

Le
Scienze di Base e Applicate
nell'Ingegneria
L'incontro e' stato proposto dal Prof.
Luigi
Palumbo, Direttore del Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per
l'Ingegneria.
Organizzatore dell'Incontro: Prof.ssa Paola Loreti.
L'Elettronica / I Beni Culturali/ La BioMatematica/
La Matematica delle Decisioni/Modelli Matematici in Robotica,
I campi medi in fenomeni altamente densi/ Teoria del Controllo. Febbraio
2012 - Roma
Anna
Candida Felici-Mario Piacentini
Analisi non distruttive su Beni Culturali.
Verranno
presentate le
attività svolte dal laboratorio di Analisi non Distruttive e
Archeometria (LANDA) nel campo dello studio e della conservazione dei
Beni Culturali. Il
laboratorio è dotato di strumentazioni portatili che
consentono
l’analisi dei reperti sia
in situ che in laboratorio. In particolare vengono effettuate analisi
mediante tecniche
spettroscopiche quali la spettroscopia di fluorescenza di raggi X
risolta in energia, la spettroscopia Raman e la
spettroscopia ottica, e tecniche di imaging
multispettrale nell’intervallo tra
l’ultravioletto e
il
vicino infrarosso. Le tipologie di reperti analizzate sono le
più varie e
comprendono sia manufatti ceramici, lapidei e metallici che dipinti da
cavalletto e murali. Le problematiche archeologiche e
storico-artistiche riguardano lo
studio delle tecniche di realizzazione dei manufatti, studi di
provenienza, attribuzione di opere ad uno specifico autore e
riconoscimento di
falsi. Per quanto riguarda la conservazione vengono studiati i processi
di degrado dei materiali e gli effetti delle tecniche di pulitura e di
consolidamento. La fase di elaborazione dei dati comporta
l’uso
di metodi di analisi multivariata e di classificazione e, per quanto
riguarda
l’imaging multispettrale, l’uso di
tecniche di
elaborazione di immagini. Tra
le
attività svolte del laboratorio vi è anche lo
sviluppo di
nuove strumentazioni.
Roberto Li Voti
Tecniche laser, fototermiche e fotoacustiche
per la caratterizzazione non distruttiva dei materiali
Le ricerche condotte negli
ultimi anni nel laboratorio fototermico del Dipartimento SBAI sezione
di Fisica, sono centrate sulle tecniche laser fototermiche e
fotoacustiche per analisi nondsitruttive di materiali di
interesse tecnologico. Nel laboratorio trovano collocazione ed ampio
utilizzo apparati di deflessione fototermica, di radiometria
fototermica, di spettroscopia fototermica, di spettroscopia ottica, e
per la misurazione dello scattering ottico. Questa strumentazione
consente la misura di alcune proprietà dei materiali: la
diffusività termica, lo spettro di assorbimento ottico, la
profilometria nei materiali stratificati o disomogenei, la
rugosità superficiale, la durezza dei metalli, la rivelazione di
strati sepolti e subsuperficiali, l'analisi di tracce di inquinanti
gassosi.
La ricerca si avvale di una
vasta attività teorica che consiste nello sviluppo di codici di
calcolo per analisi dati, sviluppo dei modelli per la diffusione del
calore in strutture non omogenee, progettazione di strutture
multistrato ottimizzate per applicazioni fotovoltaiche o di termografia
infrarossa.
La presentazione intende
mettere in luce le potenzialità delle varie tecniche, le
principali applicazioni, alcuni risultati delle ricerche effettuate, ed
infine gli aspetti interdisciplinari che occorrerebbe potenziare per la
soluzione di problematiche irrisolte.
Angelo Gilio
Interpretazione probabilistica delle regole inferenziali nel Default
Reasoning.
Il processo inferenziale nel ragionamento nonmonotono si sviluppa applicando regole di
inferenza a basi di conoscenza condizionate,costituite da insiemi di
asserzioni condizionate del tipo "se A allora
B".In
generale, le asserzioni condizionate possono avere eccezioni e le
basidi
conoscenza possono essere arbitrarie. Allora, per quantificarel'incertezza e per
analizzare la degradazione delle regole di inferenzaquando aumenta il numero
delle premesse, occorre un formalismo numericoflessibile, generale e
ben fondato. In questa comunicazione si propone
un
approccio probabilistico al default reasoning basato sul principio dicoerenza di de Finetti.
Tale approccio è flessibile e
generale: consentedi trattare basi di
conoscenza condizionate arbitrarie rappresentate da famiglie di eventi
condizionati; inoltre, consente: l'assegnazione
direttadi
probabilità condizionate, il controllo della
coerenza e l’estensionead altri eventi
condizionati. Infine, l’approccio basato sul
principio dicoerenza
consente di studiare in modo generale il problemadell'implicazione
probabilistica e di calcolare in modo esatto ilower/upper bounds di
probabilità quando si propagano le
valutazioniprobabilistiche
dalle premesse alle conclusioni nelle regole
inferenziali.
Barbara Vantaggi
Modelli
decisionali sotto condizioni di incertezza
Si presenteranno alcuni modelli decisionali mostrando
principalmente i legami con i settori dell’informatica
ed economico-gestionale.In particolare, modelli in grado di gestire sia
informazioni
quantitative che qualitative insieme ai fuzzy sets.
Cio’
richiede di poter lavorare anche con misure di incertezza non
necessariamente additive e di
estendere
la teoria di Savage.Il problema dei dati mancanti e’ di
indubbio interesse oltre che statistico anche informatico: in
particolare il matching
statistico e’rilevante per l’analisi di data sets
provenienti
da diverse fonti. Il trattamento di tali dati richiede lo studio
dell’identificabilità di un modello.
Andrea Mostacci
Dispostivi
a radio frequenza ed acceleratori di particelle
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Gli acceleratori di particelle sono stati uno dei più
importanti strumenti di ricerca nel 20esimo secolo. La loro
versatilità e
affidabilità li hannoresi molto utili nell'ambito
scientifico,
medico ed industriale. In
questo seminario discuteremo l'utilizzo di dispositivi a radio
frequenza perl'accelerazione e la manipolazione di particelle
cariche con
particolare
attenzione agli acceleratori per Laser ad elettroni liberi e a quelli
per applicazioni mediche.
Stefano Atzeni
/Angelo Schiavi
Fusione a confinamento inerziale indotta da laser e interazione laser-plasma
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Presenteremo attività di ricerca nel campo della fisica della
fusione a confinamento inerziale, che mira a realizzare una fonte di
energia praticamente inesauribile e a basso impianto ambientale,
tramite l'impiego di laser pulsati di grandissima potenza (centinaia di
Terawatt).
La ricerca del nostro gruppo riguarda aspetti teorici, lo sviluppo di
modelli e di codici di simulazione e la loro applicazione al progetto e
all'interpretazione di esperimenti, condotti nell'ambito di grandi
collaborazioni internazionali. Fra l'altro, abbiamo sviluppato,
utilizziamo e miglioriamo costantemente un codice di simulazione
evolutiva multidimensionale plasma-idrodinamico-radiativo-nucleare, che
utilizza sia modelli deterministici, sia statistici (Monte
Carlo). Presenteremo sia esempi di applicazioni (al progetto di
"bersagli" e allo studio di instabilità plasma-idrodinamiche),
sia le linee di sviluppo del codice che riguardano, fra l'altro,
l'implementazione su architetture massicciamente parallele, fra cui
anche le GPU.
Patrizio Antici /
Livia Lancia
Laser
e plasmi per la generazione e l'accelerazione di particelle cariche
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Particelle generate e accelerate da laser o da plasmi sono considerate
sempre più come un possibile competitore agli acceleratori
basati su campi elettromagnetici a radio frequenza. In particolare il
campo accelerante che è possibile raggiungere è
quasi
1000 volte
maggiore. Inoltre con lo stesso schema si possono generare diversi tipi
di particelle, dagli elettroni ai protoni e a ioni. Al momento la
qualità del
fascio di particelle prodotto non è ancora tale da
costituire
un'
alternativa agli acceleratori convenzionali. In questo
seminario
saranno
presentati i principi fondamentali e discusse alcune iniziative
italiane per la
ricerca in questo campo.
Concita Sibilia
Nanofotonica.
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Vengono presentate le attivita' modellistiche e sperimentali
nell'ambito della fotonica alla nanoscala, con applicazioni nelle
sorgenti ottiche integrate e miniaturizzate, nello studio di materiali
nansotrutturati e dispositivi in grado di concentarre e
manipolare la luce .
Fabio Camilli
Networks e
Campi Medi
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Abstract:
Presentero' alcuni risultati della mia ricercariguardanti due tipi
applicazioni
1) Mean field games:
Questa parte riguarda lo studio di una classe di sistemi di equazioni
alle derivate parziali che sono usate per comprendere
il comportamento di una popolazione di individui, ciascuno dei quali
cerca di ottimizzare la sua posizione ma la sua scelta
e' determinata da quelle degli altri individui della popolazione.
L'esempio tipico di applicazione riguarda i modelli di
congestione
del traffico:
in prima approssimazione ogni individuo cerca di andare da A a B nel
piu' breve tempo possibile, ma la sua velocita'
dipende dalla densita' degli altri individui nell'area che deve
percorrere.
2) Un problema importante in teoria dei grafi e' calcolare la
distanza dei vertici di un grafo da un insieme target
costituito
da uno o piu'
nodi. Il costo di percorrenza e' assunto costante lungo un
arco
del grafo. In alcune applicazioni, come nei problemi di
traffico,
tale costo puo'
variare in funzione del tempo e dello spazio. In questi casi algoritmi
classici di teoria dei grafi non sono piu' sufficienti a calcolare
la soluzione del problema precedente. Descrivero' un approccio a tale
problema basato sullo studio di equazioni alle derivate
parziali
definite su grafi.
Alberto Bersani
Come
funziona una cellula?
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La
Systems Biology, di cui la Bioinformatica, la Bioingegneria e la
Biomatematica fanno parte integrante,
è in
grado di mettere
in luce la natura dinamica del funzionamento e del malfunzionamento
delle cellule nello sviluppo e nell'evoluzione delle malattie.
Sebbene
lo sviluppo di
una malattia possa essere lento - talvolta anche nell'arco di anni -
esso si basa su fenomeni cellulari, quali l'apoptosi, la divisione
cellulare e la differenziazione, che avvengono in tempi scala
dell'ordine di minuti o di ore.
I fenomeni
intracellulari sono
caratterizzati da reti molto complesse di interazioni tra proteine,
basate soprattutto sulla cosiddetta cinetica
di
Michaelis-Menten. Questi sistemi possono essere sottoposti a fenomeni
critici, come oscillazioni, biforcazioni, multistabilità,
ultrasensibilità eccetera. In particolare,
in alcune
importanti sottoreti (la cascata delle MAP chinasi, le pathway della
cAMP e della p53 ecc.) si è verificata sperimentalmente
la presenza
di alcuni dei fenomeni critici che caratterizzano i sistemi
intracellulari (oscillazioni, biforcazioni, multistabilità,
ultrasensibilità ecc.) che
determinano la sorte
di una cellula e di altre sottoreti che sono legate a
fenomeni
macroscopici estremamente importanti (il ciclo glicolitico, i ritmi
circadiani ecc.).
Sorprendentemente,
il trattamento matematico di queste reti è ancora poco
soddisfacente. La
stragrande
maggioranza
della letteratura, sia classica che più recente, infatti, si
basa sulla cosiddetta approssimazione pseudo-stazionaria, che, in generale, non
è
sempre valida perfino per singole reazioni e che a fortiori non
può essere applicata a reti complesse, senza un'adeguata
analisi
a priori della sua applicabilità. Intento di questo
seminario
è mostrare alcuni recenti risultati della mia ricerca, in
cui si
è provveduto a riesaminare, dal punto di vista teorico,
sistemi ancora
semplici di
reazioni, al fine di stabilire le loro caratteristiche essenziali.
L'intento è quello di estendere i risultati ottenuti a reti
vieppiù complesse.
Francesca Pitolli
Strumenti,
modelli e algoritmi per la localizzazione di sorgenti neuroelettriche
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La magnetoencefalografia è una tecnica di neuroimaging che
permette di localizzare le zone attive del cervello a partire da misure
del campo magnetico all'esterno della testa.
Poiché il campo magnetico generato dalle correnti
neuroelettriche ha un'intensità inferiore a quella del
rumore
dell'ambiente circostante, le misure devono essere eseguite con
magnetometri molto sensiili basati su dispositivi a semiconduttore
(SQUID). Ciononostante le misure sono affette da rumore elevato.
Inoltre esistono correnti che non producono alcun segnale all'esterno
(correnti silenti).
In definitiva la localizzazione consiste nella soluzione di un problema
inverso altamente mal posto e mal condizionato.
Le tecniche di soluzione richiedono quindi strumenti matematici
sofisticati che vanno dall'analisi di serie temporali alla
discretizzazione
di equazioni differenziali con tecniche di compressione, dall'utilizzo
di metodi di regolarizzazione basati su tecniche di sogliatiure
all'implementazione di algoritmi paralleli efficienti.
Le principali applicazioni della magnetoencefalografia sono nel settore
delle neuroscienze e riguardano sia l'aspetto clinico,
fornendo un supporto alla diagnosi di alcuni tipi di
disfunzioni
neurologiche, che la ricerca, fornendo uno strumento avanzato
di
analisi delle funzioni cerebrali.
Vittoria Bruni
Proprietà della trasformata wavelet e sue applicazioni nell'elaborazione di segnali e immagini
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La rappresentazione dell’informazione a diversi livelli di
risoluzione rappresenta il punto chiave della soluzione di molti
problemi dell’elaborazione di segnali e immagini, quali
compressione, denoising ed estrazione di caratteristiche. In questo
seminario verranno presentati e discussi alcuni aspetti
dell’analisi multiscala condotta mediante l’uso della
trasformata wavelet.
Particolare attenzione sarà rivolta alle relazioni tra i
coefficienti di unadecomposizione wavelet sia alla stessa scala che a
scale consecutive. Simostrerà come i risultati ottenuti possano
essere applicati alla compressionee al denoising di segnali e immagini,
all’ estrazione di transienti in segnali audio oltre che al
riconoscimento di forme e segnali fortemente oscillanti.
Francesco Michelotti
Sensori Biofotonici per la Diagnostica Precoce del Cancro
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Il cancro è una della malattie più devastanti presenti al
mondo. Lo stupefacente impatto di tale piaga a livello globale è
testimoniato dal fatto che quest'anno più di 7 milioni di
persone ne moriranno e almeno 10 milioni scopriranno di essere affetti
da tale patologia.
Dal momento che la probabilità di sopravvivenza è
inversamente proporzionale al tempo intercorso tra l'insorgere della
malattia e la sua diagnosi, è necessario sviluppare metodologie
e strumentazioni diagnostiche sempre più sensibili per
intercettare i segni premonitori della malattia e procedere
tempestivamente alle cure.
Nel corso del seminario si presenteranno i risultati degli studi
più recenti condotti nel Laboratorio di Fotonica Molecolare
relativi allo sviluppo di sensori biofotonici ad elevata
sensibilità per la rivelazione precoce di biomarker tumorali.
Dopo una breve panoramica delle tecniche diagnostiche di riferimento
(Test ELISA, Surface Plasmon Resonance), si descriveranno le
proprietà ottiche dei cristalli fotonici e delle onde di
superficie di Bloch su cui i sensori sono basati, le tecniche di
funzionalizzazione chimica delle superfici per renderle sensibili a
specifiche biomolecole, fino ad arrivare a descrivere la piattafoma
completa point-of-care costituita da biochip plastici usa e getta a
basso costo e dallo strumento ottico/analitico di lettura. Si
mostreranno i risultati di test sperimentali di riconoscimento di
specifiche Immunogammaglobuline (IgG) e di biomarker tumorali
(Angiopoietina 1 e VEGF).
Eugenio Fazio / Valerio Bonacquisti
Sensori e reti sensoriali per l'ambiente, l'industria e la salute
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Verranno presentate le attività di ricerca e sviluppo che il
laboratorio di Fotonica Ultraveloce di SBAI svolge in collaborazione
con OptSensor srl, spin-off di Sapienza Università di Roma. Il
laboratorio ha sviluppato negli anni alcuni sensori e apparati
sensoriali per il monitoraggio della qualità dell'aria (misura e
caratterizzazione del particolato PM10-PM2.5), sensori sulla
qualità dei liquidi alimentari (acqua, vino, olio…) e sul
controllo dei processi di cristallizzazione da soluzioni liquide
sovrassature (per l'industria chimico-farmaceutica), sensori di
illuminazione UV solare indossabili, tecniche di controllo di molti
sensori contemporaneamente per applicazioni in organi artificiali quali
il naso o il tatto elettronici (ecc….) Molti di questi sistemi
sensoriali sono integrati o integrabili in reti di sensori, per un
controllo distribuito.
Massimo Alonzo / Remy Passier / Eugenio Fazio
Fotonica integrata autoscritta ed autoallineante
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Il laboratorio di Fotonica Ultraveloce di SBAI svolge da molti anni
ricerca in ambito dell'ottica e fotonica nonlineari con particolare
riguardo alla realizzazione di fasci laser solitonici in materiali
fotorifrattivi, quali ad esempio il niobato di litio. Un solitone
è un fascio laser che, sfruttando le nonlinearità del
materiale entro cui si propaga, è in grado di compensare la
naturale diffrazione della luce mediante delle variazioni locali di
indice di rifrazione, raggiungendo un regime di propagazione
“auto-confinata”. Le variazioni di indice di rifrazione
indotte da un fascio possono anche essere sentite da un secondo fascio
laser, dando origine ad una grande famiglia di fenomeni di attrazione e
repulsione tra fasci. Si raggiunge un comportamento molto simile a
quello che si otterrebbe qualora i fasci luminosi sentissero delle
forze di tipo “gravitazionale”. Fruttando l'attrazione e
repulsione tra fasci solitonici e sfruttando le proprietà del
niobato di litio (che presenta un rilassamento dielettrico, cioè
un recovery della nonlinearità, estremamente lungo) è
possibile realizzare dei veri e propri circuiti fotonici integrati
autoscritti, e quindi auto-allineati ed auto-ottimizzati, per il
processamento completamente ottico o elettro-ottico dell'informazione.
Saranno presentati sia simulatori/simulazioni numeriche che risultati
sperimentali di dispositivi autoscritti.
Paola Loreti/ Anna Chiara
Lai
La mano di un
robot e gli sviluppi in base non intera
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Si
studia un modello in cui ogni falange del dito di
una mano è
controllata da una coppia binaria che ne regola l'estensione e la
rotazione.A
seconda dei controlli scelti, il rapporto tra le lunghezze di unafalange e della
successiva può essere una costante maggiore di uno o zero, l'angolo
tra una falange e l'altra può essere un angolo fissato o 180°.
Queste ipotesi rendono la chiusura dell'insieme dei punti raggiungibili dal
dito un insieme autosimilare, le cui mappe generatrici sono composizioni
di scalamenti e roto-traslazioni.
La posizione di
ogni "nocca" del dito può essere vista come un'espansione in serie di
potenze con base un numero complesso, in tal senso si connette teoria delle
espansioni in base non-intera.
La
peculiarità di questo modello è senz'altro
l'arbitrarietà del numero di falangi e
conseguentemente la possibilità (almeno teorica) di
manipolare
oggetti piccoli.
Sandra Carillo
Trasformazioni di Bäcklund & Equazioni Noncommutative di tipo Korteweg deVries in spazi di Banach
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Le trasformazioni di Bäcklund sono strumento molto utile nello studio di equazioni non lineari dievoluzione. La struttura Hamiltoniana e/o bi-Hamiltoniana, i gruppi di simmetria ammessi ed anche soluzioni di problemi con assegnati dati iniziali e/o al contorno possono essere determinati mediante l'applicazione di trasformazioni di Bäcklund. Risultati interessanti sono stati ottenuti
per quanto riguarda gerarchie di equazioni non lineari di evoluzione in una incognita spaziale che ammettono un membro base del terzo e del quinto ordine; estensioni al caso di equazioni di evoluzione in due variabili spaziali sono anche possibili. Recentemente, si è affrontato, in collaborazione con C. Schiebold, lo studio delle gerarchie di
equazioni di Korteweg-de Vries e di Korteweg-de Vries modificata, in forma non commutativa. Irisultati già ottenuti, ed anche le ricerche in tuttora in corso, riguardano equazioni
operatoriali in opportuni spazi di Banach. Sono state stabilte relazioni tra di esse mediante trasformazioni di Bäcklund, da un lato, e dall'altro, sono state ottenute soluzioni di equazioni
in ambito non commutativo. Caso particolare, infatti, delle equazioni operatoriali in spazi di Banach sono equazioni in cui le incognite siano matrici n◊n, n intero positivo. Nuove prospettive
e problemi attualmente allo studio sono, infine, elencati.
Daniela Sforza
Equazioni di evoluzione con termini di memoria.
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Si presentano equazioni
integro-differenziali con nucleo integrale di convoluzione. Sotto
condizioni di regolarità sul nucleo, si studia la
controllabilità a zero delle soluzioni, utilizzando tecniche di
analisi spettrale.