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Proposte di programmi di ricerca scientifica e tecnologica di interesse nazionale

9. Proposte di programmi di ricerca scientifica e tecnologica di interesse nazionale

Nel rispetto delle Linee guida per la Politica Scientifica e Tecnologica del Governo e dietro l’impulso degli istituti CNR, sono stati elaborati ventuno progetti, da finanziarsi eventualmente da parte del Miur su base programmatica, ex art. 2 del d.lgs. 19/99, per i quali sono illustrati: il contesto scientifico e applicativo cui si rivolgono, gli obiettivi principali che si propongono e i principali attori (CNR e non) che sono disponibili al loro svolgimento. Per ogni progetto viene pure illustrata la corrispondenza alle priorità fissate dal Governo nelle Linee guida prima menzionate. Tale raccordo viene effettuato collegando ciascun programma di ricerca alle tecnologie abilitanti Miur ed ai settori prioritari di intervento. Riguardo le tecnologie abilitanti si fornisce la seguente legenda, dove i codici da T1 a T11 sono stati attribuiti per convenzione nella stesura del presente Piano:

Tecnologie Abilitanti Miur T1 Biotecnologie T2 Informatica avanzata multimediale e distribuita T3 Microelettronica e sensoristica intelligente T4 Laser optoelettronica T5 Tecnologie biomedicali T6 Micro e nano tecnologie T7 Tecnologie dei materiali strutturali e funzionali T8 Processi separativi, tecnologie chimiche, elettrochimica T9 Fluidodinamica e tecnologia della combustione T10 Elettronica, sistemi di attuazione e controllo e reti T11 Robotica e sistemi avanzati di progettazione e fabbricazione

Anche per i settori prioritari si fornisce, di seguito, la legenda. Come già fatto per le tecnologie abilitanti si attribuiscono dei codici convenzionali a ciascun settore (codici che vanno da S1 a S8). Settori prioritari S1 Sistemi di produzione S2 Informatica e telecomunicazione S3 Energia S4 Ambiente S5 Trasporti S6 Agroalimentare S7 Salute S8 Beni culturali

CNR Piano Triennale 2003 - 2005 155

Parte 1 – Piano scientifico

La genesi delle proposte è stata la seguente: il Consiglio Direttivo, di concerto con l’organo di Consulenza Scientifica e sulla base delle Linee guida Miur, ha indicato i settori generali nell’ambito dei quali era opportuno raccogliere delle proposte di argomenti di ricerca di interesse nazionale.

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In base alle indicazioni di cui al punto precedente, sono state raccolte delle proposte specifiche nell’ambito della rete di ricerca dell’Ente, dando come indirizzo generale quello di indicare l’esistenza di partner di ricerca provenienti sia dal mercato pubblico della ricerca che dal privato, la cui individuazione fosse peraltro basata sull’esistenza di intent o di collaborazioni già in atto. Le proposte di argomenti di ricerca specifici, corredate di tutte le informazioni richieste, sono state esaminate nel merito dal Consiglio Direttivo di concerto con il Comitato di Consulenza Scientifica. A valle di questo processo di valutazione sono state formulate 21 proposte di iniziative che, ad opinione dell’Ente sarebbe utile lanciare alla comunità di scienziati pubblica e privata.

È ovvio che le 21 proposte devono essere esaminate dal Miur, al fine di

valutarne l’aderenza alle linee guida che si è dato detto Ministero. Laddove il Ministero ritenesse importanti le proposte fatte dall’Ente, si è a disposizione per collaborare col piano stesso al fine di attuare dette proposte.

Gli strumenti amministrativi utili all’attuazione sono quelli canonici

enunciati dal Miur stesso: Bandi gestiti direttamente dal Ministero Accordi di programma fra ente e istituzioni, finanziati dal Ministero Assegnazioni dirette al CNR con vincolo di destinazione affinché l’Ente stesso si faccia promotore di bandi alla Comunità scientifica pubblica e privata

I progetti sono raggruppati per area scientifica di appartenenza, come

segue: 9.1 Area scienze di base

1. Microelettronica e sensoristica. Applicazioni nei settori delle tecnologie informatiche, delle telecomunicazioni, dell’ambiente, della salute ed agroalimentare

2. Luce di sincrotrone. Attività di ricerca volta allo sfruttamento e valorizzazione delle fonti di radiazioni X ad alta brillanza

3. Grandi radiotelescopi. Strumentazioni avanzate e tecnologie innovative in astrofisica

4. Processi e prodotti chimici eco-sostenibili



5. Materiali nanostrutturati 9.2 Area scienze della vita

1. Medicina molecolare. Postgenomica e biotecnologie per la diagnosi, la prevenzione e la terapia di patologie umane

2. Patologie neurologiche. Neuro plasticità, neuro degenerazione, neuro adattamento e neuro rigenerazione

3. Nuovi farmaci. Isolamento, progettazione, sintesi chimica e biologica, caratterizzazione e studi di relazione struttura-funzione di molecole farmacologicamente attive

4. Biotecnologie per l’agricoltura. Biologia e biotecnologie per un uso sostenibile delle risorse agro-ambientali

5. Qualità e sicurezza degli alimenti 9.3 Area scienze della terra e dell’ambiente

1. Atmosfera e mare. Processi atmosferici e marini nel sistema terra: cambiamenti climatici, impatto ambientale, potenziamento e interconnessione del sistema osservativo (a terra, da aereo e da satellite)

2. Inquinamento ambientale 3. Geologia e territorio. Nuovi strumenti geologici per lo studio e la

comprensione dei processi geologici che regolano l’uso e la gestione del territorio

9.4 Area scienze sociali ed umanistiche

1. Vocabolario filosofico. Evoluzione del lessico filosofico europeo dal Rinascimento all’Illuminismo: filosofia della natura, etica e politica, metafisica

2. Emeroteca telematica. Realizzazione di un archivio digitale esaustivo di tutti i quotidiani italiani mediante l’uso di tecnologie avanzate che consentano l’accesso e il recupero dell’informazione

9.5 Area scienze tecnologiche, ingegneristiche e dell’informazione

1. Telerilevamento 2. Reti informatiche e multimedialità 3. Trasporti, energia, ambiente 4. Sistemi intelligenti.Realizzazione di sistemi e agenti intelligenti per la

produzione, i servizi e la sanità 5. Nuovi materiali. Realizzazione di materiali innovativi, strutture

speciali, tecniche e strumentazioni per applicazioni diagnostiche in campo biomedico ed ambientale

9.6 Interarea “Beni culturali”

1. Beni culturali. Metodologie e tecnologie per la conoscenza, conservazione, fruizione e valorizzazione di beni culturali



9.1. Area scienze di base 9.1.1. Microelettronica e sensoristica Applicazioni nei settori delle tecnologie informatiche, delle telecomunicazioni, dell’ambiente, della salute ed agroalimentare Tecnologie abilitanti: Microelettronica e sensoristica intelligente [T3], Laser ed optoelettronica [T4], Micro e nanotecnologie [T6] Settori prioritari: Informatica e telecomunicazioni [S2], Ambiente [S4], Agroalimentare [S6], Salute [S7]. Obiettivi:

I campi di applicazione della microelettronica sono innumerevoli, dall’ingegneria informatica e delle comunicazioni, ai processi industriali, al controllo di qualità, all’ambiente ed alla salute. In ambito C.N.R. sono presenti competenze di elevato livello nel campo della microelettronica in generale, con particolare riguardo a sistemi sensoriali complessi e microsistemi, con applicazioni alla optoelettronica, alla fotonica ed alle nanotecnologie. L’attività si svolge sia sotto la forma di progettazione e preparazione di materiali innovativi, che sviluppo di dispositivi e caratterizzazione di campioni.

È anche da evidenziare l’elevata interdisciplinarietà di questo tipo di progetto, che coinvolge competenze in fisica, chimica, ingegneria, elettronica, ottica e biochimica. Questa attività di ricerca contribuirà all’avanzamento di conoscenze fondamentali che come un’opportunità di sviluppo della ricerca orientata ed allo sviluppo di nuove tecnologie, in particolare lo sviluppo industriale di nuovi materiali innovativi.

In ambito italiano esistono vaste e consolidate competenze in questo settore, sia a livello di ricerca fondamentale che industriale, con gruppi di ricerca molto attivi nel settore e di riconosciuto livello internazionale. In particolare in ambito C.N.R. esiste un elevato numero di istituti e di ricercatori coinvolti, con un elevato gradi di collaborazione sia con istituti universitari che con altri enti di ricerca e partners industriali.

I progetti specifici proposti sono: - Microsensori ottici multifunzionali: materiali innovativi e tecnologie. - Sviluppo di nuove tecnologie nel campo della microelettronica e

sensoristica intelligente. - Sensori, microsistemi e matrici di microsensori intelligenti. - Elettronica ed optoelettronica a film sottile di silicio depositato con

tecnologie plasmochimiche.



- Materiali e dispositivi per applicazioni in sistemi di trasmissione a banda larga.

- Realizzazione di superstrutture di semiconduttori II-V drogate con metalli per la fotonica veloce e per la microelettronica.

- Potenziamento dell’infrastruttura di alti campi magnetici e alte frequenze presso l’area di ricerca di Pisa.

- Dispositivi LED e sensori ottici basati su complessi di metalli di transizione altamente luminescenti.

Istituti CNR coinvolti

(004) Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica (IASF), Roma; • • • • •

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(009) Istituto di Chimica Inorganica e delle Superfici (ICIS), Padova; (025) Istituto di Chimica e Tecnologia dei Polimeri (ICTP), Napoli; (028) Istituto Sperimentale di Acustica “O. M. Corbino” (IA), Roma; (107) Istituto di Elettronica e di Ingegneria dell’Informazione e delle Telecomunicazioni (IEIIT), Torino; (018) Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara” (IFAC), Firenze; (038) Istituto di Fisiologia Clinica (IFC), Pisa; (006) Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN), Roma; (016) Istituto dei Materiali per l’Elettronica ed il Magnetismo (IMEM), Parma; (008) Istituto di Metodologie Inorganiche e dei Plasmi (IMIP), Roma; (005) Istituto per la Microelettronica e i Microsistemi (IMM), Catania; (011) Istituto per i Processi Chimico-Fisici (IPCF), Pisa; (003) Istituto di Radioastronomia (IRA), Bologna; (012) Istituto di Struttura della Materia (ISM), Roma; (013) Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati (ISMN), Roma; (015) Istituto per la Sintesi Organica e Fotoreattività (ISOF), Bologna.

Partners industriali

Alenia Spazio – Torino, TILAB – Telecom Italia Lab – Torino, Carlo Gavazzi Space – Milano, Laben SpA – Milano, DB-2 – Milano, Oerlikon Contraves SpA – Roma, CAEN SpA – Viareggio, Cecom Snc – Roma Olivetti I-Jet, ST-Microelectronics, Technobiochip, LPE-ETC



9.1.2. Luce di sincrotrone Attività di ricerca volta allo sfruttamento e valorizzazione delle fonti di radiazioni X ad alta brillanza Tecnologie abilitanti: Biotecnologie [T1], Laser ed optoelettronica [T4], Tecnologie biomedicali [T5], Micro e nanotecnologie [T6], Tecnologie dei materiali strutturali e funzionali [T7]. Settori prioritari: Sistemi di produzione [S1], Salute [S7]. Obiettivi:

Il complesso delle attività di ricerca in ambito del C.N.R. nel campo della radiazione X, costituisce un ampio patrimonio di conoscenze e tecniche con importanti ricadute sia nella ricerca di base che in quella orientata. È un’attività molto rilevante per un ampi o spettro di discipline e coinvolge un elevato numero di Istituti e ricercatori. Alcuni progetti di sviluppo in questo campo meritano una attenta considerazione per il loro elevato contenuto innovativo.

La costruzione e l’apertura all’utenza scientifica di anelli di sincrotrone hanno rappresentato negli ultimi anni uno dei settori di massimo investimento operato dalla comunità scientifica a livello nazionale ed internazionale. Da molti anni il C.N.R. è impegnato in attività di ricerca riguardanti la progettazione e l’utilizzazione di sorgenti di luce di sincrotrone, sia a scopi di ricerca di base che applicativa in varie aree di carattere tecnologico. Si tratta in particolare della gestione e lo sviluppo delle attrezzature presso Elettra a Trieste e della European Sinchrotron Radiation Facility (ESRF) di Grenoble. La comunità scientifica italiana della fisica, della chimica, della biologia, dell’ingegneria e della scienza dei materiali è fortemente rappresentata sulla scena internazionale, sia a livello di utilizzazione che di gestione delle grandi attrezzature.

Il C.N.R. opera in particolare, in collaborazione con la Sincrotrone

Trieste e l’Istituto Nazionale di Fisica della Materia, con propri gruppi di ricerca sulle seguenti linee di luce:

- VUV dell’Istituto di Struttura della Materia e Sincrotrone Trieste. - CIRCULAR POLARIZATION dell’Istituto di Struttura della Materia e

Sincrotrone Trieste. - X-RAY DIFFRACTION dell’Istituto di Cristallografia e Sincrotrone

Trieste. - GASPHASE dell’Istituto di metodologie inorganiche e dei plasmi,

Sincrotrone Trieste, INFM, Università di Roma La Sapienza. - LILIT, Istituto di fotonica e nanostrutture. - GILDA, Istituto nazionale di fisica nucleare ed INFM.



Questa importante attività sperimentale, di notevole rilevanza per la ricerca sia di base che applicata, necessita di uno sviluppo degli apparati sperimentali e dell’aggiornamento delle attrezzature.

Un progetto innovativo che vede coinvolti l’Istituto di struttura della materia, l’Istituto di fotonica e nanotecnologie, l’Istituto di metodologie inorganiche e dei plasmi, l’Istituto di cristallografia e l’Istituto per i processi chimico-fisici, è il PULSARx, per l’utilizzazione della luce di sincrotrone autoamplificata di raggi X. Si tratta di un laser ultra-brillante pulsato per raggi X multiscopo che permetterà l’utilizzazione di tecniche innovative basate sulla formazione di immagini a raggi X, studi in funzione del tempo, sia nella scienza dei materiali che in biologia e medicina, l’estensione di molte applicazioni di ottica non lineare a nuove regioni spettrali, nuove direzione nella microscopia a raggi X e nuove metodologie nel campo della cristallografia delle proteine e della genomica strutturale. La possibilità di realizzare esperimenti innovativi con una sorgente di questo tipo, ultrabrillante e con impulsi ultrabrevi dovrà superare rilevanti difficoltà tecnologiche. Si propone la costruzione di un laboratorio di diagnostiche avanzate a raggi X (DARX), motivato dal recente sviluppo di una vasta gamma di metodologie innovative per la generazione, la concentrazione e la rivelazione della radiazione X che consentono di realizzare studi ed applicazioni multidisciplinare di grande rilevanza. Le possibili ricadute riguardano la diagnostica medica di laboratorio, l’astrofisica delle alte energie, la scienza dei materiali, la fisica dei plasmi e l’ottica dei raggi X. Il laboratorio DARX, basato su sorgenti a micro plasmi laser, sarà in grado di fornire potenze di picco di radiazione X paragonabili a quelle di sorgenti basate su luce di sincrotrone con una efficienza di gran lunga superiore e con un elevato grado di flessibilità di configurazioni di utilizzo. Istituti CNR coinvolti:

(011) Istituto per i Processi Chimico-Fisici (IPCF), Pisa; • • • • •

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(038) Istituto di Fisiologia Clinica (IFC), Pisa; (004) Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica (IASF), Roma; (039) Istituto di Biofisica (IBF), Pisa; (013) Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati (ISMN), Roma; (006) Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN), Roma; (012) Istituto di Struttura della Materia (ISM), Roma; (008) Istituto di Metodologie Inorganiche e dei Plasmi (IMIP), Roma; (023) Istituto di Cristallografia (IC), Bari.



9.1.3 Grandi radiotelescopi Strumentazioni avanzate e tecnologie innovative in astrofisica Tecnologie abilitanti: Informatica avanzata multimediale e distribuita [T2], Microelettronica e sensoristica intelligente [T3], Laser, optoelettronica [T4], Micro e nano tecnologie[T6], Elettronica, sistemi di attuazione e controllo e reti [T10]. Settori prioritari: Informatica e telecomunicazioni[S2], Ambiente[S4]. Descrizione del progetto

Lo studio dell'Universo e della formazione ed evoluzione degli oggetti che lo compongono comprende aspetti astrofisici che si possono esaminare solamente con strumenti dotati di alta sensibilità e risoluzione angolare. L'utilizzo di metodi osservativi avanzati e di strumentazione innovativa permetterà lo studio della formazione ed evoluzione di galassie e stelle e avrà utili applicazioni nel derivare le proprietà della Terra, dei suoi movimenti, della tettonica a zolle. Lo sviluppo di tecnologie avanzate permetterà anche di affrontare più facilmente le problematiche relative allo studio dei corpi cosmici potenzialmente pericolosi per la nostra biosfera che orbitano vicino alla Terra (NEO), mirando ad individuare le misure opportune che si rendono necessarie per minimizzare il rischio d’impatto di questi corpi con il pianeta. Lo sviluppo di sensoristica avanzata permetterà inoltre di studiare più approfonditamente i fenomeni solari e la loro influenza sullo spazio interplanetario e l’ambiente terrestre, cosicché si potrà dedicare particolare attenzione allo studio dell’evoluzione temporale dei campi solari e al monitoraggio del nostro pianeta.

Pertanto, il progetto si articola in tre parti:

Parte A) Astrofisica con grandi radiotelescopi. Lo scopo primario è quello di presentare un piano coordinato che utilizzi da un lato le notevoli capacità della radioastronomia di operare attraverso reti di eccellenza di livello internazionale, dall'altro di tendere allo sviluppo strumentale in aree con alto contenuto tecnologico, così da poter assicurare un’adeguata partecipazione del nostro paese ai progetti di dimensione internazionale e costituire la base per produrre ricadute tecnologiche a beneficio dell’industria nazionale. Nell’arco di un triennio, s’intende favorire in misura assai incisiva lo sviluppo di strumentazione innovativa per il potenziamento delle reti radioastronomiche nazionale ed internazionale, mediante ricorso a tecnologie abilitanti nelle aree dell'informazione, delle comunicazioni e delle nano- e micro-tecnologie. Questa parte di progetto prevede: (i) la progettazione e lo sviluppo di componenti analogici ad alta frequenza e digitali ad alta velocità in tecnologie MMIC e in composizioni GaAs, InP; (ii) il potenziamento, mediante la connessione a fibre ottiche, della rete VLBI italiana, costituita dalle due parabole VLBI di 32 m di Medicina e Noto e



dalla nuova parabola SRT, ottenendo di fatto un nuovo strumento; (iii) il potenziamento della rete VLBI europea attraverso il consorzio EVN e l'istituto europeo JIVE; (iv) lo sviluppo di tecnologie necessarie per lo Square Kilometer Array (SKA), il grande interferometro di un chilometro quadrato di superficie di raccolta, alla cui realizzazione collaborano i principali istituti radioastronomici mondiali. In tutte queste imprese, lo sviluppo tecnologico è fondamentale ed una partecipazione attiva assicura un notevole ritorno industriale ed un forte impatto socio/economico.

Parte B) Spaceguard Italia: una rete italiana per la scoperta, il monitoraggio e lo s udio dei NEO (Near-Earth Objects) e delle problematiche connesse a impatti di asteroidi e comete con la Terra. Questa parte del progetto si pone i seguenti obiettivi: (i) impiantare una rete di osservazione italiana per lo studio (scoperta, follow-up, e caratterizzazione fisica) dei NEO, con un archivio aperto per la raccolta dei dati e la loro disseminazione; (ii) utilizzare i dati raccolti per ottimizzare i modelli sulla distribuzione di massa, sull’evoluzione fisica dei NEO e sui processi della loro interazione con il sistema terra-atmosfera; (iii) progettare e realizzare un telescopio compatto e a grande campo per il monitoraggio dei NEO di taglia superiore al chilometro; e (iv) approntare un piano di studi con il Dipartimento della Protezione Civile, che evidenzi le conseguenze degli impatti sulle strutture sociali. Questa parte del progetto potrà fornire un valido contributo alla valutazione globale del rischio da impatto dei NEO che, come rilevato a più riprese a livello di diritto internazionale, sta impegnando la comunità scientifica internazionale per dar vita ad un programma comunitario d’intervento che coinvolge importanti soggetti internazionali (Congresso d’Europa, ONU, Congresso degli Stati Uniti) e nazionali (Dipartimento di Protezione Civile).

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Parte C) Monitoraggio planetario ed in-situ con sensoristica avanzata

per lo studio di fenomeni solari e della loro influenza sullo spazio interplanetario e l’ambiente terres re. Gli obiettivi principali di questa parte del progetto sono: (i) l’avanzamento delle conoscenze sui fenomeni solari, sulla loro evoluzione nello spazio interplanetario e sulle modificazioni indotte nell’ambiente terrestre; (ii) l’applicazione delle tecnologie sviluppate per le osservazioni dei pianeti e del sistema solare (tra cui il telescopio franco-italo-spagnolo THEMIS) e l’osservazione dell’atmosfera e della superficie terrestre; e (iii) la progettazione e lo sviluppo di strumentazione innovativa, destinata all’osservazione dei fenomeni solari e allo studio della loro influenza (a varie scale temporali) sullo spazio interplanetario e l’ambiente terrestre.

Nello svolgimento di questo progetto, si potrà dare forte impulso alle

attività di formazione di giovani ricercatori. Gli studi di tipo tecnologico per la realizzazione di grandi strumenti forniranno importanti ricadute utili allo sviluppo di tecnologie innovative applicabili a settori, quali la telefonia



cellulare, i radar e la comunicazione satellitare, la trasmissione di dati ad alta velocità (internet, home banking e servizi di ogni genere), le reti dedicate a servizi di primaria importanza e sicurezza, la televisione via cavo, la ricerca di nuove radio digitali miste terra/satellite (locali, nazionali, internazionali), la diagnostica medica, l’informatica. Un forte impatto socio-economico sarà anche fornito dalla realizzazione di una rete ad alta velocità, che potrà raggiungere zone altrimenti non servite, stimolando nuovi utenti e maggior acculturazione, dalle collaborazioni con enti locali sulle reti e da quelle con la pubblica amministrazione. Ulteriori applicazioni potranno riguardare altri settori di interesse socio-ecomico quali la tutela ambientale, la valutazione e il monitoraggio dei rischi ambientali, il censimento delle risorse, i servizi all’agricoltura e foreste e la caratterizzazione di proprietà fisiche della superficie terrestre. Istituti CNR coinvolti:

(003) Istituto di Radioastronomia (IRA), Bologna; • • • •

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(004) Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica (IASF), Roma; (017) Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario (IFSI), Roma; (067) Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima (ISAC), Bologna.

Industrie:

Pirelli SpA, Alenia Ricerche, Space Engineering, Marconi ST, Galileo Avionica, Tecnospazio, ALTEC Srl (consociata Alenia).



9.1.4 Processi e prodotti chimici eco-sostenibili Tecnologie abilitanti: Tecnologie dei materiali strutturali e funzionali [T7], Processi separativi, tecnologie chimiche Elettrochimica [T8]. Settori prioritari: Sistemi di produzione [S1], Ambiente [S4], Agroalimentare [S6], Salute [S7]. Obiettivi:

La prospettiva di sviluppo di nuovi processi e nuovi prodotti chimici è in grado crescente condizionata dalla loro compatibilità ambientale, oltre che dalla loro rispondenza alle richieste del mercato.

I processi chimici catalizzati, le membrane catalitiche e l’affermazione

industriale di polimeri eco-sostenibili - di sintesi o di origine naturale - in settori di grande rilevanza economica, rappresentano gli obbiettivi interdisciplinari del progetto.

Catalisi e Processi a membrana: i processi di sintesi organica e di polimerizzazione possono trarre grandi vantaggi in termini di compatibilità ambientale e di sviluppo di nuovi composti e nuovi prodotti avvalendosi di: a) catalizzatori metallorganici e di altro tipo, in grado di aumentare l’efficienza e la selettività delle reazioni, eliminare o limitare l’uso di solventi, ridurre i consumi energetici; b) nuove tecnologie quali il riscaldamento a microonde, l’uso di solventi come la CO2 in fase supercritica; c) i processi a membrana (polimerica o inorganica).

Gli obiettivi principali di questo capitolo del progetto sono: A) la sintesi di nuovi catalizzatori metallorganici per la metatesi, per l’idrogenazione selettiva, per la sintesi di leganti organici e di farmaci; B) la sintesi, caratterizzazione e verifica della efficienza di nuovi catalizzatori dei metalli di transizione per la polimerizzazione e copolimerizzazione delle olefine e delle cicloolefine; C) lo sviluppo della tecnologia a microonde nel campo delle sintesi selettiva di molecole organiche di interesse farmaceutico e di complessi metallorganici per la catalisi; D) lo sviluppo delle applicazioni della CO2 in fase supercritica quale solvente alternativo non inquinante per la sintesi chimica; E) la sintesi e lo studio delle applicazioni di membrane catalitiche inorganiche e polimeriche per “reattori chimici a membrana” e per sistemi separativi di interesse industriale (cristallizzazioni, emulsificazioni a membrana ecc.).



Polimeri sintetici e naturali: la produzione mondiale di polimeri di sintesi, in continua espansione sia nel settore delle commodities che delle special ies, comporta una crescente attenzione ai problemi relativi alla loro sostenibilità ambientale e al loro largo utilizzo nel settore alimentare e biomedicale e ai problemi di riciclo e/o smaltimento. Ad esempio, la progressiva sostituzione del PVC con polimeri olefinici, facilmente riciclabili e/o smaltibili a fine vita, è una strategia perseguita in particolare nei paesi avanzati. I catalizzatori metallorganici di polimerizzazione preparati dai partecipanti al progetto saranno utilizzati per la sintesi di poliolefine per materiali e di leghe polimeriche a largo spettro di impiego (film, elastomeri, polimeri per applicazioni biomedicali ecc.) e per campi di applicazione ad alto contenuto tecnologico in microelettronica, per protesi rigide o flessibili e per le membrane. L’approccio interdisciplinare, tipico della scienza macromolecolare, porta in maniera del tutto naturale a considerare parti essenziali di questo progetto la ricerca su polimeri biodegradabili da fonti naturali per applicazioni in campo agricolo, e la ricerca su materiali tessili aventi migliorate caratteristiche fisico-meccaniche per applicazioni tecniche di particolare valore aggiunto.

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Tra gli obiettivi di questo secondo capitolo del progetto, la preparazione di: 1) Materiali polimerici per l’imballaggio mediante a- Sintesi e modifica di polimeri e film poliolefinici ; b- Sviluppo di nuove leghe polimeriche (a base di poliolefine, poliammidi e poliesteri liquido-cristallini); c- Preparazione di materiali polimerici termoplastici e termoindurenti a base di nanofiller per imballaggi flessibili, ecc..

2) Catalisi e Sintesi di polimeri funzionali (polimeri ad alta Tg per applicazioni in microelettronica; membrane polimeriche; elastomeri).

3) Preparazione di film per uso agricolo, biodegradabili, da fonti naturali rinnovabili.

4) Sviluppo e miglioramento di materiali polimerici per il settore tessile. Istituti del CNR coinvolti:

(007) Istituto di Scienze e Tecnologie Molecolari (ISTM), Milano; (008) Istituto di Metodologie Inorganiche dei Plasmi (IMIP), Roma; (009) Istituto di Chimica Inorganica e delle Superfici (ICIS), Padova; (010) Istituto per lo Studio delle Macromolecole (ISMAC), Milano; (011) Istituto per i Processi Chimico-Fisici (IPCF), Pisa; (013) Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati (ISMN), Roma; (015) Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività (ISOF), Bologna;



(019) Istituto di Chimica Biomolecolare (ICB), Napoli; • • •

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(020) Istituto di Metodologie Chimiche (IMC), Roma; (021) Istituto di Chimica dei Composti Organometallici (ICCOM), Firenze; (023) Istituto di Cibernetica ”Edoardo Caianiello” (ICIB), Napoli; (024) Istituto di Fisica del Plasma “Piero Caldirola” (IFP), Milano; (025) Istituto di Chimica e Tecnologia dei Polimeri (ICTP), Napoli; (026) Istituto per la Tecnologia delle Membrane (ITM), Cosenza; (027) Istituto per i Materiali Compositi e Biomedici (IMCB), Napoli; (033) Istituto di Biochimica delle Proteine (IBP), Napoli; (050) Istituto di Scienza delle Produzioni Alimentari (ISPA), Bari; (053) Istituto di Scienze dell’Alimentazione (ISA), Avellino.

Industrie:

Agricola Arna – Perugia, Aigemann&Veronelli – Milano, Antibioticos Spa – Milano, Associazione Tessile e Salute – Auserpolimeri – Lucca, Basell Poliolefine Italia S.p.a. – Ferrara, Crosspolimeri – Parma, Laviosa Chimica Mineraria – Livorno, Luna Abrasivi – Spoleto, Novamont – Novara, Polimeri Europa, Istituto G. Donegani – Novara, PolyEur – Napoli, Rhodia Engeneering Plastics – Milano, Solvay Advances Minerals – Varese, Ausimont, Gibertini Elettronica, Parmalat, Procter&Gamble Italia, Polimeri Europa Spa.



9.1.5 Materiali nanostrutturati

Il Progetto prevede lo sviluppo delle seguenti tematiche: a) Approccio molecolare alle nanoscienze e nanotecnologie. b) Tecnologie di sintesi di materiali nanostrutturati. c) Tecnologie per materiali nanostrutturati per applicazioni

optoelettroniche e fotoniche. d) Sistemi magnetici nanostrutturati. e) Tecniche diagnostiche . f) Manipolazione laser di atomi neutri per la nanotecnologia,

nanospettroscopia e nanostruttura. Obiettivi del Progetto:

Saranno perseguiti i seguenti obiettivi: • sintesi di componenti molecolari per la costruzione di dispositivi funzionali, macchine molecolari e nanomateriali le cui funzioni, movimenti e proprietà sono controllati mediante impulsi di natura luminosa o elettrica. • Nuovi sistemi polimerici per comprendere la relazione tra le loro proprietà elettroniche, la loro organizzazione in strutture ordinate quali film o cristalli e il funzionamento di dispositivi quali microtransistori o diodi elettroluminescenti e, dall’altro, come modelli per la comprensione delle proprietà di composti importanti dal punto di vista biologico. • Metodologie e tecnologie legate all’ottenimento di nano tubi di carbonio (CMT) e basati su sistemi binari o ternari BxCyMz o di fullerene polimerico (C60) da impiegare dopo opportuno drogaggio o funzionalizzazione come accumulatori di idrogeno, elettrocatalizzatori in celle a combustibile, catalizzatori in processi di produzione di combustibili a basso contenuto di carbonio, come letti assorbenti ad alta conducibilità termica e per la realizzazione di materiali magnetici leggeri. • Ottimizzazione di tecnologie per la sintesi di materiali nanostrutturati sia in bulk che in film sottile, in fase vapore come MOCVD e in fase condensata. • Controllo delle relazioni tra parametri di crescita da un lato e nanostruttura e morfologia dei materiali dall’altro. • Scelta e validazione delle metodologie di caratterizzazione più adatte ai materiali cresciuti. • Controllo delle relazioni tra parametri di crescita da un lato e nanostruttura e morfologia dei materiali dall’altro. • Scelta e validazione delle metodologie di caratterizzazione più adatte ai materiali cresciuti. • Messa a punto di metodologie spettroscopiche avanzate per la caratterizzazione di nanostrutture. • Sviluppo di software per programmi di simulazione e analisi. • Ottimizzazione delle prestazioni dei materiali magnetici. • Realizzazione di registratori magnetici ad alta densità, sensori magnetici e memorie magnete-semiconduttore.



• Progettazione e realizzazione di un prototipo di unità refrigerante basato sullo schema del rigeneratore magnetico attivo. • Messa a punto di una tecnica basata sulla litografia atomica per la realizzazione di nanostrutture. Possibili ricadute applicative:

La totale complementarietà dei gruppi di ricerca partecipanti consente di svolgere un intero programma partendo dalla ricerca di base sul materiale e sull’ottimizzazione delle prestazioni per arrivare alla preparazione di prototipi di dispositivi.

Sono da prevedersi i seguenti risultati e possibili ricadute applicative: •

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La progettazione e sintesi di nuovi sistemi molecolari organici e/o inorganici e polimerici sia monofunzionali sia polifunzionali.

La progettazione, la realizzazione e la caratterizzazione di dispositivi funzionali e macchine molecolari nanometriche per fotoconversione e/o fotoemissione, oppure capaci di compiere movimenti meccanici (traslazionali e/o rotazionali) controllati da stimoli luminosi o elettrici. L’acquisizione di conoscenze e di capacità di controllo sui processi fondamentali di autoaggregazione (che determinano le dimensioni, la forma e la funzionalità dei sistemi) e di trasferimento di energia e di elettroni e interazioni intermolecolari (che presiedono alle funzioni dei dispositivi molecolari).

La predisposizione di sensoristica molecolare in ambito analitico-ambientale come dispositivi selettivi per cationi ed anioni, in ambito biomedico come sonde per la determinazione funzionale di proteine (proteomica) e come materiali con proprietà magnetiche per la diagnostica medica; nella microelettronica come dispositivi di illuminazione in telefonia mobile etc.; nei sistemi per energy storage con modifiche strutturali di OLED (organic light emitting devices) capaci di ampia modulazione di colore, efficienza, resa quantica.

La progettazione e realizzazione di materiali fotorifrattivi PRM innovativi la ottimizzazione delle prestazioni PR (efficienza, velocità dell’effetto fotorifrattivo), dei requisiti di contorno, quali stabilità chimica, termica, meccanica e fotochimica e la progettazione e realizzazione di prototipi di dispositivi funzionali.

Predisposizione di tecnologie basate su nanotubi per l’ottenimento di: Accumulatori di idrogeno, elettrocatalizzatori in celle a combustibile, catalizzatori in processi di produzione di combustibili a basso contenuto di carbonio, letti assorbenti ad alta capacità termica, materiali magnetici leggeri, dispositivi elettronici. Punti di forza degli Istituti proponenti:

Le ricerche perseguite dal CNR negli ultimi anni costituiscono una solida base per lo sviluppo delle nanotecnologie. Il progetto di ricerca è



fortemente interdisciplinare e coinvolge gruppi con competenze complementari. I gruppi coinvolti nel presente progetto sono tutti altamente qualificati sia a livello nazionale che internazionale e molti di essi hanno già fatto parte, come coordinatore o come partecipante, a network europei nei settori della chimica supramolecolare, dei dispositivi e macchine molecolari e dei materiali nanostrutturati. Questo oltre a garantire successo nei risultati, ha anche il vantaggio di costituire un gruppo di punta in Italia per lo sviluppo delle nanotecnologie mediante un approccio supramolecolare. I laboratori scientifici e le attrezzature presso gli Istituti CNR coinvolti per la sintesi, caratterizzazione e tests sui prodotti, materiali, dispositivi ecc. sono di assoluta eccellenza e rappresentano una ulteriore garanzia per uno sviluppo convincente ed adeguato delle ricerche proposte. Istituti CNR potenzialmente interessati:

(007) Istituto di Scienze e Tecnologie Molecolari (ISTM), Milano; • • • • • • •

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(015) Istituto di Sintesi Organica e Fotoreattività (ISOF), Bologna; (009) Istituto di Chimica Inorganica e delle Superfici (ICIS), Padova; (020) Istituto di Metodologie Chimiche (IMC), Roma; (026) Istituto per la Tecnologia delle Membrane (ITM), Cosenza; (010) Istituto per lo Studio delle Macromolecole (ISMAC), Milano; (013) Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati (ISMN), Roma; (005) Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Catania; (021) Istituto di Chimica dei Composti Organometallici (ICCOM), Firenze; (016) Istituto dei Materiali per l’Elettronica ed il Magnetismo (IMEM), Parma; (011) Istituto per i Processi Chimico-Fisici (IPCF), Pisa; (090) Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia “Nicola Giordano” (ITAE), Messina; (101) Istituto Motori (IM), Napoli; (012) Istituto di Struttura della Materia (ISM), Roma; (008) Istituto di Metodologie Inorganiche e Plasmi (IMIP), Roma; (006) Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN), Roma; (070) Istituto per la Dinamica dei Processi Ambientali (IDPA), Venezia; (014) Istituto per l’Energetica e le Interfasi (IENI), Padova; (028) Istituto di Acustica “Orso Mario Corbino” (IA), Roma; (067) Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima (ISAC), Bologna; (100) Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali Ceramici (ISTEC), Faenza; (039) Istituto di Biofisica (IBF), Pisa; (019) Istituto di Cibernetica “Edoardo Caianiello” (ICIB), Napoli; (018) Istituto di fisica applicata "Nello Carrara" (IFAC), Firenze.



9.2 Area scienze della vita 9.2.1 Medicina molecolare Postgenomica e biotecnologie per la diagnosi, la prevenzione e la terapia di patologie umane Tecnologie abilitanti: Biotecnologie [T1], Informatica Avanzata [T2], Processi Separativi, Tecnologie Chimiche [T8]. Settore prioritario: Salute [S7] Premessa

Il sequenziamento del genoma umano ormai completato e quello di altri organismi, completo o in via di completamento, hanno aperto una nuova era nello studio della biologia e della medicina. Si sono all’improvviso aperte nuove possibilità: quelle di conoscere a livello molecolare i meccanismi che regolano le normali funzioni della cellula compreso il suo differenziamento e la sua capacità di adattamento in risposta ai segnali che le arrivano sia dal mondo esterno che dalle altre cellule dell’organismo; e di individuare le modificazioni che in quei meccanismi si verificano nel corso di eventi patologici. Si è in altre parole aperta la possibilità di studiare a livello molecolare non solo la fisiologia della cellula, ma anche la sua patologia.

La disponibilità della sequenza genica non è tuttavia sufficiente a raggiungere questi obiettivi. E’ necessario conoscere anche la funzione delle proteine codificate dai geni identificati, definire la loro struttura, scoprire le modificazioni cui vanno incontro in condizioni normali e patologiche. Dopo la genomica, inizia la fase della proteomica. È assai probabile che i risultati di queste ricerche permetteranno di arrivare a conoscere fino al livello molecolare la cause delle patologie umane più complesse, comprese quelle, dai tumori alle malattie degenerative, che colpiscono le popolazioni dei paesi sviluppati. Permetteranno anche con tutta probabilità di identificare nuovi target terapeutici e di mettere a punto nuovi farmaci, dotati rispetto agli attuali di maggiore efficacia e di minori effetti collaterali.

Per raggiungere questi obiettivi è necessaria la partecipazione coordinata di ricercatori con varie e diverse competenze nei campi della biologia molecolare, della biologia e fisiologia cellulare, della chimica delle proteine, della genetica e dell’informatica più avanzata. Queste competenze sono ampiamente presenti negli istituti del CNR che propongono di affrontare una problematica così complessa nell’ambito di un’ampia iniziativa di collaborazione aperta anche ai contributi di Università ed altri Enti di Ricerca.



Obiettivi: Il progetto si propone di affrontare i seguenti temi:

- studio genetico, strutturale e funzionale di nuove proteine implicate nel controllo delle funzioni cellulari in condizioni normali e patologiche - definizione dei rapporti struttura/funzione delle molecole proteiche, delle interazioni proteine/proteine, proteine/acidi nucleici, proteine/farmaci - identificazione di fattori genetici di rischio e dei meccanismi molecolari e cellulari associati a condizioni patologiche multifattoriali - identificazioni di nuove proteine implicate in patologie complesse con particolare attenzione per i disordini proliferativi - applicazioni di nuove tecnologie alla spettroscopia di massa e alla risonanza magnetica nucleare per studi di proteomica avanzata - sviluppo di tecniche bioinformatiche per l’analisi di sequenze, previsioni di strutture, sviluppo di modelli molecolari per lo studio di rilevanti processi cellulari Istituti CNR coinvolti:

(010) Istituto per lo Studio delle Macromolecole (ISMAC), Milano; • • • •

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(046) Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria (IBBA), Milano; (061) Istituto di Biomembrane e Bioenergetica (IBBE), Bari; (037) Istituto di Chimica del Riconoscimento Molecolare (ICRM), Milano; (052) Istituto per la Produzione Animale in Ambiente Mediterraneo (ISPAAM), Napoli; (032) Istituto di Genetica e Biofisica “Adriano Buzzati Traverso” (IGB), Napoli; (035) Istituto di Chimica Biomolecolare (ICB), Napoli; (044) Istituto di Biostrutture e Bioimmagini (IBB), Napoli; (033) Istituto di Biochimica delle Proteine (IBP), Napoli; (023) Istituto di Cristallografia (IC) , Bari; (019) Istituto di Cibernetica “Edoardo Caianiello” (ICIB), Napoli; (055) Istituto di Neurogenetica e Neurofarmacologia (INN), Cagliari; (021) Istituto di Chimica dei Composti Organo-Metallici (ICCOM), Firenze; (029) Istituto di Biologia e Patologia Molecolari (IBPM), Roma; (034) Istituto di Genetica Molecolare (IGM), Pavia; (038) Istituto di Fisiologia Clinica (IFC), Pisa; (058) Istituto di Tecnologie Biomediche (ITB), Milano; (057) Istituto di Neurobiologia e Medicina Molecolare (INMM), Roma; (042) Istituto di Biologia Cellulare (IBC), Roma; (069) Istituto per l’Ambiente Marino Costiero (IAMC), Napoli; (043) Istituto per l’Endocrinologia e l’Oncologia Sperimentale “G. Salvatore” (IEOS), Napoli; (056) Istituto per la Genetica delle Popolazioni (IGP), Tramariglio;



(001) Istituto per le Applicazioni del Calcolo “Mauro Picone” (IAC), Roma;

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(054) Istituto di Biomedicina e Immunologia Molecolare “Alberto Monroy” (IBIM), Palermo; (095) Istituto di Informatica e Telematica (IIT), Pisa; (039) Istituto di Biofisica (IBF), Pisa; (011) Istituto per i Processi Chimico Fisici (IPCF), Pisa; (091) Istituto di Scienze e Tecnologie dell’Informazione “Alessandro Faedo” (ISTI), Pisa.

Altre Partecipazioni

Oltre a numerose Università italiane e straniere hanno dichiarato il loro interesse al progetto le seguenti istituzioni o imprese:

CERM, ISS, S.Z.N, ICGEB, TIGEM, Parco Scientifico e Tecnologico di Salerno, Shardna SPA., Parco Genetico dell’Ogliastra S.c.a.r.l., Istituto Mario Negri.



9.2.2 Patologie neurologiche Neuro plasticità, neuro degenerazione, neuro adattamento e neuro rigenerazione Tecnologie abilitanti: Biotecnologie [T1] , Tecnologie biomedicali [T5]. Settore prioritario: Salute [S7] Obiettivi del Progetto:

Lo studio della struttura del cervello, delle regole che ne determinano lo sviluppo, delle connessioni interneuronali, e della morte dei neuroni è alla frontiera della ricerca scientifica. Quando i meccanismi che presiedono al funzionamento cerebrale si alterano, insorgono condizioni patologiche che hanno invariabilmente effetti devastanti sulla vita dell'individuo. La nostra ignoranza su tali meccanismi si riflette nella scarsa efficacia terapeutica di fronte a molte delle patologie del sistema nervoso.

Le condizioni neuro-degenerative sono una delle principali cause di morte nella nostra società: l'ictus cerebrale è, da solo, la terza causa di mortalità nella comunità Europea. Inoltre, molti dei pazienti che sopravvivono dopo l'ictus, trauma od altre malattie degenerative, riportano gravissime disabilità che pongono un enorme carico affettivo ed economico sulle famiglie e sulla comunità in genere. Il progressivo innalzamento dell'età media della popolazione, aumenta costantemente il numero di persone che vivono per anni in condizioni di progressiva perdita di funzionalità, indipendenza e qualità della vita. Il costo economico e sociale della nostra ignoranza riguardo alla fisiologia del sistema nervoso e della nostra incapacità di trattarlo terapeuticamente è incalcolabile.

La perdita di funzione (deficit cognitivi e neurologici) che segue l'instaurarsi di una condizione neuro-degenerativa è causata dal progredire di un processo di morte neuronale. Le condizioni patologiche che causano neuro-degenerazione sono molteplici ed includono fattori genetici (per es.: sclerosi amiotrofica laterale familiale, Huntington), l'insorgenze sporadiche (forme non familiali di Parkinson ed Alzheimer) ed eventi acuti (trauma cranico o spinale, ictus). Nonostante la grande varietà di cause alla base di queste patologie, si sta chiarendo che i processi neuro-degenerativi causati da malattie geniche, sporadiche o acute, convergono su pochi meccanismi cellulari comuni. Questo è un fatto di importanza estrema, perché implica che la comprensione molecolare della morte neuronale può dare informazioni utili a mitigare i processi neuro-degenerativi causati da diverse condizioni.

Se da un lato l'inibizione dei processi neuro-degenerativi è condizione

necessaria per arrestare il progresso del danno neurologico, è anche necessario sviluppare strategie utili al recupero funzionale. Un punto di



partenza per lo studio del recupero funzionale dopo danno, è dato dall'osservazione che, durante lo sviluppo del sistema nervoso centrale, le connessioni neuronali che sono in via di formazione e stabilizzazione sono fortemente plastiche. Infatti, danni neurologici, anche cospicui, che avvengono nell'età giovanile sono spesso seguiti da un vistoso recupero, che è invece pressoché assente nell'adulto, quando le connessioni nervose sono ormai stabilizzate. Lo studio delle regole molecolari che sottendono lo sviluppo del sistema nervoso e della sua connettività formano il nucleo di questo progetto diretto al recupero funzionale dopo danno neurologico. Inoltre la conoscenza dei meccanismi alla base della neuro-plasticità neuro-degenerazione e trasduzione del segnale nel sistema nervoso potrà servire ad individuare i meccanismi molecolari delle disfunzionalità neuronali provocate dalla assunzione cronica di psicofarmaci, droghe, alcool.

Il piano di ricerca si articola in sei punti principali:

1. identificazione di nuovi geni e macchinari intracellulari importanti nel differenziamento neurale, sviluppo e plasticità del Sistema Nervoso; 2. meccanismi molecolari della morte delle cellule nervose e muscolari; 3. meccanismi molecolari e cellulari e modelli geneticamente modificati della comunicazione intercellulare nel sistema nervoso durante lo sviluppo ed in condizioni patologiche; 4. identificazione di geni coinvolti in malattie multiufattoriali del sistema nervoso e studi farmacogenomica; 5. studio dei meccanismi che regolano la proliferazione e il differenziamento e le potenziali applicazioni in patologie del sistema nervoso delle cellule staminali; 6. epidemiologia ed aspetti clinici delle malattie neuro-degenerative, tossicodipendenze e alcoolismo.

Questo progetto di ricerca permette di mettere a disposizione dei Gruppi partecipanti le "facilities" presenti nelle sedi di Napoli, Padova e Pisa (produzione di topi transgenici e "knockout", apparecchiature per la proteomica e per l'analisi di "DNA chips", purificazione e trapianto di cellule staminali da tessuti embrionali ed adulti nel sistema nervoso) Ricadute

Il Programma prevede importanti avanzamenti delle conoscenze nel campo dei fattori cellulari e molecolari che stanno alla base di gravi e diffuse malattie neuro-degenerative come la malattia di Alzheimer o il morbo di Parkinson, malattie dello sviluppo, tossico dipendenze e potrà indicare nuove strategie teurapetiche. In particolare, lo studio delle condizioni che permettono la proliferazione delle cellule staminali in vitro e la caratterizzazione del loro potenziale di differenziazione, l'individuazione dei geni preposti ai meccanismi di differenziazione e alla regolazione delle proprietà funzionali dei fenotipi prodotti dalle cellule staminali porteranno



un consistente contributo alla conoscenza in questo campo in rapidissimo sviluppo. Le tecniche per immagini e alla terapia delle condizioni neuro-degenerative potrà dare indicazioni nell'identificazione precoce dei processi degenerativi neuronali.

A livello di prevenzione e terapia le ricadute potranno essere

l'identificazione di nuovi farmaci utili per rallentare o bloccare i processi degenerativi o per ripristinare le funzioni compromesse.

A livello diagnostico le ricadute potranno essere la diagnosi precoce dei

processi neuro-degenerativi e delle alterazioni funzionali associate ad altre patologie del cervello. Infine il progetto comporterà la formazione dei giovani ricercatori ed il trasferimento di tecnologia e di conoscenze nel campo biotecnologico farmaceutico verso l'industria, specie verso la piccola industria per la quale la ricerca pubblica costituisce un punto di riferimento essenziale. Istituti CNR coinvolti:

(036) Istituto di Neuroscienze (IN), Pisa; • •

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(057) Istituto di Neurobiologia e Medicina Molecolare (INMM), Roma; (032) Istituto di Genetica e Biofisica "Adriano Buzzati Traverso" (IGB), Napoli; (041) Istituto di Scienze Neurologiche (ISN), Cosenza; (019) Istituto di Cibernetica "Edoardo Caianiello" (ICIB), Napoli; (O58) Istituto di Tecnologie Biomediche (ITB), Milano; (034) Istituto di Genetica Molecolare (IGM), Pavia; (029) Istituto di Biologia e Patologia Molecolare (IBPM), Roma; (054) Istituto di Biomedicina e Immunologia Molecolare “Alberto Monroy”(IBIM), Palermo; (040) Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione (ISTC), Roma; (006) Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN), Roma; (023) Istituto di Cristallografia (IC), Bari; (096) Istituto di Metrologia "Gustavo Colonnetti" (IMGC), Torino; (044) Istituto di Biostrutture e Bioimmagini (IBB), Napoli.



9.2.3 Nuovi farmaci Isolamento, progettazione, sintesi chimica e biologica, caratterizzazione e studi di relazione struttura-funzione di molecole farmacologicamente attive Tecnologie abilitanti: Processi separativi e tecnologie chimiche [T8], Biotecnologie [T1], Tecnologie biomedicali [T5], Micro e nanotecnologie [T6]. Settori prioritari: Salute [S7], Sistemi di Produzione [S1], Agroalimentare [S6]. Obiettivi del Progetto:

Il progetto qui proposto prevede tre fasi interdipendenti: a) l’esplorazione di risorse tradizionali (come i principi attivi di piante, anche geneticamente modificate) o i metaboliti da micro-organismi (ad esempio funghi) ed innovative (quali macro- e micro-organismi marini) per lo sviluppo di nuovi lead compounds di interesse biofarmaceutico; b) la loro eventuale modifica per sintesi chimica e biologica, al fine di aumentarne l'attività, la selettività e, se necessario, la resistenza alla degradazione in vivo e la permeabilità alla membrana cellulare; c) la funzionalizzazione dei prodotti ottenuti da queste risorse attraverso l’utilizzazione di altre molecole di natura peptidica, lipidica, nucleotidica e glicidica provenienti da altrettante fonti naturali. Tale approccio dovrebbe essere in grado di espandere notevolmente il pool di prodotti naturali combinando artificialmente "building blocks" già disponibili in natura ed utilizzando "pattern" di reattività chimica non riconducibili direttamente a processi naturali. Come esempi molto recenti di tale strategia possono essere citati gli imponenti effetti antiossidanti di polifenoli dall’uva e dal cacao, già sfruttati commercialmente, nonché le potenziali attività anti-tumorali dei terpeni dal pomodoro e dagli agrumi. Si tratta ovviamente di un campo in continua evoluzione e che ogni giorno si arricchisce di nuove molecole potenzialmente candidate ad essere utilizzate in medicina.

In breve, il presente progetto si pone i seguenti obiettivi specifici:

1) isolamento, purificazione e caratterizzazione della struttura chimica, della conformazione e dell’attività farmacologia di nuove molecole bioattive da piante (anche geneticamente modificate), funghi, lieviti ed organismi e microrganismi marini. Selezione e coltura di microrganismi terrestri e marini in grado di produrre metaboliti di interesse biofarmaceutico; 2) caratterizzazione funzionale di nuovi composti naturali (peptidi, lipidi, zuccheri, etc.) con attività antimicrobica, antifungina, antiparassitaria, immunomodulante, antinociceptiva, antitumorale ed antivirale; 3) modificazione, con metodi chimici e biocatalitici e studio conformazionale e farmacologico di molecole di origine naturale precedentemente identificate;



4) generazione ed utilizzazione di librerie combinatoriali sintetiche, al fine di produrre agonisti/antagonisti recettoriali, inibitori di enzimi biotecnologicamente significativi, inibitori di macromolecole funzionalmente attive; 5) analisi delle interazioni delle molecole bioattive con i target molecolari che ne mediano gli effetti farmacologici mediante studi struttura-attività farmacologica in vitro (SAR), modelling molecolare, studi NMR e cristallografici; 6) progettazione, sintesi e caratterizzazione di peptidi inibenti proteinasi diverse; 7) design e sintesi di analoghi delle molecole bioattive studiate dalle più spiccate attività farmacologiche, eventualmente conformazionalmente stabilizzati, al fine di aumentarne l’efficacia, la stabilità alla degradazione enzimatica e la biodisponibilità, attraverso: (i) sintesi di “mimetici” utilizzando amminoacidi e glicidi naturali e sintetici; (ii) sintesi di "ibridi" a potenziale attività farmacologia multipla; (iii) "coupling" delle molecole farmacologicamente più interessanti con peptidi e carboidrati capaci di essere identificati da recettori di membrana specifici ovvero agire da vettori aspecifici, in modo da consentirne l’interazione con determinati bersagli cellulari; (iv) strategie per aumentare la bio-disponibilità dei nuovi farmaci attraverso lo sviluppo di liposomi e ciclodestrine di nuova generazione o loro coupling a sequenze peptitiche con caratteristiche internalizzanti; 8) tests in vivo delle molecole più promettenti e monitoraggio della loro distribuzione nell’organismo mediante tecniche di "bio-imaging", che possono prevedere l'impiego di radionuclidi. Induzione della risposta immune ai peptidi antigenici veicolati dalle particelle fagiche. Tra le attività farmacologiche "target" verranno preferite quelle attività chiave per la diagnosi e la terapia sintomatologica di malattie socialmente più rilevanti, quali il cancro e l’AIDS e le patologie loro correlate. Verranno pertanto selezionate molecole con attività: • anti-tumorale (anti-proliferativa e/o pro-apoptotica, anti-tirosina chinasi,

etc.), in vitro ed in vivo; • anti-angiogenica in vitro; • anti-ossidante e cito-protettiva in vitro; • anti-microbica in vitro; • anti-virale in vit o; r• immuno-modulatoria in vitro; • analgesica in vivo; • anti-infiammatoria in vitro ed in vivo; • anti-emetica e appetito-stimolante in vivo. Possibili ricadute applicative: • Sviluppo di nuovi farmaci anti-tumorali, analgesici, anti-infiammatori, immunosoppressori, antibiotici ed anti-virali a potenziale bassa tossicità e basso costo



• Valorizzazione delle risorse ambientali • Riciclaggio di bio-materiali di accumulo e/o scarto Istituti del C.N.R. coinvolti: • (007) Istituto di Scienze e Tecnologie Molecolari [ISTM], Milano; • (011) Istituto per i Processi Chimico-Fisici [IPCF], Pisa; • (019) Istituto di Cibernetica [ICIB], Napoli; • (020) Istituto di Metodologie Chimiche [IMC], Roma; • (021) Istituto di Chimica dei Composti Organometallici [ICCOM], Firenze; • (030) Istituto di Genetica Vegetale [IGV], Bari; • (032) Istituto di Genetica e Biofisica [IGB], Napoli; • (033) Istituto di Biochimica delle Proteine [IBP], Napoli; • (035) Istituto di Chimica Biomolecolare [ICB], Napoli; • (037) Istituto di Chimica del Riconoscimento Molecolare [ICRM], Milano; • (038) Istituto di Fisiologia Clinica [IFC], Pisa; • (039) Istituto di Biofisica [IBF], Pisa; • (043) Istituto di Endocrinologia ed Oncologia Sperimentale [IEOS], Napoli; • (046) Istituto di.Biologia e Biotecnologia Agraria [IBBA], Milano; • (047) Istituto per lo Studio degli Ecosistemi [ISE], Pallanza; • (050) Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari [ISPA], Bari. Industrie: • Indena S.p.A. • Innovet S.p.A. • Sigma-Tau • Biosearch Italia • Istituto Europeo di Oncologia (IEO), Milano • Sigma-Tau , Pomezia



9.2.4 Biotecnologie per l’agricoltura Biologia e biotecnologie per un uso sostenibile delle risorse agro-ambientali Tecnologie abilitanti: Biotecnologie [T1], Microelettronica e Sensoristica [T3], Micro e Macro Tecnologie [T6]. Settori prioritari: Sistemi di produzione [S1], Ambiente [S4], Agro-alimentare [S6]. Punti di forza degli Istituti:

I gruppi coinvolti sono tutti ben collegati con le Università italiane e con i migliori laboratori europei ed USA. Inoltre, hanno rapporti consolidati con imprese d’interesse nazionale ed internazionale operanti nel settore e con le associazioni dei produttori e consumatori. Questo progetto permetterà anche il consolidamento e rafforzamento della già esistente rete di ricerca di eccellenza a grossa prevalenza di organi CNR formatasi in seguito ad alcune importanti iniziative nazionali del passato quali i Progetti Finalizzati IPRA, RAISA e Biotecnologie del CNR; i Progetti Strategici CNR; il Programma Biotecnologie del Ministero dell’Agricoltura; gli Istituti Nazionali di Coordinamento del CNR.

I gruppi proponenti hanno: esperienza ed eccellenza nei campi di

ricerca proposti (pubblicazioni su riviste internazionali, brevetti, responsabilità e partecipazione a iniziative di ricerca internazionali); disponibilità di tecnologie, strumentazione di base tecnologicamente avanzata, materiale biologico prodotto dai gruppi proponenti e disponibile per le analisi (cDNA e promotori di geni di interesse, mutanti, transgeni, cultivar di particolare interesse in relazione alle vie metaboliche/processi cellulari in esame); competenza nel campo bioinformatico per la raccolta e comparazione dei dati ottenuti dai diversi gruppi. Obiettivi del Progetto:

I fattori dell’ambiente naturale hanno da sempre profondamente influenzato il funzionamento degli agroecosistemi controllando così la disponibilità di risorse rinnovabili per la popolazione umana; bel tempo, poi, è andato crescendo l’impatto dell’azione dell’uomo sulla biosfera fino a un livello tale da imprimere una “impronta riconoscibile” sugli equilibri ecologici, a scala globale (IPCC 2000): le ricerche bio-ecologiche hanno dimostrato infatti come non vi sia più alcun ecosistema del globo che non sia direttamente o indirettamente influenzato dall’attività antropica. Attualmente la ricerca scientifica si confronta con la necessità di determinare meccanismi e impatti dell’ambiente e dei suoi mutamenti su organismi e sistemi agro-forestali ma, anche, di riconoscere tali sistemi come una significativa opportunità per l’avvio di un vasto programma di “bonifica ambientale” e di gestione sostenibile delle risorse. Nello stesso tempo lo sviluppo tumultuoso delle biotecnologie e delle relative



applicazioni sta aprendo scenari sempre più nuovi che richiederanno una grande attenzione e capacità scientifica di analisi per la loro definizione, caratterizzazione e compatibilità. In questo quadro, la biologia degli organismi di interesse agrario e in particolare la biologia vegetale sta giocando un ruolo molto importante, forse più importante di quello che si poteva prevedere dieci anni fa. Il potenziamento della presenza pubblica in un settore di ricerca così delicato e nello stesso tempo fortemente strategico, non può pertanto essere evitato, sia per un approfondimento e maggiore diffusione della conoscenza e quindi per una crescita produttiva generalizzata, sia come premessa per una azione di controllo e di analisi della compatibilità delle nuove tecnologie, nonché per lo studio delle interazioni dei cambiamenti climatici con organismi e sistemi agro-forestali.

In questo quadro di riferimento il progetto proposto si prefigge di

conseguire risultati in merito a: - valutazione e previsione dell’impatto di stress ambientali, attuali e futuri, su piante e sistemi agricoli e forestali con particolare riferimento a quelli dell’ambiente mediterraneo, nelle sue differenti tipologie; - identificazione e valorizzazione delle potenzialità di adattamento, mitigazione e recupero ecologico da parte delle biorisorse agro-forestali, dal più basso livello di complessità cioè quello molecolare a quello di organismo e di comunità biotica, per contrastare l’impatto negativo dei fenomeni di degradazione e dei mutamenti ambientali; - produzione di biomasse (da batteri fotosintetici e microalghe fino a piante erbacee e forestali) a fini industriali, energetici e per l’estrazione di composti ad alto valore aggiunto; - applicazione di metodologie biotecnologiche per il controllo, ripristino e conservazione della fertilità del suolo; - analisi globale delle variazioni nel trascrittoma/proteoma indotte da fattori ambientali e definizione delle funzioni genetiche, delle interazioni e dei meccanismi regolativi che contribuiscano in maniera sostanziale alla tolleranza delle piante a stress ambientali; - interazioni piante con microrganismi (patogeni, non patogeni e simbionti) mediante comprensione dei meccanismi molecolari che sono ala base delle differenti interazioni; - definizione analogie tra i diversi sistemi per arrivare a comprendere quali sono i meccanismi cruciali delle interazioni; - identificazione di geni e molecole-segnale coinvolti sia nell’interazione simbiotica pianta-microrganismi, sia nella risposta della pianta ai patogeni; - studio di funzioni cellulari di base legate ai processi riproduttivi e di differenziamento (sviluppo e architettura della cellula e della pianta, ciclo cellulare, meiosi, apomissia); - caratterizzazione e studio delle modifiche indotte in funzioni cellulari di base legate alla produzione di sostanze di interesse agroindustriale e all’accumulo di sostanze di riserva nelle piante;



- ruolo funzionale della diversità adattiva mediante analisi del menoma di specie di interesse agrario ai fini della loro valorizzazione e conservazione attraverso modelli in vivo, in vitro e in silicio; - creazione di una pipeline di tecnologie, risultati e conoscenze. I risultati attesi riguardano:

una più profonda comprensione dei meccanismi molecolari, fisiologici ed ecologici dell’impatto dei fattori ambientali su organismi ed ecosistemi agrari e forestali, in un contesto di probabili, ma solo parzialmente prevedibili, cambiamenti ambientali. Si punterà a sviluppare processi biologici, organismi e sistemi colturali in grado di mitigare i cambiamenti ambientali e bonificare ambienti degradati e inquinati. Importanti saranno anche le ricadute scientifiche indirizzate al miglioramento delle conoscenze di base per la comprensione dei meccanismi che presiedono allo sviluppo della pianta ed all’interazione delle piante con l’ambiente esterno (biotico ed abiotico), arricchimento di banche dati con le nuove informazioni determinate sperimentalmente. La comunità scientifica nazionale ed internazionale e le industrie attive nel settore della salute dell’uomo potranno beneficiare dei risultati. Istituti CNR coinvolti:

• (046) Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria (IBBA ), Milano; • (045) Istituto di Biologia Agro-ambientale e Forestale (IBAF),

Porano; • (031) Istituto di Biometereologia (IBIMET), Firenze; • (035) Istituto di chimica Biomolecolare (ICB), Napoli; • (038) Istituto di Fisiologia Clinica (IFC), Pisa; • (032) Istituto di Genetica e Biofisica “Adriano Buzzati Traverso”

(IGB), Napoli; • (036) Istituto di Genetica delle Popolazioni (IGP), Tramariglio; • (030) Istituto di Genetica Vegetale (IGV), Bari; • (048) Istituto per la Protezione delle Piante (IPP), Firenze; • (067) Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima (ISAC), Bologna; • (051) Istituto per i Sistemi Agricoli e Forestali del Mediterraneo

(ISAFM), Napoli; • (047) Istituto per lo Studio degli Ecosistemi (ISE), Pallanza; • (010) Istituto per lo Studio delle Macromolecole (ISMAC), Milano; • (050) Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari(ISPA), Bari; • (052) Istituto per la Produzione Animale in Ambiente Mediterraneo

(ISPAAM), Napoli; • (105) Istituto per la Valorizzazione del Legno e delle Specie Arboree

(IVALSA), Firenze; • (049) Istituto di Virologia Vegetale (IVV), Torino.



9.2.5 Qualità e sicurezza degli alimenti Tecnologie abilitanti: Biotecnologie [T1], Processi separativi e tecnologie chimiche [T8], Microelettronica e sensoristica [T3]. Settori prioritari: Agro-alimentare[S6], Salute [S7].

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Obiettivi del Progetto: Il progetto affronta in maniera innovativa e interdisciplinare le relazioni

intercorrenti tra qualità degli Alimenti freschi e trasformati e la Salute del consumatore. Il progetto è decisamente orientato allo sviluppo di tecnologie chiave abilitanti a carattere multisettoriale (principalmente le biotecnologie, i processi separativi/tecnologie chimiche; e la microelet ronica/sensoristica) applicate ai prodotti di alcune importanti filiere agro-alimentari. In questa nuova ottica applicativa ed in linea con la priorità tematica “Qualità e Sicurezza Alimentare” del VI Programma Quadro, il progetto si propone di fornire le conoscenze scientifiche di base rispondenti alle esigenze di innovazione tecnologica delle imprese agro-alimentari ed assume un notevole significato sia per indicare nuove prospettive di sviluppo, sia per contribuire alla definizione di politiche e tendenze perseguibili nella ricerca nazionale del settore alimentare.

Il progetto sviluppa diversi aspetti di ricerca nell’ambito di quattro

tematiche principali: 1. Riflessi dei fattori di produzione e di trasformazione sul valore nutrizionale e sulla sicurezza degli alimenti. 2. Analisi e controllo degli alimenti: carat erizzazione, salubrità e biodisponibilità dei componenti. 3. Biotecnologie per il miglioramento della qualità degli alimenti. 4. Impatto dell’alimentazione sulla salute umana.

Il progetto si propone di approfondire le conoscenze scientifiche e tecnologiche di base per sviluppare un sistema produttivo e distributivo, a ridotto impatto ambientale, di alimenti salubri e sicuri in linea con le esigenze del consumatore e nel rispetto dei dettami internazionali in materia di sicurezza e di qualità alimentare. In particolare, attraverso l’impiego di strumenti biotecnologici avanzati e metodi innovativi di analisi e di controllo (di tipo chimico, biologico e fisico), esso si propone di perseguire la produzione di alimenti sicuri e dotati di caratteristiche nutrizionali peculiari; evitare la presenza e diffusione negli alimenti di sostanze (micotossine, fitofarmaci) o di microrganismi (agenti di tossinfezione) dannosi alla salute del consumatore; controllare la qualità, la biodisponibilità e lo stato di conservazione dei nutrienti lungo la filiera alimentare; determinare l’effetto di nutrienti sul metabolismo cellulare; chiarire i rapporti tra regimi alimentari e sviluppo di alcune patologie



dell’uomo; orientare le scelte alimentari del consumatore secondo principi validi scientificamente. Risultati attesi

Per le aree di ricerca summenzionate si prevede di ottenere i seguenti risultati: Area 1 – Determinazione del ruolo dei fattori genetici, ambientali, agro-tecnologici e dei processi di trasformazione sul valore nutrizionale e dietetico e sulla sicurezza d’uso degli alimenti di importanti filiere agro-alimentari (cerealicola, viti-vinicola, orto-frutticola, lattiero-casearia, carne). Produzione di alimenti caratterizzati da un più elevato valore nutrizionale e di sicurezza d’uso, compresi gli alimenti funzionali. Ottimizzazione dei processi di trasformazione e conservazione degli alimenti mediante la valorizzazione di componenti naturali, e/o atmosfere modificate e nuovi materiali e tecnologie di confezionamento. Area 2 - Sviluppo di nuovi metodi, basati su tecniche separative combinate e sistemi di rilevazione multidimenzionali, sensori specifici (sensori misti, biosensori, immunosensori, ecc.) e proteomica per caratterizzare i componenti nutrizionali, antinutrizionali, tossici e aromatici degli alimenti e determinarne la biodisponibilità. Sviluppo di nuove metodologie rapide e non invasive per valutare la qualità e la sicurezza degli alimenti e per studi epidemiologici e di intervento nutrizionale. Caratterizzazione di prodotti alimentari di base per l’economia nazionale, ai fini di un loro rilancio di mercato e riconoscimento internazionale anche mediante certificazione e/o marchio di qualità. Area 3 – Sviluppo di metodologie molecolari per la diagnosi precoce di organismi dannosi e per la tracciabilità degli alimenti mediante certificazione genetica. Sviluppo di processi biotecnologici innovativi per migliorare il valore nutrizionale e la sicurezza degli alimenti e per produrre sostanze di interesse alimentare ad alto valore aggiunto. Ottenimento di marcatori molecolari per supportare il miglioramento genetico di specie vegetali finalizzato alla qualità e sicurezza dei prodotti alimentari, anche di origine animale. Area 4 – Individuazione di markers metabolici e molecolari di malattie cronico-degenerative (obesità, arteriosclerosi, diabete). Determinazione del ruolo di componenti alimentari su stati patologici (allergie alimentari, neoplasie). Identificazione e studio bioinformatico di geni e proteine coinvolte nella regolazione del metabolismo in risposta ai nutrienti. Caratterizzazione di diete per disfunzioni metaboliche. Programmi di educazione alimentare, in collaborazione con associazioni di produttori e consumatori. Istituti CNR potenzialmente interessati:

• (050) Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari (ISPA), Bari; • (045) Istituto di Biologia Agro-Ambientale e Forestale (IBAF),

Porano;



• (046) Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria (IBBA), Milano; • (039) Istituto di Biofisica (IBF), Pisa; • (033) Istituto di Biochimica delle Proteine (IBP), Napoli; • (035) Istituto di Chimica Biomolecolare (ICB), Napoli; • (032) Istituto di Genetica e Biofisica “Adriano Buzzati Traverso”

(IGB), Napoli; • (030) Istituto di Genetica Vegetale (IGV), Napoli; • (020) Istituto di Metodologie Chimiche (IMC), Roma; • (027) Istituto per i Materiali Compositi e Biomedici (IMCB), Napoli; • (005) Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM ), Catania; • (011) Istituto per i Processi Chimico-Fisici (IPCF ), Pisa; • (048) Istituto per la Protezione delle Piante (IPP ), Firenze; • (053) Istituto di Scienze dell’Alimentazione (ISA ), Avellino; • (051) Istituto per i Sistemi Agricoli e Forestali del Mediterraneo

(ISAFM), Napoli; • (047) Istituto per lo Studio degli Ecosistemi (ISE ), Pallanza; • (052) Istituto per la Produzione Animale in Ambiente Mediterraneo

(ISPAAM), Napoli; • (026) Istituto per la Tecnologia delle Membrane (ITM), Cosenza; • (049) Istituto di Virologia Vegetale (IVV), Torino.



9.3 Area scienze della terra e dell’ambiente 9.3.1 Atmosfera e mare Processi atmosferici e marini nel sistema terra: cambiamenti climatici, impatto ambientale, potenziamento e interconnessione del sistema osservativo (a terra, da aereo e da satellite) Tecnologie abilitanti: Biotecnologie [T1], Informatica avanzata multimediale e distribuita [T2], Microelettronica e sensoristica intelligente [T3], Elettronica, sistemi di attuazione e controllo e reti [T10]. Settore prioritario: Ambiente [S4]. Descrizione del progetto

Il progetto propone lo studio multidisciplinare dei processi atmosferici e marini che hanno luogo nel sistema Terra, trattando più approfonditamente alcune delle problematiche che sono attualmente oggetto di più forte interesse presso la comunità scientifica internazionale. Pertanto, esso intende studiare i processi fisici, chimici, biologici e geologici che avvengono nell'atmosfera e nei mari italiani, avvalendosi del potenziamento e di una migliore interconnessione del sistema osservativo al suolo (in siti terrestri e marini), da aereo e da satellite, che possa anche essere utilizzato per il monitoraggio dei processi ambientali. Il miglioramento delle conoscenze sul complesso comportamento del sistema Terra permetterà di comprendere meglio i meccanismi che sono causa di molti eventi disastrosi (cambiamenti climatici, siccità, inondazioni, frane, terremoti, tsunami, erosione delle coste) e in tal modo programmare più responsabilmente il nostro futuro in questo pianeta. La proposta è stata formulata in modo che da non sovrapporsi agli obiettivi del Programma Nazionale di Ricerca sul Clima e prevede un’ampia collaborazione con altri Enti di Ricerca ed Università, che già operano in stretto collegamento con gli istituti del CNR in diversi programmi internazionali di alto livello.

Il progetto si articola in tre parti:

(1) "Processi atmosferici, cambiamenti climatici e relativo impatto", che si articola secondo le seguenti sei tematiche: (i) Predicibilità del clima, interazioni tra circolazione atmosferica e oceanica e teleconnessioni, rivolta allo studio dei regimi di circolazione atmosferica e degli scambi turbolenti tra superficie terrestre e marina e l’atmosfera; (ii) Cicli dei gas serra e altri gas minori, con particolare attenzione per CO2, CH4, N2O e vapore acqueo; (iii) Processi di scambio alla superficie terrestre, sia in aree coperte da foreste o da coltivazioni agrarie sia in regioni marine; (iv) Forzature radiative di aerosol e nubi, attraverso lo studio dei parametri fisici e chimici di questi costituenti atmosferici e in aree di diversa albedo superficiale; (v) Ruolo delle precipitazioni nel ciclo idrologico, attraverso un forte



rafforzamento del sistema osservativo e della modellistica dei sistemi precipitanti; e (vi) Analisi dei cambiamenti climatici nel passato, mediante attente ricostruzioni delle variazioni climatiche avvenute negli ultimi diecimila anni. (2) "Scienze del Mare: ricerca di base, sviluppo tecnologico e tutela dell’ambien e marino", che si suddivide nelle cinque seguenti tematiche: (i) oceanografia fisica e variazioni climatiche, (ii) interazione aria-mare; (iii) paleo-oceanografia; (iv) previsione e mitigazione dei rischi da processi geologici sottomarini; (v) biologia marina e gestione delle risorse ittiche. Il progetto comprende anche diversi sottoprogetti ben strutturati, come (a) MOMI (Osservazione e controllo dei Mari Italiani), articolato in studi interdisciplinari rivolti all’analisi di serie temporali di dati, in studi dei processi fisici di trasporto di sostanze in ambiente marino (anche con l’impiego di metodologie per l’analisi di dati lagrangiani) e nell’uso integrato di dati da misure in-situ, da modelli e da osservazioni satellitari; (b) GIFCI (Gestione integrata della fascia costiera italiana), rivolto a studi di pianificazione di un sistema di aree marine protette costiere, allo sviluppo della cartografia multitematica dei fondali marini, alla modellizzazione e previsione di anossie nella parte settentrionale dell’Adriatico e allo studio di processi di diagenesi precoce; (c) Variabilità degli ecosistemi marini italiani indotta da forzanti naturali, (d) Dorsali mediooceaniche, (e) Creazione e gestione di una banca dati nazionale per le Scienze Marine.

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(3) “Po enziamento ed interconnessione del Sis ema osservativo ed integrazione di dati dal suolo da aereo e da satellite per lo studio ed il monitoraggio dei processi ambientali", che mira a sviluppare le tecnologie hardware e software necessarie per affrontare le problematiche inerenti i cambiamenti climatici e il loro impatto sul territorio, la meteorologia, l'oceanografia, i rischi naturali ed ambientali, lo space weather. Esso si suddivide secondo i seguenti quattro assi d’intervento: (i) Potenziamento del sistema osservativo (dal suolo, in mare, da aereo e da pallone stratosferico); (ii) Integrazione dati dal suolo e da satellite (nei campi dell’idro-meteorologia, della climatologia, dell’oceanografia, dei rischi ambientali e naturali, della caratterizzazione dell’impatto sulle grandi infrastrutture e dello "space weather"); (iii) Interconnessione del sistema osservativo; e (iv) Sviluppo di nuove metodologie e tecnologie (tecniche di processamento, analisi dati e tecnologie osservative). Il progetto si raccorda con le indicazioni e raccomandazioni di organismi internazionali (WMO, IPCC) e con i principali progetti che vengono sviluppati a livello internazionale in questo settore multidisciplinare (IGBP, WCRP, IODP, ESF-EUROCORE, GEWEX, etc.), mirando a rafforzare la presenza nazionale in essi. Inoltre, gli obiettivi del progetto ben si accordano con le priorità segnalate dal documento “Priority Thematic A easof Research in FP6”, in particolare nei paragrafi 1.1.4.2 “Space (GMES)” e 1.1.6.3 “Global change and ecosystems”.



Istituti CNR coinvolti: (069) Istituto per l’Ambiente Marino Costiero (IAMC), Napoli; •

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(045) Istituto di Biologia Agro-Ambientale e Forestale (IBAF), Roma; (031) Istituto di Biometeorologia (IBIMET), Firenze; (070) Istituto per la Dinamica dei Processi Ambientali (IDPA), Venezia; (062) Istituto di Geoscienze e Georisorse (IGG), Pisa; (030) Istituto di Genetica Vegetale (IGV), Bari; (065) Istituto per lo Studio dell’Inquinamento Atmosferico (IIA), Roma; (068) Istituto di Metodologie per l’Analisi Ambientale (IMAA), Potenza; (020) Istituto di Metodologie Chimiche (IMC), Roma; (067) Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima (ISAC), Bologna; (066) Istituto di Scienze Marine (ISMAR), Venezia; (064) Istituti di Geologia Ambientale e Geoingegneria (IGAG), Roma; (106) Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente (IREA), Napoli; (001) Istituto per le Applicazioni del Calcolo “Mauro Picone” (IAC), Roma; (018) Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara” (IFAC), Firenze; (017) Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario (IFSI), Roma; (003) Istituto di Radioastronomia (IRA), Bologna; (063) Istituto di Ricerca per la Protezione Idrogeologica (IRPI), Perugia; (051) Istituto per i Sistemi Agricoli e Forestali del Mediterraneo (ISAFM), Napoli; (098) Istituto di Studi sui Sistemi Intelligenti per l’Automazione (ISSIA), Bari.

Industrie:

Carlo Gavazzi Space SpA, Alenia Spazio, Galileo, Telespazio, COS(OT), Planetek, ENI Tecnologia, AGIP, Thetis SpA, SELCSCARL.



9.3.2 Inquinamento ambientale Tecnologie abilitanti: Biotecnologie [T1], Microelettronica e sensoristica intelligente [T3],Elettronica, sistemi di attuazione e controllo e reti [T10]. Settore prioritario: Ambiente [S4]. Obiettivi:

Il progetto intende fornire un contributo alla soluzione dei problemi di qualità dell’ambiente e di insorgenza di situazioni di rischio derivanti da attività antropiche e da cambiamenti climatici globale. In quest'ottica il progetto si propone di identificare le tecnologie da sviluppare per garantire il monitoraggio e il controllo in tempo reale in sintonia con le Linee Guida per la Politica Scientifica e Tecnologica del Governo (documento dell’aprile 2002).

Lo studio ha per oggetto due grandi settori: • •

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L’ambiente atmosferico L’ambiente lacustre

Per quanto concerne il primo settore ci si propone di approfondire i

seguenti temi di ricerca: Caratterizzazione degli inquinanti emessi dalle sorgenti tipiche di emissione Evoluzione del traffico e dei carbu anti Interazioni tra inquinanti emessi localmente e masse d’aria di fondo Interazioni chimiche in atmosfere marine Inquinamento fotochimico e nuove sostanze organiche Effetti sul clima e l’ambiente globale Deposizioni acide e loro effetto sui monumenti Deposizioni di inquinanti su ecosistemi perifericiEvoluzione del boundary layer e micrometeorologia Pianificazione urbanistica.

Gli aspetti sopra accennati possono a loro volta essere articolati in un

gran numero di studi che si impongono alla luce del fatto che la comprensione dei processi di inquinamento nelle grandi aree non è mai stata sufficientemente sviluppata sebbene essa risulta essere di grande importanza per la pianificazione della legislazione e delle direttive di contenimento dell'Inquinamento. Inoltre, poiché nei prossimi anni si stima che la maggior parte delle popolazione terrestre sia concentrata in aree urbane, lo studio assume una grande importanza perché consente all’Italia di collaborare fattivamente con i Paesi sviluppati ed in via di sviluppo per la possibile soluzione di questo problema. La dimensione internazionale del progetto viene infatti assicurata dalla possibilità di studiare diverse aree in diversi livelli di sviluppo.



Per quanto riguarda il secondo settore i temi di ricerca sono caratterizzati dalle seguenti tematiche: • Effetti antropici e climatici sulla qualità dei laghi ed all'insorgere in essi di massive fioriture di organismi ad eleva a tossicità. t

• Tecnologie per il monitoraggio di controllo in tempo reale delle alghe tossiche.

La proposta in particolare mira ad affrontare il problema delle fioriture di cianobatteri tossici nella maniera più ampia ed integrata, affrontando sia gli aspetti di indagine biologica, chimica e tossicologica, che le problematiche socio-sanitarie sollevate da questo fenomeno, per giungere, possibilmente, ad indicare azioni concrete per controllare, limitare e prevenire la loro insorgenza. Costituisce, infine, un ulteriore obiettivo l'esportazione del know-how così ottenuto in Paesi dell'area mediterranea nei quali esistono situazioni di scarsità delle acque, sia in termini di qualità che di quantità, analoghe a quelle delle regioni italiane meridionali. In tali Paesi ormai la risorsa acqua costituisce un reale problema di sostenibilità dello sviluppo. Istituti CNR coinvolti:

• (065) Istituto per Inquinamento Atmosferico (IIA), Roma; • (101) Istituto Motori (IM), Napoli; • (067) Istituto Scienze dell’Atmosfera e del Clima (ISAC), Bologna; • (047) Istituto per lo Studio degli Ecosistemi (ISE) Verbania Pallanza; • (071) Istituto di Ricerca sulle Acque (IRSA), Roma; • (058) Istituto di Tecnologie Biomediche (ITB), Segrate; • (106) Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell'Ambiente

(IREA), Milano.



9.3.3 Geologia e territorio Nuovi strumenti geologici per lo studio e la comprensione dei processi geologici che regolano l’uso e la gestione del territorio Tecnologie abilitanti: Tecnologie dei materiali strutturali e funzionali [T7], Processi separativi, tecnologie chimiche Elettrochimica [T8], Elettronica, sistemi di attuazione e controllo e reti [T10]. Settore prioritario: Ambiente [S4]. Obiettivi:

Il Progetto intende raccogliere dati geologici, geochimici e geofisici per la definizione e sviluppo dei seguenti aspetti di notevole interesse ambientale: l. Modello tridimensionale dell'Italia, 2. Analisi dei processi di scorrimento e previsione dei danni, 3. Bonifica dei siti inquinati e sviluppo di processi di risanamento di suoli, acque e sedimenti

Modello tridimensionale dell'Italia Obiettivo principale del progetto è di dimostrare che la modellizzazione

3D è il modo essenziale non solo per rinnovare l'immagine geologica del Paese, ma anche per stimolare nuove ricerche che portino ad una migliore definizione dei fenomeni che governano l'evoluzione della porzione più corticale del pianeta Terra mirati ad una migliore gestione dell'ambiente e delle risorse. Scopo ultimo inoltre è quello di fornire un quadro di riferimento omogeneo ed aggiornato per qualsiasi tipo di ricerca geologica ad ampio respiro.

Il progetto intende creare, a livello nazionale, un DTM (Digital Terrain

Model) adeguato a passo dell'ordine della decina di metri (dai 30 ai 50m),a interpolazioni per ottenere informazioni sulle quote a passo regolare e nell'area desiderata.si dovrà costituire una banca dati geologica omogenea e georiferita da ancorare al DTM. Il DTM costituirà il livello geografico di riferimento per il posizionamento delle strutture geologiche, sia di superficie sia del sottosuolo, e l'ancoraggio per qualsiasi nodellizzazione tridimensionale. I campi di applicazione possono spaziare dalla tettonica recente di siti ad elevato rischio alla modellizzazione della deformazione litosferica, dalla ricostruzione delle geometrie delle suture crostali maggiori dei sistemi orogenici che costellano la penisola all'interpretazione sismotettonica ed alla modellizzazione del dissesto superficiale.

Analisi dei processi di scorrimento e previsione dei danni Le instabilità di pendio, nelle loro variegate manifestazioni tipologiche

ed in una molteplicità di contesti geoambientali, costituiscono una delle problematiche di maggiore impatto sociale ed economico. Si propone uno



studio conoscitivo ed applicativo delle instabilità di pendio che si avvarrà di metodi matematici organicamente integrati nel modello geotecnico del pendio, per giungere alla simulazione del comportamento dei pendii al variare delle condizioni al contorno e/o in conseguenza di modifiche delle condizioni d'uso. Saranno predisposte le linee guida per i rilievi, le indagini e gli studi necessari ad identificare gli elementi igeotecnici principali e le modalità di delimitazione dei contesti geo-ambientali nel cui ambito le instabilità stesse possono ricadere.

I flussi di fango e detrito sono tra i più pericolosi tipi di movimenti di massa e sono responsabili ogni anno di enormi perdite di vite umane ed economiche a livello mondiale. Il problema si è particolarmente accentuato con la crescita mondiale della popolazione e l'assenza di adeguate strategie di prevenzione e mitigazione del rischio. La difficile valutazione del momento di innesco delle colate di fango e detrito, la loro capacità di percorrere distanze considerevoli e la velocità che possono raggiungere (da pochi m/s fino anche alcune decine), sono gli elementi che caratterizzano il progetto al fine di diminuirne la pericolosità e migliorare le politiche di gestione del territorio.

Bonifica dei siti inquinati e sviluppo di processi di risanamento di suoli, acque e sedimenti

Il sottoprogetto intende realizzare:

• la mappatura geochimica di suoli, acque e sedimenti fluviali del territorio italiano a scala 1:250.000, • cartografia della biodisponibilità di elementi chimici e delle relative anomalie positive e negative, • distribuzioni areali degli elementi pesanti, potenzialmente nocivi per la salute, e in particolare delle anomalie positive di origine antropica, • interventi di bonifica dei siti inquinati. le ricerche devono essere rivolte allo sviluppo di processi (chimico, fisici e chimico-fisici) che abbiano lo scopo di ridurre permanentemente e significativamente la concentrazione di inquinanti nel suolo e nelle acque sotterranee privilegiando tecnologie tendenti a trattare e riutilizzare il suolo nel sito, (trattamento in-situ ed on-site), con conseguente riduzione dei rischi derivanti dal trasporto e messa a discarica di terreno inquinato. Istituti CNR coinvolti: • (062) Istituti di Geoscienze e Georisorse (IGG), Pisa; • (063) Istituto di Ricerca per la Protezione Idrogeologica (IRPI), Perugia; • (064) Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria (IGAG), Roma; • (002) Istituto di Matematica Applicata e Tecnologie Informatiche (IMATI), Pavia; • (070) Istituto per la Dinamica dei Processi Ambientali (IDPA), Venezia; • (020) Istituto di Metodologie Chimiche (IMC), Roma.



Industrie: previste collaborazioni con ENEL, AGIP ed altre industrie del settore chimico e tecnologico non specificate.



9.4 Area scienze sociali ed umanistiche 9.4.1 Vocabolario filosofico Evoluzione del lessico filosofico europeo dal Rinascimento all’Illuminismo: filosofia della natura, etica e politica, metafisica Obiettivi:

Il progetto di ricerca proposto è finalizzato all'approfondimento del vocabolario filosofico dal Rinascimento all'Illuminismo; esso prevede attività a diversi livelli per lo studio della terminologia e della storia delle idee: organizzazione di convegni e seminari, pubblicazioni, costituzione di un sito web; iniziative da realizzarsi anche con la collaborazione di altri istituti ed enti di ricerca italiani e stranieri impegnati in ricerche sulla cultura filosofica dell'età moderna, con particolare riguardo alla pubblicazione di testi. L'obiettivo di fondo è quello di coniugare storia delle idee e storia della terminologia, potenziando quindi un settore di studi, specialistico ma aperto a varie discipline, in considerazione della necessità di una più proficua utilizzazione delle risorse.

L'attenzione per la questione terminologica, anche all'interno di una

prospettica teorica e concettuale, ha costituito un motivo costante della ricerca storico-filosofica. In ambito 'moderno', gli studi sulla genesi e sulla storia dei concetti e sulla terminologia filosofica si sono rivolti, in particolare, all'analisi di linguaggi di autori nelle cui opere è possibile cogliere con maggiore immediatezza il riflettersi della problematico di una rigorosa fondazione del sapere attraverso la costituzione di un preciso ed articolato vocabolario filosofico. Si pensi soltanto agli studi pubblicati negli ultimi decenni sul lessico di Bruno, Descartes, Spinoza, Leibniz, Vico e Kant, argomento che ha costituito uno degli interessi primari del Lessico Intellettuale Europeo. Tale interesse, anzi, si è sempre posto come elemento costitutivo del Centro, trovando una significativa conferma nella collana delle sue pubblicazioni.

Pur nella molteplicità delle lingue considerate, particolare attenzione è

stata rivolta al lessico latino, matrice del linguaggio filosofico moderno ed inoltre capace di adattarsi, con rinnovata vitalità, alle innovazioni concettuali, alle quali ha fornito una terminologia tecnica consolidata. Il dibattito sul latino - sul suo uso e sulla sua storia nella tensione tra ‘classicità’ e 'barbarismi' - così vivo nel Rinascimento, ha rilevanti prosecuzioni nel Seicento,e nel Settecento, in seguito sia al riproporsi di modelli classici, sia al continuo ricorso al patrimonio lessicale latino nell'ambito delle discipline più soggette al mutare degli orizzonti culturali. La necessità di ampliare le fonti documentarie è stato da sempre uno dei principali obiettivi del LIE (anche guardando alla tradizione della lessicografica filosofica), nella convinzione che nello studio della terminologia filosofica convergono considerazioni e ricerche di natura



diversa. Tutte queste istanze rimandano, come ha scritto Eugenio Garin negli Atti di uno dei primi convegni del LIE, ad una questione fondamentale che è «il testo, la critica del testo, la lettura del testo, per cui l'indagine lessicale è decisiva».

Il presente progetto di ricerca intende collegarsi direttamente a quelle

che sono state alcune delle linee guida del Centro del LIE, individuando nell'analisi dei testi, nella loro costituzione storica come nella stratificazione delle fonti, l'ancoraggio imprescindibile di una storia delle idee. Tale progetto, pur con il riconoscimento dell'utilità di strumenti quali CD-Rom e spogli informatici di testi, si propone innanzi tutto di promuovere studi di carattere storico su termini e concetti chiave dell'età moderna, anche in rapporto alle fonti. Assieme a ricerche volte allo studio della terminologia di vari autori, si propone quindi di promuovere studi ed edizioni di alcuni testi di particolare significato per l'analisi del vocabolario filosofico tra Rinascimento e Illuminismo, come ad es. la Summa terminorum metaphysicorum di Giordano Bruno, il Tractatus theologico-politicus di Baruch Spinoza, la Nova methodus discendae docendaeque jurispruden iae di Gottfried W. Leibniz, la Metaphysica di Alexander Baumgarten e le Reflexionen iiber Metaphysik di Irnmanuel Kant.

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Il progetto di ricerca «Il vocabolario filosofico dal Rinascimento

all'Illuminismo», cui partecipano cinque ricercatori dell'Istituto per il Lessico Intellettuale Europeo e Storia delle Idee (Eugenio Canone, Antonio Lamarra, Roberto Palaia, Pietro Pimpinella, Pina Totàro), rappresenta il punto di incontro di precedenti progetti relativi all'età moderna, e insieme di interessi scientifici che presentano affinità anche sotto il profilo metodologico.

Il progetto di ricerca si richiama specificamente a due tematiche

indicate nel decreto di costituzione dell'Istituto: «Storia dalla terminologia di cultura nelle lingue europee» e «Storia d'elle idee e dei segni linguistici dal mondo classico all'età moderna», senza peraltro allontanarsi dalla produzione di studi e testi critici, di spogli lessicali, di concordanze e lessici. Nell'ambito del progetto di ricerca è prevista per il prossimo triennio (2003-2005) la realizzazione dei seguenti obiettivi:

a) organizzazione di tre convegni internazionali da tenersi a Roma presso la sede dell'Istituto nell'autunno degli anni 2003-2005;

b) seminari e giornate di studio in collaborazione con studiosi italiani e stranieri dedicati alla terminologia e alla storia delle idee nei secoli XVI-XVIII;

c) organizzazione e partecipazione insieme ad una università di almeno un corso di dottorato dedicato alle tematiche inerenti al progetto, con eventuale istituzione di una borsa di studio per sostenere la pubblicazione della migliore tesi di dottorato relativa ai temi inerenti il progetto di ricerca;



d) costituzione di un sito web, all'interno del sito dell'ILIESI, dedicato alla pubblicazione delle attività di ricerca svolte e, tra l'altro, con schede bibliografiche su recenti studi di terminologia filosofica e storia delle idee dal Rinascimento all'Illuminismo.

Rientrerebbero poi nelle attività dei singoli ricercatori la collaborazione

alla rivista «Lexicon Philosophicum», e alle altre iniziative scientifiche dell'ELIESI, come la partecipazione ai convegni dell'Istituto, la cura di Atti, ecc. Istituti CNR coinvolti:

(082) Istituto per il Lessico Intellettuale Europeo e la Storia delle Idee (ILIESI), Roma.

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Altri partecipanti:

Istituto Nazionale di Studi sul Rinascimento; Leibniz-Archiv di Hannover; Università di Rennes; Università di Münster; Università di Trier; Varie università italiane.



9.4.2 Emeroteca telematica Realizzazione di un archivio digitale esaustivo di tutti i quotidiani italiani mediante l’uso di tecnologie avanzate che consentano l’accesso e il recupero dell’informazione Settori prioritari: Informatica e telecomunicazione [S2], Beni Culturali [S8]. Premessa

L’informazione online, secondo l’ultima rilevazione di Ipse.com, dicembre 2001, era caratterizzata da 2298 pubblicazioni italiane su Internet, 890 in più rispetto al 2000. Due terzi dei circa 150 quotidiani pubblicati in Italia hanno un proprio sito Web. E’ prevedibile, in base ai dati citati, che il supporto cartaceo dei quotidiani verrà sostituito, probabilmente non a brevissimo termine, con quello elettronico in particolare per l’archiviazione dei maggiori quotidiani. La tendenza della distribuzione dell’informazione si sta orientando verso il formato elettronico e l’archiviazione è già, in gran parte, passata al formato digitale. Breve analisi del progetto

Si tratta di un progetto estremamente complesso i cui singoli punti sono qui sommariamente indicati: • l’accordo, a livello governativo, con tutte le testate italiane con la definizione di problemi legali e di copyright (eventuale offerta di un servizio non totalmente gratuito ); • l’analisi dell’utenza; • l’eventuale digitazione o scannerizzazione delle testate non prodotte su supporto magnetico; • la normalizzazione e la standardizzazione elettronica dei dati delle varie testate; • la creazione di un data base dinamico che preveda l’aggiornamento e l’allineamento delle informazioni nel tempo; • l’articolazione nei diversi settori tematici (cronaca, politica, economia etc.); • l’analisi automatica di corpora di settore mediante opportuni analizzatori; • lo sviluppo e la metodologia di utilizzo di dizionari strutturati anche semanticamente; • la modellizzazione dell’informazione per utilizzare motori di ricerca interni; • la creazione di un motore di ricerca; • la creazione di un sistema di interrogazione secondo interfacce a livelli diversi di complessità; • lo studio e l’implementazione di un sistema per l’accesso distribuito dell’informazione; • la sperimentazione dei prodotti;



• la formazione e riqualificazione del personale; • l’offerta, il mantenimento e il monitoraggio del servizio. Obiettivi

Rendere l’informazione accessibile e usufruibile nel tempo. Limitare i costi della ricerca dell’informazione. Fornire una serie di servizi differenziati al cittadino in merito agli argomenti desiderati mediante delle semplici richieste a computer. Punti di forza del progetto e suo valore strategico

La completezza e non deperibilità dell’archivio; La metodologia innovativa di accesso all’informazione; La promozione e la diffusione della lingua italiana nel mondo; La sensibilizzazione e lo sviluppo culturale dei cittadini; L’originalità a livello internazionale di un progetto ad elevato contenuto tecnologico; La concentrazione di competenze diverse e lo sviluppo di una cultura organizzativa.

Una base di dati dell’informazione giornalistica sarebbe un archivio

vivente, una testimonianza della nostra società, una risorsa essenziale ed efficiente per il nostro paese anche da un punto di vista economico, una impresa in grado di produrre nuovi posti di lavoro qualificati e di riqualificazione di competenze, uno strumento competitivo in grado di rispondere alla sfida della globalizzazione. Istituti CNR coinvolti: • (080) Istituto di Linguistica Computazionale (ILC), Pisa – Genova; • (099) Istituto per le Tecnologie Didattiche (ITD), Genova. Industrie: Expert System- SPA, Modena.



9.5 Area scienze tecnologiche, ingegneristiche e dell’informazione 9.5.1 Telerilevamento Tecnologie abilitanti: Informatica avanzata multimediale e distribuita [T2], Microelettronica e sensoristica intelligente [T3], Elettronica, sistemi di attuazione e controllo e reti [T10]. Settori prioritari: Informatica e telecomunicazioni [S2], Ambiente [S4], Beni culturali [S8]. Motivazioni e ricadute

Nell’ultimo decennio è emersa la necessità di avere a disposizione efficaci ed accurate tecnologie in grado di consentire lo studio, il controllo e la prevenzione di situazioni di rischio prodotte da fenomeni naturali e/o antropici. I rischi geologici ed idrogeologici (eruzioni vulcaniche, terremoti, instabilità del suolo e dei versanti, alluvioni) sono legati a fenomeni particolarmente complessi e, in parte, ancora poco conosciuti, il cui studio richiede un approccio fortemente multidisciplinare ed in cui il miglioramento delle tecnologie esistenti e lo sviluppo ed integrazione di nuove tecniche osservative sono elementi chiave. Oltre al rischio naturale sono di notevole rilevanza anche le occorrenze di emergenze ambientali (incendi, inquinamento diffuso, eutrofizzazione delle acque interne e costiere, degrado del territorio) che richiedono tecniche di monitoraggio ed intervento sempre più pronte ed efficaci. In tale ambito i sistemi attivi e passivi per il rilevamento elettromagnetico, operanti dal suolo e su piattaforme aerospaziali e la diagnostica elettromagnetica stanno assumendo un ruolo di primaria importanza sia a livello internazionale sia nazionale. Descrizione del Progetto

Il progetto si articola secondo le seguenti Linee: - Integrazione di tecniche di telerilevamento e diagnostica elettromagnetica; - Certificazione di prodotti telerilevati; - Uso flessibile delle reti satellitari e pianificazione degli interventi.

Linea 1: Integrazione di tecniche di telerilevamento e diagnostica elettromagnetica L’attività di questa linea prevede un approccio prevalentemente metodologico mirando sia allo sviluppo di nuovi sensori, sia allo studio ed alla messa a punto di nuove tecniche di elaborazione, interpretazione ed integrazione dei dati.

In particolare gli argomenti indagati riguardano le seguenti aree:



- le tecniche interferometriche di telerilevamento satellitare a microonde per lo studio ed il monitoraggio delle deformazioni della superficie terrestre e delle aree urbane su scala centimetrica/millimetrica; - le metodologie di elaborazione tomografica di dati SAR acquisiti da sensori installati su piattaforme aeree e satellitari per l’osservazione degli strati superficiali; - le tecniche di tomografia elettromagnetica ad alta risoluzione spaziale e spazio-temporale (3D e 4D), per l’esplorazione del sottosuolo ed il monitoraggio degli edifici e dei manufatti; - le tecniche di misura dei parametri geofisici e del ciclo idrologico mediante sensoristica attiva e passiva.

Nel campo applicativo è previsto lo studio e lo sviluppo di strumentazione prototipale dedicata all’impiego speditivo per il rilevamento da piattaforme mobili; mentre per quanto riguarda la sensoristica e’ prevista la sperimentazione di lidar e di video camere portatili iperspettrali.

Linea 2 : Certificazione di prodotti telerilevati L’impiego sempre più diffuso delle tecniche di telerilevamento

nell’osservazione dell’ambiente e dei manufatti ha messo in evidenza le problematiche della confrontabilità dei dati, della ripetibilità delle misure e dell’integrazione dei risultati; pertanto si rende necessario affrontare l’aspetto degli standard di qualità e della certificazione dei sistemi e dei prodotti.

L’attività proposta prevede lo studio e la definizione di criteri per il

confronto e la taratura dei sensori. In particolare la correlazione tra la grandezza fisica telerilevata e l’indicatore ambientale o strutturale e’ realizzata attraverso il riconoscimento delle caratteristiche spettrali dei materiali alle lunghezze d’onda del sensore utilizzato (firme spettrali). Esistono librerie disponibili, ma ciascuna è condizionata dalle modalità con cui sono state eseguite le misure (in laboratorio, su campioni di dimensioni limitate); pertanto esse descrivono adeguatamente la composizione dei materiali, ma non le loro caratteristiche strutturali. Per dare una risposta a questi problemi il progetto prevede un campionamento sistematico delle proprietà radiometriche delle superfici naturali ed artificiali acquisendole direttamente in campo, rilevando congiuntamente i parametri meteo ed ambientali presenti e le caratteristiche chimico-fisiche dei materiali in esame.

Relativamente ai processi di elaborazione, si prevede la realizzazione di

immagini di test con geometria e radiometria note mediante le quali procedere alla classificazione degli algoritmi impiegati; mentre per i metodi di georeferenzazione, la scelta del tipo e la qualità del campionamento conferiscono al sistema il grado di accuratezza del posizionamento.



Linea 3: Uso flessibile delle reti satellitari e piani icazione degli interventi fQuesta linea prevede lo studio di un sistema in grado di offrire agli utenti dei servizi “attivi” per supportare in tempo reale interventi in caso di calamità naturali. L’idea perseguita è quella di progettare stazioni di terra intelligenti dotate di applicativi SW di supporto alle decisioni in grado di creare piani d’intervento per governare lo spostamento delle forze di soccorso nello scenario operativo. Per garantire queste prestazioni il progetto propone di studiare le modalità di gestione e di controllo da attuarsi per rendere possibile la riconfigurazione dinamica della rete di satelliti consentendo la raccolta continua ed a diversi livelli di dettaglio dei dati relativa alla zona colpita. Istituti CNR coinvolti: • (106) Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente (IREA), Napoli; • (040) Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione (ISTC), Roma; • (067) Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima (ISAC), Bologna; • (062) Istituto di Geoscienze e Georisorse (IGG), Pisa; • (018) Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara” (IFAC), Firenze; • (098) Istituto di Studi sui Sistemi Intelligenti per l’Automazione (ISSIA), Bari; • (073) Istituto per le Tecnologie Applicate ai Beni Culturali (ITABC), Roma; • (091) Istituto di Scienze e Tecnologie dell’Informazione “Alessandro Faedo”(ISTI), Pisa; • (097) Istituto per le Tecnologie della Costruzione (ITC), San Giuliano Milanese; • (065) Istituto per lo Studio dell’Inquinamento Atmosferico (IIA), Roma.



9.5.2 Reti informatiche e multimedialità Tecnologie abilitanti: Informatica avanzata multimediale e distribuita [T2], Microelettronica e sensoristica intelligente [T3]. Settori prioritari: Sistemi di produzione [S1], Informatica e telecomunicazioni [S2], Beni culturali [S8]. Motivazioni e ricadute

Le tecnologie dell’informazione e della comunicazione hanno avuto un ruolo determinante nello sviluppo sociale, culturale ed industriale del nostro pianeta, presentando aspetti di innovazione e di allargamento delle conoscenze, ma contemporaneamente hanno stimolato nuovi interessi ed aperto nuove problematiche.

Il progetto, che si colloca nell’ambito delle reti informatiche e della

multimedialità, mira ad indagare alcuni settori particolari, quali: le reti locali, la sicurezza e l’accesso a siti web, le applicazioni distribuite. Esso, affrontando aspetti metodologici e tecnici rivolti verso il campo dell’innovazione tecnologica, si propone di sperimentare in campo e di validare le soluzioni trovate attraverso lo sviluppo di dimostratori organizzati come casi di studio. Descrizione del Progetto

Il progetto si articola secondo le seguenti Linee: - Rete locale a banda larga; - Accesso e sicurezza; - Piattaforme per applicazioni distribuite; - Dimostratori.

Linea 1: Rete locale a banda larga L’attività di questa linea prevede lo sviluppo di una rete locale radio di 4

generazione operante nella banda dei 5 GHz in grado di fornire servizi multimediali tipici del commercio elettronico ad un migliaio di utenze per ogni stazione base e con capacità di copertura di cella dell’ordine di 0.5 Km. Gli aspetti da investigare riguardano: - lo studio di nuovi algoritmi per l’allocazione dinamica delle risorse, operando sia a livello di gestione efficiente delle varie tipologie di traffico, sia a livello fisico di rete; - lo studio di tecniche di accesso CDMA a tasso di trasmissione variabile per comunicazioni a pacchetto;

La sperimentazione in campo di questa rete sarà rivolta ad applicazioni multimediali e di commercio elettronico.



Linea 2 : Accesso e sicurezza Il sempre crescente utilizzo delle reti ha messo in evidenza due aspetti

importanti: l’accesso alle risorse e la sicurezza. Per quanto riguarda il primo aspetto, l’attività’ e’ finalizzata allo studio e allo sviluppo di tecniche di reperimento ed indicizzazione di pagine Web. In particolare il programma prevede: - la definizione di strategie di accesso I/O a dati distribuiti e la valutazione delle loro prestazioni; - la realizzazione di un modello matematico idoneo a validare gli algoritmi studiati; - la compressione dei dati e la loro indicizzazione.

Per quanto riguarda la sicurezza, l’attività prevista riguarda lo studio di efficienti tecniche che di autenticazione e di strategie di autorizzazione in grado di integrarsi e di operare in sistemi complessi e distribuiti.

Linea 3: Piattaforme per applicazioni distribuite L’attività prevede lo studio di sistemi software distribuiti che abbiano

come riferimento il paradigma della “griglia computazionale” e che prevedano ambienti di sviluppo flessibili per garantire l’interoperabilità tra componenti software distribuiti.

Sotto l’aspetto di sistema, i problemi specifici investigati riguardano:

- lo sviluppo di un ambiente robusto e flessibile idoneo al coordinamento di un gruppo di lavoro mobile che acceda alle risorse della “griglia” tramite tecnologie wireless ed in grado di gestire operazioni concorrenti su strutture dati condivise; - la capacità della piattaforma a garantire l’accesso “on demand” a servizi, utilizzando la proprietà dell’autorganizzazione dinamica.

Sotto l’aspetto dell’architettura software, le problematiche affrontate riguardano: - lo studio di metodi e di ambienti per lo sviluppo e la manutenzione di componenti software-distribuiti; - lo sviluppo di modelli per il controllo dell’usabilità, della sicurezza e dell’affidabilità.

Linea 4: Dimostratori La validazione e la sperimentazione delle soluzioni individuate e dei

risultati conseguiti dal progetto vengono dimostrati attraverso la realizzazione di specifici casi di studio riguardanti: “l’E-learning”, “il restauro digitale di pellicole cinematografiche” e “l’osservatorio normativo”. Nel caso del “E-learning”, gli strumenti ed i processi sviluppati vengono impiegati per studiare nuove metodologie di apprendimento valutando con particolare attenzione l’interazione tra gli aspetti tecnologici e quelli cognitivi propri dell’ambiente educativo.



Nel caso del “Restauro digitale di pellicole cinematografiche” le metodologie e le tecnologie sviluppate del progetto vengono impiegate per sperimentare tecniche elettroniche di restauro basate sull’elaborazione delle immagini e sulla codifica delle stesse per la successiva fase di conservazione.

Il caso di studio sul “Osservatorio normativo” prevede di utilizzare le

conoscenze acquisite dal progetto per realizzare una banca dati ipertestuale, completa e costantemente aggiornata, fruibile in rete, di testi normativi vigenti, comunitari e nazionali, in materia di tecnologie dell’informazione e delle comunicazione. Istituti CNR coinvolti:

(095) Istituto di Informatica e Telematica (IIT), Pisa; • • •

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(102) Istituto di Calcolo e Reti ad Alte Prestazioni (ICAR), Cosenza; (091) Istituto di Scienze e Tecnologie dell’Informazione “Alessandro Faedo” (ISTI), Pisa; (086) Istituto di Teoria e Tecniche dell’Informazione Giuridica (ITTIG), Firenze; (018) Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara” (IFAC), Firenze; (011) Istituto per i Processi Chimico-Fisici (IPCF), Pisa; (001) Istituto per le Applicazioni del Calcolo “Mauro Picone” (IAC), Roma; (107) Istituto di Elettronica e di Ingegneria dell’Informazione e delle Telecomunicazioni (IEIIT), Torino; (094) Istituto di Analisi e dei Sistemi ed Informatica “Antonio Ruberti” (IASI), Roma; (002) Istituto di Matematica Applicata e Tecnologie Informatiche (IMATI), Pavia; (098) Istituto di Studi sui Sistemi Intelligenti per l’Automazione (ISSIA), Bari; (007) Istituto di Scienze e Tecnologie Molecolari (ISTM), Milano.



9.5.3 Trasporti, energia, ambiente Tecnologie abilitanti: Informatica avanzata multimediale e distribuita [T2], Tecnologie biomedicali [T5], Processi separativi, tecnologie chimiche Elettrochimica [T8], Elettronica, sistemi di attuazione e controllo e reti [T10]. Settori prioritari: Sistemi di produzione [S1], Energia [S3], Ambiente [S4], Trasporti [S5], Salute [S7]. Obiettivi:

Il trasporto di cose e persone a breve così come a lunga distanza, la mobilità delle persone nelle città e nelle aree funzionali abitative così come lavorative, la movimentazione dei componenti e dei prodotti nelle fabbriche così come tra i nodi logistici collegati impegnano ingenti quantità di energia e producono in molti casi pesanti situazioni di inquinamento ambientale. La razionalità nell’uso della energia così come l’utilizzazione e la conversione delle fonti energetiche disponibili secondo modalità di contenimento dell’inquinamento ambientale possono produrre, nei settori prima detti, ingenti vantaggi economici e notevole miglioramento nella qualità della vita. Con questo progetto si intende portare innovazioni nella logistica dei trasporti, della mobilità e della movimentazione, nei relativi mezzi e impianti e nei sistemi di conversione delle fonti energetiche primarie, perseguendo gli obiettivi di ridurre i consumi energetici e di contenere l’inquinamento ambientale.

Si svilupperanno in particolare le seguenti attività:

- modellazione con modelli sia discreti che di matematica continua e simulazione delle reti di trasporto, del traffico urbano e extraurbano e dei sistemi di mobilità locale, al fine di ottenere prodotti software efficienti per i centri di controllo e per le strategie da implementare nella gestione dei traffici; - realizzazione di una piattaforma per la logistica industriale rivolta alla movimentazione dei prodotti del settore manifatturiero tra i nodi logistici collegati; - monitoraggio e controllo dell’inquinamento gassoso e di particolato atmosferico con metodi innovativi; - monitoraggio e controllo dell’inquinamento acustico ambientale e sviluppo di sistemi attivi e passivi di controllo del rumore ad alto contenuto tecnologico; - metodi e tecniche di progettazione, realizzazione e valutazione di un ambiente costruito sostenibile dal punto di vista energetico ed ambientale; - produzione e immagazzinamento di idrogeno, proveniente da fonti energetiche rinnovabili o poco inquinanti, per celle a combustibile; - celle a combustibile per una mobilità sostenibile con propulsori elettrici; - veicoli elettrici autogestiti per servizi nei centri storici;



- produzione di energia elettrica da diversi tipi di fonti energetiche a basso impatto ambientale, e governo intelligente automatizzato del sistema, ottimizzato per la massima produzione e la migliore utilizzazione dell’energia; - la combustione catalitica per la riduzione delle emissioni degli ossidi di azoto e la ottimizzazione dei convertitori catalitici di uso automobilistico; - la combustione superdiluita con forte preriscaldamento dei reagenti e/o eccesso d’aria (comburente) per la riduzione delle emissioni inquinanti sia gassose che particellari; - la combustione a letto fluido per materiali solidi fossili o derivati da processi industriali con la riduzione della temperatura delle reazioni di ossidazione; - la caratterizzazione delle modalità dell’accoppiamento tra la configurazione fluidodinamica di processi di combustione e la reazione di combustione, la modellizzazione della turbolenza reattiva; - la diagnostica innovativa per il riconoscimento istantaneo e stante per istante dello stato dei processi di combustione; - l’accensione di motori a combustione interna per compressione di una carica omogenea al fine di eliminare la formazione degli ossidi di azoto e della fuliggine; - la definizione e l’implementazione di tecnologie di combustione in motori per autoveicoli rivolte alla minimizzazione dell’impatto ambientale ma nella salvaguardia dell’efficienza; - la determinazione sperimentale in campo e in laboratori e la caratterizzazione degli inquinanti emessi (compreso il particolato) dai veicoli con motori diesel e a benzina per la modellizzazione delle emissioni al variare dei processi di combustione; - la definizione di modelli numerici in grado di simulare la reazione fra le emissioni inquinanti e le loro concentrazioni nell’aria oltre che le deposizioni delle specie solide inquinanti, in dipendenza dei processi di combustione; - il riconoscimento, nelle motorizzazioni a gas naturale, delle più adeguate modalità di preparazione della miscela, di sviluppo del processo di combustione, di regolazione della potenza erogata e del trattamento dei gas di scarico al fine di minimizzare le emissioni con il contenimento dei consumi energetici; - i plasmi per il trattamento con basso impatto ambientale di rifiuti sia difficilmente smaltibili sia capaci di formare idrocarburi leggeri combustibili per il recupero energetico. Elementi di forza: • Presenza (nel campo CNR e universitario) di elementi di eccellenza a livello nazionale e internazionale e competenze di primo livello nell’uso di modelli di calcolo evoluti. • La presenza di un istituto come lo IASI, sede per dieci anni circa del Progetto Finalizzato Trasporti del CNR che ha rappresentato un grosso



punto di riferimento per tutta la ricerca nel settore trasporti, dove sono presenti forti competenze in tale area. • L’alto livello di trasversalità del progetto. • Vantaggio strategico per la nostra industria automobilistica, petrolchimica e per il loro stesso indotto. • Creazione di una task-force scientifica in un settore delicato e strategico per l’Industria italiana con la creazione, in prospettiva, di Know - How altamente competitivo a livello internazionale. • Creazione di un’area di progettazione altamente specializzata sui propulsori a bassissimo impatto ambientale che potrebbe soddisfare la necessità della Pubblica Amministrazione di disporre anche a tempi medi di soluzioni prossime alle “emissioni ZERO” nei centri urbani. • Sviluppo di nuove tecnologie e di sistemi diagnostici ad alto contenuto tecnologico per il controllo e il monitoraggio della fluidodinamica dei processi e dell’impatto ambientale. • Produzione di data base sull’impatto ambientale delle nuove tecnologie di combustione anche relativamente all’emissione di nuove classi di inquinanti non ancora introdotte nella normativa ambientale. Istituti CNR coinvolti: • (001) Istituto per le Applicazioni del Calcolo “Mauro Picone” (IAC), Roma; • (067) Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima (ISAC), Bologna; • (101) Istituto Motori (IM), Napoli; • (092) Istituto di Tecnologie Industriali e Automazione (ITIA), Milano; • (094) Istituto di Analisi dei Sistemi ed Informatica “Antonio Ruberti” (IASI), Roma; • (065) Istituto per lo Studio dell’Inquinamento Atmosferico (IIA), Roma; • (018) Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara” (IFAC), Firenze; • (090) Istituto Tecnologie Avanzate per l’Energia “Nicola Giordano” (ITAE), Messina; • (007) Istituto di Scienze e Tecnologie Molecolari (ISTM), Milano; • (014) Istituto per l’Energetica e le Interfasi (IENI), Padova; • (012) Istituto di Struttura della Materia (ISM), Roma; • (013) Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati (ISMN) , Roma; • (008) Istituto di Metodologie Inorganiche e dei Plasmi (IMIP), Roma; • (024) Istituto di Fisica del Plasma “Piero Caldirola”(IFP), Milano; • (022) Istituto di Ricerche sulla Combustione (IRC), Napoli; • (071) Istituto di Ricerca sulle Acque (IRSA), Roma; • (098) Istituto di Studi sui Sistemi Intelligenti per l’Automazione (ISSIA), Bari; • (097) Istituto per le Tecnologie della Costruzione (ITC), San Giuliano Milanese.



Industrie: Ansaldo Trasporti di Napoli, •

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Elettronica Santerno di Imola, ELASIS FIAT di Pomigliano d’Arco (NA), SEA, INRES COOP, Monte dei Paschi di Siena, Borini Costruzioni, ITALCEMENTI, MAPEI.



9.5.4 Sistemi intelligenti Realizzazione di sistemi e agenti intelligenti per la produzione, i servizi e la sanità Tecnologie abilitanti: Biotecnologie [T1], Informatica avanzata [T2], Microelettronica e sensoristica intelligente [T3], Tecnologie biomedicali [T5], Elettronica, sistemi di attuazione e controllo e reti [T10], Robotica e sistemi avanzati di progettazione [T11]. Settori prioritari: Sistemi di produzione [S1], Informatica e telecomunicazioni [S2], Energia [S3], Ambiente [S4], Trasporti [S5], Agroalimentare [S6], Salute [S7], Beni culturali [S8]. Obiettivi:

In diversi settori è sempre più crescente lo sviluppo di sistemi intelligenti che, interagendo con l'ambiente esterno e interpretandolo sono in grado di fornire possibili soluzioni a problemi di cui non si conosce a priori la soluzione ottimale. Fra questi settori rivestono particolare interesse per la collettività quelli rivolti al miglioramento della qualità della vita, alla competitività e alle modalità di produzione delle imprese, al monitoraggio e alla valutazione dell'impatto ambientale, alla maggiore efficienza dei servizi e della gestione dell'amministrazione pubblica. L'impiego di tali sistemi comporta tuttavia competenze fortemente differenziate e multidisciplinari.

Pertanto il progetto di ricerca su tali sistemi e agenti comporta le

seguenti attività di ricerca di base che coinvolgono le seguenti aree: • Informatica (elaborazione, rappresentazione dell'informazione e trattamento di informazioni incerte, elaborazione di modelli di apprendimento); e Fisica (ottica ed interazione luce materia); • Cibemetica (modelli computazionali neurali); • Ingegneria Elettrica ed Elettronica (sensori, attuatori, controllo e diagnostica di azionamenti elettrici, elettronica di potenza, compatibilità elettromagnetica); • Elaborazione digitale dei segnali e immagini; • Visione artificiale (acquisizione, elaborazione e interpretazione di immagini di scene in 2D e 3D, tecniche per la ricostruzione di superfici in 3D in ambito biomedico); • Automazione e robotica.

A tali attività di ricerca di base si affiancherà un'attività di ricerca applicata rivolta agli aspetti realizzativi e di trasferimento tecnologico per varie applicazioni di interesse sociale, industriale e sanitario con attenzione anche a problemi biomedici e biologici. In particolare si tratterà di realizzare e sperimentare sistemi autonomi intelligenti e agenti intelligenti che possano trovare applicazione nelle seguenti aree di interesse:



• Navigazione autonoma di veicoli in ambienti strutturati e non (per esempio ambienti ostili, robot autonomi in ambiente ospedaliero per compiti di servizio); • Sistemi multirobot o azionamenti multimotore operanti in cooperazione; • Sistemi di visione per telesorveglianza o per il controllo di qualità di manufatti e prodotti agroalimentari; • Sistemi per la conversione elettromeccanica con particolare riferimento alle compatibilità interne ed ambientali, all'affidabilità e alla sicurezza; • Diagnostica di impianti industriali; • Diagnostica medica (per esempio attraverso l'estrazione di informazioni utili da grandi masse di dati), compresi quelli contenuti nelle immagini diagnostiche ; • Veicoli elettrici intelligenti per la mobilità e la movimentazione (per esempio carrozzelle per disabili, veicoli autonomi per i centri storici a basso inquinamento e con fonti di energia rinnovabili); • Sistemi intelligenti per la mobilità e la movimentazione (per esempio gestione con controllo istantaneo e istante per istante del traffico dei veicoli, sviluppo di sistemi di visione per la sicurezza stradale, realizzazione di centri di telecontrollo); • Ottimizzazione applicata alla logistica, ai trasporti e alla economia; • Sistemi sensoriali intelligenti per l'interazione uomo ambiente (protesi ed impianti per le finzioni uditive e visive, disabilità motoria, tecnologie per l'integrazione delle persone con disabilità, sistemi sensoriali evoluti per la realizzazione di ambienti intelligenti atti al riconoscimento delle necessità dei soggetti immersi nell'ambiente, sistemi sensoriali evoluti per il potenziamento della percezione dell'ambiente); • Sviluppo di sistemi intelligenti per il monitoraggio, la diagnosi ed il controllo continuo dei livelli di sicurezza ed efficienza degli edifici; • Sviluppo di agenti antropomorfi dotati di intelligenza capaci di comunicare tra loro e con gli umani (per esempio per assistenza, etc.); • Sviluppo di sistemi di basi di dati in ambito biomedico; • Matematica applicata (sviluppo di approcci di modellizzazione innovativo, definizione di strumenti per la costruzione e l'analisi della forma, tecniche di ottimizzazione e di ricerca operativa, algoritmi di regressione lineare e non lineare, modelli matematici e statistici per la salute e la biologia, analisi del rischio e modelli di esposizione in epidemiologia); • Modellizzazione di meccanismi biologici; • Sistemi robotizzati per la chirurgia ortopedica; • Sistemi per il monitoraggio a domicilio di pazienti. Punti di forza: - Questo progetto favorirà la nascita di nuove linee di ricerca interdisciplinari, in cui la matematica (per la costruzione e l’utilizzazione dei modelli quantitativi), l’informatica (per l’elaborazione dei modelli), la fisica e l’ingegneria elettronica e meccanica (per la realizzazione di sensori,



attuatori e apparati di controllo), la bioingegneria, l’intelligenza artificiale e l’elaborazione digitale dei segnali e delle immagini si confrontano e si integrano per trovare soluzioni a problemi di vario genere. - Lo sviluppo di Sistemi Autonomi Intelligenti è stimolato in particolare dalle limitazioni dei sistemi tradizionali, che non operano correttamente quando la conoscenza (dati, regole e modelli) non è esatta oppure è parziale oppure è incerta, quando l’ambiente si modifica ed il sistema si trova in situazioni non previste prima e con una pianificazione non più adeguata, ed infine, soprattutto, quando i dati sensoriali acquisiti sono incompleti e non precisi, con l’impossibilità di predire l’errore associato alle singole misure. Una sfida della ricerca mondiale per lo sviluppo di sistemi intelligenti è quello di trovare le euristiche adeguate ( non necessariamente ottimali) e farle apprendere automaticamente, al fine di associare in modo ottimale i dati sensoriali di input alle possibili soluzioni del problema, di cui non si conosce a priori una soluzione ottimale. Istituti CNR coinvolti: • (098) Istituto di Studi sui Sistemi Intelligenti per l’Automazione (ISSIA), Bari; • (005) Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Catania; • (107) Istituto di Elettronica e di Ingegneria dell’Informazione e delle Telecomunicazioni (IEIIT), Torino; • (094) Istituto di Analisi dei Sistemi ed Informatica “Antonio Ruberti” (IASI), Roma; • (104) Istituto di Ingegneria Biomedica (ISIB), Padova; • (040) Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione (ISTC), Roma; • (002) Istituto di Matematica Applicata e Tecnologie Informatiche (IMATI), Pavia; • (091) Istituto di Scienze e Tecnologie dell’Informazione “Alessandro Faedo” (ISTI), Pisa; • (019) Istituto di Cibernetica “Edoardo Caianiello” (ICIB), Napoli; • (095) Istituto di Informatica e Telematica (IIT), Pisa; • (001) Istituto per le Applicazioni del Calcolo “Mauro Picone” (IAC), Roma; • (038) Istituto di Fisiologia Clinica (IFC), Pisa; • (029) Istituto di Biologia e Patologia Molecolari (IBPM), Roma; • (042) Istituto di Biologia Cellulare (IBC), Roma; • (057) Istituto di Neurobiologia e medicina molecolare (INMM), Roma; • (102) Istituto di Calcolo e Reti ad Alte Prestazioni (ICAR), Cosenza; • (044) Istituto di Biostrutture e Bioimmagini (IBB), Napoli; • (097) Istituto per le Tecnologie della Costruzione (ITC), San Giuliano Milanese. Industrie:

MERMEC S.p.A., • • ASEA BROWN BOVERI,



Carlo Gavazzi S.p.A., • • • • • • • • • • • • • • • • •

CASTAGLIA, DATASIEL, Società TELEIOS S.r.l., Elettronica Santerno, ELASIS FIAT, ANSALDO Trasporti, ALENIA Marconi, PININFARINA, CISIG, ELSAG, TECNIMOLD, FEMTO, DEMOCENTER, MICROS, Borini Costruzioni, MICROBEL.



9.5.5 Nuovi materiali Realizzazione di materiali innovativi, strutture speciali, tecniche e strumentazioni per applicazioni diagnostiche in campo biomedico ed ambientale Tecnologie abilitanti: Microelettronica e sensoristica intelligente [T3], Laser, optoelettronica [T4], Tecnologie biomedicali [T5],Tecnologie dei materiali strutturali e funzionali [T7]. Settori prioritari: Sistemi di produzione [S1], Energia [S3], Ambiente [S4],Trasporti [S5], Agroalimentare [S6], Salute [S7], Beni Culturali [S8]. Obiettivi:

In molti settori della produzione industriale e delle realizzazioni civili possono essere introdotte innovazioni tecnologiche sia di processo che di prodotto tali da conseguire nuovi obiettivi ovvero rendere più economici quelli già consolidati grazie alla costituzione di nuovi materiali e di strutture speciali di cui vengano riconosciute le caratteristiche comportamentali e funzionari.

Il CNR si propone di intervenire nel settore della ricerca di nuovi materiali e strutture, della loro caratterizzazione e della individuazione delle loro possibili applicazioni passando attraverso la modellazione degli stessi utile se non necessaria per riconoscerne il comportamento nelle diverse utilizzazioni. Un primo grosso filone di attività riguarderà nuovi materiali ceramici in vista della loro applicazione negli impianti di generazione di energia elettrica (turbine a gas di ultima o prossima generazione, alcune filiere di celle a combustibile, presumibili prototipi per la fusione nucleare) sia come manufatti ceramici o compositi a matrice ceramica sia come riporti ceramici depositati su substrati metallici sia come rivestimenti ceramici a tegoli su strutture metalliche. Anche il settore spaziale fa prevedere l'utilizzo di adatti materiali ceramici negli scudi termici dei veicoli recuperabili, nei propulsori chimici, nella prevedibile propulsione elettrica. In dette prospettive l'attività sarà rivolta ai processi per la preparazione delle polveri nanostrutturate, di sinterizzazione, di formatura, di giunzione eterogenea oltre che alle relative azioni di caratterizzazione e industrializzazione in aggiunta alla realizzazione dei semilavorati prototipici. Altro filone di attività riguarderà il settore dei metalli preziosi con attese di significative ricadute nel campo orafo/argentiero. In particolare si rivolgerà l'attenzione all'ambito delle leghe preziose per la progettazione di nuove leghe e di nuovi prodotti ancillari e alla definizione delle metodologie di caratterizzazione chimico-fisica più opportune per lo sviluppo di nuove leghe.



Un settore poi di particolare interesse per le ricadute economiche che sarà sviluppato è quello dei materiali granulari che fanno parte integrante degli ambienti di vita quotidiana e che giocano un ruolo importante in molti processi industriali, legati ad esempio ai trasporti, allo stoccaggio nella agricoltura, all'edilizia e alla chimica. In particolare ci si propone di progredire nella derivazione di una meccanica statistica e nella formulazione di relazioni tra quantità macroscopiche nei sistemi granulari. A tal fine l'attività di questa parte del progetto si incontrerà nello studio delle proprietà vetrose e di risposta in mezzi granulari densi e nello studio delle proprietà fondamentali dei cosiddetti "gas granulari". Altra indagine sarà condotta sull'analisi strutturale degli utensili da tornitura, mirata allo studio delle relazioni tra le modificazioni micro/mesoscopiche e le proprietà dei segnali di emissione acustica per il riconoscimento dello stato di usura e di invecchiamento degli utensili stessi. Sarà poi ulteriormente sviluppata una rete per la meccanica computazionale dei solidi.

In questo ambito saranno affrontate le seguenti attività-obiettivo: a) Studio di modelli costitutivi dei materiali e di tecniche numeriche per la soluzione di problemi di equilibrio e di evoluzione della meccanica dei solidi (strutture in muratura, mezzi porosi, assemblaggi mediante incollaggio, etc.). b) Sviluppo di codici di calcolo avanzati per la soluzione di problemi di equilibrio e di evoluzione della meccanica dei solidi. c) Promozione dell'utilizzo dei codici di calcolo sviluppati.

Verranno sviluppate metodologie e strumentazioni innovative per lo studio di nuovi materiali e la diagnostica in campo biomedico ed ambientale. In particolare saranno sviluppate le seguenti linee: • Nuove tecniche di diagnostica nel settore dei materiali innovativi. • Applicazioni delle tecnologie laser finalizzate alle microlavorazioni, ai beni culturali e alla medicina. • Materiali per diagnostica medica e ambientale, nel campo dei materiali scintillanti per dosimetria e per la realizzazione di rivelatori avanzati di radiazioni X e Gamma per l’impiego in sistemi di sicurezza medicali e in apparecchi scientifici. • Sviluppo di un microscopio a fluorescenza con eccitazione multifotoni per l’analisi di cellule e tessuti e possibili applicazioni per diagnostica non invasiva. • Chirurgia a micro-onde, impianti cocleari, sordità e linguaggio. • Tecniche di microscopia ad alta risoluzione. • Ricerca per l’impiego di rivelatori RPC (Resisitive Plate Chambers) in vetro nell’ambito della radiodiagnostica medica con particolare riferimento alla realizzazione di apparecchiature di tipo PET (Positron Emission Tomography).



• Interfacciamento ottico con biomolecole (Optobio).

Il Progetto si articolerà nelle seguenti fasi: • Integrazione delle competenze esistenti. • Progettazione e preparazione di nuovi materiali e studi delle loro proprietà anche in condizione limite (pressione e/o temperatura). • Miglioramento delle tecniche standard e delle capacità d’uso. • Sviluppo di tecniche combinate. • Trasferimento tecnologico al sistema produttivo anche attraverso attività di formazione. Istituti CNR coinvolti: (018) Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara” (IFAC), Firenze; (020) Istituto di Metodologie Chimiche (IMC), Roma; (057) Istituto di Neurobiologia e medicina molecolare (INMM), Roma; (011) Istituto per i Processi Chimico-Fisici (IPCF); (039) Istituto di Biofisica (IBF), Pisa; (035) Istituto di Chimica Biomolecolare (ICB), Napoli; (096) Istituto di Metrologia “Gustavo Colonnetti”, (IMGC), Torino; (013) Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati (ISMN), Roma; (016) Istituto dei Materiali per l’Elettronica ed il Magnetismo (IMEM), Parma; (004) Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica (IASF), Roma; (005) Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Catania; (015) Istituto per la Sintesi Organica e Fotoreattività (ISOF), Bologna; (017) Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario (IFSI), Roma; (038) Istituto di Fisiologia Clinica (IFC), Pisa; (001) Istituto per le Applicazioni del Calcolo “Mauro Picone” (IAC), Roma; (036) Istituto di Neuroscienze (IN), Pisa; (040) Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione (ISTC), Roma; (028) Istituto di Acustica “Orso Mario Corbino” (IA), Roma; (009) Istituto di Chimica Inorganica e delle Superfici (ICIS), Padova; (012) Istituto di Struttura della Materia (ISM), Roma; (002) Istituto di Matematica Applicata e Tecnologia Informatica (IMATI), Pavia; (014) Istituto per l’Energetica e le Interfasi (IENI), Padova; (091) Istituto di Scienze e Tecnologie delle Informazioni “Nicola Giordano” (ISTI), Pisa; (097) Istituto per le Tecnologie della Costruzione (ITC), San Giuliano Milanese; (100) Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali Ceramici (ISTEC), Faenza; (104) Istituto di Ingegneria Biomedica (ISIB), Padova.



Industrie: FN S.p.A., •

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ANSALDO Ricerche, ASSICOR, CSM, IMPERO, EL.EN S.p.A., INDENA S.p.A., Azienda Bioengineering Laboratories S.p.A., ASSING, Elbatech.



9.6 Interarea “Beni culturali”

9.6.1 Beni culturali Metodologie e tecnologie per la conoscenza, conservazione, fruizione e valorizzazione di beni culturali Punti di forza degli Istituti

Un sapiente connubio tra tradizione e innovazione ha reso oggi il nostro Paese un punto di riferimento europeo e mondiale per la conservazione ed il restauro. Nuove tecniche diagnostiche, nuovi prodotti, nuovi procedimenti, vengono sviluppati per conoscere a fondo alterazioni, degrado, modificazioni di oggetti e monumenti antichi e per rendere più duratura e affidabile le loro conservazione, sia migliorando i metodi di intervento sia agendo sulle condizioni a contorno attraverso il controllo delle condizioni ambientali. Ciò che tuttavia maggiorente caratterizza l'approccio italiano è l'utilizzo pieno dei mezzi offerti da scienza e tecnologia ma nel rispetto prioritario dell'identità del bene, e non solo in riferimento ai suoi valori storici, artistici ed espressivi, ma anche a quelli materici.

Il Consiglio Nazionale delle Ricerche ha dato un contributo determinante

negli ultimi quindici-venti anni, allo sviluppo della Scienza e tecnologia per la conoscenza, conservazione, fruizione e valorizzazione di beni culturali con proprie competenze a facilities, coagulando le potenzialità esistenti in altre sedi istituzionali (Università e Ministero dei Beni Culturali), portando innovazione concreta, di fatto divenendo oggi l'istituzione di riferimento.

Il CNR, attraverso la sua rete di organi, e in particolare di quelli che si

occupano a tempo pieno di Scienze e Tecnologia per i Beni Culturali, è in grado oggi di definire e portare avanti metodologie e tecnologie innovative per tale azione strategica, sia in relazione ai Beni mobili che a quelli immobili, ai fini di una conoscenza integrata e diffusa del Patrimonio riconosciuta come valore assoluto e alla trasmissibilità della stessa alle generazioni future in primo luogo con le possibilità offerte dall'ICT. Obiettivi:

Verranno sviluppati i seguenti tre settori: 1. Conoscenza del Bene

La consapevolezza che una gran parte dei Beni che costituiscono il patrimonio culturale italiano è oggi a rischio e il fatto che solo una parte di essi – non solo per l’alto costo dell’intervento – potrà essere fatta oggetto di appropriate azioni di salvaguardia, conservazione e restauro, rende sempre più urgente l’adeguato rilancio di un sistematico approccio conoscitivo, interdisciplinare e multidisciplinare, per l’individuazione, la catalogazione e lo studio, ai fini di una storicizzazione globale dei manufatti e dei monumenti: questa azione è oggi tanto più improcrastinabile per



quanto riguarda il c.d. patrimonio “minore”, il quale costituisce uno dei più importanti elementi connettivi del tessuto storico-sociale del Paese, e tuttavia a maggior rischio di degrado e di distruzione. In particolare, verranno tra gli altri ulteriormente sviluppati ed ottimizzati anche in funzione della pianificazione dello sviluppo del territorio, in sinergia con i Ministeri, le Soprintendenze e gli Enti competenti: - Metodologie e tecnologie interdisciplinari per l’individuazione, classificazione, rilievo e studio di siti archeologici, complessi monumentali, centri storici con particolare attenzione alle loro interlinee con il territorio. - Metodologie e tecnologie avanzate per lo studio integrato di monumenti e manufatti storici con particolare riferimento allo sviluppo di metodologie di rilevamento, lettura, studio e documentazione, di sistemi di strumentazione portatile per analisi non distruttiva o microdistruttiva, alla ricostruzione delle tecnologie di fabbricazione, nonché della provenienza e dell’uso dei materiali. - Sviluppo di piattaforme informatiche avanzate funzionali allo studio integrato manufatti-ambiente, con particolare riferimento ai sistemi informativi territoriali e geografici dedicati, alle tecniche di image-processing e ai modelli matematici per il riconoscimento di forme e di classificazione semiautomatica di immagini e di dati alfanumerici. 2. Conservazione, fruizione e valorizzazione del Bene

Saranno sviluppate ed applicate nuove tecnologie conservative, rispettose dell'oggetto da conservare, sulla base di una stretta interazione tra specialisti di aree culturali diverse, di afferenza sia umanistica (storici, archeologici, architetti), sia scientifica (chimici, fisici, geologi, biologi), sia tecnica (restauratori, conservatori). Sarà in particolare studiata una diagnostica innovativa, come momento imprescindibile del progetto. Verranno predisposti nuovi metodi diagnostici poco costosi e attendibili su prelievi da manufatto (microdistruttivi) ( di tipo chimico, biologico, geologico, fisico, ecc.) e mediante radiazioni (non invasi), questi ultimi prevalentemente sviluppati dal settore dell'opto-elettronica (termografie, riflettografie, fluorenscenze UV, RX, fluorescenza a RX, etc.) migliorandone affidabilità, riproducibilità, sensibilità, precisione del metodo d'esame e della relativa strumentazione per assicurare esami diagnostici più rispondenti. Sono predisposti nuovi metodi e prodotti per i trattamenti conservativi attivando ricerche finalizzate al miglioramento dei prodotti e dei metodi di restauro esistenti, individuandone dei nuovi più rispondenti (agenti e strumenti per la pulitura - si pensi al grande recente sviluppo delle strumentazioni laser - prodotti protettivi, trattamenti consolidanti, agenti biociti, agenti xilofagi, malte, stucchi, metodi per il consolidamento strutturale, materiali e metodi per i rilievo del calco e per la produzione delle repliche, ecc.). Priorità verrà data a quei progetti il cui obiettivo è quello di migliorare la conservazione dei manufatti posti all'esterno, per i quali maggiori sono il rischio e le cinetiche di degrado.



Nel settore della museologia e museografia saranno predisposti metodi di monitoraggio di basso costo e di notevole affidabilità per controllare qualità dell'aria e parametri climatici negli ambienti espositivi e regolarli di conseguenza in modo consapevole e appropriato. Saranno infine studiati, anche utilizzando metodologie informatiche appropriate percorsi museali anche capaci di valorizzare permettendone una idonea fruizione.

3. Trasferimen o delle conoscenze competenze e tecnologie a Paesi terzi con par icolare riferimento all’area mediterranea o del vicino oriente

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Queste metodologie e tecnologie, nonché i materiali innovativi predisposti verranno proposti e testati, sulla base di accordi e convenzioni già in atto con Paesi terzi, con particolare riferimento all’area del Mediterraneo. In particolare verranno organizzati corsi di formazione, cantieri scuola e interventi conservativi con i Paesi Arabi (Tunisia, Libia, Egitto, Libano, Siria, Giordania, ecc.). Saranno all’uopo predisposti progetti comuni di conoscenza, intervento, valorizzazione e fruizione dei Beni Culturali a diversa tipologia materica, valutando nello specifico contesto ambientale la applicabilità e la percorribilità delle metodologie e tecnologie messe a punto dal progetto di ricerca. Istituti CNR coinvolti: • (073) Istituto per le Tecnologie Applicate ai Beni Culturali (ITABC), Roma; • (072) Istituto per la Conservazione e Valorizzazione dei Beni Culturali (ICVBC), Firenze; • (074) Istituto per i Beni Archeologici e Monumentali (IBAM), Lecce; • (085) Istituto di Studi sulle Civiltà Italiche e del Mediterraneo Antico (ISCIMA), Roma; • (084) Istituto sulle Civiltà dell’Egeo e del Vicino Oriente (ICEVO), Roma; • (001) Istituto per le Applicazioni del Calcolo “Mauro Picone”(IAC), Roma; • (065) Istituto per lo studio dell’Inquinamento Atmosferico (IIA), Roma; • (009) Istituto di Chimica Inorganica e delle Superfici (ICIS), Padova; • (018) Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara” (IFAC), Firenze; • (062) Istituto di Geoscienze e Georisorse (IGG), Pisa; • (020) Istituto di Metodologie Chimiche (IMC), Roma; • (008) Istituto di Metodologie Inorganiche e dei Plasmi (IMIP), Roma; • (067) Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima (ISAC), Bologna; • (013) Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati (ISMN), Roma; • (097) Istituto per le Tecnologie della Costruzione (ITC), San Giuliano Milanese; • (091) Istituto di Scienze e Tecnologie dell’Informazione “Alessandro Faedo” (ISTI), Pisa.


9. proposte di programmi di ricerca scientifica e ... · proposte di programmi di ricerca...

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