comune di Pesaro

scelta materiale per saldatura laser ( filler )

Soluzioni di Marcatura Laser

Telai e lamine per SMT realizzati in microtaglio laser Telai e

LA LUCE: SCIENZA E TECNOLOGIA Università di Pavia