La Ricerca - CNOS

LA RICERCA

Il gruppo di ricerca afferente all’infrastruttura di ricerca CNOS grazie al mix di competenze strutturate e multidisciplinari mette al servizio la propria esperienze in maniera trasversale e attiva in progetti di ricerca nazionali e internazionali negli ambiti ICT e salute dell’uomo.

CNOS si propone inoltre come struttura di riferimento multicentrico e multidisciplinare cogliendo le occasioni di ricerca tali da perseguire la valorizzazione, l’integrazione e il coordinamento delle conoscenze dei singoli ricercatori, con la finalità di progettare e realizzare servizi/prodotti con caratteristiche innovative, in un’ottica di integrazione con le attività di Università, Centri di Ricerca Pubblici, Imprese e Centri di Ricerca Industriali. L’esperienza e la competenza è dimostrata dai diversi progetti attivi e completati, nonché dalle numerose pubblicazioni scientifiche pubblicate su riviste di elevata rilevanza internazionale negli ambiti di ricerca coinvolti.

INTERESSI DI RICERCA

Salute dell’uomo

La mission del CNOS riguarda la ricerca scientifica e lo sviluppo industriale di una nuova classe di dispositivi fotonici in grado di rivoluzionare le tecniche e gli approcci diagnostici e terapeutici attualmente utilizzati nella pratica clinica, con particolare attenzione alle patologie oncologiche. In questo particolare contesto, nell’ottica della precision medicine, associare diagnosi precoce a terapie mirate è di vitale importanza per fronteggiare l’impatto della malattia. A tale scopo, CNOS sviluppa probe multifunzionali in fibra ottica, opportunamente ingegnerizzati-mediante nanotecnologie molecolari e integrazione di biomateriali, in grado di effettuare:

analisi biochimiche e/o molecolari multiple, con possibilità di rivelazione di bio-marcatori tumorali in tempo reale (diagnosi);
classificazione e riconoscimento di cellule e tessuti tumorali ad alta risoluzione mediante spettroscopia Raman (diagnosi);
drug delivery selettivo e locoregionale, promuovendo la personalizzazione del dosaggio del farmaco e minimizzando la tossicità dei trattamenti (terapia).

Grazie alle proprietà intrinseche delle fibre ottiche, i dispositivi sviluppati possono essere integrati all’interno di aghi e cateteri, e dunque potenzialmente utilizzati in vivo.

Monitoraggio strutturale in ambito civile

Il Gruppo di Ricerca dell’Infrastruttura di Ricerca CNOS è esperto nella progettazione e implementazione di sistemi di monitoraggio delle infrastrutture civili. La forte ambizione del gruppo di ricerca è quella di immaginare nuovi modelli di strutture civili intelligenti e sicure sfruttando la fibra ottica come piattaforma tecnologica avanzata per costruire un sistema di monitoraggio sostenibile. A tale scopo, CNOS sviluppa sistemi in grado di effettuare:

monitoraggio dello stato di salute degli edifici e loro manutenzione sulla base delle “condizioni reali”
monitoraggio delle infrastrutture di trasporto, quali ponti, cavalcavia, strade e autostrade.

Tali sistemi di monitoraggio innovativi comportano numerosi vantaggi:

monitoraggio costante dello stato di salute di un edificio e/o di infrastrutture di trasporto;
programmazione di interventi straordinari a seguito di un sisma o di crisi atmosferiche che impattano sull’edificio e/o di infrastrutture di trasporto;
possibilità di programmare manutenzioni e cure ordinarie a seguito di variazioni dello stato strutturale normale del bene da tutelare.

Di conseguenza, l’impiego di sistemi di monitoraggio intelligenti comporta una notevole riduzione di danni a strutture e a persone e in aggiunta la riduzione nei costi di manutenzione in ambito civile.

Monitoraggio strutturale in applicazioni aeronautiche

I settori aeronautico ed aerospaziale, per loro natura sofisticati e precisi, sono fin dalla loro nascita degli ambiti basati sulle più moderne tecnologie, all’avanguardia, ed in costante ricerca di nuovi sviluppi. I ricercatori del CNOS lavorano da diversi anni in tali settori, in stretta sinergia con importanti attori del mondo industriale e della ricerca (Avio S.p.A., Magnaghi Aeronautica SPA, il CIRA, il DAC – Distretto Aeronautico della Campania, ecc), riuscendo a sfruttare in maniera intelligente ed ottimale i numerosi vantaggi offerti dalla tecnologia dei sensori in fibra ottica, tra i quali le ridotte dimensioni, la minima intrusività e la capacità di resistere a condizioni operative difficili. Sfruttando tale tecnologia, il CNOS sviluppa soluzioni tecnologiche innovative in grado di fornire risposte concrete ad alcune delle esigenze fondamentali del settore aeronautico/aerospaziale, quali ad esempio:

- Sistemi di monitoraggio non distruttivo ed in tempo reale di parametri fisici (deformazione statica e dinamica) utili ai fini del monitoraggio strutturale dei velivoli;
  - Nuovi strumenti tecnologici per migliorare le performance in ambito aeronautico (riduzione del consumo di carburante e delle emissioni, incremento della stabilità e della sicurezza, etc);
    - Sistemi di monitoraggio del processo di manufacturing di materiali e componenti aeronautici;
      - Sistemi di monitoraggio della qualità finalizzati all’incremento del comfort.L’esperienza maturata nell’ambito del monitoraggio strutturale ha consentito al gruppo di ricerca del CNOS di diventare fornitore e consulente particolare di Avio S.p.A., azienda leader nel campo della propulsione spaziale, per la realizzazione di reti sensoriali inglobate nei manufatti in composito che costituiscono gli involucri dei serbatoi di propellente dei lanciatori Vega.

Sistemi di monitoraggio per la fisica delle alte energie

Sensori in fibra ottica e monitoraggio ambientale in condizioni operative estreme: questo il binomio su cui si basa uno dei filoni di ricerca del centro CNOS, finalizzato allo sviluppo di sistemi di monitoraggio per la fisica delle alte energie. Tale attività rientra nell’ambito della collaborazione con la prestigiosa Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare (CERN) di Ginevra, il più grande laboratorio di fisica delle particelle elementari di Europa. In particolare, CNOS sviluppa dispositivi fotonici innovativi, basati sulla innovativa tecnologia Lab-on-Fiber, per il monitoraggio di parametri fisico-chimici in ambienti particolarmente ostili e in condizioni operative estreme, quali ad esempio in presenza di radiazioni, elevati campi magnetici e temperature criogeniche. La bassa intrusività dei sensori in fibra ottica, la loro capacità di multiplexing, l’immunità alle interferenze elettromagnetiche e la loro resistenza a radiazioni, ne ha infatti favorito l’impiego nell’ambito di applicazioni di monitoraggio in condizioni ambientali estreme, quali quelle della fisica delle alte energie, che minano irreversibilmente l’operatività della maggior parte delle tecnologie convenzionali. Le attività attualmente coinvolgono lo sviluppo di:

sensori per il monitoraggio simultaneo di temperatura e umidità (termo-igrometri);
sensori per il monitoraggio di temperatura e deformazione su magneti e dispositivi superconduttivi a temperature criogeniche;
- dispositivi innovativi per il monitoraggio della dose di radiazione.

Sicurezza nei trasporti

Il gruppo di ricerca del centro CNOS, sin dal 2000 lavora assiduamente nella progettazione, nello sviluppo e nella validazione sperimentale di sistemi di rilevamento optoelettronici e fotonici per applicazioni industriali, con l’obiettivo di innovare le tecnologie di monitoraggio tramite lo sviluppo di nuovi sistemi di rilevamento multifunzionali in grado di essere applicati in diversi scenari strategici, tra cui il settore dei trasporti.
Specificamente ai sistemi di trasporto ferroviario, dal 2007, il gruppo di ricerca del CNOS ha siglato un accordo in esclusiva con Hitachi Rail STS (originariamente Ansaldo STS, società del gruppo Finmeccanica) per lo sviluppo di sistemi di monitoraggio basati sull’utilizzo di sensori in fibra ottica per migliorare i livelli di sicurezza del sistema di trasporto nazionale e internazionale.
In tale contesto, il gruppo ha sviluppato un sistema di misura multifunzionale, attualmente nel portafoglio prodotti di Hitachi Rail STS, in grado di eseguire in linea ed in modo continuo: la pesa in movimento e il rilevamento degli squilibri di carico, la misurazione della forza di impatto delle ruote, la detection di ruote difettate e la classificazione dei difetti, il conteggio degli assi, la composizione del treno, ecc.
Diversi sistemi sono stati già installati in diverse località geografiche nazionali e internazionali, come Abu Dhabi (Emirati Arabi Uniti) o le metropolitane di Napoli, Roma e Milano.
Inoltre, nell’ambito di altri progetti di ricerca industriale, il CNOS ha sviluppato altri sistemi di sensing in fibra ottica per migliorare i livelli di sicurezza negli asset ferroviari come: un sistema anti intrusione per proteggere vaste aree da attività non autorizzate in scenari ferroviari come stazioni o gallerie (in stretta collaborazione con Hitachi Rail STS), un sistema multifunzionale per la mitigazione del rischio associato alle frane in prossimità delle linee ferroviarie (sviluppando nuovi sensori acustici in fibra ottica, sensori sismici in fibra ottica e sensori in fibra ottica per la misura del contenuto volumetrico di acqua nel suolo), ed un sistema per il monitoraggio delle gallerie ferroviarie (sviluppando sensori in fibra ottica per la misurazione della temperatura ed il rilevamento GPL). Gli ultimi due sistemi sono stati sviluppati collaborazione con la società RFI (Rete Ferroviaria Italiana).
Oltre ai progetti ed ai risultati sinora descritti, il gruppo CNOS è tuttora coinvolto in un ulteriore progetto di ricerca, in cui sta collaborando con altre grandi aziende, con l’obiettivo di sviluppare piattaforme sensoristiche innovative per il monitoraggio in real time delle vibrazioni lungo le tratte ferroviarie, al fine di identificare failure che possano compromettere la sicurezza dell’infrastruttura ferroviaria.

Monitoraggio ambientale

Il settore del monitoraggio ambientale è di primaria importanza per ottenere informazioni sullo stato della qualità ambientale mediante misurazioni sistematiche e a lungo termine di parametri e indicatori ambientali con differente copertura spaziale e temporale. In oltre quindici anni di esperienza in tale settore, i ricercatori del CNOS hanno maturato un significativo know-how e competenze nello sviluppo di soluzioni tecnologiche innovative, anche basate su dispositivi in fibra ottica, per la misura di parametri chimico-fisici utili ai fini del monitoraggio ambientale. Grazie a tali competenze, il CNOS è in grado di sviluppare:

- Sensori per il monitoraggio di parametri chimico-fisici in ambiente marino (temperatura, torbidità, idrocarburi policiclici aromatici, metalli pesanti etc..);
  - Sensori in fibra ottica per il monitoraggio simultaneo di temperatura e umidità (termo-igrometri);
    - Sistemi multi-parametrici per la rilevazione di gas e composti organici volatili;
      - Sistemi di sensori per la misura di temperatura e contenuto d’acqua per l’agricoltura di precisione;
      - Dispositivi per la rilevazione di pesticidi in acque superficiali e suoli agricoli.

Sistemi elettronici e opto elettronici per la produzione industriale

Il Gruppo di Ricerca dell’Infrastruttura di Ricerca CNOS è esperto nella progettazione e sviluppo di sistemi di sensori e attuatori optoelettronici. La crescente esigenza di sistemi “intelligenti” richiede lo sviluppo di sistemi complessi, quindi l’integrazione di una moltitudine di sensori e attuatori, la gestione dei segnali di controllo e del flusso di dati sensoriali. A tal proposito, il gruppo di ricerca del CNOS, leader nella realizzazione di nuovi sensori ottici e fotonici, ha maturato una vasta esperienza nella realizzazione di sistemi intelligenti, sfruttando sensori di nuova concezione ma anche il ricco portafoglio di sensori e attuatori commerciali (sia basati sulla tecnologia in fibra ottica che con tecnologie convenzionali). Esempi di precedenti esperienze riguardano la progettazione e l’implementazione di:

- un sistema di sensori smart in grado di monitorare lo stato di salute degli apparati costituenti le linee di produzione industriale, al fine di segnalare in tempo reale eventuali malfunzionamenti e anomalie che possono provocare la rottura e la successiva interruzione del processo di lavorazione industriale;
  - un sistema di sensori elettronici miniaturizzati per monitoraggio di dispositivi protezione individuale (DPI) utilizzati nei cantieri;
    - Sistemi multi-parametrici per la rilevazione di gas e composti organici volatili;
      - un sistema per la misura della temperatura delle acque delle vasche di lavaggio dei prodotti ortofrutticoli di IV gamma;
      - sistemi optoelettronici in grado di demodulare le risposte fornite dai sensori a fibre ottiche;
      - un sistema “autoclave” intelligente costituito da sensori per il monitoraggio della cura dei cilindri in composito utilizzati per la stampa in impianti Flexo;
      - un sistema wireless per il monitoraggio continuo delle vibrazioni dei cilindri utilizzati nell’industria della stampa flessografica.

PROGETTI DI RICERCA

PROGETTI ATTIVI

Nanocan

Il nome del progetto è un acronimo di NANOfotonica per la lotta al CANcro, e si propone di sviluppare piattaforme innovative per la diagnosi e la terapia oncologica in vivo basate su probes multifunzionali in fibra ottica. I probes in fibra ottica sono basati sulla tecnologia Lab-On-Fiber, che prevede l’integrazione delle fibre ottiche con biomateriali definiti su scala nanometrica, che trasformano la semplice fibra in un efficace biosensore, oppure in una sonda per il rilascio controllato di farmaci.

Nanocan

Neon

Il progetto di ricerca “NeON – Nanofotonica per nuovi approcci diagnostici e terapEutici in Oncologia e Neurologia” è teso ad attuare una linea di azione mirata allo sviluppo di una nuova classe di dispositivi in grado di rivoluzionare le tecniche e gli approcci attualmente utilizzati per la diagnosi, la prognosi e la terapia in ambito oncologico e neurologico. In particolare, si propone lo sviluppo di una sonda basata sul concetto Lab-On-Fiber (LOF) per la diagnosi e prognosi veloce e non invasiva di diversi fenotipi tumorali basata su tecnologia Raman amplificata da superfici (SERS), una sonda sempre su piattaforma LOF per il rilascio controllato di farmaci mediante attivazione da luce ed infine biosensori di tipo Lab-on-Chip (LOC), basati sia su tecniche ottiche che elettroniche, in grado di effettuare diagnosi differenziale tra le diverse forme di ischemia cerebrale

Maia

Il progetto si propone di sviluppare soluzioni tecnologiche innovative ed una suite di servizi integrati in grado di effettuare, in tempo reale, un’accurata valutazione dello stato di sicurezza (intesa sia come safety che come security) dell’infrastruttura ferroviaria e di produrre predizioni affidabili in caso di eventi quali guasti e malfunzionamenti, rendendo possibile la pianificazione della manutenzione programmata, riducendo drasticamente i costi di esercizio e aumentando la qualità del servizio offerto. I dati acquisiti, analizzati, aggregati e correlati con informazioni di contesto provenienti da altre sorgenti, consentiranno di identificare in maniera tempestiva la presenza di minacce intenzionali (attacchi fisici e cyber all’intera infrastruttura o parti della stessa), la manifestazione imminente di malfunzionamenti e/o fallimenti, di valutare il grado di sicurezza e resilienza rispetto ad eventi naturali o accidentali che potrebbero mettere a rischio il funzionamento della stessa creando disagi o pericoli per la società e per i cittadini.

Maia

Marine Hazard

Il progetto di ricerca si propone di offrire risposte operative e soluzioni tecnologicamente avanzate per affrontare l’argomento della pericolosità connessa alla gestione delle risorse marine e proporre azioni specifiche capaci di affrontare una molteplicità di ambiti legati ad alcuni aspetti strategici di gestione e mitigazione della pericolosità in ambiente marino. Obiettivo principale del Progetto è la creazione di un sistema integrato di competenze sul territorio in grado di affrontare in maniera moderna ed efficace aspetti rilevanti in materia di rischio ambientale, con specifico riferimento all’ambiente marino costiero creando una forte sinergia tra l’ambito della ricerca scientifica e il comparto industriale per lo sviluppo dei temi selezionati.

Innovare

Il Piano di Progetto prevede come obiettivo la realizzazione di un sistema integrato ad elevato contenuto tecnologico per la gestIone intelligente e sostenibile del fabbisogno idrico delle coltivazioni mediante sensori aerei e di terra. La gestione è eseguita da un avanzato sistema software di Intelligenza Artificiale (IA), in grado di elaborare in tempo reale la più efficace strategia irrigua, sulla base delle informazioni acquisite dal monitoraggio dello stato idrico del suolo, dello stato di crescita delle piante, delle condizioni atmosferiche e, pilotarne l’attuazione per mezzo di un impianto irriguo automatizzato. Il monitoraggio è eseguito da un innovativo sottosistema hardware che comprende sensori in fibra ottica (FOS) per le rilevazioni in suolo, droni – Unmanned Aerial System – (UAV) equipaggiati con camere ad alta risoluzione per il telerilevamento aereo delle immagini della coltivazione ed una stazione metereologica per le rilevazioni atmosferiche

Visita il sito www.innovarepsr.it