4. Gli obiettivi scientifici
4.5. Scienze Fisiche e Tecnologie della Materia
4.5. Scienze Fisiche e Tecnologie della Materia
Stato di Attuazione delle attività relative all’anno precedente
Il Dipartimento di Scienze Fisiche e Tecnologie della Materia (DSFTM), nel seguito denominato il Dipartimento, deriva dal soppresso Dipartimento Materiali e Dispositivi (DMD) ed ha 12 Istituti afferenti (IBF, ICIB, IFN, INO, IMIP, IMM, IOM, IPCF, ISC, ISM, NANO, SPIN) per un totale di circa 780 ricercatori e tecnologi e 270 tecnici–amministrativi. Gli Istituti vedono anche la presenza attiva di altrettanto personale associato, che rappresenta un importante valore aggiunto sia in termini di competenze che di sinergie strategiche con le Università. Questo patrimonio di personale impegnato in ricerca, con una varietà di competenze sinergiche consente al Dipartimento di contribuire efficacemente alla realizzazione della Missione del CNR sia nello sviluppo di conoscenza che nella produzione di valore attraverso la promozione dell'innovazione e della competitività del sistema produttivo.
L’ampio ventaglio di competenze di seguito descritto e la rilevante concentrazione di strumentazione avanzata ed innovativa esistente presso gli Istituti, sono alla base dell’importante ruolo di cerniera che il DFSTM svolge verso i settori più dinamici del mondo universitario (associati CNR attraverso gli Istituti del Dipartimento) ed il mondo dell’industria, soprattutto ad alta tecnologia.
La sinergia con le Università è stata ulteriormente rafforzata dall’accorpamento (nel 2005, completata nel 2010) dell’Istituto Nazionale di Fisica della Materia e dell’Istituto Nazionale di Ottica Applicata; questa sinergia sarà ulteriormente potenziata nel futuro incoraggiando i ricercatori del DFSTM a svolgere un ruolo attivo anche nell’alta formazione.
La sinergia col mondo della produzione, in alcuni casi facilitata dalla presenza di laboratori CNR presso realtà industriali, o viceversa, ha reso possibili azioni di successo in progetti strategici ed azioni di trasferimento tecnologico che rimangono un tratto caratterizzante nelle linee di sviluppo del DFSTM.
A dimostrazione del successo di questa strategia basata su una forte integrazione con realtà diverse, si consideri che, nonostante la continua riduzione del Finanziamento Ordinario (di oltre il 50% nell’ultimo triennio), si è assistito ad un drastico incremento delle risorse da Fonti esterne, provenienti in special modo da Progetti finanziati da Ministeri o dalla UE, con un “fattore di amplificazione” del fondo ordinario di oltre sei volte.
Le scelte programmatiche del Dipartimento
Il Dipartimento intende contribuire efficacemente allo sviluppo della ricerca di base nel campo della Fisica della Materia e della ricerca nel campo della Scienza e Tecnologia dei Materiali con le sue possibili applicazioni, valorizzando il vasto spettro di competenze che sono presenti al suo interno, svolgendo attività con carattere di ricerca libera e di base (indirizzata quindi ad ampliare la frontiera delle conoscenze), indagini fortemente applicative, con ricadute nel mondo industriale e
produttivo, e sviluppo di strumentazione innovativa che ampli le capacità di indagine sperimentale.
La combinazione di ricerca di frontiera, multidisciplinarietà di approccio e focalizzazione verso l’effettivo sviluppo di applicazioni offre spesso importanti risposte alle grandi sfide per il rilancio
della competitività. Queste competenze tradizionalmente garantiscono grandi capacità di
immaginare, progettare e realizzare nuovi materiali, dispositivi e sensori, nuova strumentazione e, più
in generale, nuovi approcci di supporto alle sfide che la contemporaneità propone alle aziende a più
alta tecnologia e alla società in generale.
Obiettivi Generali e strategici da conseguire nel Triennio
Sulla base delle attuali capacità, in termini di personale, competenze e attrezzature, che risiedono negli Istituti afferenti e presso le grandi infrastrutture di ricerca nazionali ed internazionali, il Dipartimento si propone come Struttura di riferimento, a partire dalla scala nazionale, per lo sviluppo dei temi dell’Ottica, della Fisica Atomica e Molecolare, della Materia Condensata, dei
Biomateriali, dei Sistemi complessi, della Biofisica e Materia Soffice e della Scienza dei Materiali, con
particolare focalizzazione nello sviluppo di Materiali avanzati e nella progettazione e costruzione di
dispositivi, sensori e strumentazione.
Il Dipartimento opera soprattutto per la promozione di queste tematiche, che si sovrappongono alle cosiddette Key Enabling Technologies (KETS) di Horizon 2020 su scala europea, favorendo aggregazioni e sinergie con Istituzioni, Gruppi ed Aziende Internazionali, con la finalità di creare
nuova Progettualità Europea ed Internazionale e nuove Infrastrutture di Ricerca e di favorire un
appropriato e congruo utilizzo di quelle già esistenti. La mobilità e la formazione di personale di ricerca, su scala italiana ed internazionale, sarà promossa dal Dipartimento, per il costante rafforzamento ed aggiornamento delle Competenze, anche attraverso l’organizzazione di Scuole per giovani ricercatori, la promozione di Scuole di Dottorato in collaborazione con le Università, l’organizzazione o sponsorizzazione di Workshop tematici e Conferenze internazionali per la promozione dell’eccellenza scientifica e tecnologica e infine la creazione di Corsi formativi di alto
alimentare, Scienze della Vita, Comunicazioni ed elaborazione ed immagazzinamento della Informazione, Conservazione e valorizzazione dei Beni Culturali, Energia, Trasporti.
In questi settori, e sulla base delle proprie competenze, il Dipartimento ha tra i suoi principali Obiettivi lo sviluppo di Tecnologie Innovative. A questo scopo, il Dipartimento si conferma, data anche la distribuzione territoriale del CNR, come riferimento nazionale, relativamente ai propri settori di competenza, di una Rete formata in special modo da Enti di Ricerca, Università ed Imprese, per la definizione di Tematiche strategiche nazionali, per lo sviluppo di una efficace Progettualità congiunta su scala internazionale e per un efficiente trasferimento di Tecnologie e Competenze al settore Produttivo. In particolare, il DSFTM ha obiettivo essenziale di trasferire i risultati della ricerca sui materiali e nei processi innovativi in concreti avanzamenti tecnologici, attraverso la realizzazione di prototipi di dispositivi e la collaborazione con l’Industria Nazionale.
Inoltre la capacità di progettare e realizzare nuova strumentazione e sviluppare nuove metodologie e processi rappresenta una competenza ad alto valore aggiunto, in quanto le ricadute di questi “nuovi” strumenti, metodologie e processi investono un ampio spettro di discipline che si estende dalla chimica, alle discipline umanistiche.
Le opportunità di collaborazione
La capacità di collegare la ricerca di base al tessuto produttivo e la ricchezza di infrastrutture e conoscenze permette al DSFTM di ampliare continuamente le sue opportunità di collaborazione. Ad esempio, le strumentazioni di cui sono dotate le strutture di ricerca del DFSTM permettono la sintesi di materiali innovativi, la corrispondente caratterizzazione avanzata, il nano–processing e la simulazione mediante parallel–computing.
Vi sono diversi esempi di Laboratori congiunti, tra questi, a titolo di esempio, si cita quello tra Italia e Israele, il Joint Laboratory tra lo European Laboratory for Non–linear Spectroscopy (LENS) ed il Weizmann Institute of Science, creato per la ricerca nei settori della nanofotonica, delle tecnologie quantistiche basate su atomi degeneri e della biofisica. Oppure, ancora, il laboratorio congiunto dedicato alle neuroscienze, nato dalla collaborazione tra l’Istituto dei Sistemi Complessi di Roma e l’Università di Tel Aviv che si avvale di ulteriori collaborazioni internazionali (Salk Institute e Institute of Nonlinear Science, UCSD San Diego). Si citano, infine, le diverse iniziative pubblico– private che impegnano il DSFTM nel campo della nanoelettronica, dell’energia, e della sensoristica per Health Care nell’ambito dei Distretti Tecnologici “Sicilia Micro– Nanosistemi” e DHiTech, e la sinergia con Università, strutture di ricerca di altri ministeri ed Industria per lo sviluppo di progetti e laboratori congiunti, come nel caso del Polo scientifico di Lecco.
Oltre alle collaborazioni con realtà esterne all’Ente, il DSFTM, agendo nel campo della Scienza e della Tecnologia dei Materiali ha sviluppato una rete di collaborazioni con gli altri Dipartimenti dell’ente ed in particolare si trova in forte sinergia con il DSCTM, come mostrato dalla partecipazione congiunta alla Flagship “Graphene–Driven Revolutions in ICT and Beyond” (GRAPHENE), a diversi PON e Progetti Premiali.
La pianificazione per l’acquisizione di risorse esterne
Il contributo della rete scientifica del Dipartimento al progresso scientifico e tecnologico del Paese è significativo in tutti i settori di competenza, sia in campo accademico che pubblico ed industriale, a livello nazionale ed internazionale.
In generale, le attività scientifiche sono concepite in modo da creare un continuum fra la fisica della materia, la scienza dei materiali e la tecnologia dei dispositivi al fine di ridurre i tempi di trasferimento dalla ricerca alle applicazioni di mercato. Le sinergie con università e mondo produttivo potranno essere accresciute attraverso grandi Progetti congiunti (ad es. PON, PON– Cluster, Progetti integrati europei,..) ma anche realtà consortili (come i Distretti), su scala regionale, nazionale ed europea.
Strumenti strategici di collaborazione sono: partecipazioni societarie, spin–off, accordi quadro, quale quelli stipulati di recente con il CNISM, il Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Scienze Fisiche della Materia, e Elettra-‐Sincrotrone Trieste, protocolli di intesa, convenzioni, collaborazioni con Università, Fondazioni e con strutture pubbliche e private nazionali (Ministeri e altri Enti Pubblici di Ricerca) e locali (Regioni e Province) al fine di creare sinergie grazie alla complementarietà delle conoscenze e delle facilities tecnologiche.
Inoltre, molteplici sono le collaborazioni in atto, tra cui quelle con il Dipartimento della Protezione Civile, con Finmeccanica, con i Raggruppamenti di Imprese e Associazioni Industriali. In collaborazione con AIRI/Nanotec IT – Associazione Italiana per la Ricerca Industriale/Centro Italiano per le Nanotecnologie, Veneto Nanotech, e l'Istituto per il Commercio Estero, questo Dipartimento partecipa ogni anno, insieme a quello di Scienze Chimiche, all’organizzazione della Conferenza internazionale NanotechItaly.
Nell’ambito dell’acquisizione di risorse attraverso le call Europee (Horizon 2020), e Nazionali, va sottolineato che la capacità di attrarre tale risorse potrebbe venire fortemente limitata da un ulteriore riduzione del finanziamento ordinario, che impedirebbe il cofinanziamento necessario alla partecipazione ai progetti.
grandi progetti di interesse nazionale, quali SMART CITIES e PON. In questi contesti il DSFTM dimostra capacità, sia esclusive che in sinergia con altre competenze CNR e Nazionali, producendo innovazione tecnologica nei seguenti campi: energia, materiali innovativi, trasporti, chimica verde, agrifood, tecnologie per smart communities, scienze della vita, mezzi e sistemi per la mobilità di superficie terrestre e marina, aerospazio, , fabbrica intelligente. In totale il DSFTM ha al suo attivo 12 PON01, 3 PON02, 1PON3, 1 SMART–CITIES.
Per quanto riguarda l’impatto sulla ricerca nazionale, il Dipartimento rappresenta dunque un punto di riferimento nelle grandi aree tematiche e finalità individuate dal Piano Nazionale della Ricerca, grazie all’eccellenza degli Istituti operanti al suo interno nei settori sopra menzionati. Inoltre partecipa a diverse piattaforme tecnologiche, promosse dal MIUR e promuove la crescita dei distretti ad alta tecnologia, di cui è parte attiva, rivestendo un ruolo guida nel trasferimento tecnologico, favorendo le interazioni pubblico–privato.
Valorizzazione della Ricerca e Trasferimento Tecnologico
Il DSFTM contribuisce alla strategia dell’Ente operando nei settori: tutela della proprietà intellettuale (IP), valorizzazione dei trovati in particolare attraverso il licensing di brevetti e know how; generazione di nuova impresa: spin off e start up companies; formazione del personale di ricerca ed organizzazione di eventi divulgativi. Il DSFTM vanta oltre un centinaio di brevetti, la maggior parte con estensione estera, detenendo circa il 25% dell’intero portafoglio CNR e generando il 66% degli introiti associato al patrimonio brevettuale dell’intero CNR.
Il DSFTM ha contribuito alla generazione di imprese ad alta tecnologia favorendo la nascita di 7 spin–off.
Partecipazione a programmi UE e accordi internazionali
Il DSFTM ha dimostrato di essere ben posizionato nel contesto internazionale. In particolare, per quanto riguarda il VII Programma Quadro dal 2007 il Dipartimento ha ottenuto il finanziamento in un’ottantina di progetti di ricerca, in un terzo dei quali con funzione di coordinamento. A questo si aggiunge il risultato ottenuto nei passati bandi ERC con ben 9 giovani brillanti ricercatori, titolari di Starting Grant, che stanno svolgendo la loro attività di ricerca all’interno delle strutture del Dipartimento, contanto su oltre 8 milioni di finanziamento complessivo.
Risulta evidente che il DSFTM è in grado di affrontare con successo la competizione a livello internazionale, partecipando ai grandi progetti europei, in particolare a quelli del nuovo programma Horizon 2020 i cui pilastri prevedono priorità e finalità in linea con gli obiettivi ed il bagaglio di conoscenze proprie di questo Dipartimento, sia dal punto di vista di strategie che per quanto
Il compito prioritario del DSFTM sarà quello di rafforzare ulteriormente il coinvolgimento nei progetti europei che, oltre ad assicurare una significativa fonte di finanziamento, rappresenta un’importante occasione di crescita nell’interazione con altre realtà scientifiche ed industriali. Questa strategia va nella direzione di operare per un maggior recupero dei finanziamenti italiani alla ricerca europea. Numerose sono le attività rilevanti in ambito ambiente, energia, sicurezza, salute, per le quali vi sono ampi spazi tra le “grandi sfide della società”.
DSFTM, congiuntamente al DSCTM, partecipa alla Flagship “Graphene–Driven Revolutions in ICT and Beyond” (GRAPHENE). L’ambizione di questa flagship è quella di riunire la comunità europea della ricerca in modo focalizzato ed interdisciplinare per portare ad un radicale cambiamento tecnologico nei campi delle tecnologia dell’Informazione e della Comunicazione, mettendo a frutto le proprietà uniche del grafene e dei materiali bidimensionali collegati.
Per quanto riguarda “Excellence Science” – “Supporting world leading scientist in blue sky research”, il Dipartimento prevede di confermare e migliorare i risultati già ottenuti nel VII PQ, ottenuti grazie alla ricerca innovativa, di livello internazionale, presente al suo interno. La presenza di tecnologie industriali abilitanti, quali i materiali avanzati, la micro– e nanoelettronica, la fotonica, tutte di carattere fortemente multidisciplinare e trasversale, ha generato una testimoniata capacità di attrarre capitali di aziende private, sia grandi che piccole–medie, requisito necessario per l’“Industrial Leadership” (“bringing more good ideas to market…..and help innovative SMEs to grow into world–leading companies [….] strengthen industrial leadership in innovation”). Dal punto di vista dei “societal and EU level challenges for a better society”, il Dipartimento è pronto ad affrontare alcuni aspetti centrali, quali: “Reliable, clean, efficient energy”, con le fonti energetiche rinnovabili, l’utilizzo di nuovi materiali per l’energetica, promuovendo lo sviluppo di “secure societies” attraverso lo sviluppo di dispositivi e sensori per il controllo dell’inquinamento ambientale e la “food security” e nell’ ”ambient assisted living” con leadership riconosciuta a livello europeo.
Con i suoi progetti in corso di esecuzione, il DSFTM è in linea con le strategie del programma Horizon 2020 che dà grande rilievo alle Key Enabling Technologies (KET), quali micro– e nanoelettronica (con materiali che vanno dal silicio fino agli ossidi e agli organici), fotonica, nanotecnologia, materiali superconduttori e materiali avanzati in genere. Si tratta di ambiti tecnologici che rientrano tra le linee prioritarie di intervento già adottate dal Dipartimento per lo sviluppo e la competitività del sistema produttivo italiano con importanti ricadute socio-‐economiche che coinvolgono pesantemente anche il tessuto industriale. Il DSFTM ha dimostrato di saper
Il DSFTM gestisce infrastrutture di ricerca presso facility internazionali e anche questa attività lo posiziona in modo ottimale nel panorama internazionale facilitando i contatti scientifici e tecnologici con i gruppi pi attivi e propositivi a livello mondiale.
I progetti Dipartimentali sono: • Sensori e dispositivi
• Scienze e tecnologie quantistiche • Materiali innovativi
• Sistemi e materiali complessi, materia soffice, biofisica e reti • Sistemi laser e dispositivi fotonici
• Progettazione, realizzazione di strumentazione e sviluppo di nuove metodologie • Plasmi