4. Gli obiettivi scientifici
4.6. Ingegneria -‐ ICT e tecnologia per l'Energia e Trasporti
4.6. Ingegneria -‐ ICT e tecnologia per l'Energia e Trasporti
Stato di Attuazione delle attività relative all’anno precedente
Il Dipartimento di Ingegneria, ICT e Tecnologie per l’Energia e i Trasporti (DIITET) è operativo dal Febbraio 2013, con l’insediamento del direttore di dipartimento. Dopo un’analisi delle attività di ricerca svolte nei tre ex dipartimenti CNR confluiti nel DIITET (Energia e Trasporti, ICT e Sistemi di
Produzione), in attesa dei nuovi regolamenti del CNR, è stata definita un’organizzazione del
dipartimento per macro-‐aree scientifiche con l’obiettivo di amalgamare, e rendere sinergiche, le molteplici azioni dipartimentali. In accordo con le priorità strategiche di Horizon 2020 e del PNR 2011-‐2013 le attività scientifiche del DIITET sono state organizzate in otto macro-‐aree tematiche (Energia, Trasporti, ICT, Sistemi di Produzione, Costruzioni, Sensoristica, Nuovi Materiali, Aero-‐ spazio) e una macro-‐area trasversale (Matematica Applicata) per la modellazione e analisi dei sistemi complessi oggetto delle ricerche. Per ciascuna macro-‐area è stato individuato un insieme di direttori di istituto (selezionati in base alla rilevanza della macro-‐area per l’istituto) con il compito di coordinare la macro-‐area insieme al direttore di dipartimento. Per favorire le sinergie tra i gruppi di ricerca sono state promosse iniziative progettuali, con obiettivi di ricerca multidisciplinare, mirate ad affrontare alcune delle Societal Challenges identificate nell’ambito del programma Horizon 2020:
• Energia pulita, sicura ed efficiente. In questo ambito le principali azioni volte a promuovere azioni di ricerca multidisciplinare, anche in coordinamento con gli altri dipartimenti CNR, sono state: a) l’accordo di programma con il Ministero dello Sviluppo Economico sulla ”Ricerca di Sistema Elettrico”; b) il progetto premiale 2012 “Tecnologie integrate ed ecosostenibili per la produzione, l’accumulo e l’utilizzo dell’energia” in cooperazione con i dipartimenti CNR di Scienze Fisiche e di Scienze Chimiche, e c) il progetto CNR, in collaborazione con ANCI, “Energia da fonti rinnovabili e ICT per l’efficienza energetica”.
• Trasporti intelligenti, sostenibili ed integrati. In questo ambito il dipartimento ha promosso il progetto premiale “ICT per la Mobilità Sostenibile”.
• Health e well-‐being: In questo ambito il dipartimento ha promosso, in cooperazione con il dipartimento CNR di Scienze Biomediche, e coordinato il progetto premiale “ICT for Social Health and Solidarity”.
Nel settore dell’Energia vanno inoltre ricordate le azioni svolte nel settore della Fusione
Termonucleare Controllata. Nel corso del 2013, sono state svolte le attività programmate sul
tokamak FTU (ENEA-‐Frascati), sui tokamak europei JET, AUG e TCV e la sperimentazione sulla macchina RFX. Inoltre è stata avviata la realizzazione del laboratorio di prova dell'iniettore di neutri per ITER. In questo settore il dipartimento collabora strettamente con ENEA e INFN.
In accordo con il programma europeo "Leadership in Enabling and Industrial Technologies", il dipartimento, direttamente o attraverso gli istituti afferenti, ha promosso importanti attività progettuali su tecnologie ICT e sistemi di produzione avanzati. Nel settore dei sistemi di produzione, nel 2013, il DIITET ha presentato il progetto premiale “Tecnologie e sistemi innovativi per la fabbrica del futuro e made in Italy” che, insieme al progetto bandiera “La Fabbrica del Futuro” e il “Cluster Nazionale Fabbrica Intelligente” (coordinati dall’Istituto ITIA afferente al dipartimento), definiscono la strategia del dipartimento per lo sviluppo delle nuove metodologie e tecnologie abilitanti, per il settore manifatturiero, con particolare riguardo ai settori del Made in Italy. Nel settore ICT, sono stati acquisiti nuovi finanziamenti da progetti europei pari a 1,5MEuro, per attività nel campo della fotonica. Inoltre nell’ambito delle attività dell’European Institute of Innovation and
Technology (EIT), il dipartimento ha coordinato la partecipazione degli istituti CNR al Business Plan
2013 della Knowledge and Innovation Community (KIC) EIT-‐ICT Labs.
In ambito nazionale, il programma MIUR Smart communities, smart cities and smart territories riveste un ruolo strategico per il dipartimento. Questo programma richiede, infatti, un approccio di ricerca fortemente interdisciplinare che coinvolge tutte le macro-‐aree del dipartimento. Nel corso del 2013, il Dipartimento ha svolto un importante ruolo di coordinamento per la partecipazione degli istituti afferenti al bando PON Smart Cities and Communities (Convergenza nord). In particolare, il dipartimento partecipa a nove progetti ammessi a finanziamento (attualmente in attesa dei decreti di concessione): RIGERS (area tematica: architettura sostenibile e materiali); SMARTOUR (area tematica: beni culturali); DIONISIO (area tematica: domotica); WATERTECH (area tematica: gestione risorse idriche); SMARTGATE (area tematica: giustizia); PSC (area tematica:
giustizia); CLARA (area tematica: sicurezza del territorio); S4E (area tematica: tecnologie del mare);
ASMARA (area tematica: trasporti e mobilità terrestre). Inoltre, nel corso del 2013, nell’ambito del bando PON Smart Cities and Communities (Convergenza sud) sono stati avviate le seguenti attività progettuali (coordinate per il CNR dal DIITET): PRISMA (area tematica: renewable energy and smart
grid); RES NOVAE (area tematica: renewable energy and smart grid), e I-‐NEXT (area tematica: renewable energy and smart grid, smart mobility) con finanziamento per il DIITET pari a 6M Euro.
Nel corso del 2013 sono, inoltre, proseguite le attività degli istituti del dipartimento nell’ambito di 6 progetti PON02 (potenziamento distretti/laboratori) e 10 progetti PON03 (nuovi distretti). Le
basse emissioni e bassi consumi (inclusi motori marini e aeronautici), sensoristica per i trasporti, materiali per i sistemi di produzione ed accumulo di energia. Per questi progetti il finanziamento totale del DIITET è pari a 8M Euro.
Tra i programmi nazionali, è rilevante anche la presenza del dipartimento nel programma Industria 2015, con 11 progetti in corso di svolgimento, di cui 4 progetti nel programma “Efficienza energetica”, 5 progetti in “Mobilità sostenibile” e 2 progetti relativi al “Made in Italy”. Inoltre, nel 2013, i ricercatori del DIITET hanno partecipato, anche con ruoli di coordinamento, ai Progetti Bandiera: Fabbrica del futuro e InterOmics nel settore biomedico.
Nell’ambito delle attività del dipartimento, hanno un ruolo importante le azioni svolte a supporto dell’innovazione della pubblica amministrazione. Tra queste, nel 2013, vogliamo ricordare la collaborazione con l’Agenzia per l'Italia Digitale con la partecipazione dei ricercatori del DIITET al tavolo di lavoro su alfabetizzazione informatica e al tavolo di lavoro sul Fascicolo Sanitario Elettronico (FSE). Si ricorda, inoltre, che nel 2013, nell’ambito della collaborazione con la Presidenza del Consiglio dei Ministri, i ricercatori del DIITET hanno portato a termine, con successo, la “Realizzazione di un'infrastruttura operativa a supporto dell'interoperabilità delle soluzioni territoriali di fascicolo sanitario elettronico nel contesto del sistema pubblico di connettività (OpenInFSE)”.
Nell’ambito dell’accordo quadro tra CNR e Ministero degli Interni, il DIITET è stato promotore della costituzione del Comitato permanente per la ricerca e la sicurezza interna (Co.Ri.S.I.) quale organo consultivo per la scelta delle tecnologie per la sicurezza per le forze di polizia. Nella sua prima seduta, il Co.Ri.S.I. ha assegnato al DIITET il compito di valutare le tecnologie per la futura rete di comunicazione della forze di Polizia.
Per supportare al meglio le attività degli Istituti afferenti al dipartimento, nel corso del 2013, è stata avviata la riorganizzazione degli uffici dipartimentali con la creazione, in primo luogo, della Segreteria di Direzione e della Segreteria Amministrativa. Inoltre, al fine di supportare al meglio le molteplici attività progettuali degli Istituti è stata costituita un’unità con compiti di gestione e monitoraggio delle attività progettuali dipartimentali. È, inoltre, in corso di definizione un’unità a supporto degli istituti per il trasferimento tecnologico.
Le scelte programmatiche del Dipartimento
Obiettivi generali e strategici da conseguire nel triennio
dipartimento DIITET si articola su tre linee: i) produzione di nuova conoscenza; ii) valorizzazione della conoscenza; e iii) supporto ai ministeri e alla pubblica amministrazione.
Produzione di nuova conoscenza. La produzione di nuova conoscenza dovrà avvenire secondo le linee strategiche definite dai principali programmi di ricerca nazionali e internazionali. In particolare, Horizon 2020 costituisce il riferimento per la definizione della strategia dipartimentale. Il DIITET concentrerà, quindi, le attività di ricerca sulle tre priorità di Horizon 2020: perseguire l’eccellenza nella scienza, mantenere la leadership industriale europea e affrontare le sfide della società.
1. Perseguire l’eccellenza nella scienza al fine di garantire la competitività europea nel lungo termine. Per perseguire questo obiettivo, il dipartimento incentiva la partecipazione dei ricercatori ai bandi ERC, FET e Marie Curie. Inoltre promuove programmi di Dottorato finalizzati alla formazione dei nuovi ricercatori. Con riferimento alle aree dipartimentali, è previsto nel 2014 l’avvio di dottorati nei seguenti settori: fusione nucleare, trasporti, edilizia e sistemi complessi.
2. Mantenere la leadership industriale europea con lo sviluppo delle principali tecnologie industriali abilitanti. Per il dipartimento DIITET, questo si traduce nelle seguenti priorità di ricerca:
• ICT: Internet del futuro; smart networks; sistemi embedded pervasivi; reti di sensori; Big
Data analytics; Advanced computing; knowledge discovery and management; Assistive robotics; dispositivi elettronici ottici e a onde millimetriche per le comunicazioni; cyber-‐
security; Agenda Digitale; e-‐energy, e-‐health.
• Fotonica: Sviluppo di strumenti di tipo optoelettronico/fotonico per applicazioni in medicina; sistemi diagnostici e terapeutici mini-‐invasivi di tipo laser; tecnologie fotoniche ed optoelettroniche per la conservazione ed il restauro di Beni Culturali.
• Micro e nano elettronica: sensoristica e elettronica per: diagnostica medica, l’analisi di qualità degli alimenti, monitoraggio delle acque, monitoraggio del suolo e delle foreste, monitoraggio delle infrastrutture.
• Nanotecnologie: Sviluppo e studio di nanosistemi per applicazioni nella medicina e a problematiche ambientali.
• Materiali avanzati: materiali per l’energia; nano-‐materiali grafenici/grafitici a basso costo; materiali per la refrigerazione magnetica; materiali avanzati per macchine agricole e operatrici. materiali polifunzionali, o nano-‐mesa strutturati, orientati al biomedicale, alla sensoristica avanzata e all’edilizia.
• Sistemi di produzione: metodologie, strumenti e tecnologie per la fabbrica del futuro; produzione personalizzata; soluzioni avanzate di controllo distribuito per processi manifatturieri complessi; processi di de-‐manufacturing; veicoli modulari trasportabili e riconfigurabili; ambienti di realtà virtuale a supporto della produzione.
3. Affrontare le sfide della società. Per il dipartimento DIITET, questo si traduce nelle seguenti priorità di ricerca:
• Energia pulita, sicura ed efficiente: generazione e micro-‐generazione di energia pulita ed efficiente, incluso i sistemi di accumulo dell’energia e lo sfruttamento e l’utilizzo efficiente delle fonti energetiche rinnovabili (sole, vento, mare); tecnologie abilitanti per la cattura della CO2. Fusione termonucleare controllata.
• Edilizia sostenibile; tecnologie per le costruzioni sostenibili; il miglioramento della sostenibilità energetica ed ambientale e gestione del freddo; controllo dell'inquinamento nel costruito.
• Trasporto intelligente, sostenibile ed integrato: tecnologie ICT per la mobilità urbana intelligente; mobilità sostenibile; modelli e metodi matematici per la souzione di problemi di trasporto.
• Agricoltura sostenibile e sicurezza del cibo: agricoltura di precisione (uso intelligente di sostanze chimiche e fertilizzanti, gestione integrata del territorio e delle aree rurali mediante macchine, sistemi e tecniche di gestione ad alta efficienza energetica e basso impatto ambientale); tracciabilità delle reti di produzione e distribuzione nel settore alimentare. • Ricerca marina e marittima: sicurezza e monitoraggio delle condizioni del mezzo navale;
trasporto marittimo a basso impatto ambientale; modelli predittivi del moto ondoso e dell’interazione mare-‐atmosfera; sistemi di Search and Rescue in mare; sistemi automatici anti-‐collisione per imbarcazioni;
• Azioni per il clima e mitigazione dei rischi naturali: tecnologie e strumenti per misurare ed osservare il sistema terra e metodi di elaborazione dei dati telerilevati; tecnologie ambientali; nuove tecniche di osservazione dell’universo; telerilevamento aereo-‐satellitare; sistemi integrati (remote sensing e piattaforme in-‐situ) per la comprensione del funzionamento degli ecosistemi e dell'impatto delle attività umane.
• Conservazione, gestione e valorizzazione dei beni culturali: Tecnologie per il monitoraggio di beni culturali; Safety and Security dei Beni Culturali; digitalizzazione e modellazione avanzata; fruizione intelligente e valorizzazione sostenibile del patrimonio.
Da un punto di vista metodologico, si ritiene strategica l'integrazione delle discipline ingegneristiche più tradizionali, ed ancorate al mondo fisico (es. meccanica, costruzioni, energia, materiali innovativi e sistemi di produzione), con le tecnologie “virtuali” ICT. Infatti, la convergenza tra il mondo virtuale e il mondo fisico è strategica per la creazione di nuovi prodotti, processi e servizi ad alto valore aggiunto in termini di conoscenza. La caratteristica emergente in molti settori dell'ingegneria (dai trasporti all'energia; dall'ingegneria civile ai sistemi di produzione, ecc.) è infatti, il crescente utilizzo di "cyber-‐physical systems", cioè sistemi fisici integrati e controllati attraverso sistemi ICT (es. sensori ed attuatori, sistemi di calcolo, comunicazione e memorizzazione) al fine di aumentarne l'efficienza, l'affidabilità, l'adattabilità e la sicurezza e permetterne l'utilizzo in molteplici scenari applicativi: dalla prevenzione delle collisioni tra autoveicoli, al controllo del traffico aereo; dalla chirurgia robotica alla produzione a livello nano; dall'efficienza energetica degli edifici al monitoraggio remoto delle condizioni di salute. Il settore delle Smart Cities and Communities esemplifica molto bene questo trend. Una smart city è, infatti, una città che opera contemporaneamente su due livelli: uno fisico ed uno virtuale. La città intelligente prevede una gestione dei suoi servizi (trasporti, energia, illuminazione, gestione dei rifiuti, intrattenimento, ecc.) attraverso l’uso diffuso delle tecnologie ICT che forniscono un’infrastruttura logica/virtuale che controlla e coordina le infrastrutture fisiche al fine di adattare i servizi della città alle effettive esigenze dei cittadini e, allo stesso tempo, ridurre gli sprechi e rendere la città sostenibile.
Valorizzazione della conoscenza. Nel dipartimento DIITET, questo processo avviene simultaneamente all’avanzamento delle conoscenze attraverso la collaborazione con l’imprenditoria nazionale. Questo richiede di:
i) Ricercare e realizzare, a livello dipartimentale, un raccordo con l’imprenditoria nazionale (Confindustria, Unioncamere, ecc.). In questa direzione risultano strategiche le azioni previste dal l’Accordo quadro con Confindustria (che vedono il DIITET attivamente coinvolto) per creare tavoli di incontro sul territorio tra i ricercatori del dipartimento e le associazioni di categoria e le aziende afferenti;
ii) Rafforzare la collaborazione con le piccole e medie aziende. A questo proposito, risulta strategica la presenza attiva del DIITET nei Cluster tecnologici nazionali per favorire il collegamento tra soggetti pubblici e privati e facilitare le azioni di trasferimento dei risultati della ricerca verso le diverse filiere produttive, in un’ottica di smart specialisation. Ricordiamo che il dipartimento partecipa a cinque Cluster Tecnologici Nazionali in settori chiave per le strategie dipartimentali: CFI (area tematica: Fabbrica intelligente); Trasporti
communities); TAV (area tematica: Tecnologie per gli ambienti di vita). L’avvio delle attività
dei Cluster è previsto per il 2014. La dimensione scientifica, economica e occupazionale collegata ai Cluster è prioritaria nel Sistema Paese, anche in termini di sviluppo di brevetti,
start-‐up e spin-‐off di ricerca, di implementazione di progetti pubblico-‐privati, di impatto
industriale e socioeconomico complessivamente generati, nonché di capacità di attrarre finanziamenti privati.
Supporto ai ministeri e alla pubblica amministrazione. Il dipartimento collabora attivamente con quasi tutti i Ministeri. In particolare, per le attività di ricerca nel settore energia e trasporti ha un ruolo molto importante l’accordo di programma con il Ministero dello Sviluppo Economico sulla ”Ricerca di Sistema Elettrico” che è stato finanziato a partire dal 2008, ed è tuttora in corso. Nel corso del 2014, sono attesi finanziamenti pari a 6M Euro per attività su: i) utilizzo pulito dei combustibili fossili ai fini del risparmio energetico; ii) risparmio di energia elettrica attraverso l’uso efficiente di fonti energetiche diversificate e lo sviluppo di tecnologie innovative; iii) sistemi elettrochimici per l’accumulo e la generazione di energia; iv) climatizzazione solare ad adsorbimento; v) materiali e tecnologie abilitanti per la ricerca di sistema elettrico.
Nell’ambito dell’accordo quadro con il Ministero dell’Interno, il dipartimento svolge un importante ruolo di consulenza per l’identificazione delle tecnologie ICT di supporto alle forze di Polizia. È, inoltre, in corso di perfezionamento l’accordo con il Comando Carabinieri Tutela Patrimonio Culturale (CCTPC) finalizzato all’utilizzo delle competenze del DIITET per la protezione e salvaguardia dei Beni Culturali.
La presenza nel dipartimento degli istituti CNR che operano nel settore ICT fornisce al DIITET un ruolo primario di supporto all’Agenzia per l’Italia Digitale che ha l’importante compito di monitorare e promuovere l'attuazione dei piani ICT delle pubbliche amministrazioni e contribuire alla diffusione dell'utilizzo delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione, allo scopo di favorire l'innovazione e la crescita economica.
Quadro delle Collaborazioni
Il Dipartimento ha in tutti i suoi settori di attività una fitta rete di collaborazioni scientifiche con aziende, centri di ricerca e università nazionali ed internazionali. Per il dettaglio si rimanda alle schede relative alle singole macro aree. Risultano, inoltre, strategiche le partecipazioni dei ricercatori alle iniziative comunitarie – le piattaforme tecnologiche, le iniziative di programmazione
Nell’ambito del settore dell’energia e trasporti, i ricercatori del DIITET partecipano, anche con ruoli di coordinamento (per quanto riguarda il CNR), ai Joint Programmes dell’EERA, l’alleanza della Ricerca Europea sull’Energia, uno degli strumenti indicati dalla Commissione Europea nel quadro dello Strategic Technology Energy Plan (SET Plan). Il dipartimento, inoltre, partecipa a numerose commissioni e gruppi di lavoro dell’International Energy Agency ed ha la vicepresidenza del raggruppamento Enti di ricerca nella JTI Hydrogen and Fuel Cell. Inoltre, gli Istituti del DIITET partecipano alle seguenti piattaforme tecnologiche: Piattaforma Europea Biofuel (partecipando al WG3 -‐ Biofuels distribution and end use), Piattaforma Tecnologica Italiana sulla Mobilità Elettrica, Piattaforma Tecnologica Italiana Sorgenti e Sensori Fotonici (per lo sviluppo di sensoristica ottica intelligente per il controllo motore), Piattaforma Tecnologica Nazionale Marittima (PTNM), riconosciuta dalla Commissione Europea come mirror group della Piattaforma Tecnologica Europea WATERBORNE.
Nel settore dei sistemi di produzione gli istituti del dipartimento partecipano allo sviluppo delle piattaforme tecnologiche europee e nazionali, quali la piattaforma Manufuture EU, la Piattaforma Europea “Footwear Product and Processes European Technology Platform” e la Piattaforma Tecnologica sulle Costruzioni.
Nel settore ICT ricordiamo la Piattaforma Tecnologica Italiana Sorgenti e Sensori Fotonici, la
Piattaforma Tecnologica Nazionale sui Beni Culturali IPOCH2, la Piattaforma Tecnologica Italiana Future Internet. Inoltre, nel settore della fotonica, tramite l’istituto afferente IFAC, il DIITET
partecipa alla rete dei Cluster Fotonici Europei e all'azione ERANET+ “BiophotonicsPlus”. Nel settore ICT risulta strategica l’attività all’interno della KIC EIT-‐ICT Labs. In particolare, il dipartimento è parte del nodo italiano (EIT ICT Labs @ Italy) coordinato da Trento RISE e coordina la partecipazione dei ricercatori CNR ai Business Plan di EIT-‐ICT Labs che forniscono supporto finanziario ai ricercatori, nella forma di attività catalyst, per attività di innovazione. Inoltre, tramite EIT ICT Labs @ Italy, il DIITET collabora con gli altri nodi europei di EIT ICT Labs in Finlandia, Francia, Germania, Gran Bretagna, Olanda e Svezia. EIT-‐ICT Labs costituisce, pertanto, un importante
network scientifico-‐tecnologico per la partecipazione a Horizon 2020.
Il DIITET promuove con Finmeccanica la Piattaforma Tecnologiche Nazionale SERIT – Security Research in Italy -‐– e collabora con il Dipartimento CNR Scienze del Sistema Terra e Tecnologie per l'Ambiente alla promozione della Piattaforma Tecnologiche Nazionale SPIN-‐IT: “Space Innovation in Italy”.
Numerose sono le partecipazioni a società consortili attraverso le quali il DIITET ha creato una fitta rete di collaborazioni con piccole e medie aziende al fine di valorizzare la conoscenza prodotta e contribuire quindi all’innovazione del sistema produttivo nazionale. Infine, attraverso i suoi istituti
I progetti Dipartimentali sono: • Energia
• Fusione Termonucleare Controllata • Trasporti
• ICT
• Sistemi di Produzione • Costruzioni • Sensoristica • Nuovi Materiali • Aerospazio • Matematica Applicata