Laboratori e attrezzature

Il cluster rappresenta un centro di eccellenza nella ricerca biomedica, specializzato nello sviluppo di dispositivi biomedici all'avanguardia, tecniche avanzate di elaborazione di segnali, immagini e dati medici, tecnologie di imaging, intelligenza artificiale e soluzioni innovative per la sanità digitale con applicazioni in diversi campi.

Le attività di ricerca e sviluppo del cluster si concentrano su soluzioni per la strumentazione biomedica, con lo sviluppo di dispositivi medici e metodi di analisi innovativi progettati principalmente per la valutazione del sistema neuromuscolare e l'analisi del movimento umano con applicazioni in ergonomia, riabilitazione, sport e medicina del lavoro e per applicazioni in cardiologia analizzando e interpretando segnali biomedici complessi per sviluppare nuove tecniche diagnostiche e terapeutiche.

Inoltre, il cluster si occupa di analisi di immagini mediche, con particolare enfasi sull'analisi e ricostruzione di immagini ottiche, microscopiche e fotoacustiche, ampliando le capacità diagnostiche e di ricerca. Infine, il cluster tratta di Intelligenza artificiale e machine learning, utilizzati per sviluppare sistemi di supporto alle decisioni cliniche e svolgere attività di data mining. L'approccio interdisciplinare del cluster permette di affrontare sfide complesse nel campo biomedico, promuovendo l'innovazione e contribuendo significativamente al progresso scientifico e tecnologico nel settore della salute.

Il cluster si occupa di soluzioni che spaziano dalla micro-nano elettronica, allo sviluppo di sistemi intelligenti, fino alle più recenti tecnologie legate a quantum electronics.

La sua attività si estende dalla realizzazione di Architetture e Circuiti Integrati, alla progettazione di Dispositivi e Sistemi Embedded o IoT, applicati a diversi campi della tecnologia, quali la Biomedica e la Climate-Smart Agriculture. Alcuni suoi laboratori lavorano sullo sviluppo di Circuiti Elettronici Digitali, Analogici e di Potenza, anche con tecnologie Beyond-CMOS, focalizzandosi su quantum computing, elettronica molecolare e circuiti immuni alle interferenze elettromagnetiche.

Viene promossa la progettazione di sistemi elettronici indossabili o impiantabili, l'intelligenza artificiale applicata, e l'interazione uomo-macchina. I laboratori che lo compongono rappresentano un'eccellenza nella ricerca di soluzioni innovative per trasformare il settore tecnologico. Le aree di competenza includono lo sviluppo di strumenti CAD per tecnologie avanzate, la progettazione di algoritmi di intelligenza artificiale per il beamforming e la classificazione in tempo reale di segnali audio, e la progettazione di circuiti integrati per l'elaborazione numerica dei segnali e i dispositivi alla nanoscala per computing e sensing. L'integrazione elettronica e il packaging sono oggetto di test intensivi, garantendo l'ottimizzazione e l'affidabilità dei sistemi sviluppati. L'approccio interdisciplinare consente di affrontare sfide complesse e di promuovere l'innovazione in diversi settori, garantendo soluzioni tecnologiche avanzate e personalizzate.

Questo cluster comprende tre laboratori all'avanguardia dedicati allo sviluppo di soluzioni innovative in robotica, sistemi di controllo, data science e algoritmi di ottimizzazione, applicabili a settori come l'aerospaziale, l'automotive, i sistemi autonomi e l'intelligenza artificiale.

Un laboratorio si distingue nello sviluppo di applicazioni robotiche per una collaborazione sicura e interattiva tra esseri umani e robot, utilizzando algoritmi open-source e approcci basati su intelligenza artificiale, con test effettuati su una varietà di robot, sia agenti mobili che manipolatori.

Un altro laboratorio è focalizzato su ricerca avanzata in sistemi complessi, ottimizzazione numerica, analisi di grandi volumi di dati e sistemi di apprendimento, con applicazioni estese in finanza computazionale, intelligenza artificiale, sistemi autonomi, veicoli intelligenti e gestione del traffico. II restante laboratorio si specializza in metodologie industriali, algoritmi e attrezzature per il controllo automatico dei sistemi dinamici, progettati specificamente per il settore aerospaziale e automotive.

Questo Cluster raccoglie i gruppi di ricerca e i laboratori che sono principalmente coinvolti nel campo delle misure e della metrologia. Le attività sono eterogenee e comprendono lo sviluppo di sistemi di misura per impedenza elettrica, bassa corrente e rumore, campioni di riferimento di impedenza e tempo-frequenza, sistemi di misura personalizzati per grandezze elettriche, meccaniche e acustiche, sensori elettrici e in fibra ottica.

Una parte rilevante dell'attività di ricerca è inoltre dedicata alla caratterizzazione di sistemi di misura da un punto di vista teorico e sperimentale tramite analisi dell'incertezza secondo la normativa internazionale, prove, tarature e certificazione.

I laboratori di questo Cluster dispongono di dispositivi sottoposti a taratura periodica, quali calibratori multifunzione, multimetri digitali ad elevata risoluzione, analizzatori di potenza e sensori di grandezze elettriche e meccaniche, campioni di impedenza, di tensione continua e di frequenza a fascio di Cesio, apparecchiature di prova (camera climatica, tavola vibrante) al fine di fornire misure riferibili e soluzioni personalizzate per le applicazioni più esigenti dell’industria e della ricerca.

Il cluster sviluppa tecnologie e metodologie innovative basate sull'elaborazione dei segnali, machine learning, e ottimizzazione closed-loop per far progredire lo stato dell’arte nelle Comunicazioni e Reti Wireless, nella Visione Artificiale ed elaborazione dei dati visivi, e nell'analisi e simulazione dei Sistemi di Navigazione Satellitare Globale.

I laboratori del cluster sono attivi nei settori automotive, telecomunicazioni, servizi e applicazioni mobile e spazio. All’interno del cluster si rileva esperienza in modelli per la gestione dei servizi di rete, configurazione e valutazione delle reti di accesso radio virtuali, test dei meccanismi di allocazione delle risorse negli ambienti edge, inclusi UAV e robot, esperimenti con celle private 5G e implementazione di applicazioni mobili di tipo network edge.

Inoltre, si sviluppano modelli di deep learning per l'analisi delle immagini, la compressione e i problemi inversi, nonché si tratta di sensing ed elaborazione sicura dell’informazione. Attività in ambito spazio includono l'imaging satellitare, intelligenza artificiale a bordo di satelliti, compressione di immagini iperspettrali, design di ricevitori GNSS, radionavigazione spaziale, sviluppo di algoritmi per la rilevazione e mitigazione delle interferenze radio e localizzazione, nonché monitoraggio ionosferico.

Il cluster riunisce gruppi di ricerca e laboratori dedicati all’avanzamento delle tecnologie fotoniche nei campi dei dispositivi, dei sistemi e delle reti, affrontando sia le sfide fondamentali sia quelle applicative nel settore delle comunicazioni ottiche e dell’optoelettronica. Le attività di ricerca comprendono la modellizzazione, la progettazione e l’ottimizzazione di componenti optoelettronici — come materiali semiconduttori, laser a semiconduttore, modulatori, rivelatori e circuiti integrati fotonici — nonché lo sviluppo di sistemi ottici di trasmissione ad alta capacità e di reti ottiche intelligenti.

Le principali aree di ricerca includono sistemi in fibra ottica ultra-larga banda e coerenti, reti ottiche basate sull’uso di fibre “hollow-core”, reti ottiche passive (PON) di nuova generazione, monitoraggio delle prestazioni ottiche e tecniche di sensing. Il cluster è inoltre attivo nel campo delle reti ottiche aperte e programmabili via software, promuovendo l’integrazione di digital twin basati su intelligenza artificiale e su strumenti open-source per la pianificazione e il controllo (come GNPy), la coesistenza di canali quantistici e classici e l’utilizzo delle reti ottiche come sensori distribuiti.  

A livello di dispositivo, le attività si concentrano sulla progettazione e modellizzazione di circuiti integrati fotonici, laser a semiconduttore (inclusi laser “quantum-dot”, a cascata quantica e VCSEL), LED, modulatori elettro-ottici, rivelatori ad alta efficienza e componenti ottici integrati per piattaforme fotoniche al silicio. Vengono inoltre sviluppati strumenti di simulazione avanzati per lo studio del comportamento fisico dei materiali e dei dispositivi, utilizzando approcci allo stato dell’arte che spaziano dal trasporto quantistico alla modellizzazione multifisica.

Il cluster è specializzato nella caratterizzazione, progettazione e prototipazione di sistemi ad alta frequenza. Materiali, dispositivi, circuiti e sistemi vengono accuratamente misurati in ambito RF, microonde, onde millimetriche e terahertz, con l’obiettivo di identificare tecnologie accurate e fornire un supporto sperimentale allo sviluppo e alla validazione dei progetti realizzati.

Le attività coprono una vasta gamma di settori, dalle comunicazioni wireless alle applicazioni automotive, dall’elettronica biomedicale alla compatibilità elettromagnetica. Le metodologie impiegate spaziano dalla ricerca pura fino a soluzioni orientate al mondo dell’industria.