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Dipartimento di Eccellenza MIUR

Dei - dipartimento di eccellenza miur

Il Dipartimento di Ingegneria dell’Energia Elettrica e dell’Informazione “Guglielmo Marconi” (DEI) è stato riconosciuto tra i “Dipartimenti di Eccellenza” italiani e ha ricevuto un finanziamento straordinario di 9.350.000 € dal Ministero dell’Istruzione e dell’Università per un progetto di sviluppo quinquennale. Tale progetto è risultato tra i 180 vincitori a livello nazionale del Bando previsto dalla Legge Finanziaria 232 del 2016, finalizzato a finanziare i migliori 180 Dipartimenti delle Università Statali.

Il progetto e gli obiettivi

Una delle principali sfide tecnologiche per concretizzare la visione di Industria 4.0 è la creazione di un continuo tra i sistemi embedded, che interagiscono direttamente con il mondo fisico tramite sensori ed attuatori, i sistemi di comunicazione, controllo, elaborazione e memorizzazione dei dati digitali, e gli utenti finali. L’obiettivo è lo sviluppo di sistemi ciberfisici (cyberphysical systems - CPS), in cui i dispositivi connessi all'ambiente fisico e interconnessi medianti reti wireless possono raccogliere, scambiare e memorizzare grandi quantità di dati (big data), accedendo a servizi digitali distribuiti (cloud) per analizzarli ed estrarne conoscenza (big data analytics) per il loro controllo e l’interazione con gli utenti tramite interfacce uomo-macchina intelligenti (smart human-machine interfaces). I sistemi CPS sono stati identificati come una delle tecnologie strategiche per il digital single market nel programma Horizon2020 a partire dal 2015 e sono area di priorità strategica per la NSF USA dal 2006.

Il progetto mira a sviluppare conoscenza e tecnologie per la creazione di Sistemi Ciberfisici di Precisione (precision cyberphysical systems – P-CPS). Si pone l’enfasi sull’attributo “di precisione” con una connotazione spazio-temporale e centrata sull’utente: è essenziale che l’interazione con il mondo fisico abbia luogo non solo in modo altamente affidabile, ma anche con elevata precisione nel tempo (real-time), nello spazio (localized) e con una personalizzazione per l’utente finale (user-centric). In termini concreti e quantitativi, un sistema P-CPS deve operare 24/7, portando a termine complesse transazioni distribuite con elevata risoluzione spazio-temporale, nell’ordine rispettivamente dei millisecondi e di millimetri.

Gli ambiti applicativi strategici scelti come pilota per le tecnologie P-CPS sono l’agricoltura di precisione (precision agriculture) e la medicina di precisione (precision medicine). Entrambi hanno un forte impatto in termini di sostenibilità ambientale e sociale: l’agricoltura di precisione consente di ridurre ed ottimizzare l’uso di acqua e di risorse, la medicina di precisione consente di realizzare azioni di prevenzione primaria, riducendo l’uso di risorse tossiche o pericolose per l’uomo.

Le azioni

Ricerca

In linea con l’obiettivo scientifico e tecnologico P-CPS, il DEI mira al raggiungimento dei seguenti macro obiettivi.

  1. Consolidare e rafforzare la posizione di leadership nazionale relativamente alle metodologie e tecnologie abilitanti per i sistemi ciberfisici di precisione. Azioni specifiche riguarderanno il potenziamento e la razionalizzazione di alcuni laboratori di ricerca già esistenti e il completamento del parco laboratori, con l’innesto di competenze specifiche strategicamente rilevanti per i P-CPS e ora assenti in dipartimento.

  2. Soddisfare il fabbisogno di conoscenza e di strumenti avanzati dei settori industriali emergenti quali agricoltura e medicina di precisione, specializzando le tecnologie abilitanti in possesso del DEI. Azioni specifiche in tal senso riguarderanno l’allestimento di due nuove infrastrutture laboratoriali dedicate, strategie di premialità per questi settori e l’attivazione di iniziative didattiche.

  3. Incrementare la cooperazione trasversale tra i diversi gruppi di ricerca del DEI, per favorire un approccio multidisciplinare integrato allo sviluppo dei P-CPS e diventare un punto di riferimento internazionale per queste tecnologie. Azioni specifiche in tal senso riguarderanno la realizzazione di una struttura laboratoriale trasversale P-CPS ad elevato TRL, di raccordo ai laboratori già esistenti, con un approccio tematico ai settori applicativi indicati.

  4. Rafforzare la visibilità a livello nazionale e internazionale, rivestendo un ruolo primario nella partecipazione a bandi competitivi con forte ricaduta socio-economica e di trasferimento tecnologico, con una caratterizzazione di eccellenza nell’ambito dei P-CPS.

Didattica

Il progetto, per quanto riguarda la didattica, si pone i seguenti obiettivi:

  1. Potenziamento - aumento dell’attrattività dell’offerta formativa nel settore dei P-CPS, in particolare in corsi strettamente legati al fabbisogno di personale del tessuto produttivo regionale nei settori consolidati ed emergenti.

  2. Internazionalizzazione - rafforzamento dell’internazionalizzazione dei CdL magistrali della sede di Cesena, favorendo lo scambio di studenti, lo svolgimento di tesi di laurea da e verso l’estero, le chiamate di visiting professors, l’eventuale avvio di un percorso internazionale in BioEngineering, l’attivazione di doppi titoli di laurea e dottorandi in cotutela.

  3. Specializzazione - sostegno ai corsi di dottorato coordinati o partecipati dal DEI e a quelli di prossima istituzione da parte dell’Ateneo di Bologna (Health & Technology), con particolare riferimento a tematiche di ricerca strumentali al perseguimento degli obiettivi del presente progetto.

Personale

Grazie al finanziamento del MIUR, e grazie anche a risorse messe a disposizione dal Dipartimento e dall’Ateneo, si vogliono rafforzare le competenze nel tema P-CPS mediante l’assunzione di:

  • 3 professori di prima fascia
  • 1 professore di seconda fascia
  • 2 ricercatori di tipo RTD-b
  • 2 unità di personale tecnico-amministrativo
  • 12 posizioni di dottorato
  • 13 posizioni di assegnisti di ricerca

Laboratori

Nel corso di questo progetto, si intendono istituire nuovi laboratori di ricerca specifici per le tematiche trattate e rafforzarne altri già a disposizione del dipartimento nelle sue due sedi di Bologna e Cesena.

  1. Rafforzamento di laboratori di base
    Il DEI intende potenziare e consolidare i laboratori di base, con quote assegnate sulla base di richieste per attrezzature specifiche, opportunamente giustificate e contestualizzate relativamente all'impatto sulle tecnologie abilitanti per i P-CPS.

  2. Laboratorio Salute 4.0
    Il laboratorio sarà collocato nel nuovo Campus di Cesena. Le aree della medicina di precisione a cui applicare i sistemi P-CPS oggetto dell'attività del laboratorio sono:
    1. Human Movement Analysis & Personal Health Systems: motion capture basato su sensing eterogenei, monitoraggio dell'attività fisica e dello stato cognitivo.
    2. Model-based design of Medical CPS: per applicazioni in ambito ospedaliero ed extra-ospedaliero.
    3. Ingegneria dei tessuti biologici e biologia sintetica: applicazioni avanzate in diagnostica molecolare, medicina rigenerativa e oncologia.
    4. Diagnostica per immagini avanzata: elaborazione 2D e 3D di bioimmagini per lo sviluppo di tool di supporto alla formulazione di diagnosi e al monitoraggio di terapie.
    5. Modellistica neurocomputazionale e neuroenhancement per interazione uomo-ambiente: progettazione di strategie innovative di riabilitazione di pazienti con deficit neurologici.

  3. Field Lab
    Il laboratorio sarà in un frutteto di circa 2 ettari presso la Scuola di Agraria di UNIBO. Le aree dell'agricoltura di precisione a cui applicare i sistemi P-CPS oggetto dell'attività sono:
    1. Monitoraggio massivo di dati: reti di sensori intelligenti, low-power e autoalimentati (energy harvesting), connessi in rete che acquisiscono in modo ottimizzato notevoli quantità di dati (misura di temperature, umidità, composizione chimica, immagini, ...).
    2. Mappe di prescrizione: algoritmi per l'analisi intelligente dei dati, in grado di individuare presenza di specifici patogeni, o di effettuare previsione qualitative e quantitative di produzione.
    3. Sistemi robotici: veicoli autonomi aerei (droni) per il trasporto di sensori, e veicoli autonomi terrestri (rover) per la manipolazione di prodotto o per l'effettuazione di lavorazioni del terreno.

  4. Laboratorio P-CPS
    Laboratorio trasversale sui P-CPS in grado di specializzare le tecnologie a basso TRL derivanti dai laboratori di base, integrarle e portarle a un TRL più elevato. Sono previste 3 sezioni:
    1. Sezione di Informatica Industriale: Nuovo laboratorio di ricerca di base informatico-industriale per lo sviluppo di P-CPS integrati su sistemi embedded real-time interconnessi e per l'elaborazione dei dati risultanti. Il laboratorio avrà accesso alla banda e alle infrastrutture big-data ed HPC del CINECA.
    2. Sezione ad allocazione dinamica a progetto: Incubatore di tecnologie P-CPS, basato sulla specializzazione e integrazione di tecnologie sviluppate nei laboratori di base.
    3. Sezione di Prototipizzazione e Caratterizzazione P&C: Area dedicata ad ospitare strumentazione e equipaggiamento di prototipizzazione rapida, caratterizzazione e verifica di prototipi. L'equipaggiamento sarà prevalentemente conferito dai laboratori preesistenti del DEI in ottica di ottimizzazione della gestione delle risorse.

I tempi

2018-2019

Personale
Lo sviluppo del progetto prevede l'attivazione di quante più posizioni possibili nel primo periodo, in modo tale da avviare in modo efficace le attività previste.

Laboratori

  • Avvio del lab P-CPS e lancio dei progetti pilota
  • Implementazione laboratorio Salute 4.0
  • Avvio attività del Field Lab
  • Potenziamento laboratori di base

Didattica

  • Attivazione del nuovo Corso di Dottorato Health & Technology
  • Pubblicizzazione sui canali online e tradizionali (di Ateneo, FB, Twitter, eventi europei, ecc) dell’offerta formativa in lingua inglese
  • Contratti per la didattica (Visiting professor, tutor, ...)
  • Attivazione di 4+3 Borse di dottorato

2020-2022

Laboratori

  • Consolidamento e autosostentamento del lab P-CPS
  • Implementazione progetti pilota nel lab Salute 4.0
  • Completamento Field lab e implementazione progetti pilota
  • Consolidamento laboratori di base

Didattica

  • Contratti per la didattica (Visiting professor, tutor, ...)
  • Attivazione di 5 Borse di dottorato
  • Iniziative di internazionalizzazione dell’attuale CdS a Cesena ed eventuale avvio di in un percorso internazionale in BioEngineering