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.