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Allegato al

Piano Triennale 2005-2007

Analisi preliminare di dettaglio dei progetti ed elementi sulle relative commesse

Consiglio Nazionale delle Ricerche

Indice 1 Terra e Ambiente……………………………………………………………………...... 1

2 Energia e Trasporti………………………………………………………………….… 31

3 Agroalimentare………………………………………………………………………... 55

4 Medicina………………………………………………………………………………….. 71

5 Scienze della Vita…………………………………………………………………….… 95

6 Progettazione Molecolare……………………….………………………………... 133

7 Materiali e Dispositivi………………………………………………………………. 151

8 Sistemi di produzione……………………………………………………………… 197

9 Tecnologie dell’Informazione e delle Comunicazioni……………...…… 229

10 Identità Culturale……………………………………………………………………. 253

11 Patrimonio Culturale……………………………………………………………….. 279

Nel presente documento sono raccolte le proposte emerse dal dialogo tra gli Istituti e i Comitati

Ordinatori descritto nella parte A del Piano Triennale. Il CNR si riserva ulteriori valutazioni al

riguardo.

1. Dipartimento Terra e Ambiente

Obiettivo principale del Dipartimento è contri-buire al progresso delle conoscenze su alcuni aspetti fondamentali del funzionamento del nostro Pianeta, conoscenze che potranno poi essere utilizzate per regolare lo sviluppo delle attività umane e migliorare la qualità della vita. Tali conoscenze saranno preziose per miglio-rare la capacità di affrontare problemi quali il corretto utilizzo delle risorse, la prevenzione dei rischi naturali (inondazioni, frane, terre-moti, siccità, etc.) e la riduzione dei danni con-seguenti alla pressione antropica (inquina-mento dell’aria, dell’acqua e dei suoli, con-taminazione ed erosione delle zone costiere, degradazione degli ecosistemi, etc.). I temi che si intendono affrontare sono: • struttura del Pianeta, con l’obiettivo di de-

finire le variazioni temporali e spaziali del-la struttura e composizione dei vari com-ponenti del Sistema Terra, dal mantello all’atmosfera;

• dinamica del Pianeta, che si prefigge di studiare gli scambi energetici tra le varie componenti e gli effetti di questi scambi sulla dinamica della Terra;

• ecologia e metabolismo del Pianeta, che si propone di contribuire alla comprensione degli ecosistemi terrestri e marini, della lo-ro evoluzione, delle interazioni e scambi della biosfera con le altre componenti del sistema Terra, dei fattori e processi di de-gradazione e della messa a punto di tecni-che e metodi di recupero che possano favo-rire un uso sostenibile degli ecosistemi.

L’impostazione strategica del Programma del

Dipartimento si basa sulla trasversalità dei campi di indagine al fine di individuare e me-glio conoscere le interazioni tra fenomeni e si-stemi diversi; ciò presuppone una grande aper-tura alla collaborazione con strutture di ricerca esterne al CNR per coprire soddisfacentemente il campo di competenze richieste e per coordi-nare e integrare le capacità, anche strumen-tali, di osservazione, di modellazione e di trat-tamento delle informazioni. Questo orienta-mento deve innanzitutto riguardare la collabo-razione con istituzioni di ricerca quali: il si-stema universitario, in relazione alle eccellenze manifestate in diversi settori di interesse del Programma; l’INGV, per lo studio del sistema Terra, dei rischi e della climatologia; l’ASI, per le tecnologie satellitari di osservazione della

terra; l’ENEA, per i cambiamenti globali, le tecnologie e l’energia; l’ISS e l’ISPELS, per la qualità dei sistemi ambientali e per la salute dell’uomo; l’OGS, per la geofisica e l’oceanografia; la SZN e l’ICRAM, per gli aspetti relativi all’ecologia ed alle risorse biologiche dei sistemi marini; le Agenzie e i Servizi nazio-nali come il Dipartimento della Protezione Ci-vile, per i problemi inerenti i rischi; la rete A-PAT/ARPA/APPA, per i problemi legati al con-trollo ambientale. Il quadro di riferimento internazionale è carat-terizzato da un forte livello di cooperazione che si esercita principalmente attraverso numerosi accordi internazionali e grandi progetti di ri-cerca promossi da Agenzie e Associazioni Scientifiche Internazionali quali l’Interna-tional Geosphere-Biosphere Programme (IGBP), il World Climate Research Programme (WRCP), il Global Energy and Water Cycle E-xperiment (GEWEX), l’Ocean Drilling Pro-gramme (ODP). Per raggiungere l’obiettivo enunciato in prece-denza, il Dipartimento si propone di orientare e coordinare le numerose strutture e compe-tenze del CNR per il perseguimento delle se-guenti finalità, distinte in relazione ai soggetti cui sono rivolte. Con riferimento al sistema interno al CNR si in-tende stimolare e orientare la crescita qualita-tiva e organizzativa della rete scientifica di set-tore; armonizzare i programmi degli Istituti fo-calizzandoli sugli obiettivi del Programma; conseguire massa critica e migliorare l’efficienza operativa razionalizzando le strut-ture per settori omogenei, raggiungendo di-mensioni e capacità di ricerca in condizioni di collaborare/competere con strutture analoghe al livello europeo (ERA) e mondiale; assumere impegni adeguati di partecipazione ai grandi progetti internazionali, assicurando giusti ri-torni agli interessi del Paese; offrire opportu-nità di inserimento e di crescita a nuove leve di giovani ricercatori.

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Verso il sistema esterno il Dipartimento in-tende invece favorire l’incontro tra domanda e offerta di conoscenza, soprattutto contri-buendo a superare gli attuali limiti di debo-lezza della domanda tanto del sistema istitu-zionale che di quello industriale. Si propone, inoltre, di offrire e trasferire i risultati delle ri-cerche in forme utili alla società, con riferi-

mento ai diversi Progetti in cui il programma del Dipartimento è articolato, attraverso il pro-gresso delle conoscenze globali sugli aspetti fondamentali del funzionamento del nostro Pianeta (P1); la previsione dei cambiamenti e delle variabilità di medio e lungo periodo (P2); la valutazione della qualità ambientale e la in-dividuazione delle soglie di rischio e dei livelli di controllo (P3, P4); la previsione dei rischi e degli eventi catastrofici e la definizione di me-todi e sistemi di prevenzione e di mitigazione (P5); lo sviluppo industriale e l’applicazione delle opzioni tecnologiche (P6, P7). Il raggiungimento degli obiettivi verrà verifi-cato, a livello di Dipartimento, mediante un si-stema di “controllo qualità” che comprenderà il monitoraggio/controllo dei risultati pro-grammati. Il programma del Dipartimento si articola in 7 Progetti: • P1. Il sistema Terra: interazioni tra terra so-

lida, mare, acque interne, atmosfera e bio-sfera;

• P2. Cambiamenti globali; • P3. Qualità dei sistemi ambientali; • P4. Sostenibilità dei sistemi terrestri ed ac-

quatici; • P5. Rischi naturali ed antropici del territo-

rio; • P6. Osservazione della Terra; • P7. Controllo dell’inquinamento e recu-

pero ambientale.

La tabella 1a° riporta l’elenco degli Istituti di prevista afferenza e degli Istituti partecipanti al Dipartimento. Inoltre è prevista la partecipazione di altri tre Istituti, appresso indicati, afferenti ad altri Di-partimenti, per la definizione di una ulteriore commessa intitolata “Sistemi di gestione delle risorse”, nell’ambito del Progetto 4: CERIS Ist. di Ricerca sull’Impresa e sullo Sviluppo ISGI Ist. di Studi Giuridici Internazionali ITTIG Ist. di Teoria e Tecniche dell’Informa-zione Giuridica Il Dipartimento, considerando solo il perso-nale CNR a tempo indeterminato, può contare mediamente nel triennio su 1.240 unità della rete scientifica. A queste si devono aggiungere i ricercatori a tempo determinato (dottorandi, borsisti, assegnasti ex 15) ed il personale uni-versitario che partecipa alle attività di ricerca, dottorandi e borsisti. L’impegno del personale (mesi/uomo) nelle attività progettuali è indi-

cato in dettaglio nella parte descrittiva di cia-scun progetto. La tabella 1b riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Dipartimento nel triennio 2005-2007. Informazioni di dettaglio sulle attività di ri-cerca degli Istituti organizzati all’interno delle commesse afferenti al Dipartimento sono ri-portate nel documento predisposto dal Comi-tato Ordinatore del Dipartimento Terra e Am-biente e consultabile nella pagina Web all’uopo predisposta (www.irsa.rm.cnr.it/DipTeA). Il Dipartimento, nel caso possa disporre di ri-sorse aggiuntive da porre a disposizione dell’insieme degli Istituti, intende realizzare un ulteriore progetto che migliori la capacità complessiva di conoscenza dell’ambiente, raf-forzando le sinergie esistenti e la valorizza-zione dei risultati già programmati. Tale progetto mira ad una effettiva integra-zione delle attività già in essere, da una parte collegando i sistemi informativi e di misura esi-stenti e da un’altra parte realizzando misure sistematiche e continuative in siti selezionati e cogestiti (rete di aree campione). Obiettivo sarà il miglioramento delle basi conoscitive utili allo studio dei fenomeni ambientali, delle correla-zioni causa-effetto, delle linee di tendenza e degli effetti degli interventi. Il progetto trae forza dall’esistenza nel CNR di programmi di ricerca sull’interoperabilità e sulle tecnologie grid, dalla presenza di sistemi di ricezione, processamento ed archiviazione di dati e dalla presenza di siti di misura equi-paggiati con strumentazione avanzata, in rela-zione ai processi inerenti l’atmosfera, l’idrosfera, il suolo e la biosfera, la intercon-nessione dei quali ha un significativo impatto sulla capacità di studiare i processi che rego-lano il sistema Terra e condizionano la qualità dell’ambiente e di prevederne l’evoluzione.

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L’iniziativa presenta una serie di interfacce con altri Dipartimenti, tra cui in particolare l’Agro-Alimentare (Fisiologia vegetale, Biodi-versità), Scienze della Vita (Biodiversità), Medi-cina (Epidemiologia), Energia e Trasporti (In-quinamento), Materiali e Dispositivi (sviluppo di strumentazione), Tecnologie dell’Informa-zione e della Comunicazione (trattamento dei dati). La realizzazione di un siffatto progetto e delle infrastrutture derivanti consentirebbe al CNR di aumentare il peso della propria presen-za nel contesto nazionale ed internazionale, ponendo a disposizione del mondo istituziona-

Tabella 1a° - Istituti esecutori

Istituti di prevista afferenza Istituti partecipanti 1. IAMC - Ist. per l’Ambiente Marino Costiero 1. IBF- Ist. di Biofisica 2. IBAF - Ist. di Biologia Agro-Ambientale e Forestale 2. ICIS- Ist. di Chimica Inorganica e delle Superfici 3. IDPA - Ist. per la Dinamica dei Porcessi Ambientali 3. IFAC- Ist. di Fisica Applicata “Nello Carrara” 4. IGAG - Ist. di Geologia Ambientale e Geoingegneria 4. IGV- Ist. di Genetica Vegetale 5. IGG - Ist. di Geoscienze e Georisorse 5. IREA- Ist. per il Rilevamento Elettromagnetico

dell’Ambiente 6. IIA - Ist. per lo Studio dell’Inquinamento Atmosferico 6. ISSIA- Ist. di Studi sui Sistemi Intelligenti per l’Automazione 7. IMAA - Ist. di Metodologie per l’Analisi Ambientale 7. IBIM - Ist. di Biomedicina e Immunologia Molecolare 8. IRPI - Ist. di Ricerca per la Protezione Idrogeologica 8. IMC- Ist. di Metodologie Chimiche 9. IRSA - Ist. di Ricerca sulle Acque 9. IBP - Ist. Biochimica delle Proteine 10. ISAC - Ist. di Scienza dell’Atmosfera e del Clima 10. IMATI- Ist. Matematica applicata e Tecnologie Informatiche 11. ISAFOM- Ist. per i Sistemi Agricoli e Forestali del Mediter-

raneo 11. IAC - Ist. di Applicazione del Calcolo “Mauro Picone”

12. ISE - Ist. per lo Studio degli Ecosistemi 12. IA- Ist. Sperimentale di Acustica 13. ISMAR - Ist. di Scienze Marine 14. IVALSA Ist. per la Valorizzazione del Legno e delle Specie

Arboree

Tavola 1b- Risorse e spese del Dipartimento nel triennio (M/€)

Risorse finanziarie totali allocate di cui Risorse da Terzi Costi Figurativi Valore Effettivo anno A B C D = A + C

2005 173,89 64,05 10,31 184,20 2006 169,97 51,07 10,31 180,28 2007 165,29 54,65 10,31 175,59

le un presidio scientifico sui principali pro-(Università, altri Enti di Ricerca), comunitarie e internazionali (CEOS, ICSU, WMO, UNESCO, OMS, etc.), rafforzando la presenza in grandi pro-grammi come IGBP, GEWEX, Global Carbon Project, altri). Tale ulteriore progetto prevede anche la divul-gazione di dati ed informazioni, accessibili ad utenti esterni, anche non esperti.

La attività previste si articolano su tre linee: Linea 1: Infrastruttura di base per la condivi-sione dei dati Linea 2: Consolidamento e potenziamento del-la rete osservativa su aree campione Linea 3: Sistema informativo integrato

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Progetti del Dipartimento Terra e Ambiente 1.1 P1. Il sistema Terra: interazioni tra terra solida, mare, acque in-

terne, atmosfera e biosfera

Articolazione del Progetto:

numero di commesse: 10 numero di moduli di attività:

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1.1.1 Cenni allo scenario nazionale e inter-nazionale e motivazione della presenza del CNR

Il sistema Terra è un insieme complesso che funziona attraverso l’interazione delle sue componenti, terra solida, oceani e mari, acque interne, criosfera, atmosfera e biosfera. Le Scienze e le Tecnologie della Terra e dell'Am-biente stanno vivendo una fase di straordinarie trasformazioni, che sposta significativamente la frontiera della conoscenza e quella delle ap-plicazioni, coinvolgendo settori disciplinari su obiettivi comuni da affrontare con un approc-cio sistemico. La conoscenza delle varie com-ponenti e delle loro interazioni è indispensa-bile per definire le condizioni necessarie al mantenimento e sviluppo della vita sulla Terra, la vulnerabilità ai rischi naturali, il controllo del clima, la sostenibilità delle attività antropi-che, la possibilità di sfruttamento delle risorse. Gli Istituti coinvolti in questo progetto parteci-pano alle attività scientifiche promosse dal PNRA, Agenzia per l’Ambiente, Dipartimento per la Protezione Civile, Progetto Crosta Pro-fonda. Il livello di collaborazione internazio-nale e i risultati fino ad ora conseguiti sono particolarmente significativi per quanto ri-guarda lo studio di fondali oceanici, margini continentali, aree costiere e circolazione delle masse d’acqua e atmosferiche a grande scala. In particolare il CNR è coinvolto in numerosi programmi attivati dall’Unione Europea e da programmi quali l’Ocean Drilling Program (ODP), Continental Drilling Program (CDP), In-terRidge, International Geosphere-Biosphere Programme (IGBP), World Climate Research Programme (WRCP), etc. Vi sono poi numerosi accordi bilaterali con Enti di Ricerca stranieri, dal CNRS e IFREMER francesi alla NSF ed Uni-versità americane all’Accademia delle Scienze della Russia.

In questo contesto gli Istituti del CNR svolgono un ruolo importante nello studio del Sistema Terra e sono presenti sia come coordinatori che come partners di programmi promossi da isti-tuzioni nazionali ed internazionali. 1.1.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Il CNR ha dato negli ultimi anni un forte contri-buto al progresso delle conoscenze del pianeta Terra nei suoi vari aspetti così sintetizzabili: • modelli di evoluzione geodinamica di vari

settori delle catene alpine (Alpi, Appennini, sistemi Andini ed Himalayano, utilizzando “marker” stratigrafici e magmatici);

• evoluzione geologica del continente Antar-tico e studio delle modificazioni climatiche e ambientali;

• ruolo dei fluidi e dei materiali profondi nell’evoluzione della litosfera e degli am-bienti naturali;

• significato del magnetismo nell’evoluzione geodinamica delle aree Mediterranee;

• studio alla scala atomica e alla nano-scala dei materiali geologici e dei loro analoghi sintetici;

• studio della dinamica costiera, dei margini continentali e dei fondi marini negli oceani e nel Mediterraneo;

• studio della fisica della circolazione di mas-se d’acqua nel Mediterraneo e della loro influenza sulla produttività biologica e sul clima;

• studio delle acque interne e degli ecosi-stemi da esse sostenute;

• studio della circolazione atmosferica e del-la meteorologia in tutti i suoi aspetti;

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• studio della struttura e funzionamento de-gli ecosistemi sia terrestri che acquatici.

I risultati di queste ricerche costituiscono la base per la programmazione nei prossimi 3 anni, articolata nelle commesse del Progetto. 1.1.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Il Progetto si propone in senso generale di mi-gliorare la conoscenze su alcuni aspetti fon-damentali del funzionamento del nostro Pia-neta, conoscenze che potranno poi essere uti-lizzate per regolare lo sviluppo delle attività umane e migliorare la qualità della vita. L’attenzione sarà in particolare rivolta alle componenti del sistema Terra (mantello e lito-sfera, oceano e mari, acque interne, criosfera, atmosfera, biosfera) ed alle loro interconnes-sioni sia a scala globale che a scala regionale (con particolare attenzione alla regione Medi-terranea). I campi di studio del Progetto possono essere descritti come segue: • Conoscenza integrata del sistema terra. Il

sistema terra (litosfera, idrosfera, criosfera, biosfera, e atmosfera) si è evoluto secondo modalità molto diverse da quelle osserva-bili direttamente "oggi", cioè negli ultimi 100-150 anni durante i quali si sono fatte sistematiche osservazioni e misure di nu-merosi parametri (ad esempio le tempera-ture dell’atmosfera e delle acque oceani-che). La necessità di meglio comprendere la possibile evoluzione futura del pianeta richiede di estendere lo studio del sistema terra anche al passato per definire le di-namiche e l’interazione tra evoluzione del-la vita e processi fisici a varia scala.

• Creazione e distruzione della litosfera. Si tratta di capire i processi che portano alla creazione di nuova litosfera in oceani em-brionali, lungo le dorsali oceaniche, lungo le grandi zone di frattura litosferica e alla distruzione della stessa in aree di subdu-zione oceanica o continentale. Inoltre, oc-corre quantificare l’impatto dell’introdu-zione nel sistema idrosfera–atmosfera di composti volatili provenienti dal mantello terrestre che influenzano l’evoluzione cli-matica del pianeta e la biosfera. L’obiettivo è quello di elaborare un mo-dello della struttura litosferica dell’area mediterranea utilizzando dati di geofisica crostale profonda, geologico-strutturali,

chimici, mineralogici e petrologici acquisiti in aree selezionate.

• Evoluzione dei margini continentali e delle aree costiere. I margini continentali e le a-ree costiere italiane sono studiati nel qua-dro dell’evoluzione dei margini conti-nentali europei come aree di trasferimento di energia e materia dai continenti, come archivi per lo studio del clima nel passato, e come aree di intensa ricerca e sfrutta-mento di risorse. Si mira anche ad una va-lutazione dell’entità del sequestro di car-bonio organico di origine fluviale da parte dei sedimenti costieri e di piattaforma (principale luogo di accumulo di carbonio organico globale durante i periodi inter-glaciali).

• Circolazione e produttività del mare. Le at-tività svolte riguardano soprattutto il Me-diterraneo attraverso la definizione dei processi legati alle variazioni del livello del mare e all’incremento degli eventi estremi.

• Acque interne. Le acque interne sono una delle fonti principali per la sopravvivenza dell’uomo e degli altri organismi terrestri. Esse costituiscono una componente essen-ziale degli ecosistemi e del paesaggio e so-no indispensabili per le produzioni in-dustriali e agricole. Lo comprensione dei meccanismi che ne regolano l’equilibrio, l’influenza delle variazioni climatiche e la loro salvaguardia costituisce un obiettivo fondamentale del progetto.

• Processi in troposfera e stratosfera. Studio dei processi di base della meteorologia fi-sica e dinamica, della radiazione e della turbolenza che concorrono nel loro in-sieme a definire il sistema atmosfera e la sua interazione con gli altri sistemi. Nella meteorologia dinamica gli obiettivi avan-zati sono la valutazione e il miglioramento delle prestazioni della modellistica nume-rica sulla base dei dati osservati; un altro importante obiettivo è costituito dalla com-prensione dei meccanismi che generano i cicloni extratropicali e le associate feno-menologie a livello di mesoscala per la comprensione dei quali devono convergere studi teorico-numerici e osservativi.

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• Struttura e funzionamento degli ecosi-stemi. Individuazione di meccanismi gene-tici, biochimici ed ecofisiologici alla base della struttura e del funzionamento degli ecosistemi terrestri. Studio di parametri e modelli biochimici ed ecologici che sono al-

la base dell’adattamento degli ecosistemi a stress ambientali, abiotici e biotici. De-terminazione di modelli atti a descrivere gli scambi acqua, gas serra, e gas traccia al-tamente reattivi all’interno di ecosistemi e tra ecosistemi ed atmosfera.

Il conseguimento degli obiettivi programmatici sarà verificato attraverso il sistema di controllo qualità definito a livello dipartimentale. 1.1.4 Risorse umane, strumentali e finanzia-

rie L’impegno di personale, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 2.750 me-si/uomo per il 2005, 2.887 mesi/uomo per il 2006 e 3.031 mesi/uomo, per il 2007. Le principali risorse strumentali disponibili comprendono diffrattometri a raggi X, micro-sonde elettroniche e ioniche, spettrometri di massa. Strumentazione per la sismica a rifles-sione e rifrazione è disponibile per studi di strutture geologiche sia in terraferma che in mare. Tra le dotazioni strumentali sono com-prese significative infrastrutture quali le navi oceanografiche che consentono indagini rela-tive ai fondali marini, nonché in sistemi di ac-quisizione, archiviazione e processamento dati di diverso livello ed in grado di gestire enormi quantità di informazioni. A questo si aggiun-gono anche le stazioni sperimentali per l’atmosfera (Monte Cimone, S. Pietro Capo-fiume, Stazioni di Tor Vergata e di Lecce). La tabella 1c riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 1.1.5 Competenze interne utilizzate Allo svolgimento del programma partecipano 15 Istituti del CNR: IAMC, IBAF, IBF, IDPA, IGAG, IGG, IGV, IIA, IMAA, IMC, IRSA, ISAC, ISAFOM, ISE, ISMAR che nel complesso impiegano - come in-dicato prima per il 2005 - circa 2.750 me-si/uomo, tra il personale a tempo indetermina-to e quello a tempo determinato. Non è con-

teggiato il personale universitario che collabo-ra con gli Istituti CNR e il personale a tempo de-terminato che grava sui fondi extra-CNR. In ragione della sua forte interdisciplinarietà, il Progetto si avvale di numerose competenze principalmente nei settori della fisica, chimica, biologia, geologia, ingegneria e agraria. Per lo studio dell’atmosfera, le competenze interne comprendono la modellistica dinamica, mete-orologia e modellistica meteorologica alla me-soscala, dinamica della convezione intensa e della precipitazione, metodi di previsione ba-sati su integrazione tra modelli ed osserva-zioni. Competenze sono disponibili per lo stu-dio dei meccanismi genetici, biochimici, fisio-logici ed ecologici degli ecosistemi. 1.1.6 Collaborazioni esterne attivate o attiva-

bili Le ricerche sono condotte in collaborazione con altri Enti Italiani (Università, Enti Locali e Regionali, ENEA, INGV, OGS, etc.). L’attività di ricerca svolta dal CNR si inserisce in un quadro internazionale forte e variegato, con impor-tanti accordi internazionali (vedi ad esempio il Protocollo di Kyoto per le emissioni di CO2) e direttive comunitarie. Particolare importanza nelle Scienze della Terra hanno i programmi polari (PNRA), i pro-grammi EU (Euromelts, Euromargins, Eurodel-ta, etc.), l’Ocean Drilling Program (ODP), i Con-tinental Drilling Programs (CDP), InterRidge, International Geosphere-Biosphere Program-me (IGBP), World Climate Research Program-me (WRCP), etc. Vi sono poi numerosi accordi bilaterali con Enti di Ricerca stranieri, dal CNRS e IFREMER francesi alla NSF ed Università americane all’Accademia delle Scienze della Russia 1.1.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti a cavallo della scadenza del triennio di attività 2005-2007.

Tabella 1c- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 36,01 12,95 2,37 38,38 2006 35,20 10,33 2,37 37,57 2007 34,23 11,05 2,37 36,60

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1.1.8 Condizioni di fattibilità Il Progetto è stato impostato tenendo conto del-la disponibilità nel CNR di una forte capacità strumentale, che include strumentazione per gli studi, geochimica e mineralogici dei mate-riali geologici, per rilievi geofisici in terra ed in mare. Un contributo rilevante al progetto viene da finanziamenti Europei e da altre forme di finanziamento esterno. La capacità di reperire fondi esterni può essere significativamente aumentata se si procede a: • investimenti strumentali in alcuni campi

strategici: − multibeam per la ricostruzione morfo-

logica dei fondali marini;

− spettrometri di massa di ultima genera-zione per lo studio dell’evoluzione ge-ochimica dei Sistemi Terrestri (solidi, fluidi e gassosi);

• acquisizione di alcune nuove unità di per-sonale fortemente specializzato sia in cam-po scientifico che tecnico;

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• disposizione di una task force per la ge-stione di progetti Europei (si ricorda che nel VI Accordo Quadro è prevista un forte finanziamento a chi dimostra queste capa-cità).

1.2 P2. Cambiamenti Globali



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1.2.1 Cenni allo scenario nazionale ed inter-

nazionale e motivazione della presenza del CNR

L’attività di ricerca in campo ambientale è da oltre due decenni orientata all’ approfondi-mento delle conoscenze riguardanti le relazio-ni causa-effetto che sono alla base dei Cam-biamenti Globali. Questo è comprovato dagli accordi internazionali finalizzati alla protezio-ne dell’ambiente globale (Protocollo di Mon-treal per l’Ozono stratosferico, Protocollo di Kyoto per il Clima), e dai numerosi programmi internazionali quali l’International Geosphe-re-Biosphere Programme (IGBP), il World Cli-matic Research Programme (WCRP), il Global Energy and Water Cycle Experiment (GEWEX), l’Ocean Drilling Programme (ODP) e molti altri che sarebbe troppo lungo elencare. Tra le ini-ziative sviluppate in ambito internazionale vanno anche ricordati i progetti di ricerca nelle regioni polari, coordinati per l’Artico dal Ny-Alesund Science Manager Committee (Ny-SAM) e per l’Antartide dallo Scientific Committee for Antarctic Research (SCAR). A livello europeo gli studi sui cambiamenti globali sono ben presenti: oltre all’Agenzia Europea per l’Ambiente (EEA), vanno ricordate le ricerche sostenute dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA), dall’European Organization for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT) e dall’European Centre for Me-dium range Weather Forecast (ECMWF). Inoltre anche attraverso i diversi Programmi Quadro di ricerca, l’Unione Europea finanzia progetti, che coinvolgono unità operative appartenenti a diversi Paesi, su tematiche inerenti i cam-biamenti globali. Anche in Italia una crescente attenzione viene dedicata alla promozione di ricerche aventi come tema i Cambiamenti Globali: al riguardo è utile citare il programma di ricerca su Cam-biamenti climatici e sviluppo sostenibile e il progetto di ricerca congiunto Italia-USA sulla climatologia, entrambi varati dai Ministeri dell’Ambiente, della Ricerca e dell’Industria. Infine, ultimo ma non per importanza, la costi-

tuzione del Centro Euromediterraneo di Ricer-che sul Clima. Va inoltre ricordato che ormai da venti anni è attivo il Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA), in cui una par-te considerevole degli studi è dedicata alla ana-lisi e valutazione del paleoclima e dei cambia-menti. In questo contesto internazionale gli Istituti CNR sono inseriti a pieno titolo con attività av-viate dall’Ente a partire dagli anni settanta con la prima generazione di Progetti Finalizza-ti del raggruppamento Ambiente e Territorio. Gli Istituti attivi nel settore hanno stretti contat-ti sia con le maggiori istituzioni scientifiche na-zionali e internazionali, sia con le Agenzie per l’Ambiente, sia con i Servizi Nazionali ed il Dipartimento per la Protezione Civile. Le motivazioni per la presenza del CNR sono evidenti se si considera che su queste temati-che di ricerca l’Ente ha maturato un elevato li-vello di competenza che non ha riscontro in al-tre strutture di ricerca del Paese ed è quindi in grado di dare risposte concrete alle domande che provengono dalla società e dallo Stato con particolare riferimento alla programmazione dello sviluppo sostenibile. 1.2.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Nel quadro internazionale e nazionale sopra delineato, il CNR può in prospettiva fornire di-versi contributi affrontando con i propri organi di ricerca i problemi inerenti: la previsione del-le variazioni a medio e lungo termine a scala globale e regionale; le variazioni nella compo-sizione e costituzione dei singoli comparti am-bientali; le reazioni degli ecosistemi ai cam-biamenti in corso o previsti; lo sviluppo di si-stemi integrati di analisi ambientale. Nel contesto delle attività passate e in corso, sono stati conseguiti importanti risultati che creano le premesse per l’attività futura, i quali possono essere così riassunti:

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• ricostruzioni climatiche a varie scale tem-porali, tra cui :

− ricostruzione climatica degli ultimi 900.000 anni da cui emerge per la prima volta che i forzanti climatici hanno influito negli ultimi 400.000 an-ni in modo diverso rispetto ai prece-denti;

− ricostruzione climatica per il Pleisto-cene-Olocene, che ha evidenziato l'in-fluenza della Oscillazione Atlantica (NAO) sul clima dell'Italia Centrale;

− ricostruzione delle variazioni climati-che recenti in Italia attraverso l’analisi di serie di dati quantitativi;

• determinazione dell’importanza del for-zante atmosferico nell’interruzione della formazione delle acque profonde nel Medi-terraneo durante gli eventi freddi culminati con lo Younger Dryas;

• rilevazione di un incremento termico di 1°C nelle acque profonde del Lago Maggiore negli ultimi 25 anni quale conseguenza del riscaldamento globale in atto;

• realizzazione di importanti infrastrutture di ricerca in aree remote come la: − Atmospheric Research Lab. nella Sta-

zione Permanente Antartica di Con-cordia;

− stazione radiometrica per il BSRN; − due Atmospheric Research Stations di

Livello-3 EMEP, una ad alta quota (Al-topiano Silano) ed una a livello del ma-re (sulla costa del Mar Tirreno Me-ridionale);

− mini-flotta di velivoli leggeri specializ-zati per la misura degli scambi di mas-sa e di energia degli ecosistemi terrestri (realizzazione in corso).

• messa punto di metodi per la caratterizza-zione chimico-fisica dei maggiori inqui-nanti in atmosfera;

• misura dei flussi di scambio alle interfacce aria-oceano, aria-neve e aria-ghiaccio per il mercurio e altri inquinanti semi-volatili;

• sviluppo e messa a punto di modelli inte-grati per lo studio dei cicli biogeochimici degli inquinanti nei singoli ecosistemi e tra ecosistemi per scale regionali ed emi-sferiche per piattaforme di calcolo ad alte prestazioni;

• sviluppo e messa a punto di: − modelli dinamici, radiativi, chimici e

fotochimici per diverse scale spaziali; − modelli socio-economici per l’analisi

di scenari passati e futuri.

• creazione di una banca dati integrata sulla qualità dell’aria, delle acque, dei sedi-menti elaborata sulla base delle banche dati DOGA, EEA_ Q, MEDPOL, SIDIMAR, TROCS, LOICZ, EMEP, MEI, BASINS, EUROCAT.

1.2.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Il Progetto si propone di migliorare le cono-scenze relative alle • variazioni del comportamento del sistema

Terra per cause naturali (eruzioni vulcani-che, trasporto a grande distanza, etc.) ed antropiche (particelle e gas inquinanti, cambiamenti nell’uso del suolo, deforesta-zione, etc.) e

• variazioni globali (global change) nella composizione e costituzione dei singoli e-cosistemi e reazioni degli ecosistemi a tali variazioni.

Il Progetto affronta le varie tematiche inerenti ai cambiamenti climatici, alle variazioni nella composizione chimica dell’atmosfera e del mare, ai cicli bio-geochimici di elementi natu-rali e di microinquinanti nei singoli ecosistemi e ai processi dinamici che influenzano il loro scambio all’interfaccia atmosfera-oceano-biosfera, alla risposta degli ecosistemi terrestri e acquatici ai forcing di origine naturale e an-tropica, e ai processi evolutivi in aree remote e pristine come le regioni polari. In particolare si evidenziano i seguenti risultati attesi: • ricostruzione del clima passato recente e

remoto nell’area mediterranea, la varia-zione a scale spaziali diverse dei bilanci radiativi, la previsione dell’evoluzione del clima e della disponibilità delle risorse i-driche, la valutazione delle conseguenze delle attività antropiche sull’ambiente con particolare riguardo alla desertificazione, e la definizione di indici di diversità genetica per identificare materiale genetico più a-datto al clima futuro;

9

• valutazione delle variazioni che hanno luo-go nella composizione dell’atmosfera su diverse scale temporali e spaziali; la va-lutazione dei cambiamenti che hanno luo-go nella composizione del mare a diverse scale spaziali e temporali, e dei processi chimici e fisici che influiscono sui cicli bio-geochimici al variare dei forcing naturali e antropici;

• approfondimento delle conoscenze sui cicli bio-geochimici di C, N, P, HG, metalli, POPs, con particolare riferimento al forcing deri-vante dalle attività antropiche; individua-zione dei processi che presiedono al tra-sporto, diffusione e trasformazione dei co-stituenti sopra indicati nei sistemi e sub-sistemi ambientali e alle interfacce; valuta-zione del cambiamento degli ecosistemi acquatici a causa del cambiamento del clima;

• sviluppo di: − modelli integrati di analisi ambientale

e definizione di strategie idonee di in-tervento;

− modelli di simulazione e previsione del-le risposte bio-ecologiche ai cam-biamenti in corso;

• sviluppo ulteriore delle conoscenze esisten-ti in tema di ambienti estremi (moni-toraggio dei costituenti minori e gas serra; monitoraggio dei parametri meteorologici; processi bio-geochimici nell’Oceano meri-dionale; sviluppo di modelli numerici per la circolazione atmosferica e marina, e de-gli scambi atmosfera-oceano).

Il conseguimento degli obiettivi programmatici sarà verificato attraverso il sistema di controllo qualità definito a livello dipartimentale. 1.2.4 Risorse umane, strumentali e finanzia-

rie L’impegno di personale, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto, è pari a 2.420 mesi/uomo per il 2005, 2.541 mesi/uomo per il 2006 e 2.668 mesi/uomo, per il 2007. Le principali risorse strumentali e infrastruttu-rali disponibili comprendono laboratori di ec-cellenza per la determinazione dei parametri chimici, fisici, biologici e geochimici nelle sin-gole matrici ambientali, stazioni sperimentali per lo studio della composizione dell’atmos-fera nel Marine Boundary Layer e ad alta quo-ta, un Laboratorio Primario di Riferimento, mezzi navali e aerei per lo studio delle proprie-

tà chimiche e fisiche dell’oceano e dell’atmosfera, infrastrutture di calcolo (si-stemi cluster) per le attività inerenti archivia-zione, elaborazione e modellistica di processi. La tabella 1d riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 1.2.5 Competenze interne utilizzate Allo svolgimento del programma partecipano 14 Istituti del CNR: IAMC, IBAF, IBP, IDPA, IGAG, IGG, IIA, IMAA, IRPI, IRSA, ISAC, ISAFOM, ISE, I-SMAR che nel complesso impiegano - come det-to prima per il 2005 - circa 2.420 mesi/uomo, tra il personale a tempo indeterminato. A que-sto verrà affiancato personale a tempo deter-minato (assegnisti di ricerca, borsisti, contratti-sti) oltre che personale in formazione (dotto-randi, tirocinanti, laureandi). 1.2.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili Gli Istituti del CNR che partecipano al Progetto hanno ciascuno una propria rete di collabora-zioni con istituzioni scientifiche, accademiche e non, italiane e straniere, la maggior parte delle quali derivanti dalla partecipazione co-mune a progetti di ricerca nazionali o interna-zionali. Nell’ambito dei progetti internazionali è utile ricordare la partecipazione ai Programmi WRCP, ECMWF, GEWEX, GPCP, IPWG, WWRP, NDSC, GEF, EPICA MIS, NPEO, AOOS, UNECE-EMEP, IGBP e ai progetti europei (MAMCS, ELME, MERCYMS, ESPREME) che ha consentito ai vari Istituti CNR di sviluppare e consolidare colla-borazioni con le maggiori istituzioni di ricerca in Europa e extra europee. A livello nazionale si prevede di rafforzare e/o attivare nuove col-laborazioni con i principali Enti pubblici di ri-cerca, tra i quali di rilievo ENEA, INGV, APAT, ISS e OGS.

Tabella 1d- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)

10


2005 27,15 9,17 2,23 29,38 2006 26,54 7,31 2,23 28,77 2007 25,81 7,83 2,23 28,04

1.2.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti a cavallo della scadenza del triennio di attività 2005-2007. 1.2.8 Condizioni di fattibilità Il Progetto può contare su importanti strumen-tazioni scientifiche, laboratori, stazioni speri-mentali di montagna e remote, mezzi navali,

sistemi informatici che consentono il serio av-vio delle attività. Occorre però prevedere: • una immissione di nuovi ricercatori quali-

ficati e competenti con una rapida integra-zione delle risorse umane attualmente ope-ranti;

• una programmazione finanziaria certa per avere sicurezza della disponibilità dei fi-nanziamenti;

11

• la partecipazione a programmi e spedizioni scientifiche internazionali.

1.3 P3. Qualità dei Sistemi Ambientali



14

1.3.1 Cenni allo scenario nazionale ed in-ternazionale e motivazione della pre-senza del CNR

Il progressivo deterioramento della qualità ambientale, che ha interessato in modo diffuso sia i Paesi sviluppati che quelli in via di svilup-po, ha portato nel corso degli ultimi decenni la Comunità internazionale a sottoscrivere una serie di convenzioni internazionali finalizzate alla tutela e al recupero della qualità ambien-tale con effetti su scala regionale (OSPAR, HEL-COM, MEDPOL, Convention to Combat Deserti-fication), continentale (Basel, Bamako, Nairo-bi) e globale (UNECE-CLRTAP, Stockolm). Nel contempo, l’Unione Europea ha svilup-pato un quadro normativo in cui sono stati stabiliti gli Obiettivi di Qualità per le singole matrici ambientali (Direttiva Quadro sulle Ac-que, Direttive sulla Qualità dell’Aria), ed ha fissato i Target di Qualità con i relativi tempi entro cui dovranno essere raggiunti. In linea con le finalità delle convenzioni inter-nazionali sono stati avviati una serie di pro-grammi rivolti all’avanzamento delle cono-scenze sui diversi aspetti inerenti l’evoluzione dello stato degli ecosistemi con l’evolversi del-lo sviluppo sociale ed economico nelle varie regioni del Pianeta. Tutti questi programmi sono sviluppati sotto l’egida delle Nazioni Uni-te o di Organismi Internazionali come lo Inter-national Geosphere and Biosphere Program-me (IGBP) relativamente a vari core projects (I-GAC, SOLAS, LOICZ), UNEP e UNESCO (Integrating Management of Watersheds and Coastal Are-as, Coastal and Marine Biodiversity Management, Prevention and Management of Marine Pollution), Nato Science Programme (TBT contamination in the Mediterranean Co-asts) e Banca Mondiale. A livello europeo nel contesto dei vari pro-grammi quadro di ricerca sono stati sviluppati una serie di programmi e progetti integrati come lo European Land-Ocean Interaction Studies Programme (ELOISE) in cui sono stati sviluppati oltre 70 progetti sulle varie temati-che inerenti la qualità dell’aria, dei fiumi, del-

le zone costiere e dei mari (MAMCS, MOE, MERCYMS, EUROCAT, ELME, INCOME) e rappre-senta il più importante contributo a livello mondiale fornito al programma IGBP ed altri progetti finalizzati a fornire, direttamente o in-direttamente, le basi scientifiche per la imple-mentazione delle Direttive Comunitarie ( AQEM, STAR, EuroLimpacs, REBECCA). A livello nazionale sono stati sviluppati una se-rie di progetti finanziati dal Ministero dell’Ambiente, dall’APAT (monitoraggio corpi idrici nazionali, LIMNO) e dal MIUR (PRISMA, MI-CARI) relativi alla qualità dell’aria in ambiente urbano e industriale, alla qualità dei fiumi e dei mari, e alla valutazione dell’impatto dell’inquinamento atmosferico sugli ecosiste-mi terrestri e acquatici. Da ricordare anche gli accordi tra il Governo Italiano e Governi di Pa-esi confinanti per la protezione delle acque comuni (Italia-Svizzera e Italia-Slovenia-Croa-zia) che hanno portato le comunità scientifiche dei rispettivi paesi a realizzare programmi di controllo e di ricerca integrati (ASCOP per l’Adriatico, IT-SW per il lago Maggiore). In questo contesto gli Istituti CNR sono inseriti a pieno titolo, sia come coordinatori di impor-tanti progetti e programmi europei e interna-zionali che come partner alla pari di altre isti-tuzioni europee e internazionali. 1.3.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti I risultati delle attività di ricerca fino ad ora svolte consentono di delineare le principali ca-ratteristiche qualitative dei sistemi ambientali, definendo altresì necessità di interventi e prio-rità di azioni per il recupero qualitativo di tali sistemi. In sintesi, i principali risultati conseguiti ri-guardano:

12

• definizione di livelli di qualità ambientale per le differenti matrici ottenuta attraverso la messa a punto di criteri di qualità e la determinazione, alle diverse scale spaziali

e temporali, dei principali indicatori delle caratteristiche ambientali;

• sviluppo di modelli di qualità dell’aria, dei bacini fluviali e dei mari e di modelli per la definizione dei contributi relativi ricondu-cibili ai vari fattori di pressione (antropici e naturali) che con diverse scale spaziali (lo-cale vs. continentale vs. globale) e tem-porali (medio vs. lungo termine) influi-scono sulla qualità degli ecosistemi acqua-tici e terrestri;

• messa a punto di metodi standard come supporto alle normative ambientali;

• integrazione delle banche dati di qualità ambientale derivanti dai vari progetti eu-ropei e nazionali sviluppati nel corso degli ultimi anni (DOGA, MEDPOL, EMEP, EURO-CAT, MEI, SIDIMAR, LIMNO).

Peraltro, l’aumento della pressione antropica da un lato (conseguente a mutati standard di vita), la richiesta di un ambiente sempre più all’altezza delle crescenti necessità manife-state dalla popolazione, determina situazioni nuove o ricorrenti con maggiore frequenza (inquinamento atmosferico nei centri urbani, distrofie e presenza di microinquinanti di nuo-va generazione negli ecosistemi idrici e nel suo-lo) in relazione alle quali si manifestano do-mande di ricerca volte a risolvere situazioni di crisi in atto e di prevedere le possibili evoluzio-ni dei fenomeni. Vi è quindi la necessità di mi-gliorare gli strumenti conoscitivi necessari per stabilire corrette relazioni causa-effetto, mette-re a punto metodi per interventi protettivi e correttivi, modellizzare i fenomeni al fine di avere analisi attendibili di possibili scenari predittivi. Su queste tematiche di ricerca intende operare il Progetto, anche al fine di affrontare la sfida internazionale e fornire, nel contempo, rispo-ste concrete alle domande che provengono dal-la Società. 1.3.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Il Progetto è coerente con gli obiettivi generali del Dipartimento prevedendo: • lo sviluppo di conoscenze avanzate sulla

qualità dei sistemi ambientali quale stru-mento di valorizzazione delle risorse e qua-le supporto scientifico alla definizione di politiche di tutela e recupero dei vari com-parti ambientali considerati;

• la messa a punto di modelli di funziona-mento dei sistemi naturali per individuarne le perturbazioni antropiche rispetto alle tendenze evolutive naturali e valutarne l’impatto sull’ambiente e sulle attività u-mane.

Il Progetto si articola in cinque commesse, cia-scuna delle quali relativa ad uno specifico comparto ambientale (acque interne, mare e acque costiere, acque lagunari e di transizione, atmosfera, suolo e vegetazione). Oltre a risulta-ti a carattere più prettamente scientifico, è pre-visto lo sviluppo di metodologie e di prodotti quali banche dati, modelli di gestione della qualità ambientale, cartografia tematica, etc., messi a disposizione degli utenti istituzionali (Amministrazioni, Agenzie per l’Ambiente, En-ti Locali). In aggiunta all’attività strettamente scientifica, si intravedono una serie di azioni finalizzate: • alla divulgazione e trasferimento delle co-

noscenze ai vari utilizzatori (stakeholders) pubblici e privati;

• al supporto tecnico-scientifico ai vari Enti (Ministeri, Enti locali, Industrie) che do-vranno definire e implementare le misure necessarie per il raggiungimento degli o-biettivi di qualità ambientale secondo i tempi previsti dalle Direttive Europee;

• al supporto tecnico-scientifico agli organi di controllo ambientale;

• la formazione di giovani ricercatori e tecni-ci ambientali.

Il conseguimento degli obiettivi programmatici sarà verificato attraverso il sistema di controllo qualità definito a livello dipartimentale. 1.3.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto, è pari a 1.540 mesi/uomo per il 2005, 1.617 mesi/uomo per il 2006 e 1.698, per il 2007. Le principali risorse strumentali consistono nelle attrezzature per determinazioni multie-lementi in differenti matrici sia in postazioni fisse che mobili, in sonde per la determina-zione in situ di grandezze di interesse ambien-tale, in laboratori di eccellenza per analisi bio-chimiche, molecolari, geofisiche, geochimiche ed isotopiche.

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Tra le dotazioni strumentali sono comprese alcune significative infrastrutture, quali navi-glio attrezzato per studi di fisica, chimica e bio-

logica di ambienti lacustri e costieri, campi sperimentali per la misura di scambi acque superficiali-acque sotterranee e di scambi gas-sosi suolo-atmosfera, bacini sperimentali, etc. La tabella 1e riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 1.3.5 Competenze interne utilizzate Al Progetto partecipano ricercatori e tecnici af-ferenti a 13 Istituti (ICIS, IDPA, IGAG, IRSA, ISE, IAMC, IBIM, ISMAR, IA, IBF, IIA, ISAC, ISAFOM). Il complesso di tali Istituti impiega nel progetto, come prima indicato per il 2005, circa 1.540 mesi/uomo, tra il personale di ruolo a tempo indeterminato. A questo personale a tempo in-determinato verrà affiancato personale a tem-po determinato (borsisti, contrattisti, incaricati di ricerca) oltre che personale in formazione (dottorandi, tirocinanti, laureandi). 1.3.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili Gli Istituti del CNR di cui si prevede la parteci-pazione al Progetto hanno ciascuno una pro-pria rete di collaborazioni con istituzioni scien-tifiche, accademiche e non, italiane e straniere, la maggior parte delle quali derivanti dalla partecipazione comune a progetti di ricerca nazionali o internazionali. Tra questi è utile ri-cordare i programmi IGBP per i core projects IGAC, SOLAS, LOICZ, EMEP, agli accordi di coo-perazione che vari istituti hanno con varie isti-tuzioni europee ( EURAQUA) ed extra europee, ai progetti europei (ELME, MERCYMS, ESPREME,

CORIMED, STAR, AQEM, EUROLIMPACS, EASYRING, REBECCA, TEMPQSIM.) e nazionali (LIMNO, PRI-SMA, MAT, etc.). Con tale rete è prevista la pro-secuzione delle collaborazioni. A livello nazio-nale le maggiori sinergie si avranno con le Uni-versità e, considerando i principali Enti pub-blici di Ricerca, con l’ENEA, l’ISS, l’ISPELS, l’OGS, la SZN, l’ICRAM, JRC, INRA, nonché con la rete APAT, ARPA, APPA. 1.3.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti a cavallo della scadenza del triennio di attività 2005-2007. 1.3.8 Condizioni di fattibilità Il Progetto è stato impostato tenendo presente le disponibilità finanziarie umane e strumen-tali già disponibili in ambito CNR, nonché le collaborazioni nazionali ed internazionali in essere ed è quindi fattibile nella misura in cui è stato proposto. Il superamento di alcune rilevanti criticità esi-stenti (carenze di personale e necessità di u-pgrade della strumentazione in primis) po-trebbe consentire una più ampia partecipa-zione ad iniziative, specie internazionali, in grado di produrre un più rapido raggiungi-mento degli obiettivi progettuali, specie per quanto riguarda il supporto tecnico-scientifico ai vari Enti (Ministeri, Enti locali, Industrie) che dovranno definire e implementare le misu-re necessarie per il raggiungimento degli obiet-tivi di qualità ambientale secondo i tempi pre-visti dalle Direttive Europee.

Tabella 1e-Risorse e spese ne triennio del Progetto (M/€)

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2005 26,50 11,45 1,50 28,00 2006 25,90 9,13 1,50 27,41 2007 25,19 9,77 1,50 26,69

1.4. P4. Sostenibilità dei sistemi terrestri e acquatici



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Cenni allo scenario nazionale ed interna-zionale e motivazione della presenza del CNR La scienza e la pratica della sostenibilità rap-presentano le sfide del XXI secolo per la so-cietà umana. Il concetto di gestione sostenibile ha preso forma a partire dagli anni ’80 allor-ché le ricerche bio-ecologiche hanno reso sempre più evidenti i complessi processi che sono alla base del funzionamento degli ecosi-stemi terrestri e marini così come sempre più manifesto è risultato l’impatto della società umana sulla struttura e la funzionalità degli ecosistemi medesimi. Queste alterazioni sono particolarmente evidenti a scala regionale e il bacino del Mediterraneo rappresenta sicura-mente un’area ad elevata criticità. Alla base dell’esigenza di una transizione ver-so un approccio sostenibile, o durevole, delle relazioni tra uomo e natura vi sono, quindi, gli avanzamenti delle conoscenze scientifiche che hanno dato forma e sostanza all’approccio e-cosistemico per la gestione delle risorse natu-rali; è stato così possibile definire anche i fon-damentali “servizi” ambientali “forniti” dagli ecosistemi naturali. Da qui deriva una strate-gia che punta alla conservazione delle risorse naturali, piuttosto che al loro pieno sfrutta-mento e conseguente degradazione, poiché il costo di eventuali interventi di ripristino am-bientale risulterebbe eccessivamente elevato; infatti, il rapporto costi/benefici di un efficien-te e globale programma di conservazione degli ecosistemi naturali ancora intatti è valutato pari almeno a 1:100. Numerose sono ormai le iniziative a livello in-ternazionale per un concreto avvio della tran-sizione verso uno sviluppo sostenibile, dalle grandi convenzioni internazionali sottoscritte sotto l’egida delle Nazioni Unite (UNFCC per il clima, CBD per la biodiversità, CCD contro la desertificazione) alle conferenze mondiali (Joh-annesburg 2002 per la sostenibilità), dai Fo-rum globali (Millennium Assessment, IPCC e GWP sulle acque) ai programmi di ricerca glo-bali (IGBP, UNEP-Global Environmental Outlo-ok). Anche in ambito Europeo sono state ela-borate convenzioni (es. Protezione Foreste Eu-

ropee), definite Direttive e linee strategiche ( Direttiva quadro sulle Acque, Direttive sulla Qualità dell’Aria, Natura 2000, EU-Strategy on Sustainable Development, nuova PAC con mi-sure agroambientali) e sviluppati una serie di programmi di ricerca (Programma Quadro VI) miranti alla definizione delle strategie ottimali di intervento per ridurre la pressione antropica esercitata sui vari ecosistemi acquatici e terre-stri, e pervenire altresì, al raggiungimento di uno sviluppo sostenibile e compatibile con le specificità ambientali. La motivazione della presenza del CNR nasce dal fatto che in Italia manca a tutt’oggi un pro-gramma integrato di ricerche sul funzio-namento, la conservazione e la gestione soste-nibile degli ecosistemi anche se iniziative lode-voli sono state avviate dai Ministeri dell’Am-biente e delle Politiche Agricole e Forestali, an-che in collaborazione con diverse Società scientifiche (SITE, SBI, UZI, SISEF), con ENEA, I-CRAM e Stazione Zoologica “A. Dohrn”. Peral-tro, l’esigenza di un organismo di ricerca a-vanzata che possa affrontare in modo integrato le complesse questioni scientifiche relative al monitoraggio, alla conservazione e alla gestio-ne degli ecosistemi naturali fa ritenere che il CNR possa pienamente ricoprire questo ruolo tenendo anche conto dell’esperienza trenten-nale che diversi Istituti dell’Ente hanno acqui-sito e di alcune iniziative assolutamente origi-nali che il CNR ha assunto negli anni (tra tutte il Primo Censimento dei Biotopi Naturali Italiani). 1.4.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi

emersi e conseguenti aggiornamenti Nell’ambito dell’attività condotta nel conte-sto di progetti Europei e Internazionali, nel corso degli ultimi anni sono stati conseguiti importanti risultati che rappresentano le premesse necessarie per l’attività pianificata per il prossimo triennio. Tra questi, quelli più significativi sono:

15

• Integrazione delle banche dati di qualità ambientale derivanti dai vari progetti eu-ropei e nazionali sviluppati nel corso degli

ultimi due decenni (MEDPOL, EUROCAT, SI-DIMAR, CARBOEUROPE, ECOCRAFT);

• Banche dati di tipo socio-economico da impiegare nell’analisi degli scenari futuri;

• Sistemi di monitoraggio e inventario su biodiversità terrestre e marina, diffusione di specie invasive, dispersione di poten-ziali agenti tossici;

• Promozione delle conoscenze per l’uso razionale e partecipato delle risorse rin-novabili, con particolare riferimento alle condizioni di scarsità e/o di stress in am-biente mediterraneo (Integrated Projects europei)

• Sviluppo di metodologie DPSIR (Driver-Pressure-State-Impact-Response), per una valutazione di strategie idonee per il rag-giungimento di uno sviluppo sostenibile secondo i target di qualità delle Direttive Europee e convenzioni internazionali.


rifica del loro conseguimento L’ampliamento del quadro conoscitivo sulle interazioni fra componenti biotiche (quelle rinnovabili in particolare) ed abiotiche (“for-zanti” climatiche, oceanografiche, geo-pedolo-giche e da inquinamento) rappresenta il pre-requisito per meglio comprendere e “conser-vare” gli ecosistemi marini e terrestri e, in ter-mini progettuali, per lo sviluppo dei seguenti obiettivi programmatici: • definizione dei livelli di vulnerabilità degli

ecosistemi, di resistenza alle pressioni (sfruttamento umano delle risorse, diffu-sione di inquinanti e microinquinanti) e di capacità di recupero;

• sviluppo di metodologie innovative e di modelli ecologici e gestionali per la valoriz-zazione e l’uso sostenibile dei sistemi di ri-sorse idriche, della biodiversità strutturale e funzionale delle comunità acquatiche e terrestri;

• realizzazione di prodotti e processi innova-tivi per la gestione e valorizzazione delle ri-sorse rinnovabili, anche per uso industria-le e energetico (legno, biomasse vegetali e da organismi acquatici);

• messa a punto di strategie per la riduzione degli impatti causati su atmosfera, corpi idrici, fascia costiera, ambienti pelagici e ecosistemi terrestri dal sistema produttivo e dall’utilizzo del territorio, attraverso op-zioni gestionali e tecnologiche (modelli di

qualità dell’aria, modelli gestionali, piatta-forme informatiche);

• approfondimento dei processi decisionali e dei metodi partecipativi connessi con la ge-stione integrata delle acque a livello di ba-cino, degli ecosistemi terrestri a scala di paesaggio e dell’ambiente marino anche ai fini della corretta applicazione delle Di-rettive Quadro Europee;

• sviluppo di modelli concettuali per ottimiz-zare lo sfruttamento del fluido geotermico anche con tecniche di estrazione di calore secondario (Enhanced Heat Recovery, EHR).

Il conseguimento degli obiettivi programmatici sarà verificato attraverso il sistema di controllo qualità definito a livello dipartimentale. 1.4.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 1.980 mesi/uomo per il 2005, 2.079 per il 2006 e 2.183, per il 2007. Le principali risorse strumentali e di infrastrut-ture di cui può disporre il Progetto includono mezzi nautici (navi e altre imbarcazioni) per il rilevamento della funzionalità dei sistemi ac-quatici, di stazioni terrestri per il monitoraggio degli ecosistemi forestali e rurali, torri di rile-vamento dell’inquinamento atmosferico, so-nar a scansione laterale, piattaforme oceano-grafiche, sonde multi-parametriche, dispositivi per telerilevamento e telemetria, laboratori di spettrometria, aree sperimentali permanenti acquatiche e agro-forestali. La tabella 1f riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 1.4.5 Competenze interne utilizzate

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Al Progetto partecipano ricercatori e tecnici af-ferenti a 13 Istituti (IAMC, IBAF, IDPA, IGAG, IGG, IIA, IMATI, IRPI, IRSA, ISAFOM, ISE, ISMAR, IVAL-SA). Il complesso di tali Istituti impiega nel pro-getto - come detto per il 2005 - circa 1.980 me-si/uomo, tra il personale di ruolo a tempo inde-terminato. I ricercatori che afferiscono al pro-getto sono impegnati in ricerche altamente qualificanti a livello nazionale (L 488, FIRB, FISR, Centri di Eccellenza MIUR, progetti Na-zionali MIPAF, PON e CIPE) ed internazionale (partenariato in numerosi Progetti UE anche a

livello di coordinamento di IP, NoE e STREP) e collaborano con la UE (diverse Direzioni Gene-rali) e organismi delle Nazioni Unite come FAO (Commissioni Pesca e Foreste). Le competenze interne sono fortemente spe-cializzate e ampiamente distribuite sul fronte di differenti discipline scientifiche (scienze bio-logiche e agro-forestali, chimica e fisica dell’at-mosfera, idrologia e idrobiologia, geologia, giacimentologia e geochimica, modellistica ambientale). 1.4.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Nell’ambito di convenzioni e progetti naziona-li, europei e internazionali sono state attivate una serie di collaborazioni con le maggiori isti-tuzioni di ricerca in Europa e Nord America. Tra questi è utile ricordare il programma in-ternazionale IGBP (core project GCTE), Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), Istituto di Ricerca Applicata al Mare (ICRAM), molte Università italiane e straniere, Istituti CRA, l’Istituto Internazionale delle Risorse Ge-netiche Vegetali (IPGRI), IFREMER (Francia), CSIC-Instituto de Ciencias del Mar (Spagna), DIFRES (Danimarca), INRA (Francia), CIRAD (Francia), CEH (UK) Alterra (NL) WSL (Svizzera), USDA-FS (USA); a livello istituzionale rapporti in-tensi si svolgono con Direzioni Generali Pesca e Acquicoltura, Foreste (MIPAF), numerose Re-gioni, Autorità Portuali, grandi imprese come ENI-AGIP e ENEL. 1.4.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti a cavallo della scadenza del triennio di attività 2005-2007. 1.4.8 Condizioni di fattibilità Il principale punto di forza è rappresentato dall’approccio integrato ed ecosistemico delle

discipline in essere, come ormai quasi univer-salmente accettato dalla comunità scientifica internazionale (“ecosystem approach for a su-stainable development”). Un altro elemento significativo di forza è legato alle collaborazioni in atto da un lato con l’Università e gli altri Enti di ricerca scientifi-ca, con cui esistono collaborazioni consolidate, dall’altro con gli utenti finali ed i sistemi di go-verno territoriali, ed in particolare con il siste-ma delle Regioni. La densità di tali rapporti, comunque non uniforme in tutto il Paese, tro-va un evidente riscontro nella capacità della rete scientifica di accedere a risorse esterne. I principali punti di debolezza sono la difficoltà di distinguere e modellizzare la componente di variabilità degli ecosistemi marini e terrestri imputabile alle cause naturali, da un lato, e la reperibilità di aree relativamente “vergini” ( e-levato grado di naturalità) al fine di individua-re condizioni di riferimento adatte alla valuta-zione dell’entità degli impatti umani. Un altro tipo di criticità del progetto è relativo alla debolezza della domanda proveniente so-pratutto dal settore industriale mentre da quel-lo istituzionale esiste, come già accennato, una certa differenza a seconda della situazione re-gionale. Un'altra criticità è relativa a un certo margine di incertezza relativo alla possibilità di prevedere le risorse finanziare per i prossimi anni, sopratutto relativamente alle risorse e-sterne. Inoltre, fondamentale condizione di fattibilità del progetto è rappresentato dal rinnovo del personale di ricerca e tecnico, con l’immissio-ne di energie nuove anche per ricostituire i gruppi di ricerca fortemente impoveriti dalle uscite per pensionamenti. Altro obiettivo indi-spensabile per la fattibilità del progetto e per la rinnovata partecipazione al Programma Qua-dro VII della UE è l’aggiornamento delle infra-strutture di ricerca obsolete.

Tabella 1f-Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 22,67 9,85 0,94 23,61 2006 22,16 7,85 0,94 23,10 2007 21,55 8,40 0,94 22,49

17

1.5. P5. Rischi naturali ed antropici del territorio

Articolazione del Progetto: numero di commesse: 5 numero di moduli di attività:

15


Il contesto di riferimento comprende sia le co-noscenze generali dei fenomeni fonti di ri-schio, sia la conoscenza delle specifiche carat-teristiche geologiche, idrologiche e pedologi-che del territorio che viene considerato, non-ché le interazioni fra queste caratteristiche e gli stessi fenomeni. Per meglio definire le proble-matiche che il progetto intende affrontare è opportuno precisare che con la dizione “Rischi naturali ed antropici” si intende riferirsi ad un contesto più generale di quello sopra indicato, nel quale vengano considerati non solo i danni direttamente causati dai citati eventi, ma an-che quelli che derivano dall’interazione fra questi eventi e le modifiche ambientali indotte dall’uomo. Ciò premesso, si può osservare che lo stato del-le conoscenze generali sul territorio italiano, sintetizzate in numerosi documenti cartografici e archivi informatici prodotti dall’APAT, dal CNR, dall’INGV, dalle Regioni e da altri soggetti istituzionali, è sostanzialmente soddisfacente, confrontabile con quello delle altre nazioni eu-ropee. Vistose carenze si riscontrano invece nello sta-to delle conoscenze relative alla ricostruzione dell’evoluzione geologica recente, aspetto di fondamentale importanza per ogni valutazione sulla evoluzione naturale attesa e, di conse-guenza, sull’impatto che su di essa può eserci-tare l’intervento antropico. A livello internazionale gli aspetti di maggiore interesse riguardano essenzialmente gli ap-procci metodologici, quali, ad esempio, la clas-sificazione delle frane e la loro modellazione, e in particolare: idrologia statistica; modelli flu-viali; modelli di generazione e previsione delle precipitazioni; modelli per la gestione delle in-formazioni radar; modelli per lo studio dell’evoluzione del terreno e dei movimenti di massa; modelli per la gestione delle informa-zioni da satellite.

Le organizzazioni che a livello europeo sono in vario modo coinvolte nelle ricerche sui rischi naturali sono principalmente: • EU-MEDIN: un’iniziativa dell’EU che asso-

cia esperti nella ricerca sui disastri natura-li;

• CERG: Centre d'Etude des Risques Géologi-ques, Sezione Geoscienze ed Ambiente;

• BHRC: Benfield Hazard Research Centre, Dept. of Earth Sciences, Univ. College London;

Al di fuori del contesto europeo si possono se-gnalare: • NHC: Natural Hazards Center

dell’Università del Colorado (Boulder); • NHRC: Natural Hazards Research Centre,

Univ. Canterbury (Christchurch, New Zea-land).

Alcuni dei più recenti progetti di ricerca finan-ziati dalla EU in tema di rischi naturali sono: • The European multi-hazard risk assess-

ment project; • Mitigation of climate induced natural haz-

ards; • Integrated optimization of landslide alert

systems; • An European flood forecasting system; • Landslide Early-Warning Integrated Sys-

tem; • Impact of Large Landslides in the Moun-

tain Environment; • Torrent hazard control in the European

Alps.

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La motivazione della presenza del CNR nello scenario dei rischi naturali discende dalla ne-cessità del Paese di disporre di competenze pluridisciplinari organizzate e distribuite sul territorio che possano fornire risposte di eleva-to livello scientifico alle diverse problematiche che attengono gli eventi calamitosi. Con la sua rete di Istituti di ricerca e le sue collaborazioni nazionali e internazionali, il CNR produce co-noscenze riguardanti il territorio e contribuisce allo sviluppo di metodologie innovative per migliorare la previsione ed il preannuncio de-gli eventi estremi con particolare riferimento a

anticipo, localizzazione, magnitudo, frequen-za, rendendo così un importante servizio al si-stema-Paese. 1.5.2 Risultati già conseguiti, i fatti nuovi

emersi e i conseguenti aggiornamenti In merito agli aspetti geologici, gli studi hanno riguardato essenzialmente l’evoluzione tetto-nica e sedimentaria di bacini sedimentari di-stensivi sia continentali che marini. Sono state anche realizzate carte geologiche prototipali per la rappresentazione dei terreni quaternari, che pongono problemi molto specifici e rile-vanti ai fini della fruizione delle stesse in chia-ve di valutazioni di pericolosità. In campo di mitigazione del rischio di inonda-zione, i risultati rilevanti riguardano la model-listica matematica per la previsione e il prean-nuncio delle piene, con produzione di software idoneo a “trattare” bacini aventi diverse carat-teristiche geologiche, geomorfologiche e idro-logiche. In merito ai fenomeni franosi, sono state pro-dotte in ambiente GIS modalità originali di rap-presentazione cartografica di aree-campione con propensione al dissesto. È stata inoltre riconosciuta l'estensione e sono stati definiti i meccanismi di messa in situ del materiale del-l'evento di frana di Stromboli del 30/12/02, nonché sono stati determinati i fenomeni di deformazione profonda delle parti sommerse di fianchi di edifici vulcanici (Isola Vulcano, La Fossa). Tutti questi elementi sono stati distribuiti alle Regioni interessate, alle Autorità di Bacino e al Sistema Nazionale di Protezione Civile. 1.5.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Obiettivo generale del progetto è fornire le basi scientifiche per valutazioni di rischio sulla base di elaborazioni di dati esistenti o da ottenere con specifici studi. I dati sono sostanzialmente quelli relativi ai fenomeni di interesse (frane, piene, ecc.) collocati nella ricostruzione dell’evoluzione naturale che li ha determinati. Il fatto di considerare non solo i fenomeni, ma l’evoluzione nella quale essi si collocano per-mette di superare quella che è la semplice trat-tazione statistica dei dati storici e di delineare

quella che si presenta come una naturale ten-denza evolutiva a breve e medio termine. I principali risultati attesi, oggetto di possibili verifiche del loro conseguimento, sono: • Ricostruzione di modelli 2D e 3D di corpi

geologici di successioni continentali e co-stiere quaternarie legate a diversi contesti geo-strutturali. Ricostruzione dei rapporti tra assetto geologico, tettonica, e l’evo-luzione geomorfologica nei fenomeni di in-stabilità dei versanti.

• Definizione, allestimento e valutazione di modellistica per l'analisi e lo studio di pro-cessi erosivi in ambiente collinare e mon-tano, in relazione all’uso del suolo e ai fe-edback positivi o negativi dell’uso sui ca-ratteri del suolo.

• Maggiore conoscenza dei fenomeni natura-li attraverso lo sviluppo di modelli geologi-ci, geomorfologici e geotecnici, che permet-tano l’interpretazione e la simulazione del-le diverse fasi (innesco-evoluzione) dei feno-meni di movimenti in massa, ai fini della mitigazione del rischio e per il migliora-mento dei criteri di progettazione e l’ottimizzazione degli interventi, nonchè la simulazione e gestione di situazioni asso-ciate a condizioni di siccità.

• Sviluppo di metodologie per migliorare la previsione ed il preannuncio degli eventi estremi con particolare riferimento ad anti-cipo, localizzazione, magnitudo, frequenza, attraverso: individuazione di modificazioni antropiche post-evento condizionanti pos-sibili futuri eventi alluvionali; archivi relati-vi a particolari eventi meteorologici e anali-si di dati storici per l’interpretazione di al-cuni eventi alluvionali catastrofici; valida-zione di tecniche per il tracking di celle temporalesche su casi di studio ricostruiti; validazione di tecniche di ricostruzione di campi di precipitazione a partire da misure radar polarimetriche su bacini pilota; pro-cedure per il trasferimento ad utenti finali dei possibili effetti sull’ambiente urbano di fenomeni alluvionali.

• Analisi geologico-geotecniche di fenomeni di instabilità sottomarina su piattaforma e scarpata continentale e sui fianchi som-mersi dei vulcani insulari.

Il conseguimento degli obiettivi programmatici sarà verificato attraverso il sistema di controllo qualità definito a livello dipartimentale.

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1.5.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 1.760 per il 2005, 1.848 per il 2006 e 1.940, per il 2007. Le principali risorse strumentali riguardano: reti di monitoraggio di movimenti franosi con misure dirette e/o telerilevate e trasmissione dati in tempo reale; laboratori mobili per mi-sure di portata; complessi strumentali per la ricostruzione delle geometrie, della distribu-zione della velocità sismiche e della sismo-stratigrafia dei depositi quaternari mediante sismica a riflessione ad alta risoluzione, tomo-grafia sismica a rifrazione e altri metodi geofi-sici; laboratori di elaborazione di immagini te-lerilevate, di cartografia automatica e GIS, di misura di parametri geotecnici di terre e rocce, di microscopia SEM-EDS, di mineralogia e dif-frattometria RX, di produzione e archivio di ci-nematografia scientifica specializzata in cata-strofi naturali; spettrometri di massa per la cronologia assoluta di sedimenti recenti; navi oceanografiche. La tabella 1g riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 1.5.5 Competenze interne utilizzate Il progetto è realizzato da 10 Istituti: IAMC, IBI-MET, IDPA, IGAG, IGG, IMAA, IRPI, ISAC, ISAFOM, ISMAR. Il complesso di tali Istituti impiega nel progetto - come detto per il 2005 - circa 1.760 mesi/uomo, tra il personale di ruolo a tempo indeterminato. Le competenze necessarie e di-sponibili spaziano quindi da quelle dei geologi, dei geologi marini, degli idrogeologi e dei geo-chimici, ai geofisici, gli ingegneri idraulici, geo-tecnici, elettronici e esperti di telerilevamento, i pedologi, gli agrari, i matematici e gli statisti-ci. È dall’integrazione di questi specialisti che operano negli Istituti del CNR che deriva la rea-lizzabilità di un progetto così complesso. 1.5.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Le attività di ricerca si avvarranno della colla-borazione scientifica già attivata e espandibile di diversi soggetti e in primis, in ambito nazio-nale, Università, INGV, APAT, varie ARPA, UIM, Servizio Meteorologico dell’Aeronautica Mili-tare, ENEA, AGIP; in ambito internazionale, U-

niversità di Amburgo e di Brest, ESA, IFREMER, WMO, MIT (Cambridge, Mass.), Princeton Univ., Lousiana Univ., Univ. of Arizona, Univ. of Co-lorado. Oltre che da diversi contratti con la UE, che per brevità non è possibile elencare, risorse finanziarie vengono apportate dai prin-cipali fruitori delle ricerche realizzate e cioè: Ministero Ambiente, Sistema di Protezione Ci-vile, Regioni, Provincie, Comuni, Prefetture, ANAS SpA, diverse PMI, etc. In particolare, verrà fatto riferimento al Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio per prodotti deri-vanti dalla ricerca scientifica riguardanti i pro-blemi della difesa del suolo: piene, inondazio-ni, frane, etc., dei grandi bacini nazionali (Po, Adige, Arno, Tevere). 1.5.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti a cavallo della scadenza del triennio di attività 2005-2007. 1.5.8 Condizioni di fattibilità

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Il progetto è stato definito sulla base delle ri-sorse disponibili, quindi esistono le condizioni di fattibilità nei termini rappresentati. Peral-tro, è doveroso evidenziare che la ricerca scien-tifica in questo settore si basa essenzialmente sulla simulazione di fenomeni naturali o me-diante modellistica matematica o mediante modellistica fisica, quando non può essere svolta in pieno campo. È chiaro che la modelli-stica fisica richiede finanziamenti di uno o due ordini di grandezza superiore a quella mate-matica. Certamente per essere competitivi a li-vello internazionale è necessario poter dispor-re di laboratori sperimentali dove è possibile riprodurre in scale opportune tratti di corsi d’acqua, versanti instabili, parti di costa, di spiaggia, di foci, etc. Di particolare interesse nel nostro Paese potrebbe risultare la speri-mentazione su tratti del fiume Arno attraverso Firenze e del fiume Tevere attraverso Roma. In questo modo si potrebbero simulare eventi di inondazione e predisporre conseguenti inter-venti di mitigazione del conseguente danno. Studi di fattibilità già predisposti, sia per l’Arno che per il Tevere, hanno definito per modelli a scala 1:30 un costo aggiuntivo dell’ordine di 5 milioni di euro, attualmente non disponibili. Ulteriori risorse sono necessa-rie per il rinnovo delle apparecchiature scienti-

fiche e in particolare per quelle di bordo delle navi oceanografiche.

Tabella 1g- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 19,19 5,13 0,87 20,06 2006 18,76 4,09 0,87 19,63 2007 18,24 4,38 0,87 19,12

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1.6 P6. Osservazione della Terra


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1.6.1 Cenni allo scenario nazionale ed inter-nazionale e motivazioni della presenza del CNR

Nel decennio a cavallo del 2000 vi è stato un grande salto di qualità nelle Osservazioni della Terra, dovuto essenzialmente a tre fattori: il lancio di una nuova generazione di sensori sa-tellitari, che permette di osservare processi fi-nora al di là della nostra capacità osservativa; il miglioramento delle tecnologie osservative dal suolo e lo strutturarsi di reti di misura in-ternazionali; il grande miglioramento degli strumenti informatici che permettono di e-strarre nuovi parametri e di trattare in modo sempre più veloce quantità di dati sempre più grandi. In questo contesto si è consolidata l’Integrated Global Observing Strategy che pone l’accento sull’esigenza di un sistema os-servativo mirato a tutte le componenti del si-stema Terra e basato sull’integrazione dei dati ottenute da diverse piattaforme: suolo, aereo e satellite. Questo processo, che avrà un’ulteriore accele-razione nel decennio 2010-2020 quando di-venterà operativa la generazione di sensori at-tualmente in fase di studio e sviluppo, è centra-le a livello europeo, come ribadito dal Libro Bianco dell’UE sullo Spazio e testimoniato dai programmi di UE, di ESA ed EUMETSAT. Si è i-noltre consolidata una domanda di tipo duale nel cui ambito vi è un forte impegno italiano (missione Cosmo-SkyMed). Il processo in atto ha un forte impatto sulle applicazioni che co-stituiscono un terreno su cui va crescendo una forte competizione in ambito internazionale. Questo aspetto motiva da solo l’esigenza di una forte presenza nazionale. Cresce inoltre l’esigenza del data sharing e della loro full exploitation. Questo aspetto è considerato con grande rilevanza in numerosi programmi internazionali tra cui in UE il più ri-levante è il Global Monitoring of Environment and Security (GMES), programma congiunto tra ESA ed UE considerato prioritario dall’UE nella Comunicazione sulla Crescita della Commis-sione Europea. GMES si propone di realizzare

la full exploitation dei dati esistenti per soddi-sfare le esigenze degli end-users, individuare i gap esistenti e definire le azioni per superarli. A livello nazionale, oltre al già richiamato pro-getto Cosmo-SkyMed dell’ASI, sono in fase di realizzazione infrastrutture operative di gran-de rilevanza anche internazionale tra cui si se-gnala in particolare il Sistema dei Centri Fun-zionali, del Dipartimento di Protezione Civile, nella cui filosofia il problema dell’integrazione di dati da satellite, dal suolo e da aereo assume grande rilevanza. Le OT costituiscono quindi un’importante sfi-da scientifica e tecnologica che riguarda lo svi-luppo dei nuovi sensori e delle nuove piatta-forme osservative; gli algoritmi per il tratta-mento dei dati OT e le procedure per estrarre l’informazione bio- e geo-fisica dai dati misu-rati da uno specifico sensore; le procedure per l’integrazione dei dati misurati da più sensori (dal suolo, da aereo e da satellite); l’inter-calibrazione dei sensori; la calibrazione e vali-dazione (CAL/VAL) delle nuove missioni, la ca-tena di processamento e di assimilazione dei dati in modelli per la generazione di prodotti a valore aggiunto; lo sviluppo di strumenti per la condivisione dei dati e di archivi federati ed in-teroperabili; la definizione delle infrastrutture per la fornitura dei dati ed il multisharing; lo sviluppo dei supporti informatici (hard e soft) a ciò necessari; le tecniche di compressione e di trasmissione dei dati.

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Il CNR è l'unico attore nazionale che ha gli strumenti, le competenze e l’autonomia stra-tegica per operare in ciascuno di questi campi e inoltre ha consolidate collaborazioni con i vari interlocutori a livello nazionale (ASI, indu-strie ed utenti finali) ed internazionale (ESA, UE, EUMETSAT, le varie agenzie spaziali). In partico-lare il CNR è fortemente impegnato nei pro-grammi internazionali, sia in ambito europeo sia in collaborazioni con altre agenzie spaziali extraeuropee, e copre tutta la filiera che va dal-la progettazione di sensori al CAL/VAL, all’elaborazione, analisi ed integrazione dei dati, allo sviluppo di applicazioni legate alle e-sigenze degli end users. Il CNR inoltre mette in

campo un insieme di facilities di assoluto rilie-vo quali sistemi di ricezione, 4 piattaforme ae-ree, navi oceanografiche, boe d’altura, campi sperimentali. In sostanza il CNR rappresenta la più grande concentrazione di risorse esistente in Italia nel settore di OT ed ha rapporti struttu-rati sia con le imprese che con gli utenti finali (Min. Ambiente, Dip. di Protezione Civile, Min. Agricoltura, Min. Attività Produttive, Regioni, Autorità di bacino etc.): deve quindi racco-gliere la sfida posta dall'evoluzione degli ultimi anni. 1.6.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Il CNR risulta attualmente uno dei principali soggetti della politica nazionale di OT sia per le risorse investite che per le strutture rese dispo-nibili e per i risultati conseguiti che possono essere così riassunti: progettazione e sviluppo di sensori in proprio o in collaborazione con altri partner (IASI, Flex, EGPM, REFIR, iperspet-trale, partecipazione a Cosmo-Skymed); svi-luppo di strumentazione avanzata per osserva-zioni dal suolo (lidar, radar, spettrometri di FOURIER, etc.); sviluppo di algoritmi e procedu-re avanzate per il retrieval di dati satellitari, se-lezionato per essere operativo (Mipas, Iasi, etc.); sviluppo della modellistica user oriented per l’interpretazione dei dati OT in vari ambiti applicativi quali i rischi naturali, il monitorag-gio ambientale, la caratterizzazione dei pro-cessi inerenti l’atmosfera, l’idrosfera, la lito-sfera e la biosfera; catene operazionali di pro-cessamento ed integrazione di dati, anche me-diante tecnologie Grid; effettuazione di cam-pagne da aereo nell’ambito di progetti nazio-nali ed internazionali; sviluppo di programmi applicativi insieme ad utenti finali ed imprese; partecipazione alle campagne per il CAL/VAL di missioni internazionali; partecipazione a network internazionali di misura tra i quali ri-cordiamo Aeronet, NDSC, BSRN, FLUXNET, GMOSS, EARLINET. I principali fatti nuovi, recentemente emersi, sono l’avvio dell’Action Plan di GMES, la costi-tuzione dello Steering Commettee Nazionale (cui il CNR partecipa) e la definizione della po-sizione italiana (Capua Policy Paper); l’avvio del programma GEO che vede una vastissima partecipazione internazionale; l’emergere di nuovi paesi sullo scenario internazionale come India e Cina; il cambio d’indirizzo delle politi-

che di Nasa; il baricentramento di Galileo in Germania. In ESA si è completata la selezione dei bandi in essere per core e opportunity mis-sions di Earth Explorer e nuovi bandi sono previsti per prossimo futuro; sono aperti i ban-di per la II fase del GMES Service Element, ed è in fase di avvio il programma Sentinel. In UE sono stati selezionati i primi progetti GMES e sono in preparazione nuovi bandi. A livello na-zionale le principali novità sono l’accordo Finmeccanica-Alcatel; l’Accordo di Program-ma CNR-Finmeccanica; la definizione dei Cen-tri di Competenza del DPC. Inoltre è cresciuta l’attenzione degli utenti finali agli strumenti offerti dal telerilevamento (PON Sicurezza, Por-tale Cartografico, costituzione di Centri di Competenza regionali come AMRA, etc.). Il progetto di OT è stato sviluppato tenendo conto di questi elementi di novità per quanto riguarda i contenuti scientifici, i rapporti in-ternazionali (in ciò includendo i programmi scientifici, la realizzazione di infrastrutture, i processi di standardizzazione, etc.), le collabo-razioni con altri soggetti scientificied il rappor-to con il sistema delle imprese e gli utenti finali 1.6.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento I principali obiettivi programmatici sono: • sviluppare tecnologie innovative di osser-

vazione della Terra da piattaforme aeree e satellitari;

• sviluppare tecniche e metodi in relazione al potenziamento del sistema infrastrutturale (reti di monitoraggio, strumenti di osserva-zione e misura, piattaforme informatiche) di Osservazione della Terra e consolidare il sistema osservativo e le facilities sperimen-tali;

• offrire al sistema industriale opportunità d’innovazione tecnologica e favorire la cre-azione della filiera ricerca-impresa-utenti finali.

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Il quadro dei deliverables è riportato in detta-glio nelle commesse. Il quadro aggregato può esser così riassunto: progettazione e sviluppo di tecnologie innovative di telerilevamento (in ciò includendo la near sub-surface tomo-graphy) quali lidar, radar, sensori iperspettrali, altimetri, tecnologie DINSAR, sensori ottici ad elevata risoluzione, radiometri dal VIS alle MW, spettrometri TIR e FTIR ad elevata risoluzione, sensori geodetici e del campo elettromagnetico

terrestre, etc.; sviluppo di sensori innovativi per misure in situ e di campo; realizzazione di metodiche innovative per l’elaborazione e l’estrazione del dato bio e geo-fisico dai dati misurati, con particolare attenzione alle esi-genze degli end users; Sviluppo di metodiche per l’estensione del telerilevamento attivo alle piattaforme ed ai sensori su aereo; sviluppo di prodotti RT e NRT, con particolare riguardo alla tomografia 4D; creazione di data bases e di se-rie storiche validate (in ciò includendo l’intercalibrazione di sensori operanti dallo spazio); partecipazione a campagne di CAL/VAL; realizzazione di archivi aperti ed inte-roperabili, con architettura federata e modula-re, scalabili, con ubiquità di accesso, user friendly; individuazione dei gaps da colmare e delle strategie osservative a ciò necessarie; standardizzazione dei metodi d’indagine. Il conseguimento degli obiettivi programmatici sarà verificato attraverso il sistema di controllo qualità definito a livello dipartimentale. 1.6.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 1.540 me-si/uomo per il 2005, 1.616 mesi/uomo per il 2006 e 1.698 mesi/uomo, per il 2007. Le principali risorse strumentali riguardano: piattaforme aeree; navi oceanografiche; boe d’altura; l’iperspettrale da aereo MIVIS; sistemi MFP da aereo per la misura di flussi turbolenti di massa e d’energia; sistemi di ricezione e processamento di dati satellitari; archivi inte-roperabili; campi sperimentali in cui si inte-grano varie tecnologie quali lidar, radiometri (VIS, NIR, TIR, FTIR, MW), interferometri ad alta risoluzione, radar, wind profiler sistemi di ra-diosondaggio, ozonosonde, sistemi per la near subsurface tomography (georadar, magnetotel-lurica, geolettrica dipolare, potenziali sponta-nei, etc.), stazioni per la misura di gas traccia e dei flussi turbolenti di alcuni di essi, etc.; reti di monitoraggio; laboratori attrezzati per la carat-terizzazione chimico fisica di gas traccia e arti-

colato. Parte di tale strumentazione è montata anche su mezzi mobili. La tabella 1h riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 1.6.5 Competenze interne utilizzate Il progetto si avvale esclusivamente di persona-le del CNR operante nei diversi istituti coinvolti (IAC, IAMC, IDPA, IFAC, IIA, IMAA, IREA, IRPI, ISAC, ISAFOM, ISMAR, ISSIA). Il complesso di tali Istitu-ti impiega nel progetto per il 2005 circa 1.540 mesi/uomo, tra il personale di ruolo a tempo indeterminato. A questo personale a tempo in-determinato verrà affiancato personale a tem-po determinato (borsisti, contrattisti, incaricati di ricerca) oltre che personale in formazione (dottorandi, tirocinanti, laureandi), nonché il personale universitario associato. 1.6.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili Le principali collaborazioni in ambito naziona-le riguardano sia il sistema scientifico (univer-sità, OGS, INGV, ASI, ENEA, INFN, Stazione Zoolo-gica Anton Dhorn, Centro di Competenza della Regione Campania AMRA, etc.), sia le imprese (tra cui ricordiamo Telespazio, Alenia Spazio, AMS, Carlo Gavazzi Space, Hydrocontrol, Con-sorzio Navigate, Consorzio COS(OT), etc.), sia il sistema degli utenti finali (Dip. di Protezione Civile della Presidenza del Consiglio, Min. dell’Ambiente, Regioni, autorità di bacino, etc.). Sarebbe importante incentivare le colla-borazioni con ASI anche al fine di sostenere la presenza italiana in ambito ESA. Le collaborazioni internazionali sono estre-mamente ampie. Esistono consolidate collabo-razioni con il sistema scientifico europeo (CNRS, Francia; Max Planck Institute, Germa-nia; Università dei principali paesi europei; ESA, EUMETSAT, ECMWF, INTAS, DLR, CNES, etc.),

Tabella 1h- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 24,21 11,09 1,08 25,29 2006 23,66 8,84 1,08 24,75 2007 23,01 9,46 1,08 24,10

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con il sistema scientifico americano sia a livello universitario sia con NASA (Goddard Space Flight Center, JPL) e con numerosi altri paesi extraeuropei (ad esempio le agenzia spaziale giapponese JAXA e quella argentina CONAE) 1.6.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti a cavallo della scadenza del triennio di attività 200 -2007. 1.6.8 Condizioni di fattibilità Il Progetto attinge prevalentemente a risorse interne al CNR ovvero a finanziamenti esterni cui lo stesso Ente può accedere. Da questo punto di vista il Progetto appare ben consoli-dato ed in grado di ottenere i risultati descritti. La sinergia con il sistema degli utenti finali (in alcuni casi già consolidata: ad esempio Dipar-timento di Protezione Civile), con ASI e con le imprese ha un ruolo importante nel progetto. Il conseguimento di alcuni particolari obiettivi non potrà comunque prescindere dalla colla-borazione con Enti esterni, quali ad esempio l’ASI, che gestisce i programmi spaziali nazio-nali ed è il tramite istituzionale verso le altre agenzie spaziali. In questo campo il CNR colla-bora anche con agenzie spaziali differenti da ASI, il che gli consente di avere un quadro e-sauriente delle strategie che maturano a livello internazionale. Un aspetto particolarmente cri-tico riguarda l’assenza di risorse destinate a sostenere la partecipazione italiana ai pro-grammi ESA in cui il finanziamento dei progetti selezionati nei call for proposals richiede il so-stegno finanziario nazionale.

Sarebbe anche importante sostenere con ri-sorse aggiuntive i gruppi italiani selezionati in GSE o in Earth Explorer. Analogamente il posizionamento nazionale in progetti europei di ricerca, come quelli del te-ma 4.2 GMES o di ESA (ad es.GSE II fase) dove ti-picamente il Prime è generalmente un indu-stria, dipende in modo sostanziale dalla capa-cità competitiva delle imprese italiane. Tra gli obiettivi del progetto assume, quindi, partico-lare rilievo il contributo che il CNR dovrà dare per accrescere la competitività del sistema in-dustriale. Ulteriori risorse disponibili potrebbero per-mettere di: • potenziare e consolidare la rete osservativa

in modo da trasformarla in un presidio ambientale in grado di verificare lo stato e l’evoluzione dell’ambiente, modellare i processi ed identificare soluzioni o mitiga-zioni degli effetti;

• interconnettere e rendere interoperabile l’intero sistema di banche dati esistente (inclusi quelli provenienti da satellite) con-sentendo all’Ente di operare come un’unica entità, con forte impatto sulla presentazione del CNR verso l’esterno at-traverso la realizzazione di prodotti che non sono sviluppabili in assenza di tale in-frastruttura;

• garantire un supporto nazionale alle attivi-tà italiane che sono selezionate in ambito ESA, per favorire il trasferimento a livello nazionale dei risultati conseguiti nei pro-getti internazionali;

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• programmare le attività secondo una logica attenta anche agli sviluppi di medio e lun-go periodo ed evitare la perdita di persona-le formato.

1.7 P7. Controllo dell’inquinamento e recupero ambientale


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1.7.1 Scenario nazionale e internazionale e motivazione della presenza del CNR

Negli ultimi anni, in tutti i Paesi industrializ-zati, la maggior consapevolezza degli effetti dannosi dell’inquinamento sui comparti suo-lo, aria e acqua ha incrementato la percezione sociale circa l’importanza della qualità dell’ambiente creando così i presupposti per l’avvio di progetti di ricerca giustificati da una forte richiesta di tecnologie “pulite” e “sosteni-bili” e dalla consapevolezza da parte della co-munità scientifica di essere in grado di rispon-dere a questa domanda potendo contare su competenze di elevato valore. In ambito Europeo, per quanto riguarda il pre-sente, le attività previste nel progetto si collo-cano bene tra quelle programmate dal Sesto Programma d’Azione, 2001-2010 (“Ambiente 2010, il nostro futuro le nostre scelte”). La rile-vanza delle attività del progetto in sede euro-pea è provata dalle numerose iniziative (IP, STREP, SSA, CA, ecc.) dove alcuni degli Istituti partecipanti al progetto svolgono azioni di co-ordinamento in particolare nell’area tematica 1.6.3 del 6° Programma Quadro “Global chan-ge and ecosystems - Strategies for sustainable land management, including coastal zones, a-gricultural lands and forests”. Relativamente al futuro prossimo, le attività del progetto non potranno non tener conto di quanto scaturirà da innovative iniziative Europee, attualmente in fase di definizione, come le “European Te-chnology Platform”, sulle quali convergono in-teressi della comunità scientifica pubblica e privata, dell’industria e delle piccole e medie imprese. In particolare, nel settore delle acque, è in fase di avanzata definizione la Piattaforma Tecno-logica sull’ approvvigionamento idrico e sui processi depurativi (WSSTP - Water Supply and Sanitation Technology Platform), la cui mis-sione è quella di indirizzare e promuovere cambiamenti significativi dell’industria del settore potenziandone la competitività sul mercato internazionale. I vari Istituti del CNR afferenti al Dipartimento Terra e Ambiente sono presenti da tempo e, in

molti casi, con funzioni rilevanti nell’attività di ricerca e sviluppo delle tematiche scientifiche inerenti il controllo degli inquinamenti ed il recupero ambientale. I laboratori scientifici e gli impianti sperimentali, dislocati pratica-mente su tutto il territorio nazionale, costitui-scono un patrimonio rilevante che consente di affrontare e risolvere problemi relativi alla fat-tibilità tecnica, alla caratterizzazione ambien-tale delle emissioni e dei residui, all'individua-zione dei possibili riutilizzi e di un possibile mercato dei prodotti. Affrontare le ricerche in modo coordinato rap-presenta il ruolo strategico del Progetto, che si propone di meglio organizzare e di integrare le strutture di ricerca interne valorizzando e po-tenziando le collaborazioni con organismi di ricerca esterni, nazionali e internazionali. Par-ticolare attenzione sarà riservata a fornire il necessario supporto scientifico e tecnologico all’attività delle piccole e medie imprese, pro-muovendone, anche attraverso specifiche for-me di collaborazione l’innovazione e la ricerca. 1.7.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Il Progetto, nella sua articolazione di attività legate ai pre-esistenti Istituti, dispone di una notevole base di conoscenze sui meccanismi fondamentali dei processi che si intendono studiare. Tali conoscenze hanno permesso di acquisire risultati di notevole rilievo e di pro-gettare ed attuare prototipi. In particolare sono da segnalare:

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• Sviluppo di processi di depurazione delle acque di scarico caratterizzati da elevate potenzialità specifiche e da basso impatto ambientale. Ciò è stato realizzato sia utiliz-zando sistemi di separazione solido/liqui-do ad elevata efficienza basati sull’utilizzo di membrane, in grado di fornire effluenti di elevata qualità, sia utilizzando reattori nei quali si sviluppano biomasse con carat-teristiche particolari (aggregazione in gra-nuli di densità molto elevata) che consen-tono il loro accumulo all’interno del reat-

tore. Tali processi realizzano parallelamen-te la minimizzazione della quantità di fan-go prodotto, limitando così non solo i costi di trattamento prima dello smaltimento fi-nale ma anche i rischi igienico-sanitari connessi alla presenza all’interno dei fan-ghi di sostanze pericolose e di microrgani-smi patogeni.

• Sviluppo di processi chimico-fisici e bio-chimici per la rimozione dei metalli tossici dalle acque reflue e dai fanghi mediante applicazione rispettivamente di tecniche elettrochimiche per la deposizione elettro-dica dei metalli e della bioaccumulazione per l’inglobamento dei metalli inquinanti in biomasse in presenza di colture di mi-crorganismi autotrofi od eterotrofi su sup-porto polimerico.

• Caratterizzazione minero-petrografica e chimica di alcuni terreni inquinati da me-talli pesanti ed idrocarburi. Test orientativi a livello di laboratorio per individuare dei possibili stadi di processo da inserire in cir-cuiti di trattamento di “soil-washing”. Gli studi sono stati incentrati sia allo sviluppo e/o miglio-ramento di tecnologie di bonifica di siti contaminati da metalli pe-santi, idrocarburi e materiali contenenti amianto che allo sviluppo ed implementa-zione di metodologie innovative di con-trollo e valutazione del rischio ecologico. Studi per il recupero di aree industriali di-smesse, apertura di nuove attività e pro-tezione delle aree circostanti con relativo studio di impatto ambientale.

• Conoscenze di base e sviluppo di processi di trattamento di reflui agro-industriali (compostaggio) e di risanamento da inqui-nanti mediante sistemi vegetali in grado di estrarre ed accumulare metalli pesanti. Svi-luppo di tecnologie di biorimedio dell’in-quinamento e del degrado degli ecosistemi naturali.

• Individuazione dei requisiti tecnici degli strumenti di misura di specifiche emissioni industriali in atmosfera e definizione di una procedura dedicata alla certificazione di analizzatori dedicati alle specifiche mi-sure. Sviluppo di strumenti di supporto per una trasmissione efficace e completa dei dati riguardanti le misure tra aziende dota-te di sistemi di monitoraggio in continuo delle emissioni ed organismi territoriali e di controllo ambientale. Definizione di inter-venti a supporto della certificazione degli

strumenti di misura degli inquinanti atmo-sferici.

• Sviluppo di tecniche di scavo e/o coltiva-zione e trattamento dei minerali in grado di ridurre la produzione di scarti ed il loro potenziale inquinante.

• Caratterizzazione di materiali innovativi per applicazioni nel campo della cantieri-stica navale (sviluppo di sensori e di pitture antivegetative a basso impatto ambientale). Promozione e sviluppo di eco-tecnologie specifiche per il settore navale.

1.7.3 Obiettivi programmatici e criteri per la

valutazione del loro conseguimento La richiesta di criteri sempre più rigidi di so-stenibilità ambientale nell’attuazione di pro-cessi depurativi e di recupero impone di con-centrare le risorse su pochi e selezionati obiet-tivi. A completamento di quanto specificato nei paragrafi precedenti si può aggiungere l’importanza di adeguare e sviluppare pro-cessi, metodologie e tecnologie nell’industria capaci sia di rispondere alle esigenze di mer-cato sia di limitare l’impatto ambientale, ridu-cendo al minimo la produzione di scarti e di re-flui ed il loro potenziale inquinamento. Anche nel caso in cui considerazioni economiche tra-dizionali non sostenessero l’adozione di tali processi, una valutazione di più lungo periodo potrebbe viceversa renderli i più vantaggiosi. Inoltre è opinione sempre più diffusa che oggi i processi depurativi e di recupero, debbano ri-spondere a domande molto differenziate in funzione delle condizioni socio-economiche delle aree geografiche in cui devono essere ap-plicate. E’ compito dei Paesi ad elevato svi-luppo industriale offrire soluzioni che rispon-dano anche a questa esigenza. Tale situazione può e deve costituire una grossa opportunità per l’innova-zione tecnologica del settore dell’inquina-mento, settore contraddistinto nel passato da scarsa propensione a ricerca e sviluppo. Pertanto, obiettivi prioritari del pre-sente progetto saranno rivolti a stabilire un rapporto sistematico con il sistema produttivo del Paese che, mediante collaborazioni e ac-cordi di varia natura, ne promuova e ne so-stenga l’attività di ricerca. Il conseguimento degli obiettivi programmatici sarà verificato attraverso il sistema di controllo qualità definito a livello dipartimentale.

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1.7.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 1.650 me-si/uomo per il 2005, 1.732 mesi/uomo per il 2006 e 1.819 mesi/uomo, per il 2007. Le risorse strumentali principali consistono in attrezzature per lo sviluppo in scala pi-lota/dimostrativa di nuove tecnologie e proces-si per la tutela dell’ambiente e del territorio e per la migliore gestione del ciclo dei materiali; componenti e sistemi di analisi, monitoraggio e controllo della presenza e del trasporto di ele-menti inquinanti ambientali; sistemi e tecniche di rilevamento per l’identificazione di siti con-taminati; strumenti previsionali sofisticati per l'analisi del rischio ambientale indotto da atti-vità e da insediamenti antropici. Si segnalano in particolare cromatografi liquidi accoppiati a spettrometro di massa ad elevata risoluzione (HPLC-MS), analizzatori di metalli pesanti me-diante fluorescenza a RX, microsonde elettro-niche con sistema EDS-WDS, ICP-MS per analisi isotopiche in ultratraccia, microscopi in con-trasto di fase ed epifluorescenza. La tabella 1i riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 1.7.5 Competenze interne utilizzate Le competenze interne utilizzate, in termini di tecnici e ricercatori, sono quelle presenti pres-so l’IGAG, l’ISE, l’IGG, l’IRSA, l’IMC, IAMC, l’IBAF, l’IIA, l’ISAC, l’ISAFOM, l’ISMAR e riguar-dano l’ingegneria, la chimica e biochimica, la microbiologia, la biologia molecolare, la fisio-logia vegetale, la selvicoltura. Il complesso di tali Istituti impiega nel progetto - come detto per il 2005 - circa 1.650 mesi/uomo, tra il per-sonale di ruolo a tempo indeterminato. 1.7.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Le attività previste saranno sviluppate in colla-borazione con importanti istituzioni scientifi-che nazionali ed internazionali (Euraqua, Ac-cademia delle Scienze della Repubblica Ceca, Institut fur Werkstoffkunde di Hannover, High

Pressare Waterjet Laboratory dell’Università del Missouri, Advanced Wastewater Manage-ment Centre dell’Università del Queensland - Australia, ESIGEC Université de Savie, Bioche-mical Engineering Department - Delft University, Università di Cagliari, Napoli, Ro-ma, Trieste, Politecnico di Milano e di Torino, ecc.) e con Enti pubblici e privati (Ministero dell’Ambiente, APAT, ENEL, Progemisa SpA, I-talkali SpA, ACEA, Acquedotto Pugliese S.p.A., IGEA, CRAS, Enitecnologie, RFI di FS spa). Tra le collaborazioni esterne che si intendono attiva-re su obiettivi di risanamento ambientale e di corretta gestione dei rifiuti, un posto di rilievo spetta al sistema delle piccole e medie imprese, alla rete delle Amministrazioni locali ed all’insieme delle Agenzie per il controllo e la protezione dell’ambiente. In particolare, per una migliore collocazione ed inserimento a li-vello internazionale, i partecipanti al progetto si impegneranno maggiormente in tutte quelle iniziative europee mirate alla costituzione dell’Area di Ricerca Europea. 1.7.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti a cavallo della scadenza del triennio di attività 2005-2007. 1.7.8 Condizioni di fattibilità La validità della progettualità proposta risiede nella rilevante interattività tra i vari settori scientifici del CNR in cui questa si articola, nelle collaborazioni già in essere con le università e gli altri enti di ricerca, nella capacità di corri-spondere alle richieste avanzate da operatori esterni al comparto ricerca, in particolar modo dal sistema delle autonomie locali. Un valore aggiunto derivante dall’approccio sistemico adottato è la possibilità di condivisione di in-frastrutture, prototipi ed esperienze mediante le quali proporsi operativamente da subito nell’analisi, modellizzazione e risoluzione di problematiche complesse relativamente al controllo di inquinanti e del ripristino ambien-tale.

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Tabella 1i- Risorse esterne nel triennio del Progetto (M/€)


2005 18,16 4,41 1,30 19,46 2006 17,75 3,52 1,30 19,05 2007 17,26 3,76 1,30 18,56

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2. Dipartimento Energia e Trasporti Il mondo moderno fonda il suo fabbisogno e-nergetico, incluso quello relativo ai trasporti, soprattutto sui combustibili fossili: l’85% della richiesta energetica mondiale è fornito da car-bone, petrolio e gas naturale. Malgrado ogni auspicabile politica di diversificazione, per i prossimi decenni (almeno fino al 2030), questa situazione è destinata a non subire grandi cambiamenti. Vi è, inoltre, da considerare che il 75% delle riserve mondiali di petrolio è con-centrato in pochi paesi del Medio Oriente, in una regione dalla forte instabilità politica. I combustibili fossili sono, peraltro, responsa-bili dei due terzi delle emissioni antropiche di gas serra e, se si considera che i consumi ener-getici mondiali sono destinati a raddoppiare (secondo autorevole stima) nei prossimi 25-30 anni, è facile rendersi conto della sfida che la ricerca energetica deve fronteggiare e della as-soluta necessità di perseguire ogni possibile op-zione scientifica, tecnologica e organizzativa per alleviare le conseguenze di tale impatto, te-nendo altresì presente che le riserve mondiali di combustibili fossili, ancorché abbondanti, sono comunque infinite. La ricerca energetica, pertanto, deve fronteg-giare due grandi sfide combinate: • assicurare allo sviluppo economico-sociale

energia sufficiente e a basso costo, con continuità e ovunque necessario;

• ridurre, fino alla loro eliminazione, gli im-patti negativi che la produzione, il tra-sporto e la distribuzione di energia hanno o possono avere sull’ambiente nella sua più ampia accezione.

Nonostante tale preoccupante contesto e l’urgenza del conseguimento dei succitati o-biettivi, la ricerca energetica ha subito – nel corso degli ultimi 40 anni – una progressiva ri-duzione di peso e di interesse. In Italia essa (inclusa la propulsione) vale circa 400 M€/anno, cioè l’8-10% della spesa pubblica in ReS. Gli attori pubblici più rilevanti sono ENEA, ENEL, CESI, ENI, ANSALDO, diverse Università e, naturalmente il CNR, per un totale complessivo di oltre 4000 ricercatori. Per quanto concerne il CNR, la situazione è particolarmente complessa. Gli addetti alla ri-cerca nel settore sono circa 500, distribuiti, pe-rò, fra una decina di attori. Si rende, quindi, evidente la necessità di un coordinamento e della identificazione di una linea strategica

dell’ Ente, in un settore le cui ricadute nel bre-ve, medio e lungo termine sono fondamentali, sia per l’ottimizzazione della spesa energetica, che per la diversificazione delle risorse energe-tiche del Paese. Il Dipartimento Energia e Trasporti nasce pro-prio in base alle citate necessità e con l’opportunità di collegarsi con altri diparti-menti i cui obiettivi e contesti sono stretta-mente legati ad esso (ad esempio il Dip. Terra e Ambiente) Gli obiettivi del Dipartimento Energia e Tra-sporti si inquadrano innanzitutto negli obiet-tivi di programmazione energetica e trasporti-stica nazionale, che si articola nei seguenti punti: • diversificazione delle fonti; • recupero e valorizzazione di residui e ri-

fiuti; • aumento del rendimento e riduzione delle

emissioni inquinanti; • sicurezza e ottimizzazione dei sistemi; • trasporto su strada più sostenibile. Il Dipartimento ha puntato a concentrare le ri-sorse disponibili su progetti nei quali si verifi-cano contemporaneamente tre condizioni: • la piena coerenza con priorità internazio-

nali e nazionali in materia di energia e tra-sporti e del contenimento del loro impatto ambientale;

• l’esistenza di competenze significative tali da assegnare al CNR un ruolo di leadership o co-leadership nazionale;

• la presenza di contratti con terzi (interna-zionali, nazionali, privati).

Sulla base dei criteri sopra enunciati e delle indicazioni formulate nel PNR, sono stati sele-zionati 5 Progetti, (di seguito riportati) la cui operatività copre l’intero triennio 2005-2007, articolati in 22 commesse (a carattere strate-gico) ed 1 modulo di attività : • P1.Generazione pulita di energia da com-

bustibili fossili; • P2. Uso razionale dell’energia nei traspor-

ti; • P3. Generazione distribuita di energia; • P4. Idrogeno:produzione, trasporto, di-

stribuzione e utilizzo;

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• P5. Partecipazione ai programmi nazionali e internazionali sulla Fusione.

La tabella 2a° riporta l’elenco degli Istituti di prevista afferenza e degli Istituti partecipanti al Dipartimento. Le attività degli Istituti afferenti, per oltre l’80%, convergono all’interno dei Progetti del Dipartimento. L’impegno del personale (me-si/uomo) nelle attività progettuali è indicato in dettaglio nella parte descrittiva di ciascun pro-getto. La tabella 2b riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Dipartimento nel triennio 2005-2007. Qualora si verificasse l’auspicata possibilità di ottenere ulteriori finanziamenti rispetto a quel-li già asegnati, il Dipartimento destinerebbe ta-li risorse per i progetti appresso descritti, im-pegnando una parte delle risorse aggiuntive a importanti interventi infrastrutturali. Le Strategie L’insieme delle risorse professionali esistenti negli Istituti maggiormente coinvolti è, per il 2005, pressoché totalmente impegnato sui 5 Progetti prima indicati, nonché su una molte-plicità di contratti minori su argomenti collate-rali. Il Dipartimento propone di rafforzare la propria strategia, attraverso: • una maggiore focalizzazione delle proposte

di collaborazione con organismi esterni e il progressivo abbandono delle attività mar-ginali o meno coerenti;

• il varo di due-tre grandi progetti infrastrut-turali destinati a rafforzare le competen-ze/attività chiave (come riportati nel sotto-capitolo successivo)

• la messa a punto di uno/due nuovi progetti su aree prioritarie dal punto di vista della politica energetica e dei trasporti per le quali, peraltro, sono necessari impegni particolari per favorire costruzione di nu-clei di competenza adeguati (con risorse fi-nanziarie provenienti dai fondi di sviluppo).

Alcune di tali aree, se tradotte in progetti, po-trebbero utilmente coinvolgere le competenze

di Istituti non afferenti al Dipartimento. Tali aree sono: • Pianificazione e gestione delle reti elettri-

che di distribuzione con sistemi di genera-zione distribuita di energia;

• Sistemi fotovoltaici ad elevato rendimento o embedded;

• Sistemi di accumulo elettrico, in particola-re per trazione automobilistica;

• Produzione di idrogeno per via biologica; • Separazione e immagazzinamento della

CO2; • Sistemi di trasporto intelligente Più in dettaglio, tali risorse potrebbero essere utilizzate nel seguente modo: • 1,0 M/euro per lo svolgimento di studi di

fattibilità nelle sei aree sopra menzionate; • 1,0 M/euro per il potenziamento delle

competenze esistenti negli Istituti mag-giormente coinvolti in alcuni comparti cri-tici, quali la produzione di Idrogeno.

Le restanti risorse potrebbero essere orientate allo sviluppo di progetti interdipartimentali soprattutto nelle aree di maggiore convergenza (ambiente, materiali, ICT, processi produttivi e logistica). In particolare è in fase di elabora-zione una prima proposta per la messa a punto di una metodica generale per la misura e la va-lutazione delle interazioni – traffico di superfi-cie/ambiente nell’area urbana, da condurre sotto la guida combinata dei Dipartimenti “Terra e Ambiente” e “Energia e Trasporti”. Occorre, in parallelo, ricordare che nel corso degli ultimi anni si è registrato un consistente impoverimento negli organici degli Istituti affe-renti e le risorse attuali sono tutte impegnate sui progetti in corso. Alcuni Istituti, per di più, debbono, sempre per mancanza di risorse professionali, rinunciare ad acquisire nuove commesse. In questa situazione, tra l’altro, anche la ca-pacità del Dipartimento di orientare le future linee di ricerca appare assai limitata.

Tabella 2a°- Istituti esecutori

Istituti di prevista afferenza Istituti partecipanti 1. IENI - Istituto per l’energetica e le interfasi 1. ISTEC - Istituto di scienza e tecnologia dei materiali

ceramici 2. IFP - Istituto di fisica del plasma 3. IGI - Istituto Gas ionizzati 4. IM - Istituto Motori 5. IRC - Istituto di ricerche sulla combustione

6. ITAE - Istituto di tecnologie avanzate per l’energia “Nicola Giordano”

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Sulla base di queste considerazioni, il Dipar-timento richiede un finanziamento addizionale per il 2005 dell’ordine dei 2.593 M/€. Con tali risorse il Dipartimento si propone di poter effettuare i seguenti interventi infrastrut-turali: • la creazione di un Centro di prova di ca-

mere di combustione a Pomigliano d’Arco. Tale Centro nascerebbe da un accordo con Avio SpA e, realizzando un programma di investimenti per l’ampliamento delle pre-stazioni, con Ansaldo Energia SpA. Il Cen-tro potrebbe contribuire ad aumentare e meglio finalizzare le competenze esistenti presso l’Istituto Motori e l’Istituto di Ri-cerche sulla combustione, entrambi loca-lizzati a Napoli;

• la creazione di un Centro di Prova di si-stemi per la produzione di Idrogeno e per celle a combustibile ubicato accanto all’ITAE di Messina, cofinanziato dal Mini-stero dell’Ambiente e dalla Regione Sicilia. Il Centro, sollecitato anche dall’Industria del settore, consentirebbe, tra l’altro, di

inserire l’Italia nel processo di definizione di standards operativi e di sicurezza relativi alla filiera idrogeno e di avere una sede qualificata per lo svolgimento di program-mi di formazione tecnica ad alto livello an-che per i Paesi Mediterranei;

• una nuova sede dell’IRC necessaria per do-tarlo di laboratori adeguati alla sua rinno-vata missione al centro di una delle opzioni energetiche più complesse: quella dell’utilizzo di combustibili fossili con bas-so o nullo impatto ambientale. L’ubica-zione di tale sede dovrebbe poter valorizza-re le sinergie esistenti con altri Istituti (ed in particolare con l’Istituto Motori).

Si pone, infine, l’opportunità di rafforzare la presenza del CNR nella ricerca di sistema sui trasporti. Una riflessione addizionale va fatta per la propulsione navale, e per attività specifi-che nei comparti aeronautico e spaziale, nei quali il Dipartimento è presente con compe-tenze di nicchia.

Tabella 2b- Risorse e spese nel triennio del Dipartimento (M/€)


2005 40,46 14,67 6,25 46,71 2006 39,54 9,42 6,25 45,79 2007 38,45 10,08 6,25 44,70

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Progetti del Dipartimento Energia e Trasporti

2.1 P1. Generazione pulita di energia da combustibili fossili


0

2.1.1 Cenni allo scenario nazionale e inter-

nazionale e motivazione della presenza del CNR.

Negli ultimi anni sono stati sviluppati impianti a vapore alimentati a carbone con rendimenti del 45% e cicli combinati a gas con rendimenti del 56-58% e sono in via di sviluppo tecnologie che potrebbero consentire rendimenti fino al 50% per la filiera a vapore e 65% per i cicli combinati a gas. Sono, inoltre, allo studio tec-nologie in grado di impiegare combustibili fos-sili di scarso pregio, che richiedono l’applica-zione di tecnologie mutuate dall’industria chimica per una riduzione drastica delle emis-sioni di inquinanti quali gli ossidi d’azoto e di zolfo, i microinquinanti organici e metallici e le polveri sottili. In tale ambito risulta di forte ri-lievo l’iniziativa promossa dall’International Energy Agency (IEA) nell’ottobre 2001 per lo sviluppo di tecnologie di combustione di com-bustibili fossili a “zero emissioni” (ZETS - Zero Emission Technologies Strategy). Nel CNR l’attività di ricerca si è sviluppata gra-zie alle competenze dell’Istituto di Ricerche sulla Combustione IRC, e dell’Istituto per l’Energetica e le Interfasi IENI in stretta con-nessione con le realtà esterne scientifiche e produttive, e aggregando risorse finanziarie di diversa provenienza, sia pubblica, sia privata. Tale attività si è sviluppata attraverso la parte-cipazione a “progetti rilevanti” del Programma Quadro Ricerca UE e di altre Agenzie Interna-zionali (ESA), con iniziative a bando competiti-vo quali i FIRB e i FISR, con la partecipazione a due Centri di competenza della Regione Cam-pania (uno sull’Analisi ed il Monitoraggio del Rischio Ambientale, e l’altro sulle Nuove Tec-nologie per le Attività produttive) ed a un Cen-tro di eccellenza della Regione Liguria. Il progetto mira a rafforzare sempre di più la compatibilità tra sviluppo economico e am-biente attraverso la messa a punto di tecnolo-gie innovative in grado di:

• aumentare il rendimento energetico degli impianti di generazione;

• diversificare le fonti di energia utilizzando combustibili fossili meno pregiati;

• ridurre l’emissione di sostanze inquinanti intervenendo sia sul loro meccanismo di formazione sia sui fumi.

Le commesse inserite in questo progetto sono: • Processi e tecnologie di combustione, ossi-

dazione e gassificazione a basso impatto ambientale

• Caratterizzazione dei meccanismi di for-mazione ed analisi degli inquinanti

• Materiali e processi per l’energetica • Superfici ed interfasi nella generazione di

energia 2.1.2 I risultati già conseguiti, i fatti nuovi

emersi e i conseguenti aggiornamenti Con riferimento allo sviluppo di tecnologie e processi di combustione, ossidazione e gassifi-cazione avanzati e policombustibili, a più alta efficienza e minore impatto ambientale, sono state individuate quali tecnologie promettenti i sistemi di combustione diluita e superdiluita, i reattori a letto fluido bollenti e circolanti, i si-stemi di combustione catalitica. Si sono realiz-zati apparati in scala da laboratorio. La speri-mentazione ha permesso di evidenziare l’importanza relativa dei differenti processi e-lementari concorrenti e questo, in funzione dello specifico materiale combustibile e delle condizioni operative.

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Una seconda direttrice ha riguardato la indi-viduazione e messa a punto di sistemi catalitici innovativi, quali ossidi misti di tipo perovski-tico dispersi su vari ossidi porosi ad elevata a-rea superficiale e stabilità termica, e la messa a punto di processi di ossidazione catalitica per la trasformazione di idrocarburi leggeri in pro-dotti a più alto valore aggiunto. Infine, sono stati sviluppati sistemi di previsione per la pre-

venzione di fenomeni di runaway ed esplo-sione termica. L’attività ha riguardato da un lato l’impiego di strumenti software per una simulazione di eventi incidentali più precisi ed affidabili su cui basare la predisposizione delle misure di prevenzione e di pianificazione per la gestione delle emergenze, dall’altro la mes-sa a punto ed applicazione di protocolli di ca-ratterizzazione calorimetrica e di analisi chi-mica dei prodotti e intermedi di reazione di si-stemi di interesse pratico per lo sviluppo di opportuni modelli cinetici. Sono state messe a punto diagnostiche avan-zate e protocolli di analisi per la caratterizza-zione degli inquinanti organici e inorganici da combustione. Specifica attenzione è stata ri-volta all’emissione di particolati fini ed ultra-fini e alla individuazione dei parametri opera-tivi di combustione che ne determinano la for-mazione, distruzione ed emissione finale. Tecniche diagnostiche avanzate sono state svi-luppate su sistemi controllati da laboratorio per combustibili gassosi e liquidi e saranno e-stesi a sistemi pratici di combustione. Sono stati messi a punto processi di sintesi di nuovi materiali, individuando i protocolli per la determinazione delle proprietà di interesse specifico per la progettazione di turbine a gas. L’attività ha previsto sia la realizzazione degli apparati sperimentali sia lo sviluppo di tecni-che diagnostiche di avanguardia. Sono individuate delle condizioni di stabilità di emulsioni di combustibili di interesse, si so-no determinate delle proprietà termofisiche di superficie di super-leghe per applicazioni e-streme e di nuove leghe per la produzione di turbine a gas. Si sono inoltre caratterizzate giunzioni metallo-ceramico di interesse per si-stemi energetici, nonché nuove leghe per sal-dature. 2.1.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento L’obiettivo generale del progetto è di parteci-pare attivamente e con una sempre maggiore efficacia al grande impegno internazionale per la realizzazione di grandi centrali termoelettri-che a emissioni nulle o quasi nulle, con parti-colare attenzione a quelle alimentate a car-bone. I riferimenti principali sono il pro-gramma del DOE USA Futurgen e la Piattaforma Tecnologica europea “Idrogeno e Celle a Combustibile”.

In questo contesto generale, gli obiettivi speci-fici più significativi del progetto sono: • sviluppo di un sistema integrato di ge-

stione, controllo e trattamento di ceneri di carbone, finalizzato all'ottenimento di pro-dotti di qualità certificata ad elevato valore economico;

• messa a punto di procedure di analisi per la determinazione quantitativa di inqui-nanti emessi dai sistemi di combustione sotto forma di gas, vapori e solidi presenti anche in tracce e sviluppo di metodologie diagnostiche di tipo ottico per l’identifi-cazione in tempo reale ed in linea degli in-quinanti ad elevato potenziale tos-sicologico;

• messa a punto di procedure di analisi delle condizioni operative di un premiscelatore alimentato a kerosene: caratterizzazione delle dimensioni e velocità delle gocce in vari punti del premiscelatore-vaporizzatore e loro evoluzione temporale;

• applicazione di modelli numerici allo stu-dio della combustione catalitica del me-tano nelle turbine a gas;

• messa a punto di tecniche per i trattamenti a microonde per la reazione catalitica di ossidazione parziale selettiva di propano: realizzazione di una fornace equipaggiata con sistema di generazione di microonde; test catalitici in fornace con e senza appli-cazione di microonde;

• produzione e caratterizzazione di materiali innovativi metallici e intermetallici;

• determinazione delle proprietà termofisi-che di superficie di leghe intermetalliche ad alte prestazioni per applicazioni a si-stemi di combustione a combustibili fossili;

• messa a punto di tecniche di protezione con impiego di strutture brasate metallo-ceramico, per il miglioramento di compo-nenti che ospitano processi di combu-stione o gassificazione avanzati;

• individuazione di parametri di controllo di processo per produzione di materiali per applicazioni aerospaziali ed energetiche; procedure giunzione metalloceramico;

• studi volti alla beneficiazione e prepara-zione dei combustibili mediante emulsioni utilizzanti tensioattivi per sistemi di com-bustione e gassificazione a combustibile fossile a basso impatto ambientale.

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Annualmente si procederà alla verifica del con-seguimento degli obiettivi programmati, at-traverso una analisi critica dei rapporti di a-

vanzamento in cui verranno evidenziati i ri-sultati raggiunti, le ricadute sia in termini di produzione di articoli a carattere scientifico sia in termini di prodotti a carattere applicativo di interesse industriale e le eventuali difficoltà in-contrate. 2.1.4 Risorse umane, finanziarie e strumentali L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 740 per il 2005, 810 per il 2006 e a 810, per il 2007. Le risorse strumen-tali principali consistono in sistemi sperimen-tali di combustione dalla scala da laboratorio e pilota accessoriati con apparati di controllo e misura dei principali parametri di combustio-ne (pressione temperatura, ecc.), sistemi avan-zati di diagnostica ottica e chimica per la carat-terizzazione dei materiali combustibili, mate-riali strutturali per turbine a gas e dei prodotti di combustione, strumentazione analitica e di caratterizzazione morfologica e risolse di calco-lo. La tabella 2c riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 2.1.5 Competenze interne utilizzate Per lo sviluppo delle attività di ricerca il Pro-getto beneficherà delle competenze che il per-sonale afferente all’IRC e allo IENI ha maturato nell’ambito di studi rivolti all’approfondi-mento delle conoscenze sui processi di combu-stione, al relativo impatto ambientale ed alla individuazione di materiali avanzati per im-pieghi in condizioni aggressive e ad alte pre-stazioni. Nello specifico sono disponibili com-petenze per: • la progettazione e realizzazione di impianti

innovativi di combustione dalla scala da laboratorio fino alla scala pre-pilota;

• l’ utilizzo di sofisticate strumentazioni di monitoraggio ed analisi per lo studio e la caratterizzazione del processo di combu-stione e/o gassificazione di materiali com-

bustibili di differente origine, sia con rife-rimento alla efficienza di conversione, che alla individuazione delle condizioni di e-sercizio più idonee al fine di ridurre l’impatto ambientale dei processi;

• la caratterizzazione di materiali combusti-bili e effluenti dal processo, sia tramite l’applicazione di protocolli di analisi stan-dard (analisi chimica, termica, morfologi-ca, ecc), sia con procedure alternative di caratterizzazione sviluppate ad hoc per la valutazione preventiva delle prestazioni at-tese;

• la progettazione e caratterizzazione di ma-teriali per impieghi in processi di combu-stione e generazione di energia caratteriz-zati da condizioni estreme di temperatura, ambiente chimico e sollecitazione, utiliz-zando attrezzature e strumentazioni carat-teristiche della chimica fisica e delle pro-prietà meccaniche dei materiali;

• la applicazione di strumenti di calcolo sempre più potenti e sofisticati per la simu-lazione ed il controllo di sistemi di combu-stione.

2.1.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili

Il Progetto si sviluppa con ampia partecipazio-ne del personale strutturato afferente all’IRC e IENI, in stretta connessione con realtà esterne sia scientifiche (nazionali ed internazionali) che produttive. Le collaborazioni in atto già nel 2005 sono numerose e comprendono le principali azien-de italiane del settore tra cui di maggior rilievo si citano quelle con Ansaldo, Enel, Avio Group, Riello, Worgas, SnamProgetti e partners dell’Unione Europea che collaborano sia nell’ambito di grandi progetti europei, sia con contratti di collaborazione bilaterali tra cui si citano quelle con Alstom, Ec-JRC-IAM (EU), IC (UK), UCAM (UK), SIMR (SE), ENSEMP (F), BAM (D), SNECMA (F), IFW (D), NPL (UK), IWK (D), ONERA (F), Siemens (D), Power Generation (D), Aero Engi-nes (D), DLR (D), KTH (S), RollsRoyce (UK), HYdrocell (FIN), NPL (UK), Calcom (CH).


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Risorse finanziarie totali allocate di cui Risorse da Terzi Costi Figurativi Valore Effettivoanno A B C D = A + C

2005 6,96 1,69 0,48 7,44 2006 6,80 1,08 0,48 7,28 2007 6,61 1,16 0,48 7,09

Di rilievo inoltre sono le molteplici e ben con-solidate collaborazioni attive con Istituti di ri-cerca e Dipartimenti Universitari, sia italiani che stranieri tra cui si citano il Dipartimento di ingegneria Chimica dell'Università di Napoli Federico II, i Politecnici di Milano e di Torino, l’Università di Udine, il Centro Ricerche Fiat, l’UnivULM (D), l’Imperial College (UK), l’University of Illinois (USA), TechnUniAthens (EL), il CNRS (F), il MaxPlanck (Postdam-D). Si citano infine la partecipazione a due Centri di competenza della Regione Campania, uno sull’Analisi ed il Monitoraggio del Rischio Ambientale e l’altro sulle Nuove Tecnologie per le Attività produttive, e ad un Centro di ec-cellenza della Regione Liguria.

2.1.7 Tempi previsti Il Progetto è a lungo termine e segue gli svilup-pi d’iniziative, internazionali e nazionali, di cui è mostrato in tabella 2d il programma tem-porale delle attività previste. 2.1.8 Condizioni di fattibilità I principali fattori sono collegati alla partenza del progetto FISR del MIUR, già approvato, che garantisce finanziabilità ed operatività verso gli obiettivi di progetto. Inoltre la disponibilità di nuovo personale tecnico-scientifico e l’adeguamento della strumentazione comple-tano le condizioni di fattibilità minime.

Tabella 2d- Sviluppo temporale delle attività

PROGRAMMI STRANIERI Anno 2005 2010 2015 2020 Programma FuturGen realizzazione impianto Sperimentazione

CSLF (Carbon Sequestration Leadership Forum) Sviluppo tecnologie

PROGRAMMI ITALIANI Progetto FISR: Nuovi sistemi di produzione e gestione

dell’energia

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2.2 P2. Uso razionale dell’energia nei trasporti



0



Per i trasporti, gli obiettivi tecnico-scientifici prioritari identificati dal PNR, in coerenza con il quadro socio-economico di settore e con le priorità del VI P.Q. sono i seguenti: • le tecnologie ed i materiali per propulsori a

combustione interna • Le tecnologie per veicoli e sistemi di pro-

pulsione alternativa • Tecnologie di propulsione innovative e si-

stemi di generazione di energia basate su carburanti alternativi e rinnovabili

• Integrazione di sistemi e componenti di propulsione senza emissioni o a bassissima emissione, quali ad esempio le celle a com-bustibile

• Veicoli sicuri e ad alto benessere • Sistemi di trasporto intermodale. Il Progetto è stato definito partendo da tali in-dicazioni e tenendo, altresì, conto delle compe-tenze/attività esistenti all’interno del CNR e nel sistema nazionale di ricerca industriale. Le linee di ricerca prioritarie selezionate per questo progetto (che ha un orizzonte tempo-rale di trent’anni) riguardano l’unificazione dei processi di combustione verso regimi otti-mali (dal punto di vista dei consumi specifici e della qualità delle emissioni) indipendente-mente dall’architettura e dal combustibile im-piegato, tecniche di diagnostica avanzate e nuova modellistica dei sistemi di propulsione, la messa a punto e sperimentazione di power-train innovativi anche nella prospettiva dell’impiego di celle a combustibile nella pro-pulsione di veicoli. Il progetto si articola nelle seguenti 5 com-messe: • Tecnologie di combustibili alternativi per

autotrazione • Fluidodinamica, combustione e fuel cells

per la propulsione • Motori ad accensione comandata e combu-

stibili

• Motori Diesel e combustibili • Qualità ed ambiente Tale articolazione è funzionale alle compe-tenze presenti negli Istituti afferenti al Progetto ( IM con 4 Commesse ed ITAE con una) nonché lungamente collaudata nello svolgimento di la-voro di ricerca con partnership esterne, anche internazionali. Tale fatto è una buona garanzia per il successo dello stesso. 2.2.2 I risultati già conseguiti, i fatti nuovi

emersi e i conseguenti aggiornamenti Il Progetto integra le competenze e le capacità strumentali degli Istituti afferenti in un settore che è fortemente multidisciplinare e ad elevata competitività internazionale. Le attività fin qui svolte hanno permesso di maturare esperienze ed ottenere risultati su: • Acquisizione di know-how su sistemi di

combustione per trazione a basso impatto ambientale

• Sviluppo di metodologie diagnostiche dedi-cate per l’ottimizzazione di questi sistemi.

• Sviluppo di metodologie avanzate per la si-mulazione numerica di sistemi di combu-stione instazionaria.

• Sviluppo di know-how e prototipazione di componentistica avanzata quali sensori di combustione, sistemi di alimentazione per m.c.i, sistemi di fasatura variabile .

• Sviluppo di know-how e soluzioni tecnolo-giche per l’applicazione prototipale di combustibili innovativi in motori a combu-stione interna.

• Analisi di funzionalità di powertrain avan-zati del tipo ibrido termico, ibrido fuel cell.

• Sviluppo di metodologie di prova di veicoli e sistemi in uso reale basati su competenze di tipo statistico-affidabilistico.

38

Tutte queste attività sono per loro natura po-liennali e comportano una aliquota notevole di studi più fondamentali. Tuttavia, le possibilità di applicazione sono notevoli, come del resto testimoniato dai numerosi contratti con par-

tners sia istituzionali che industriali, e dipen-dono sostanzialmente anche dal (veloce) im-provement tecnologico del settore “automo-tive” oltre che dalla qualità delle competenze maturate. Attualmente sicuramente vanno ri-definiti in una prospettiva di più lungo termine tutti gli impieghi del motore a combustione in-terna dotato di sistemi di combustione avan-zati e combustibili innovativi, possibilmente da fonti rinnovabili. Ci si intende riferire all’ottenimento di m.c.i. con emissioni “quasi zero” in grado di gestire opportunamente la transizione dei sistemi di trasporto stradale verso l’utilizzo di fuel cell che tutte le valuta-zioni a livello internazionale hanno ulterior-mente shiftato in avanti nel tempo. 2.2.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Il progetto si avvale di una notevole aliquota di risorse finanziarie derivanti da contratti con terzi stipulati dagli Istituti afferenti pari, nel 2005, circa al 50% del “valore effettivo” del progetto (13 M/€). Tenendo presente l’elevato numero di contratti con terzi con arco tempo-rale variabile tra 1 e 3 anni, una certa fram-mentazione fisiologica degli obiettivi di corto periodo appare senz’altro giustificabile. Tut-tavia, tutte le commesse esterne acquisite sono pienamente compatibili con le linee program-matiche di medio periodo del Dipartimento per cui i macrobiettivi di valenza quinquen-nale del progetto sono facilmente identificabili in: • Sviluppo ed utilizzo di diagnostica ottica

della fluidodinamica, del processo di for-mazione della miscela, della combustione e della formazione delle emissioni in si-stemi stazionari e/o in motori trasparenti.

• Sviluppo di modelli fenomenologici e me-todologie di parallelizzazione per codici fluidodinamici (Fire, Star-Cd, Kiva ecc…) e relativa calibrazione con misure sperimen-tali progettate ad-hoc.

• Realizzazione di sistemi flessibili di attua-zione delle valvole di aspirazione e scarico di Motori a Combustione Interna e dei re-lativi tools di controllo di basso ed alto li-vello.

• Definizione di sistemi di combustione in-novativi basato sulla tecnica della com-bustione super-diluita e dell’omoge-neiz-

zazione della carica con diversi combusti-bili di alimentazione.

• Messa a punto di processi di produzione di combustibili sintetici sia da fonti rinnova-bili che di natura fossile.

• Definizione di metodologie e sviluppo di appropriati sensori per la caratterizzazione chimico-fisica delle emissioni inquinanti regolamentate e non e di quelle di rumore.

• Sviluppo di tecniche di sperimentazione su strada ed in laboratorio su veicoli per lo studio e la determinazione delle emissioni inquinanti in condizioni di utilizzo reale e normalizzato.

Per quanto riguarda i criteri di verifica, an-nualmente si procederà alla verifica del conse-guimento degli obiettivi programmati attra-verso una analisi critica dei rapporti di avan-zamento in cui verranno evidenziati i risultati raggiunti e le eventuali difficoltà incontrate. Entro il triennio si prevede di poter raggiun-gere una percentuale di realizzazione del 70 % degli obiettivi sopraelencati, tenendo presente comunque l’elevato numero di ricadute par-ziali di tali obiettivi generali . Nel seguito è riportato l’elenco dei principali deliverable, con in parentesi la data di conse-guimento: • Algoritmi di stima del misfiring e della de-

tonazione per il controllo motore (2005). • Codice termofluidodinamico parallelo con

chimica dettagliata ( 2005). • Metodi affidabilistici per la pianificazione

della manutenzione di sottosistemi critici per l’inquinamento da autotrazione (2005).

• Metodologia di interpretazione della com-bustione turbolenta in motori innovativi (2005-).

• Brevetto di un sistema VVA (2005) • Metodologia di valutazione dei sistemi di

iniezione a controllo elettronico (2006). • Ionization detector per motori SI and CI e

modellistica di interpretazione segnali (2006).

• Dimostratore di motore a gas naturale con emissioni “quasi zero”(2007).

• Sistemi per misura a bordo di emissioni in-quinanti (2007).

• Dimostratore di motore CI con combu-stione superdiluita (2007).

• Produzione di additivi per diesel da bio-masse (acetali) (2008).

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• Prototipo di VVA elettroidraulico (2008)

• Metodo Nazionale (armonizzato Europeo) di valutazione di veicoli in uso reale (2009)

Ulteriori elementi di verifica a breve ( 2005-2006) derivano dal conseguimento dei risultati dei contratti di ricerca con terzi che, ovvia-mente, saranno onorati e rendicontati. Tali e-lementi, facilmente verificabili dal piano di ge-stione preliminare, sono assolutamente pre-dominanti nel 2005 le cui attività sono in piena attuazione. 2.2.4 Risorse umane, finanziarie e strumentali L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 1.250 per il 2005, 1.350 per il 2006 e1.450, per il 2007. Le risorse strumentali principali consistono principalmente in attrezzature per un valore di 25 M/€, come 15 sale prova motori attrez-zate per potenze installate diverse e tipologie di motori diverse; 4 laboratori di supporto com-plementari attrezzati (chimica, elettronica, meccanica, metrologia). La tabella 2e riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 2.2.5 Competenze interne utilizzate Lo sviluppo delle commesse si basa sulle nu-merose competenze interne legate alla plu-riennale esperienza degli Istituti nello specifico settore. In particolare si ricordano le compe-tenze di Fluidodinamica numerica e sperimen-tale, di catalisi e produzione di combustibili al-ternativi, di sviluppo di metodologie di prova di motori e di tecniche diagnostiche non intru-siva, di prototipazione rapida di leggi di con-trollo e più in generale di controllo elettronico del motore e da ultimo le capacità gestionali ed operative nella conduzione programmi di ricerca “object oriented” anche di dimensioni notevoli per lo specifico settore.

2.2.6 Collaborazioni esterne

Le collaborazioni in atto già nel 2005 sono numerose e comprendono le principali azien-de italiane del settore (CRF, dell’Orto, Enitec-nologie, Elasis, Ferrari, Iveco, Lombardini, tanto per citarne alcune), i partners dell’Unione Europea che cooperano ai pro-getti in atto e quelli dell’EARPA che associa le principali istituzioni europee di ricerca indi-pendenti del settore “automotive”. A livello na-zionale si ricordano la Regione Campania con i suoi Centri di Competenza “Trasporti” ed “Analisi e Monitoraggio del Rischio Ambienta-le” ed altri Enti locali. A livello universitario, il Progetto può contare su di un network conso-lidato di Dipartimenti Universitari italiani e stranieri che storicamente collaborano con gli Istituti del Dipartimento stesso. La recente firma dell’accordo con AVIO SPA per attività nel settore della combustione in pro-pulsori aeronautici e la prospettiva di un ulte-riori accordi con PIAGGIO su motori per motoci-cli e nel settore “Traffico e Ambiente”, arric-chisce il quadro delle interazioni del progetto con prestigiose partnerships pubbliche ed in-dustriali . 2.2.7 Tempi previsti Il progetto è a lungo termine e segue gli svilup-pi di analoghe attività in Italia e all’estero se-condo una scansione temporale come mostra-to in tabella 2f. 2.2.8 Condizioni di fattibilità Il progetto ha naturalmente elevate chance di successo nel breve termine in cui, evidente-mente, conta molto l’operatività dei gruppi di ricerca consolidati (che hanno assunto impe-gni con terzi certamente sulla base di analisi di fattibilità tecnico-economiche efficaci).

Tabella 2e- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)

40


2005 11,49 6,00 2,78 14,27 2006 11,23 3,85 2,78 14,01 2007 10,92 4,12 2,78 13,70

Occorre tuttavia, sottolineare che, nel corso degli ultimi anni, si è registrato un consistente impoverimento negli organici degli Istituti affe-renti e le risorse attuali sono tutte impegnate sulle attività in corso. In questa situazione, tra l’altro, anche la capacità del Dipartimento di orientare le future linee di ricerca appare assai limitata. Alcuni Istituti, per di più, debbono, sempre per mancanza di risorse professionali, rinunciare ad acquisire nuove commesse. Infatti, non è sempre possibile superare questo problema con il ricorso a risorse professionali a tempo

determinato (che gia coprono almeno il 25% delle esigenze) e che comunque debbono esse-re addestrate da personale esperto già note-volmente impegnato nell’attività di ricerca di-retta. Un efficace programma triennale di inse-rimento di nuovi giovani a tempo indetermina-to determinerà un consistente impegno di ri-sorse professionali esperte in attività formative almeno di medio periodo. Infine, la certezza sulla continuità e tempestività dei flussi finan-ziari consentiranno certamente un migliore u-tilizzo delle risorse disponibili.

Tabella 2f- Sviluppo temporale delle attività

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Sviluppo Metodologie

Tecnologie catalitiche per la produzione di

combustibili ossigenati

Sviluppo detectors combustione

Dimostratore Motore Gas Naturale

Dimostratore Motore a C.I. Superdiluita

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

2.3 P3. Generazione distribuita di energia



1


Il modello di Generazione Distribuita di Ener-gia (DER) nasce principalmente dal deciso ri-pensamento in atto nel settore della produzio-ne e distribuzione di energia causato dalla in-sorgenza di nuovi fattori economici ed ambien-tali. Gli elementi chiave di questo cambiamen-to sono: • liberalizzazione del mercato dell’energia • fenomeni di convergenza nei settori di di-

stribuzione e fornitura di combustibili fos-sili, gas, elettricità e servizi

• volatilità e non prevedibilità delle risorse convenzionali disponibili e dei loro prezzi

• l’accettazione ed il previsto ingresso di nuove tecnologie di produzione e conver-sione di energia

• l’emergenza ambientale • la garanzia e la sicurezza nella fornitura e

nella qualità del prodotto. Il modello emergente di generazione “decen-tralizzata” di energia su piccola scala permette di localizzare il generatore nelle vicinanze del carico, con reciproci vantaggi per il produttore ed il consumatore di ridurre il costo di elettrici-tà e calore, permettendo l’utilizzo di sistemi co- e rigenerativi efficienti, l’utilizzo di fonti rinnovabili e tecnologie innovative. Nel settore il DOE opera un Distributed Power Program attraverso le iniziative dell’Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE) office. L’Unione Europea gestisce programmi tra lo-ro collegati aventi come finalità lo sviluppo di nuove tecnologie, lo sviluppo di normative e l’incremento della produzione di energia in metodologia distribuita. L’UE affida, inoltre, alle celle a combustibile ed all’utilizzo dell’idrogeno particolari attività programma-tiche per l’implemento dell’utilizzo dell’ener-gia distribuita. In questo nuovo scenario, il sistema Italia, at-traverso la formulazione di documenti tecnico-scientifici nell’ambito del PNR e nel libro Bian-

co del Ministero Ambiente, ha identificato nel-lo sviluppo di nuove tecnologie compatibili con gli obiettivi programmatici il principale obiet-tivo da perseguire. Le competenze CNR sviluppate nel corso degli anni (ITAE, IENI, IRC) nell’ambito dello sviluppo di materiali, componenti, prototipi e sistemi, che hanno permesso di raggiungere una posi-zione di leadership in Italia e una presenza co-stante nell’ambito di progetti europei, rap-presentano un patrimonio da ulteriormente valorizzare con azioni coordinate in coopera-zione con industrie manifatturiere e di distri-buzione di servizi. 2.3.2 I risultati già conseguiti, i fatti nuovi

emersi e i conseguenti aggiornamenti Il progetto è stato costruito in base a criteri di integrazione di competenze e di capacità strumentali, fra ricerca accademica ed indu-striale, applicazioni di pre-esistenti esperienze in altri settori e loro valorizzazione, attività scientifica e di sviluppo riconosciuta a livello internazionale, condivisione di problematiche da risolvere e tipologia di materiali da svilup-pare. Le attività fin qui svolte hanno permesso di maturare esperienze ed ottenere risultati su: • nuovi materiali attivi e strutturali per Celle

a combustibile a bassa temperatura (DAFC – PEFC);

• messa a punto di tecnologie avanzate per la formatura dei dispositivi e ottimizzazio-ne dei processi elettrochimici, con miglio-ramento tecnologico del prodotto e sua in-tegrazione in prodotti a specifica industria-le.

L’attività ha permesso, attraverso un approc-cio parallelo di R&S e dimostrazione, il rag-giungimento di un grado di maturità nella co-noscenza della tecnologia tale da guidare la successiva fase di sviluppo.

42

Analogamente per le celle a combustibile ad alta temperatura sono state messe a punto nuove metodologie di sintesi e formatura con

particolare riferimento a nuovi materiali elet-trolitici e alla messa a punto di tecnologie a-vanzate per la formatura dei dispositivi, l’ottimizzazione dei processi elettrochimici e lo sviluppo di nuovi approcci per l’utilizzo diret-to di combustibili fossili. L’attività effettuata ed i risultati ottenuti hanno permesso di strin-gere forti alleanze con il settore industriale in-teressato allo sviluppo di queste tecnologie. L’energia distribuita acquista valore aggiunto in condizioni operative di co- e tri-generazione. Per queste motivazioni sono state effettuate at-tente valutazioni, teoriche e sperimentali, dei target di efficienza e di costo di pompe di calo-re alimentate ad energia termica. L’attività ha riguardato una puntuale individuazione degli sviluppi tecnologici necessari a promuovere la penetrazione di sistemi CHP con FC, una estesa fase di ricerca e sviluppo di componenti inno-vativi, principalmente materiali adsorbenti con caratteristiche di conducibilità termica otti-mizzate. E’ stata condotta una fase di dimo-strazione per la verifica del funzionamento di prototipi in diverse condizioni di carico elettri-co-termico in modo da valutarne, su scala di interesse commerciale, l’efficacia e le proble-matiche tecnologiche ancora irrisolte. A corollario e supporto di queste attività sono state sviluppate ricerche di base finalizzate alla messa a punto e lo sviluppo di procedure di sintesi e caratterizzazione di materiali alterna-tivi (polveri e film di ossidi a struttura perovski-tica, ossidi misti tipo ceria quali conduttori io-nici di ossigeno e di ossidi ferroelettrici), svi-luppo di tecniche per la formatura di film e na-stri meltspinned di leghe metalliche, sviluppo di processi fusori di compositi in lega, sviluppo ed ottimizzazione di formulazioni per la realiz-zazione di manufatti ceramici mediante colag-gio su nastro). Questi materiali sono caratteriz-zati da una prevalenza strategica nello svilup-po delle celle a combustibile per le loro intrin-seche caratteristiche chimico-fisiche e per la loro potenzialità in termini di stabilità e costi. I risultati ottenuti hanno permesso di ottenere correlazioni tra caratteristiche delle polveri, i parametri di processo e le proprietà dei sinte-rizzati. A livello di sistemi le competenze e le attività ef-fettuate hanno permesso la messa a punto di studi di fattibilità relativi ad impianti di produ-zione di energia da combustibili alternativi ba-sati su biomasse e rifiuti, sistemi cogenerativi FC-Pompe di calore, impianti solare-eolico-FC destinati ad utenze limitate e che possano pro-

durre, in base alle specifiche esigenze, energia termica ed elettrica. 2.3.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Il progetto si articola in cinque commesse: • Celle a combustibile a bassa temperatura

(DAFC – PEFC) − sviluppo di nuovi componenti, in parti-

colare membrane operanti a T supe-riore all’attuale (100- 120°C) in assenza di umidità e nuove tipologie di anodi e catodi a bassissimo carico di metalli nobili. Sistemi di formatura ed archi-tettura per elettrodi in grado di garan-tire operatività a basse pressioni di uti-lizzo. Catalizzatori attivi per l’ossida-zione di alcoli. Membrane operanti a T ambiente- 50°C.

− sviluppo di prototipi di stack fra 300 e 500 W.

− disegno e modellistica di sistemi, dimo-strazione di sistemi applicativi.

• Celle a combustibile ad Alta Temperatura (MCFC – SOFC) − sviluppo di componenti innovativi per

SOFC: elettroliti operanti a T interme-dia (700- 800°C). Nuove tipologie di a-nodi per l’utilizzo diretto di combu-stibili (metano, propano, GPL). Catodi a conducibilità mista (ionica-elettro-nica).

− sviluppo di prototipi di stack fra 300 e 500 W.

− sviluppo di nuove miscelazione stabili di elettroliti per MCFC.

− disegno e modellistica di sistemi coge-nerativi utilizzanti SOFC e MCFC in ac-coppiamento con pompe e scambiatori di calore.

• Pompe di calore alimentate da energia termica − materiali adsorbenti con temperatura

di desorbimento minima e con capaci-tà di assorbimento superiore al 20% in peso.

43

− realizzazione di un assorbitore con ot-timali caratteristiche di scambio termi-co. Realizzazione di un prototipo di macchina ad adsorbimento alimentata da energia termica a bassa temperatu-ra (utilizzante calori di scarto).

• Materiali metallici e ceramici per l’accumulo, la produzione e la distribu-zione dell’energia − sviluppo di metodologie di sintesi,

processing e caratterizzazione di polve-ri e rivestimenti a base metallica ed os-sidica con particolare riferimento alla formatura (ISTEC CNR) di elettrodi ed e-lettroliti per SOFC.

− ampliamento delle competenze nella metallurgia fisica e nella tecnologia di leghe metalliche funzionali.

• Combustibili alternativi: valorizzazione di biomasse e rifiuti − sviluppo di tecnologie di combustione e

gassificazione di biomasse e residui da cicli di produzione. Sviluppo di quadri di riferimento del comportamento di combustibili non convenzionali.

Deliverable: Per la verifica del raggiungimento degli obiet-tivi del Progetto e, tenuto conto delle diversità, complessità ed interdisciplinarietà delle diffe-renti attività i criteri da adottare dovranno es-sere necessariamente flessibili ed indirizzati per materiali e componenti, alla verifica delle caratteristiche ottenute (chimico-fisiche, strut-turali, conversione…). Il raggiungimento di un target quantitativo in un intervallo 80-90%, in funzione della difficoltà e del pay-off dell’atti-vità, può essere adottato come parametro. Pro-totipi e sistemi andranno valutati in termini di caratteristiche tecniche ed operative in funzio-ne della tecnologia utilizzata e del tipo di ap-plicazione finale. Target di ottimizzazione delle performance, aumento del tempo di vita e ri-duzione costi dovranno far parte della proget-tualità e rappresenteranno criterio di valuta-zione. 2.3.4 Risorse umane, finanziarie e strumentali L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 820 per il 2005, 850 per il 2006 e 850, per il 2007.

Il Progetto usufruirà di : tecniche avanzate per la caratterizzazione strutturale, chimica, mor-fologica, superficiale, termica, elettrica ed elet-trochimica di materiali e componenti; Stazioni di prova per celle a combustibile (da cella sin-gola a stack fino a 10kW); Stazioni di prova per impianti cogenerativi e trigenerativi di piccola potenza. La tabella 2g riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 2.3.5 Competenze interne utilizzate Le competenze interne utilizzate (presenti so-prattutto nell’ITAE, IENI e IC) riguardano prin-cipalmente: lo studio di materiali (polimeri, ce-ramici avanzati, materiali adsorbenti, leghe metalliche funzionali), la catalisi, l’elettro-chimica, l’ingegneria meccanica, elettrica e dei materiali, la chimica di base ed applicata, informatica e matematica (sviluppo di modelli di simulazione) processi di formatura per la realizzazione di film spessi e sottili, porosi e full density. Inoltre le tecnologie di processo neces-sarie per la progettazione, realizzazione, im-plementazione di sistemi innovativi o per la ri-qualificazione di impianti preesistenti. E’ ritenuto necessario il proseguimento della collaborazione con i progetti P2 (trasporti) e P4 (idrogeno) per attività di spin-off (mezzi a celle a combustibile, stazioni di rifornimento) e di sviluppo di sistemi (produzione in situ, ac-cumulo). 2.3.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Il Progetto, attraverso gli Istituti coinvolti, ha numerosi contratti in essere o in fase di avvia-mento con l’Industria Manifatturiera Naziona-le (NUVERA FC, ANSALDO FC, ARCOTRONICS, Eu-rocoating, Merloni) ed europea (Nedstack, Sol-vay, JM). Sono state avviate attività di spin-off per lo sviluppo di componenti nel settore au-tomobilistico (Toyota, Daimler-Chrysler, CRF, Nissan).



2005 7,33 3,27 0,97 8,30 2006 7,16 2,10 0,97 8,13 2007 6,97 2,25 0,97 7,93

44

Il progetto ha inoltre un forte coinvolgimento in attività a respiro europeo (tre progetti euro-pei in corso e cinque proposte presentate di cui si attende valutazione). Esistono collaborazioni in atto con l’industria di sviluppo e gli utilizza-tori finali nel settore dell’elettronica portatile e con le società di distribuzione gas ed energia elettrica (ENI, ITALGAS, ENEL, EDF). Particolare enfasi è stata e sarà destinata al rapporto con le amministrazioni pubbliche destinate alla ge-stione di politiche energetiche sul territorio (regioni, provincie, comuni e loro enti attuato-ri) 2.3.7 Tempi previsti Il progetto è a lungo termine e segue le analo-ghe attività sviluppate in Italia e all’estero se-

condo lo sviluppo temporale esposto nella ta-bella 2h. 2.3.8 Condizioni di fattibilità I principali fattori sono collegati alla partenza del progetto FISR del MIUR, (v.parag.2.1) che garantisce finanziabilità ed operatività verso gli obiettivi di progetto. Inoltre la disponibilità di nuovo personale tecnico-scientifico con competenze gestionali e l’adegua-mento della strumentazione completano le condizioni di fattibilità minime. E’ altrettanto importante la disponibilità della necessaria dotazione ordi-naria per rispondere alle richieste di co-finan-ziamento.

Tabella 2h- Sviluppo temporale delle attività

45

OB. 12

OB. 11

OB. 10

OB. 9

OB. 8

OB. 7

OB. 6

OB. 5

OB. 4

OB. 3

OB. 2

OB. 1

1° QUADRIMESTRE 2° QUADRIMESTRE 3° QUADRIMESTRE

2005 2006 2007

1° QUADRIMESTRE 2° QUADRIMESTRE 3° QUADRIMESTRE 1° QUADRIMESTRE 2° QUADRIMESTRE 3° QUADRIMESTRE

2008

2.4 P4. Idrogeno: produzione, trasporto, distribuzione e utilizzo



0

2.4.1 Cenni allo scenario nazionale ed inter-nazionale e motivazione della presenza del CNR

I sistemi energetici basati sul vettore idrogeno possono fornire delle opzioni pratiche in tutti i settori energetici, nei trasporti, nell’industria e nei servizi. L’idrogeno può essere un ottimo accumulatore di energia per lo sfruttamento di risorse energetiche rinnovabili ma intermit-tenti (ad esempio PV ed eolico). L’uso dell’i-drogeno, assieme a tecnologie di decarboniz-zazione e confinamento dell’anidride carbo-nica, può limitare l’impatto ambientale dell’uso continuato dei combustibili fossili tradizionali. Per un uso massiccio del vettore energetico idrogeno, devono ancora essere su-perate numerose barriere scientifiche, tecno-logiche e, quindi, economiche. In particolare, filiere tecnologiche fondamentali quali la pro-duzione, lo stoccaggio e il trasporto dell’idrogeno, necessitano di un significativo sviluppo in termini di ricerca per raggiungere target commercialmente accettabili. Le varie tecnologie sviluppate su questi temi devono integrarsi con quelli relativi all’utilizzazione per dare corpo ad un sistema energetico com-pleto. Numerose nazioni hanno unito i loro sforzi su un programma Idrogeno sotto gli au-spici della International Energy Agency (IEA) mentre la Comunità Europea ha varato l’European Hydrogen & Fuel Cell Technology Platform quali strumenti di supporto e di stra-tegia. Sono stati individuati vari obbiettivi sia a medio che a lungo termine. L’idrogeno può essere ottenuto da combusti-bili fossili o biomasse mediante processi termi-ci o catalitici, oppure con elettrolizzatori ali-mentati da energia elettrica ottenuta da ener-gie rinnovabili. I principali obiettivi della ricer-ca nel campo della produzione di idrogeno so-no la riduzione dei costi, il miglioramento dell’efficienza dei sistemi ed il raggiungimento della fattibilità tecnico-economica dei sistemi di separazione della CO2. In particolare, è ne-cessario ottimizzare i processi disponibili come il thermal splitting da carbone, lo steam refor-

ming del metano e di idrocarburi leggeri e la gassificazione multi-fuel in modo da garantire la produzione di idrogeno puro anche in con-dizioni transitorie ed a potenze ridotte. È im-portante anche sviluppare sistemi per applica-zioni residenziali e per stazioni di rifornimen-to. L’elemento chiave per l’uso dell’idrogeno come vettore energetico è la possibilità di im-magazzinare l’idrogeno in una forma ad alta densità d’energia. Questa è una grande sfida scientifica che riguarda la scienza dei materia-li. I principali metodi di stoccaggio sono le bombole ad alta pressione, i recipienti crioge-nici, i processi di adsorbimento su materiali ad alta area superficiale (ad esempio i carbon na-notubes) e gli idruri metallici e complessi. Per una transizione graduale ad una economia sempre più basta sull’idrogeno si può usare l’idrogeno in miscela con combustibili fossili tradizionali in sistemi innovativi di combustio-ne in modo da ottenere una migliore efficienza di combustione con la riduzione degli inqui-nanti. Il progetto si articola su cinque “commesse”: • Produzione ed uso di H2 puro ed in misce-

le (Commessa ET-P04-IRC-C4). • Produzione di idrogeno e separazione del-

la CO2 (Commessa ET-P04-ITAE-C3). • Sistemi di accumulo di idrogeno (Commes-

sa ET-P04-ITAE-C6). • Diagnostica avanzata per materiali innova-

tivi, energetica ed ambiente (Commessa ET-P04-IENI-C4).

• Materiali e processi per l’elettrochimica dell’idrogeno (Commessa ET-P04-IENI-C5).

2.4.2 I risultati già conseguiti, i fatti nuovi

emersi e i conseguenti aggiornamenti.

46

Nel corso degli anni gli Istituti maggiormente coinvolti (ITAE, IENI, IRC) hanno già raggiunto notevoli risultati in termini di strumentazione ed expertise sulle tematiche del progetto. In particolare, i risultati per il 2004 sono stati i seguenti:

• Sviluppo di tecnologie catalitiche a basso impatto ambientale, elevata efficienza ed intrinsecamente sicure per la produzione di combustibili alternativi carbon-free e per la combustione di idrogeno, miscele idrogeno-metano a temperatura controlla-ta. Modellistica di processo.

• Sviluppo di catalizzatori per le reazioni di reforming (oxy, autotermico) di idrocarburi leggeri (metano, GPL) e di combustibili li-quidi (metanolo, etanolo, benzine) e studio dell’ossidazione selettiva del CO. È stato progettato e realizzato un impianto di ge-nerazione di idrogeno da 5 kW eq, alimen-tato a metano e/o GPL. Si sono e si stanno sviluppando membrane per la separazione della CO2 e di altri inquinanti gassosi.

• Studio di sistemi di accumulo di idrogeno in materiali nanostrutturati (nanotubi di carbonio) e su idruri metallici. L’attività è per ora principalmente incentrata sulla ca-ratterizzazione dei materiali per l’accu-mulo, con la misura sperimentale delle ca-pacità di accumulo e lo sviluppo di modelli matematici di simulazione del sistema di assorbimento.

• Sintesi di polveri nanofasiche di ossido di titanio che presentano buone proprietà fo-tocatalitiche, caratterizzazione morfologica e determinazione delle proprietà ottiche delle nanoparticelle. Si continua a miglio-rare le tecniche diagnostiche di spettrosco-pia laser per lo studio dei processi di com-bustione.

• Preparazione di elettrodi compositi, effetto di nucleazione, crescita e distacco delle bolle di gas generate elettrochimicamente sull’efficienza degli elettrolizzatori. Si è studiata e si studia l’intercalazione di i-drogeno in metalli e leghe e l’uso di idruri in batterie. Si sta effettuando la caratteriz-zazione di elettrodi a diffusione di gas me-diante EIS.


rifica del loro conseguimento. L’obiettivo generale del progetto Idrogeno è lo studio di tecnologie e processi innovativi per preparare il futuro “sistema idrogeno”. Gli obiettivi programmatici per il triennio 2005-2007 sono i seguenti: • Ob. 1- Messa a punto di sistemi catalitici

strutturati (monoliti a nido d’ape, schiu-

me) per processi di reforming ossidativo di combustibili fossili e purificazione delle correnti di idrogeno prodotte.

• Ob. 2- Studio dei processi catalitici a letto fluidizzato per la produzione di idrogeno.

• Ob. 3- Sviluppo di processi sicuri per la combustione di H2 e miscele H2-CH4.

• Ob. 4- Metodologia per valutazione dell’attività e della stabilità catalitica di ca-talizzatori per le reazioni di reforming (2005, 2006, 2007).

• Ob. 5- Realizzazione di un’unità precom-merciale per la generazione di H2 da idro-carburi fossili in scala 1-10 kW equivalenti (2007).

• Ob. 6- Integrazione di un sistema di gene-razione di H2 con sistemi di celle a combu-stibile (2006).

• Ob. 7- Realizzazione di materiali per la se-parazione di CO2 e di catalizzatori per l’abbattimento di inquinanti gassosi (2007).

• Ob. 8- Sintesi di nanotubi di carbonio con elevato grado di regolarità strutturale e morfologica con l’individuazione di un protocollo di purificazione-funzionaliza-zione selettivo ed efficace.

• Ob. 9- Messa a punto di una metodologia sperimentale per la misura della capacità di accumulo di idrogeno in un ampio in-tervallo di p, T (1-100 bar, 20-300 °C).

• Ob. 10- Realizzazione di un sistema di ac-cumulo di idrogeno con tempi di ricarica inferiori ai 30 min.

• Ob. 11 Sintesi di nanoparticelle con elevata proprietà fotocatalitica (2005-2006) e rea-lizzazione di elettrodi per lo splitting foto-catalitico dell’acqua (2007).

• Ob. 12- Studio della combustione di com-bustibili fossili arricchiti di idrogeno in si-stemi tradizionali e innovativi (2006-2007).

• Ob. 13- Preparazione di elettrodi compositi per elettrolizzatori (2006).

• Ob. 14- Studio dei processi di idrurazione di metalli e leghe e preparazione di idruri metallici per batterie per l’accumulo di H2 e di energia (2006).

• Ob. 15- Caratterizzazione di elettrodi a dif-fusione di gas EIS e descrizione modellisti-ca (2007).

Criteri di verifica

47

Annualmente si procederà alla verifica del conseguimento degli obiettivi programmati at-traverso una analisi critica dei rapporti di a-

vanzamento in cui verranno evidenziati i risul-tati raggiunti e le eventuali difficoltà incontrate. I principali deliverable che si prevede possano essere conseguiti durante il triennio sono: • Realizzazione di reattori strutturati per la

produzione di idrogeno “CO-free” da idro-carburi leggeri.

• Codici di calcolo per la simulazione di pro-cessi catalitici di produzione di idrogeno.

• Codici di calcolo per la simulazione di pro-cessi di combustione di idrogeno e di mi-scele idrogeno-metano.

• Realizzazione di un’unità precommerciale per la generazione di H2 da idrocarburi fos-sili in scala 1-10 kW equivalenti (2007).

• Prototipi di reattori per la purificazione dell’idrogeno da gas di sintesi (2007).

• Prototipo di un bruciatore per la sintesi di polveri nanometriche di TIO2 con buone caratteristiche fotocatalitiche con una po-tenzialità di circa 1 gr /h (2006).

• Elettrodi compositi per sviluppo di gas (2006). • Materiali nanostrutturati per l’accumulo

di idrogeno (2007) • Sistema di accumulo di idrogeno con tem-

pi di ricarica inferiori ai 30 min (2007). 2.4.4 Risorse umane, finanziarie e strumentali L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 620 per il 2005, a 640 per il 2006 e a 655 per il 2007. Le principali risorse strumentali consistono nella strumentazione e nelle attrezzature già disponibili negli Istituti e che verranno impie-gate per l’esecuzione del progetto Idrogeno. Ad esempio, nelle varie unità operative sono già presenti: sistemi gascromatografici, micro-scopi elettronici a trasmissione (TEM), a scan-sione (SEM) e diffrazione elettronica (ED), mi-croscopi a forza atomica (AFM), porosimetro a mercurio, analizzatori termici (DSG, TG e DTA), potenziostati, analizzatori in frequenza, mi-crobilance, sistemi termogravimetrici e sistemi per spettroscopia laser.

Tali apparecchiature possono garantire la pro-secuzione delle attività all’80% per i primi an-ni. Per il raggiungimento completo degli obiet-tivi si prevede di acquistare ulteriore strumen-tazione con i fondi dei contratti in essere o ul-teriori fondi da reperire. Le principali attrezza-ture da acquisire sono: cromatografo ad alta risoluzione (HPLC), sistema di Chemical Vapour Deposition, uno strumento di Sievert, termobi-lance e un sistema laser accordabile in fre-quenza. La tabella 2i riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 2.4.5 Competenze interne utilizzate. Lo sviluppo delle commesse si basa sulle nu-merose competenze interne che riguardano: i processi di produzione di idrogeno, quali quel-li di idrogasificazione, e l’utilizzo dell’idro-geno puro o in miscela, la chimica di base ed applicata per la sintesi e caratterizzazione di materiali assorbenti, l’ingegneria per la realiz-zazione di prototipi, lo sviluppo di processi di generazione di H2 e lo sviluppo di processi e si-stemi per la separazione di inquinanti gassosi, la strumentazione avanzata e lo sviluppo di diagnostiche laser per la caratterizzazione del-la combustione, dei materiali innovativi e dei processi di fotoelettrochimica, i fenomeni elet-trochimici per lo studio dei polimeri, gli idruri, gli ossidi e le leghe metalliche. 2.4.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili. Sono già in essere collaborazioni con Universi-tà ed Enti di Ricerca nazionali ed internaziona-li sulle tematiche dell’Idrogeno. In particolare sono attive collaborazioni con UniNa, UniMi, UniUd, UniMe, UniSa, PoliTo, PoliMi, CRF, ENEA, ENEL, INFM-Bo. Si sta attivando un Grou-pement de Recherche Européen (GDRE) Fran-co-Italiano sul tema: Energetics and Safety of Hydrogen, oltre al CNR, ne fanno parte per l’Italia le Università di Napoli, Pisa, Roma1 e Politecnico di Milano e l’ENEA.

Tabella 2i- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)

48


2005 5,13 0,97 0,55 5,68 2006 5,01 0,62 0,55 5,57 2007 4,88 0,67 0,55 5,43

Da parte francese hanno dato l’assenso i laboratori del CNRS di Orléans, Lille, Poitiers, Rouen, Chatenay-Malabry e Lyon assieme all’Università di Orléans. Numerosi sono i contratti attivi sulle tematiche del Progetto Idrogeno. 2.4.7 Tempi previsti Il progetto Idrogeno è a lungo termine e non può esaurirsi entro il triennio 2005-2007. Nella tabella 2l viene evidenziato lo sviluppo tempo-rale delle attività per il raggiungimento degli obiettivi precedentemente elencati e che sono legati a contratti già in essere. Alcune attività, a carattere più generale, proseguiranno oltre il 2007. Modifiche della tempistica sono possibili e possono dipendere dall’acquisizione di nuo-

vi fondi e personale da dedicare alle varie atti-vità. 2.4.8 Condizioni di fattibilità. In generale occorre notare che il progetto ha bisogno di una certezza e continuità di finan-ziamenti e della possibilità di assunzione di personale. In particolare deve essere rimpiaz-zato del personale tecnico perduto per pensio-namento. I contratti in essere, se verranno rifi-nanziati per il triennio, garantiscono una buo-na congruità tra le risorse e i risultati attesi. Un incremento di risorse e, soprattutto, di perso-nale, è comunque auspicato.

Tabella 2 l- Sviluppo temporale delle attività

49

2.5. P5. Partecipazione ai programmi nazionali e internazionali sulla Fusione


0

2.5.1 Scenario nazionale ed internazionale e motivazioni della presenza del CNR

La ricerca italiana sulla fusione a confinamen-to magnetico è coordinata e cofinanziata a li-vello europeo dall’EURATOM tramite l’asso-ciazione EURATOM-ENEA; gli accordi ENEA-CNR ed ENEA-Consorzio RFX costituiscono parte in-tegrante del citato contratto di associazione e consentono di avere un sistema integrato. Al contratto di associazione si affiancano gli accordi multilaterali europei, rispettivamente per la mobilità del personale di ricerca ed EFDA per lo sviluppo di JET, di ITER e delle tecnolo-gie. Il futuro programma europeo è incentrato sul-la costruzione e utilizzo dell’ “International Thermonuclear Experimental Reactor” (ITER), le cui modalità organizzative sono in via di de-finizione; l’Europa ritiene di avere titolo per essere il partner principale dell’esperimento ed ospitare ITER a Cadarache in Francia. In Italia i centri di ricerca presenti sono, oltre al CRE-ENEA (Frascati), il Consorzio RFX (Pado-va) – di cui il CNR è socio e della cui complessa architettura l’IGI costituisce l’asse portante – e l’Istituto IFP-CNR (Milano); a tali ricerche par-tecipano inoltre alcuni gruppi universitari. I due esperimenti italiani principali sono il To-kamak FTU (Frascati), di cui l’IFP-CNR ha in ca-rico il sistema di riscaldamento a microonde alla risonanza ciclotronica elettronica (ECRH), e il Reverse Field Pinch RFX (Padova). Il progetto fusione del CNR permette di svilup-pare le competenze di fisica e tecnologia già presenti, di utilizzare in modo ottimale gli im-pianti esistenti, di preparare ulteriori compe-tenze ed investimenti a supporto di ITER. Il progetto presentato consente inoltre, per le collaborazioni industriali previste, di migliora-re la competitività dell’industria nazionale in settori rilevanti per la fusione.

2.5.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-mersi e conseguenti aggiornamenti

Questo progetto si integra nel complesso di ri-cerche sviluppate in Europa per l’ottenimento di energia da processi di fusione termonuclea-re; il grado di avanzata conoscenza raggiunto nei processi di base ha portato in particolare alla decisione internazionale di procedere ra-pidamente verso la realizzazione di ITER, con-tinuando in parallelo la ricerca per lo sviluppo di fisica e tecnologia. Completata la ricostruzione di RFX con le nuo-ve modifiche introdotte nel sistema elettroma-gnetico, a dicembre 2004 è ripresa l’attività sperimentale. Gli studi su RFX hanno permesso di identificare stati rilassati del plasma di tipo “Single Helicity”, di controllare per la prima volta i “modi MHD interni”, di identificare i principali meccanismi di interazione plasma-parete e di ridurre attraverso procedure di condizionamento il livello di contaminazione. Nell’ambito dello sviluppo del JET, si è colla-borato al miglioramento delle diagnostiche (Thomson scatterig ad alta risoluzione, dia-gnostiche magnetiche in-vessel e misure di “halo current”) e nella realizzazione di una nuova antenna per il sistema di riscaldamento ICRH. E’ stato pure sviluppato tramite studi ed estese prove sperimentali un interruttore in vuoto per elevate correnti continue (50kA, 24 kV) da uti-lizzare per i circuiti di protezione degli avvol-gimenti superconduttori di ITER. Nell’anno 2004 è stato portato a termine un primo contratto di studio con EFDA in vista del-la realizzazione di un sistema prototipo di ri-scaldamento addizionale del plasma per ITER che utilizza un fascio di neutri da ioni negativi; tale primo studio ha confermato la fattibilità del progetto. Un nuovo contratto, per ulteriori approfondimenti, ha preso avvio all’inizio del 2005.

50

I risultati raggiunti a seguito dell’attività spe-rimentale su FTU(ENEA) e JET (EFDA) e della ese-cuzione di sotto contratti attivi EFDA-Euratom,

consistono in: a) pubblicazioni di livello inter-nazionale di risultati scientifici sperimentali e teorici di fisica del plasma, ottenuti operando in sede e su grandi esperimenti; b) documenta-ta competenza e capacità realizzativa di com-ponenti di qualità per impianti a radiofre-quenza (RF) di potenza e di segnale, nella ban-da delle onde millimetriche per applicazioni in esperimenti internazionali di fusione (JET, I-TER, FTU, W-VIIX, TCV) e per apparecchiature di misura radiometriche per satelliti astronomici; c) sviluppo autonomo di modelli e codici nu-merici per applicazioni di fisica del plasma ed elettromagnetismo; d) addestramento di per-sonale all’uso di software professionale per calcoli di elettromagnetismo. I risultati raggiunti, come ricadute applicative della ricerca sulla fusione, sulla base di 2 pro-getti finanziati dall’Associazione EURATOM-ENEA e 3 progetti finanziati da industrie italia-ne, comprendono: a) sviluppo di processi e brevetti di trattamento di materiali mediante plasmi termici/freddi per il conferimento di nuove proprietà funzionali a tessuti, metalli, carte antiche; b) sviluppo di processi al plasma per la distruzione di sostanze tossico-nocive. 2.5.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Le linee guida del progetto sono dirette princi-palmente a sviluppare, tramite studi e prove di carattere sperimentale, il controllo delle insta-bilità MHD presenti nel plasma, i sistemi di ri-scaldamento addizionale e le tecnologie e i processi al plasma. La sperimentazione in RFX sulla dinamica dei modi MHD prevede, nel primo anno di ripresa dell’attività sperimentale, l’ottimizzazione dei nuovi sistemi di alimentazione e del sistema di controllo integrato in tempo reale delle instabi-lità di plasma; in parallelo vi è la necessità di ampliare e integrare i sistemi diagnostici (nuo-ve misure magnetiche, Thomson scattering, Neutral Beam diagnostico). La sperimentazione sarà dedicata alla caratte-rizzazione del comportamento del plasma fino a correnti di 1 MA. Nei due anni successivi, ol-tre a completare i sistemi diagnostici e installa-re gli iniettori di pellet, verrà sperimentato il controllo attivo dei modi MHD, utilizzando le 192 bobine a sella, con particolare riguardo al-lo studio dei regimi avanzati e al controllo non assialsimmetrico dei modi di tipo tearing e

RWM. Tali studi sono di particolare interesse anche per la linea di ricerca tokamak, dove le tecniche di controllo dei modi risultano utili per accedere ai regimi di confinamento avan-zato. L’esecuzione del programma minimo ri-chiede 5 anni; tale tempo è necessario per e-splorare le potenzialità delle opzioni di control-lo introdotte. Il raggiungimento di tale obietti-vo è tuttavia legato alla disponibilità di risorse nel triennio. L’EURATOM, committente delle ri-cerche, attua una verifica periodica dei risulta-ti conseguiti attraverso il Comitato di Gestione dell’Associazione EURATOM-ENEA. Qualora la costruzione di ITER avvenga in Eu-ropa, si prevede che Padova possa ospitare il laboratorio per lo sviluppo e prova degli Iniet-tori di Neutri da Ioni Negativi, acquisendo la responsabilità di tale linea di attività. L’obbiettivo di quest’anno, in attesa di una decisione sul sito, è di procedere con gli studi per mettere in luce gli elementi critici dell’iniettore e individuare le soluzioni ottima-li (esempi di punti critici sono il passante in al-ta tensione delle alimentazioni elettriche, la sorgente di ioni, il sistema di accelerazione, la linea di alimentazione in alta tensione); tali studi saranno condotti all’interno di un con-tratto con EFDA, che procederà alla verifica e approvazione del rapporto finale. Nell’ipotesi che l’attività di realizzazione prenda avvio, i due anni successivi saranno dedicati a produr-re il progetto definitivo e redigere le specifiche di gara dei vari componenti. In questo modo, la costruzione vera e propria potrà essere av-viata all’inizio del 2008 per concludersi nel 2012.

51

Obbiettivi per la commessa Fisica e Tecnologia del plasma e della fusione termonucleare sono: a) sviluppo, sotto contratti EFDA-Euratom,di modelli di calcolo e prototipi tecnici di sistemi di lancio e orientamento di fasci di microonde di potenza (MW); b) realizzazione di diversi modelli di carichi bolometrici di potenza per impianti a microonde; c) studio delle superfici degli specchi finali del lanciatore ECRH per I-TER, dal punto di vista elettromagnetico e della potenza dissipata alla riflessione; d) sviluppo di un prototipo di sistema di misura e controllo in retroazione di instabilità di un plasma toka-mak e sua sperimentazione su FTU e AUG; e) conclusione dello sviluppo di diagnostiche ra-diative e neutroniche per il JET, sotto contratto EFDA-JET; f) partecipazione attiva alla condu-zione degli esperimenti sul jet con il Finanzia-mento Euratom; g) allestimento e gestione di

nuovi esperimenti di accoppiamento di grande potenza rf sul plasma di FTU e risultati scienti-fici relativi; h) sviluppo di competenze teoriche disciplinari; Obbiettivi per la commessa Strumenti e Tecno-logie dei processi al plasma per applicazioni industriali sono: a) sviluppo di nuovi processi di modifiche di proprietà fisiche superficiali di materiali polimerici e metallici; b) engineering di macchine al plasma per il trattamento di tessuti e altri materiali; c) sviluppo di tecniche avanzate ed apparecchiature al plasma per la distruzione, inertizzazione e separazione di composti organici complessi e studio della pi-rolisi in plasma di Argon di metano ed altri i-drocarburi; d) sviluppo di tecniche di saldatura per materiali compositi a matrice metallica. 2.5.4 Risorse umane, finanziarie e strumentali L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 1.070 per il 2005, 1.220 per il 2006 e 1.330 per il 2007. Il personale è ritenuto necessario per far fronte all’aumento degli impegni derivanti dalla realizzazione del progetto ITER e del programma italiano di ri-cerca collegato ad esso. Per l’IGI di Padova è previsto un nuovo laboratorio per lo sviluppo degli Iniettori di Neutri da Ioni Negativi; per l’IFP di Milano è previsto che vengano svilup-pate le tecnologie relative ai sistemi di riscal-damento ECRH. Questa è la principale criticità del Progetto . La tabella 2m riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 2.5.5 Competenze interne utilizzate Il progetto si basa sull’utilizzo completo di tut-te le competenze e risorse professionali presen-ti nei due istituti coinvolti (IFP, IGI).

2.5.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Tramite l’Associazione EURATOM-ENEA gli isti-tuti IGI-Consorzio RFX e IFP ricevono un contri-buto annuale pari al 20% dei costi sostenuti (il 40 % per alcune spese riconosciute come prio-ritarie). Con l’IGI operano, in qualità di partners nel Consorzio RFX, ENEA ed Università di Padova. E’ stata inoltre attivata una prima collabora-zione con l’INFN per le problematiche connes-se allo sviluppo dell’Iniettore di Ioni Negativi; tale collaborazione sarà potenziata in caso di realizzazione a Padova del laboratorio di pro-va. A livello internazionale RFX è integrato nel pro-gramma europeo fusione; esso opera inoltre nell’ambito dell’IEA Implementing Agreement sui RFP che coinvolge i laboratori T2R – Stoc-colma, MST – Madison e TPE – Tsukuba. Esiste inoltre un’efficace collaborazione con altri la-boratori europei (JET – Culham, Asdex U – Garching). L’IFP è pienamente inserito nel contesto delle attività e collaborazioni dell’EFDA, cui l’Italia contribuisce in modo rilevante. Inoltre intrat-tiene attive collaborazioni con altri progetti in-ternazionali quali AUG (Germania),TS (Francia), TCV (Svizzera), DIII-D, MIT (USA), JAERI (Giappo-ne) e le Università di Milano, Torino, Uppsala, Lisbona, Saskatchewan (Canada), nonché l’Azienda Spaziale Italiana (ASI) e l’IAP (Rus-sia). La commessa relativa a “Strumenti e tecnolo-gie dei processi al plasma per applicazioni in-dustriali” implica una stretta collaborazione con l’industria nazionale, strutture regionali e vari enti di ricerca quali, il Politecnico di Mila-no, le Università di Napoli e Milano. 2.5.7 Tempi previsti Il Progetto è a lungo termine e segue gli svilup-pi e le scadenze del programma europeo.

Tabella 2m- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 9,55 2,74 1,47 11,02 2006 9,33 1,76 1,47 10,80 2007 9,08 1,89 1,47 10,55

52

Il programma temporale delle attività previste è mostrato in tabella 2n. Nel diagramma tem-porale le linee di ricerca NBI, ECRH e Tecnolo-gie per ITER/DEMO sono direttamente correlate con la realizzazione di ITER; il progetto e la rea-lizzazione di un nuovo tokamak che succeda ad FTU, su cui convergerebbe anche parte delle competenze di Padova e quelle dell’IFP di Mi-lano, va inquadrato nel programma europeo di accompagnamento a ITER.

2.5.8 Condizioni di fattibilità

Condizioni determinanti per l’attuazione del progetto come illustrato sono: • la decisione a tempi brevi di costruire ITER

in Europa; • l’assegnazione a Padova del laboratorio

per lo sviluppo degli Iniettori di Neutri ad alta energia;

• la proroga nel 2006 della durata del Con-sorzio RFX;

Tabella 2n- Sviluppo temporale delle attività Anno 2005 2010 2015 2020

Programma ITER

JET

Programma italiano

RFXFTUNuovo tokamak

ECRH per FTU/ITERTecnologie per ITER/DEMONBI

Progetto Costruzione Sperimentazione

Consegna primo Iniettore

53

3. Dipartimento Agroalimentare Il Dipartimento, si propone di favorire il mi-glioramento delle conoscenze nel settore inte-grato della ricerca agro-alimentare nazionale; sviluppare e stimolare la crescita qualitativa della ricerca scientifica CNR nel settore, e orien-tarne la notevole potenzialità verso obiettivi strategici. Particolare attenzione sarà riservata alla formazione di giovani ricercatori. In que-sto contesto, i temi specifici a carattere scienti-fico e di innovazione sono: • interventi genetici, biotecnologici, fisiolo-

gici e agrotecnologici per la sostenibilità e qualità delle produzioni di origine animale e vegetale;

• utilizzo della cellula vegetale per produ-zioni di carattere agroindustriale e agroa-limentare;

• contributo alla produzione di alimenti che rispettino le esigenze del consumatore in termini di qualità sensoriale, valore nutri-zionale, dietetico e nutraceutico nonché di sicurezza alimentare;

• individuazione, caratterizzazione, valoriz-zazione delle risorse genetiche (vegetali, animali e microbiche) con particolare rife-rimento alla qualità dei loro prodotti;

• previsione e gestione del territorio in rela-zione allo sviluppo rurale e alla qualità e tipicità dei prodotti alimentari;

• innovazione funzionale nelle metodologie diagnostiche e di controllo finalizzati alla definizione di qualità, rintracciabilità e si-curezza (assenza di composti naturali e sin-tetici tossici, e di microrganismi patogeni);

• influenza dei nutrienti sulla salute umana attraverso un approccio integrato multidi-sciplinare;

• innovazione tecnologica e di sistema per la crescita e competitività del sistema agroa-limentare;

• sviluppo della normativa giuridica inerente al diritto alimentare;

• recepimento dei bisogni dell’utenza e tra-sferimento tecnologico.

Le caratteristiche del Dipartimento agro-ali-mentare, e in particolare la sua trasversalità, la connotazione progettuale volta alla cono-scenza per l’innovazione, la consolidata e ge-neralmente valida capacità di ricerca (eviden-

ziata dalle pubblicazioni scientifiche su riviste ad alto IF e brevetti) unite alla massa critica di ricercatori presenti (il numero di ricercatori af-ferenti al Dipartimento agro-alimentare è il più alto tra gli enti pubblici di ricerca che operano nel settore) potrebbe far assumere al Diparti-mento un ruolo cruciale nel sistema integrato della ricerca agro-alimentare nazionale, in re-lazione, e in collaborazione con la rete euro-pea, ovvero con la necessità di entrare nello Spazio Europeo per la Ricerca (ERA), premessa indispensabile per lo sviluppo di reti scientifi-che di intervento a livello sia europeo che in-ternazionale. Nel supporto scientifico e tecno-logico alle imprese, il Dipartimento offre una articolata peculiarità di intervento che spazia dagli aspetti tecnico-analitici, ai sistemi di pro-cesso, alla preparazione di nuovi materiali bio-logici, ivi compresi lo sviluppo di kits dia-gnostici molecolari e sierologici. L’interazione con le imprese avviene, in parte, direttamente con le realtà CNR, in base a consolidato Know-how e credibilità, e in parte grazie a progetti che vedono il settore pubblico (regioni, con-sorzi e fondazioni) farsi da promotore e cofi-nanziatore dei progetti stessi. Il Dipartimento, collocandosi nell’ottica della 3° asse strategica del PNR, può agire positivamente in queste di-rezioni, sia attraverso il miglioramento degli aspetti organizzativi della domanda di ricerca, sia promuovendo azioni comuni. L’attività del Dipartimento può anche fornire una risposta ai bisogni espressi dal sistema sociale ed eco-nomico del paese e dalle specifiche esigenze del territorio. Un’intesa e una concertazione di massima sulle problematiche e sugli indi-rizzi generali della ricerca nel settore con gli Enti di ricerca nazionali che vi operano costi-tuisce un elemento fondamentale visto che la peculiare attività del CNR nel settore agro-alimentare si colloca in complementarietà con le Università e con gli interventi coordinati da CRA-Mipaf; INRAN; ISS, ENEA e dalle Regioni. L’indicazione e il valore percentuale relativo, dei principali finanziatori esterni del Diparti-mento per il 2005, è evidenziata nella tabella 3a, che ne riporta la tipologia e ripartizione.

55

Tabella 3a- Tipologia e ripartizione dei fondi esterni del Dipartimento previsti (2005)

0

1.000.000

2.000.000

3.000.000

4.000.000

5.000.000

6.000.000

Eu e org.Internazionali

imprese-consorzi-coop.

ministeri regioni-entilocali

euro

18%

7%

39%36%

I ministeri (principalmente, nell’ordine MIUR e MiPAF) e le Regioni sono i principali (in termini economici) soggetti con cui il Dipartimento co-finanzia i propri Progetti. Seguono nell’ordine l’Unione Europea e le imprese con un loro fi-nanziamento diretto. Gli interventi del Dipar-timento, anche attraverso azioni integrate con quelle di altri Dipartimenti del CNR, si propon-gono di approfondire le conoscenze scientifiche e tecnologiche atte a analizzare, sviluppare e va-lorizzare un sistema produttivo e di tra-sformazione sostenibile e innovativo e dare ri-sposta alle problematiche scientifiche connesse a qualità, tipicità, valore nutrizionale, dietetico e nutriceutico nonché di sicurezza degli alimen-ti. Le attività del Dipartimento si articolano in cinque progetti: • P1. Sviluppo di biotecnologie avanzate per

il sistema agroalimentare; • P2. Risorse biologiche e tutela dell’agro-

ecosistema; • P3. Sviluppo rurale e territorio; • P4. Sviluppo sostenibile del sistema a-

groindustriale; • P5. Sicurezza, qualità alimentare e salute. Trasversalmente ai progetti, verranno svilup-pate azioni e competenze relative a: acquisi-zione e proposte di normativa giuridica (diritto

alimentare); formulazione di modelli di svilup-po economico, in relazione alle ricerche in at-to, ai loro risultati e alle possibili ricadute ap-plicative; recepimento delle esigenze di svilup-po tecnologico e trasferimento dei risultati del-la ricerca. La tabella 3b riporta l’elenco degli Istituti di prevista afferenza e degli Istituti partecipanti al Dipartimento. A questi si dovrà aggiungere anche l’Istituto di Diritto Agrario Internazionale e Comparato (I-DAIC), che entrerà a far parte della rete scienti-fica del CNR. Nella fase di avvio del Dipartimento saranno possibili collaborazioni con altri istituti CNR, potranno essere sviluppate anche le collabora-zioni con istituti nell’ambito delle scienze ma-tematiche, giuridiche ed economiche. Il Dipartimento, considerando solo il perso-nale CNR a tempo indeterminato, può contare mediamente nel triennio su 570 unità della re-te scientifica. Di queste, circa 332 unità sono rappresentate da ricercatori a tempo indeter-minato, a cui vanno aggiunti circa 200 unità di ricercatori assunti a tempo determinato (asse-gnisti, contrattisti, borsisti, dottorandi, ecc.). L’impegno del personale (mesi/uomo) nelle at-tività progettuali è indicato in dettaglio nella parte descrittiva di ciascun progetto.

Tabella 3b°- Istituti esecutori

Istituti di prevista afferenza Istituti partecipanti 1. IBBA Istituto di biologia e biotecnologia a grari 1. IAMC Istituto per l’ambiente marino costiero 2. IBIMET Istituto di biometeorologia 2. IBAF Istituto di biologia agro-ambientale e forestale 3. IGV Istituto di genetica vegetale 3. IBP Istituto di biochimica delle proteine 4. I PP Istituto per la protezione delle piante 4. IGB Istituto di genetica e biofisica “Adriano Buzzati

Traverso” 5. ISA Istituto di scienza dell’alimentazione 5. IVALSA Istituto per la valorizzazione del legno e delle

specie 6. ISPA Istituto di scienze delle produzioni alimentari 6. ISMAR Istituto di scienze marine 7. ISPAAM Istituto per il sistema produzione animale in

ambiente mediterraneo 7. IMC Istituto di metodologie chimiche

8. IVV Istituto di virologia vegetale 8. IC Istituto di cristallografia 9. ISAFOM Istituto per i sistemi agricoli e forestali del medi-

terraneo **

56

** le Commesse sono per il 50% nel Dipartimento Agroalimentare e per il 50%nel Dipartimento Terra e Ambiente.

I finanziamenti pubblici (ministeri, regioni) dell’Unione Europea e delle organizzazioni in-ternazionali, rappresentano il 93% dei finan-ziamenti esterni. In questo contesto i cofinan-ziamenti esterni del Dipartimento potrebbero aumentare nei prossimi anni, visto anche la riorganizzazione e l’avvio di una maggiore ra-zionalizzazione delle risorse interne già ini-ziata. E’ipotizzabile un aumento del 20-25% nel triennio. I contratti diretti con le imprese rappresentano un 7% dell’intero pacchetto di finanziamenti esterni. Sono, in genere, sia per piccole che grandi aziende, contratti non mol-to rilevanti da un punto di vista finanziario, ma abbastanza numerosi. Il piano di assunzioni in organico prevede nel triennio 79 unità di personale ricercatore; 34 unità di personale tecnico; 5 unità di personale amministrativo. Un’analisi delle prime esigenze, inquadrabili nell’ambito dei posti di ricercatori per il 2005. Un’analisi della disponibilità di risorse stru-mentali importanti per le ricerche e gli obiettivi del Dipartimento, e un piano per il loro uso ra-zionale e condiviso, così come un piano per un loro aggiornamento e innovazione, potranno essere fatti dopo l’avvio del Dipartimento. E’ rilevabile, da un lato una richiesta per nuove apparecchiature, dall’altro la necessità di ga-rantire l’efficienza nel mantenimento funzio-nale delle strumentazioni esistenti. La tabella 3c riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Dipartimento nel triennio 2005-2007. Il Dipartimento, nel caso possa disporre di ri-sorse aggiuntive, intende attivare proposte per nuovi progetti orientati a interesse strategico nel settore agro-alimentare. In tal senso è pos-

sibile quantificare una richiesta aggiuntiva pa-ri a 5 milioni di euro per i seguenti Progetti: • Piattaforme integrate per un approccio ar-

ticolato e multidisciplinare finalizzato a: Identificazione, regolazione della biosin-tesi, miglioramento della produzione e produzione mirata di composti bioattivi in sistemi vegetali; Studio dell’interazione piante-ambiente (biotico e abiotico); Mec-canismi riproduttivi delle piante (apomis-sia).

• Genomica e genomica funzionale per il mi-glioramento, l’aumento produttivo e la tracciabilità (certficazione nella filiera a-groalimentare (tra questi - Progetto “Tu-berGen” – cofinanziamento di un progetto con l’Istituto di genetica di Bejing (Cina) e Università italiane).

• Alimenti funzionali e salute dell’uomo. • Nuove metodologie per l’analisi della bio-

diversita, qualità e tipicità in campo agroa-limentare

Questi progetti prevedono un interazione fat-tiva e condivisa con altri dipartimenti CNR (in particolare Terra e Ambiente, Scienze della Vi-ta, Salute, Progettazione Molecolare, ICT) e al-tri da sviluppare ulteriormente. C’è da se-gnalare inoltre che le attività dell’IDAIC - isti-tuto afferente al Dipartimento - porteranno, nel 2005, ad un incremento della dotazione fi-nanziaria pari a 500.000 Euro, alla quale sono da aggiungere anche le somme derivanti dalla successiva collaborazione con altri istituti, per il momento non ancora totalmente quantifi-cata.

Tabella 3c-Risorse e spese nel triennio del Dipartimento (M/€)

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2005 62,50 17,43 5,77 68,27 2006 61,11 12,97 5,77 66,87 2007 59,42 13,87 5,77 65,19

Progetti del Dipartimento Agroalimentare

3.1 P1. Sviluppo di biotecnologie avanzate per il sistema agroali-mentare



1


Negli ultimi decenni, gli sviluppi della genetica molecolare, della fisiologia e della biologia cel-lulare stanno contribuendo a definire i mecca-nismi molecolari che controllano le ca-ratteristiche agronomiche e nutrizionali delle piante coltivate nonché gli aspetti produttivi e la qualità dei prodotti degli animali in produ-zione zootecnica. La patogenesi, i meccanismi molecolari che presiedono ai rapporti ospite/ patogeno/ vettore, lo sviluppo di mezzi diagno-stici e di mezzi di lotta sono altresì aree di gran-de interesse scientifico così come le basi mole-colari e funzionali di processi naturali come la simbiosi azoto-fissativa nelle piante. Lo sviluppo di approcci high throughput per la caratterizzazione degli organismi ha consen-tito di acquisire conoscenze prima impensa-bili. In particolare, l’analisi del proteoma sta assumendo sempre più una dimensione fun-zionale, soprattutto per la possibilità di focaliz-zarsi su specifici tessuti e comparti cellulari. Le attuali tecniche d’analisi genomica e bio-chimica permettono di accelerare e rendere più sicuri i processi di miglioramento genetico tradizionale e di caratterizzazione e tutela dei genotipi di interesse. Le tecnologie di trasfor-mazione genetica vegetale possono essere uti-lizzate per migliorare la qualità della produ-zione agricola e le sue interazioni con l’ambiente, e per la produzione di molecole per uso industriale e biomedico, in modo eco-nomico, efficiente, sicuro e rispettose dell’ambiente. Il perseguire in questa direzione richiederà una grande attenzione e capacità propositiva oltre ad una seria analisi per la definizione, ca-ratterizzazione e compatibilità delle applica-zioni biotecnologiche che inevitabilmente ne scaturiranno.


Nell’ambito dell’area progettuale in oggetto e in particolare nel campo della biologia vegeta-le e relative applicazioni biotecnologiche, il CNR ha una posizione di tutto rispetto (in pa-recchi casi di leadership) in ambito nazionale e i suoi gruppi operativi possono contare su una rete di collaborazioni internazionali. Negli anni più recenti le ricerche, i cui prodotti hanno originato oltre a pubblicazioni su riviste JCR con elevato IF, anche una serie di brevetti, parte dei quali dati in licenza a industrie ita-liane, hanno riguardato prevalentemente le seguenti tematiche: • genomica, genomica funzionale e proteo-

mica; • fisiologia molecolare vegetale; • caratterizzazione molecolare di virus ed al-

tri agenti patogeni; • interazione pianta /suolo/microrganismi; • individuazione nuovi prodotti vegetali per

l’industria alimentare, farmaceutica e chimica; • aspetti genetici e biotecnologie avanzate

per l’utilizzazione di piante come “bio-factories”;

• progettazione e sviluppo sistemi biotecno-logici.

Lo sviluppo delle tematiche sopra indicate rappresentano il punto di partenza per le atti-vità progettuali nel prossimo triennio. 3.1.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Per il periodo 2005-2007, gli obiettivi perse-guibili dal Dipartimento faranno riferimento a:

58

• caratterizzazione strutturale e funzionale di geni e di fattori proteici implicati nei cammini metabolici che influenzano le

caratteristiche nutrizionali, agronomiche e di adattamento della pianta all’ambiente;

• identificazione di geni per la caratterizza-zione funzionale di animali in produzione zootecnica e studio della loro localizzazio-ne cromosomica, espressione e funzione fi-siologica;

• analisi dei processi fisiologici, metabolici e delle funzioni cellulari di base come sup-porto alla identificazione di determinanti genetici che a loro volta potranno essere sfruttati all’interno di programmi di mi-glioramento degli organismi di interesse agrario, finalizzati ad aumentarne la pro-duttività, l’adattabilità, la qualità e il valo-re nutrizionale dei prodotti da loro deriva-ti;

• isolamento, caratterizzazione biologica e molecolare, diagnosi del patogeno, ed analisi dell'interazione patogeno-pianta ospite-insetto vettore;

• individuazione, preparazione, caratteriz-zazione ed utilizzo di sequenze geniche per la produzione in piante di proteine e me-taboliti di interesse agroindustriale e agro-alimentare;

• sviluppo di kits diagnostici molecolari e sierologici per caratteristiche di interesse agroalimentare;

• sviluppo di vettori e metodologie per trasformazione genetica vegetale.

Le verifiche sugli avanzamenti di ricerca e sull’articolazione delle attività delle commesse in scala temporale si baseranno su una plurali-tà di parametri che comprendono anche rela-zioni di avanzamento, ma soprattutto pubbli-cazioni su riviste JCR ad elevato IF, brevetti, nuove metodologie diagnostiche, banche dati, nuovo materiale biologico, vettori e piante transgeniche, modello di potenziale interesse agroindustriale. 3.1.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie

L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 1.584 me-si/uomo per il 2005 di cui 913 mesi/uomo ri-

cercatori in organico. Il personale assunto a tempo determinato (contrattisti, borsisti, asse-gnasti, etc.) porterà ad un incremento di 528 mesi/uomo. Le proiezioni per triennio sono le seguenti: ri-chiesta per 21 posti di ricercatore in organico (231 mesi/uomo); 11 posti di tecnico in organi-co (121 mesi/uomo); 1 posto di amministrativo in organico (11 mesi/uomo). Le risorse strumentali e logistiche disponibili sono quelle presenti negli istituti, che in que-sti anni hanno condotto ricerche nel settore. Con tali risorse gli istituti hanno avuto accesso a progetti co-finanziati dall’esterno. La tabella 3d riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 3.1.5 Competenze interne utilizzate

Il progetto è realizzato attraverso la partecipa-no di 7 Istituti del CNR: IBBA; IC; IGB; IGV; IPP, ISPAAM; IVV; che nel complesso impiegano cir-ca 144 unità di personale a tempo indetermi-nato. Il Progetto si avvale in gran parte di competen-ze presenti negli istituti cnr partecipanti al progetto stesso. Tali competenze sono princi-palmente ascrivibili ai settori delle biotecnolo-gie vegetali, genetica, biologia molecolare e cellulare, fisiologia e fisiopatologia vegetale, biochimica, zootecnia, informatica. 3.1.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili

Per il raggiungimento degli obiettivi previsti ci si avvarrà della rete di collaborazioni nazionali e internazionali proprie degli istituti ed evi-denziate anche dalla partecipazione di questi ai progetti finanziati e co-finanziati con risorse esterne al CNR. Nella tabella 3e sono indicati le tipologie e il “valore” di queste partecipazioni /collaborazioni. I dati riportati considerata la specificità degli obiettivi progettuali del Dipar-timento, danno una indicazione della situazio-ne attuale.


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2005 14,60 3,22 1,40 16,00 2006 14,27 2,40 1,40 15,68 2007 13,88 2,56 1,40 15,28

Tabella 3e- Tipologie e valori delle collaborazioni organismo finanziatore % sul totale N° contrattiEU e Org. Internazionali 24,9 11 Imprese 1,3 4 Ministeri 59,8 29 Regioni-enti locali 12,9 11 Fondazioni 0,9 2

La partecipazione a progetti co-finanziati dai Ministeri, e in questo caso principalmente dai progetti competitivi del MIUR (FIRB) rappresen-ta la principale proiezione esterna del progetto dipartimentale, seguita dalla partecipazione a progetti dell’Unione Europea e di Organismi Internazionali, a dimostrazione di un buon in-serimento nella rete scientifica internazionale e di una buona levatura scientifica. L’interazione con il territorio, evidenziata dal-le partecipazioni ai progetti regionali, è signifi-cativa. Ci sono le premesse e un ragionevole ot-timismo per pensare ad un incremento di par-tecipazione a questi progetti co-finanziati dal settore pubblico e dall’UE. La collaborazione diretta con le imprese evidenzia invece una partecipazione meno significativa.

3.1.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 3.1.8 Condizioni di fattibilità

60

La possibilità realizzativa esiste. La valenza del risultato positivo del Progetto è legata ad una serie di fattori, fra di loro concatenati, che vanno dalla capacità di mantenere e incremen-tare la partecipazione a progetti con risorse e-sterne, alla necessità di migliorare gli aspetti logistici attuali anche con l’acquisizione di nuove apparecchiature. La possibilità di reclu-tamento di personale adeguatamente prepara-to è di primaria importanza, sia per sviluppare alcuni aspetti strategici, sia per evitare che la massa critica di personale in organico scenda progressivamente a valori poco compatibili con le finalità del Progetto .

3.2 P2. Risorse biologiche e tutela dell’agroecosistema



0


L’individuazione e la conoscenza delle risorse biologiche di piante, animali e microorganismi significa, da un lato poter analizzare il ruolo della biodiversità di questi organismi nella tu-tela dell’agroecosistema produttivo, dall’altro di poter disporre di una fonte di geni per nu-trienti, metaboliti, funzioni e processi per una migliore produttività, tolleranza e resistenza agli agenti patogeni, adattabilità alle condi-zioni ambientali e qualità alimentare. In que-sto contesto diventa importante anche la carat-terizzazione metabolica e genetica dei profili di biodiversità di piante, animali e microorgani-smi caratterizzanti le produzioni tipiche e di nicchia, come patrimonio da tutelare per la conservazione di ecotipi particolari. Le cono-scenze sugli aspetti genetici e funzionali delle risorse biologiche vanno di pari passo con lo sviluppo di nuove strategie per la gestione delle collezioni di tali risorse che devono essere sem-pre più finalizzate ad un loro uso sostenibile ("core collections"; integrazione della bioin-formatica; costituzione di banche di gameti (a-nimali) con caratteristiche qualitative sele-zionate; banche di DNA). In questo contesto as-sumono anche rilevanza e diventano obiettivi di ricerca i meccanismi che controllano la ri-produzione vegetale e degli animali in alleva-mento. 3.2.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Il cnr possiede, avendole sviluppate negli anni, diverse e articolate collezioni di risorse biologi-che vegetali (erbacee e arboree), micro-biologiche e animali di interesse agrario e zoo-tecnico. Le ricerche finora effettuate in questo settore sono state rivolte alla caratterizzazione e utilizzo ai fini del miglioramento genetico e delle produzioni agrarie di tali risorse, oltre che all’analisi del loro ruolo nell’ecosistema

produttivo. Lo sviluppo delle tematiche sopra indicate rappresenta il punto di partenza per le attività progettuali nel prossimo triennio. 3.2.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento

Per il periodo 2005-2007, gli obiettivi perse-guibili dal Dipartimento faranno riferimento a: • ricognizione e caratterizzazione genetica,

molecolare e funzionale delle risorse bio-logiche di interesse (microbiche, vegetali e animali);

• sviluppo di tecnologie avanzate e di sistemi informativi adeguati per la conservazione e difesa del germoplasma;

• risorse biologiche per applicazioni biotec-nologiche;

• meccanismi di controllo della riproduzione vegetale e animale;

• analisi del ruolo della biodiversità di pian-te, animali e microorganismi per la ge-stione degli agroecosistemi produttivi se-condo i principi della sostenibilità.

Le verifiche sugli avanzamenti di ricerca e sull’articolazione delle attività delle commesse in scala temporale si baseranno su una plura-lità di parametri che comprendono anche rela-zioni di avanzamento, ma soprattutto predi-sposizioni di collezioni o core collection facil-mente consultabili e usufruibili, pubblicazioni su riviste jcr, brevetti, metodologie, banche dati. 3.2.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie

61

L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 1.067 me-si/uomo per il 2005 di cui 594 mesi/uomo rife-riti a ricercatori in organico. Il personale as-sunto a tempo determinato (contrattisti, borsi-sti, assegnasti, etc.) porterà ad un incremento di 176 mesi/uomo. Le proiezioni per il triennio sono le seguenti: richiesta per 12 posti di ricercatore in organico

(132 mesi/uomo); 2 posti di tecnico in organico (22 mesi/uomo); 1 posto di amministrativo in organico (11 mesi/uomo). Le risorse logistiche e strumentali disponibili sono quelle presenti negli istituti che in questi anni hanno condotto ricerche nel settore. At-traverso tali risorse gli istituti hanno avuto ac-cesso a progetti co-finanziati dall’esterno. La tabella 3f riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 3.2.5 Competenze interne utilizzate Il Progetto è realizzato attraverso la partecipa-no di 6 Istituti del CNR: IBBA; IGV; IPP; IVALSA; IBAF; ISAFOM, che nel complesso impiegano circa 97 unità a tempo indeterminato. Il Progetto si avvale, in gran parte di compe-tenze presenti negli istituti CNR partecipanti al progetto stesso. Tali competenze sono princi-palmente ascrivibili ai settori della agronomia, biologia degli ecosistemi agrari biochimica, chimica agraria, genetica, biologia molecolare e cellulare, zootecnia, fisiologia vegetale, stati-stica, informatica. 3.2.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Per il raggiungimento degli obiettivi previsti ci si avvarrà della rete di collaborazioni nazionali e internazionali proprie degli istituti ed evi-denziate anche dalla partecipazione di questi ai progetti finanziati e co-finanziati con risorse esterne al CNR. Nella tabella 3g, sono indicati le tipologie e il “valore” di queste partecipazioni/ collabora-zioni. I dati riportati, considerato la specificità degli obiettivi progettuali del Dipartimento danno una indicazione della situazione attua-le.

Tabella 3g- Tipologie e valori delle collaborazioni organismo finanziatore % sul totale N° contratti EU e Org. Intern. 8,8 4 Imprese 15,2 14 Ministeri 34,5 9 Regioni-enti locali 27,2 18 Fondazioni 14,3 2

I Progetti co-finanziati direttamente dal settore privato (imprese e fondazioni), con il 30% del totale dei finanziamenti esterni, sono una par-te rilevante della proiezione esterna del proget-to dipartimentale. Vi è interesse per questo set-tore. Molto significativa è la partecipazione a progetti co-finanziati dai Ministeri, principal-mente MIUR e MiPAF e dai progetti regionali. L’interesse del settore pubblico in questo cam-po è importante e ci si può aspettare un incremento. La partecipazione a progetti dell’Unione Europea risente della carenza di azioni al riguardo della stessa Unione. 3.2.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 3.2.8 Condizioni di fattibilità La valenza del risultato positivo del Progetto è legata ad una serie di fattori, fra di loro conca-tenati, che vanno dalla capacità di incremen-tare la partecipazione a progetti con risorse e-sterne, alla necessità di migliorare gli aspetti logistici attuali. Una possibilità di reclutamen-to di personale adeguatamente preparato è di primaria importanza.

Tabella 3f- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 10,26 1,58 1,28 11,54 2006 10,03 1,17 1,28 11,31 2007 9,75 1,26 1,28 11,04

62

3.3 P3. Sviluppo rurale e territorio



0

3.3.1 Cenni allo scenario nazionale e internazio-nale e motivazione della presenza del CNR

Lo sviluppo rurale integrato viene inteso come un sistema di gestione del territorio che co-niuga la qualità e tipicità degli alimenti con una serie di attività che permettono di valo-rizzare il saper fare locale, le risorse naturali e la qualità intrinseca del territorio. Per analiz-zare e proporre tematiche di ricerca atte a svi-luppare quest’area è necessario considerare che: • le trasformazioni socioeconomiche degli

ultimi decenni, legate anche alla globaliz-zazione, hanno modificato profondamente identità culturale e ruolo economico delle aree rurali, con un impoverimento della cultura locale, e una riduzione delle possi-bilità di sviluppo economico;

• il sistema agricolo si trova a dover fronteg-giare delle emergenze ambientali dovute al cambiamento globale in atto e alle sue ripercussioni sulle modifiche stagionali e a valutare i livelli di compatibilità tra le ri-sorse disponibili sul territorio e quelle uti-lizzate dall’uomo.

Ne deriva che la comprensione dei processi di degrado fisico, chimico e biologico delle ri-sorse naturali (acqua, suolo e vegetazione), rappresenta uno strumento indispensabile per la definizione di parametri, indicatori ed indici di qualità ambientale e gestionale per indivi-duare possibili interventi di adattamento, miti-gazione e recupero della sostenibilità d'uso. La creazione di sistemi previsionali per la gestione delle risorse e la creazione di scenari per la va-lutazione degli impatti dei cambiamenti cli-matici sulla produzione e qualità del sistema agroalimentare, diventa quindi obiettivo di ri-cerca del Progetto. 3.3.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Il CNR ha interesse e consolidata esperienza di ricerca in questi settori dove opera in stretto contatto con le realtà regionali e nell’ambito di progetti europei (EC) e di cooperazione allo svi-

luppo. In particolare le ricerche effettuate negli an-ni scorsi, in questo settore, sono state rivolte a: impatto del cambiamento globale sui sistemi agroforestali, adattamento e mitigazione; • economia e sviluppo dei sistemi rurali; • sistemi previsionali per la gestione delle ri-

sorse idriche, del patrimonio vegetale e del suolo;

• micrometeorologia e ecofisiologia dei si-stemi agrari e naturali.

Lo sviluppo delle tematiche sopra indicate ed i risultati finora conseguiti rappresentano il punto di partenza per le attività progettuali nel prossimo triennio. 3.3.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Per il periodo 2005-2007, gli obiettivi perse-guibili dal Dipartimento faranno riferimento a: • creazione di sistemi previsionali per la ge-

stione delle risorse disponibili sul territorio in relazione alla produzione e qualità del sistema agrario e agroalimentare;

• analisi della risposta di agroecosistemi a fattori di stress biotico e abiotico e al cam-biamento climatico globale in atto;

• metodologie per la conoscenza e valorizza-zione delle risorse ambientali, sociali, cul-turali e infrastrutturali che costituiscono l’identità territoriale in relazione alla pro-duzioni agrarie e agroalimentari.

Le verifiche sugli avanzamenti di ricerca e sull’articolazione delle attività delle commesse in scala temporale si baseranno sulla predi-sposizione di modelli previsionali, sistemi in-formatici di gestione, banche dati, sviluppo di strumentazione, e quindi pubblicazioni su rivi-ste JCR e brevetti. 3.3.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie

63

L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 792 me-si/uomo per il 2005 di cui 451 mesi/uomo rife-riti a ricercatori in organico. Il personale as-sunto a tempo determinato (contrattisti, bor-

sisti, assegnasti, etc.) porterà ad un incremento di 517 mesi/uomo. Le proiezioni per il triennio sono le seguenti: richiesta per 11 posti di ricercatore in orga-nico (121 mesi/uomo); 4 posti di tecnico in or-ganico (44 mesi/uomo). Le risorse logistiche e strumentali disponibili sono quelle presenti negli istituti che in questi anni hanno condotto ricerche nel settore. Con tali risorse gli istituti hanno avuto accesso a progetti co-finanziati dall’esterno. Il Progetto dispone di risorse finanziarie che assommano per il 2005 a circa 11 milioni di Euro per un valore effettivo pari a 11,7 milioni di euro. Le previsioni per il 2006 e 2007 sono indicate nella tabella 3h. 3.3.5 Competenze interne utilizzate Il Progetto è realizzato attraverso la parteci-pazione di 2 Istituti del CNR: IBIMET e ISAFOM, che nel complesso impiegano circa 72 unità a tempo indeterminato. Il Progetto si avvale, in buona parte, di compe-tenze presenti negli istituti CNR partecipanti al progetto stesso. Tali competenze sono princi-palmente ascrivibili ai settori della agronomia, biologia degli ecosistemi agrari, chimica agra-ria, economia e politica agraria e ambientale, fisiologia vegetale, informatica, ingegneria, meteorologia, modellistica, statistica. 3.3.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Per il raggiungimento degli obiettivi previsti ci si avvarrà della rete di collaborazioni nazionali e internazionali proprie degli istituti ed evi-denziate anche dalla partecipazione di questi ai progetti finanziati e co-finanziati con risorse esterne al CNR. Nella tabella 3i che segue sono indicate le tipologie e il “valore” di queste par-tecipazioni/collaborazioni. I dati riportati, considerata la specificità degli obiettivi proget-tuali del Dipartimento danno una indicazione della situazione attuale.

Tabella 3i- Tipologie e valori delle collaborazioni organismo finanziatore % sul totale N° contratti EU e Org. Intern. 18,9 18 Imprese 7,7 22 Ministeri 19,4 8 Regioni-enti locali 54,1 24

La partecipazione a progetti esterni e il relativo contributo finanziario sono, per quest’area progettuale, molto marcati. La partecipazione a progetti regionali e degli enti locali è molto forte e rappresenta più della metà dei finan-ziamenti esterni, a dimostrazione di un pre-senza, interazione e fattivo coinvolgimento del CNR nelle problematiche di salvaguardia e in-novazione presenti nell’ambito territoriale. Significative sono pure le partecipazioni a pro-grammi Europei, degli Organismi Internazio-nali e di Cooperazione così come quelli finan-ziati dai Ministeri. La partecipazione delle im-prese è attestata sui valori medi percentuale del Dipartimento. Va sottolineato che quest’a-rea progettuale ha obiettivi che sono anche di interesse del Dipartimento Terra e Ambiente e che una più attenta definizione degli stessi an-drà effettuata. In questa direzione va segnalato che una revisione degli obiettivi sta portando ad una proposta di commessa per il Diparti-mento Terra e Ambiente. 3.3.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 3.3.8 Condizioni di fattibilità

La valenza del risultato positivo del Progetto è in buona parte legata alla capacità di mante-nere/incrementare la partecipazione a progetti con risorse esterne (soprattutto UE e regioni) e alla necessità di migliorare gli aspetti logistici attuali. Una possibilità di reclutamento di per-sonale adeguatamente preparato è di primaria importanza per lo sviluppo dei punti di valenza strategica del Progetto.



2005 11,46 5,03 0,71 12,17 2006 11,20 3,74 0,71 11,91 2007 10,90 4,00 0,71 11,60

64

3.4 P4. Sviluppo sostenibile del sistema agroindustriale



2


Lo sviluppo “sostenibile” del sistema agroin-dustriale richiede la realizzazione di prodot-ti/processi innovativi nel settore della produ-zione primaria, della trasformazione e della qualificazione dei prodotti alimentari ed a-groindustriali. E’ opinione corrente che le produzioni primarie di origine vegetale e ani-male devono provenire da un’agricoltura sempre più sostenibile. In quest’ottica lo stu-dio e l’analisi di determinanti agronomici, fi-siologici e genetici finalizzati allo sviluppo di tecniche integrate ed ecocompatibili, le strate-gie biologiche di protezione delle piante e dei prodotti agroalimentari, la diagnosi e lotta contro virus ed altri agenti patogeni, diventano obiettivi di ricerca. Obiettivi sono anche lo svi-luppo di tecnologie della riproduzione e l’introduzione di nuove specie allevabili in ac-quacoltura, nonchè gli studi sul benessere a-nimale, dieta e razionamenti alimentari in re-lazione a caratteristiche dei prodotti derivati per l’alimentazione umana, le nuove tecnolo-gie di condizionamento delle risorse pescabili. Lo sviluppo sostenibile della produzione pri-maria dovrà necessariamente essere rivolto anche al costante sviluppo di progetti tesi al miglioramento genetico. Nella catena postrac-colta, conservazione (anche di alimenti fre-schi), trasformazione, confezionamento e con-trollo di agenti alterativi delle derrate alimen-tari, si rilevano domande di ricerca che neces-sitano di nuove informazioni tecniche e scienti-fiche e del successivo trasferimento in campo applicativo. Per conferire al sistema la compe-titività necessaria sarebbe inoltre opportuno valorizzare le produzioni tradizionali e tipiche, realizzare prodotti ad alto valore aggiunto e/o di valenza sociale, mediante lo sviluppo, a livel-lo pilota e/o prototipale, di processi biotecno-logici e tecnologie avanzate per PMI (Piccole e Medie Imprese) high-tech del settore agro-alimentare ed industriale.


Nell’ambito delle tematiche proprie di quest’area progettuale, i gruppi partecipanti alle commesse hanno sviluppato, nel corso de-gli anni, una consolidata e valida esperienza di ricerca che si è concretizzata oltre che nei pro-dotti tipici della ricerca (pubblicazioni, meto-dologie, brevetti) anche in un nutrita serie di collaborazioni e partecipazioni a progetti fi-nanziati con fondi esterni. In particolare le ri-cerche effettuate negli anni scorsi, in questo settore, sono state rivolte a: • sistemi produttivi sostenibili di colture agrarie; • sistemi produttivi sostenibili per le produ-

zioni animali (zootecniche e ittiche); • sviluppo di metodologie diagnostiche e

strategie innovative di lotta per la protezio-ne delle piante;

• microbiologia e (bio)tecnologie per la pre-parazione- trasformazione di prodotti ali-mentari;

• tecnologie per il post-raccolta. Lo sviluppo delle tematiche sopra indicati ed i risultati conseguiti rappresentano il punto di partenza per le attività progettuali nel prossi-mo triennio. 3.4.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Per il periodo 2005-2007, gli obiettivi perse-guibili dal Dipartimento faranno riferimento a: • studio e analisi di determinanti fisiologici,

agronomici e genetici finalizzati allo svi-luppo di tecniche integrate ed ecocompati-bili per il miglioramento delle produzioni vegetali (coltivazioni, sviluppo nuovo mate-riale genetico; diagnosi precoce patogeni; sviluppo prodotti industriali per la lotta biologica);

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• sviluppo di tecnologie innovative in acqua-coltura e pesca (riproduzione degli anima-li, introduzione di nuove specie allevabili, studi sul benessere animale, dieta e razio-

namenti alimentari in relazione a caratteri-stiche dei prodotti derivati per l’ali-mentazione umana; condizionamento del-le risorse pescabili);

• conoscenze per tecnologie di conserva-zione e confezionamento finalizzate alla preservazione della qualità dei prodotti fre-schi;

• tecnologie e biotecnologie per processi di innovazione nella preparazione-trasforma-zione di prodoti agroalimentari.

Le verifiche sugli avanzamenti di ricerca e sull’articolazione delle attività delle commesse si baseranno su una pluralità di parametri che comprendono anche relazioni di avanzamen-to, ma soprattutto, sviluppo di nuove metodo-logie e tecnologie, banche dati, sviluppo di materiale genetico certificato assieme a pub-blicazioni su riviste JCR e brevetti. 3.4.4 Risorse umane, strumentali e finanzia-

rie L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 1.518 me-si/uomo per il 2005, di cui 869 mesi/uomo ri-cercatori in organico. Il personale assunto a tempo determinato (contrattisti, borsisti, asse-gnasti, etc.) porterà ad un incremento di 308 mesi/uomo. Le proiezioni per il 2006 e 2007 sono le se-guenti: richiesta per 17 posti di ricercatore in organico (187 mesi/uomo); 11 posti di tecnico in organico (121 mesi/uomo) e 2 posti di am-ministrativo (22 mesi/uomo). Le risorse logistiche e strumentali disponibili sono quelle presenti negli istituti che in questi anni hanno condotto ricerche nel settore, e gli

istituti hanno avuto accesso a progetti co-finanziati dall’esterno. La tabella 3l riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 3.4.5 Competenze interne utilizzate Il Progetto è realizzato attraverso la partecipa-no di 6 Istituti del CNR: -IPP, ISPA, IAMC; ISMAR, ISPAAM e IVV, - che nel complesso impiegano circa 138 unità a tempo indeterminato. Il Progetto si avvale, in buona parte, di compe-tenze presenti negli istituti CNR partecipanti al progetto stesso. Tali competenze sono princi-palmente ascrivibili ai settori della agronomia, biochimica, biologia degli ecosistemi acquati-ci, biologia ed ecologia dei nematodi, biologia molecolare e strutturale, fisiologia vegetale, fi-topatologia, genetica, microbiologia, igiene e chimica delle produzioni alimentari, informa-tica, statistica, zootecnia e produzioni ittiche. 3.4.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Per il raggiungimento degli obiettivi previsti ci si avvarrà della rete di collaborazioni nazionali e internazionali proprie degli istituti ed evi-denziate anche dalla partecipazione di questi ai progetti finanziati e co-finanziati con risorse esterne al CNR. Nella tabella 3m sono indicati le tipologie e il “valore” di queste partecipa-zioni/collaborazioni. I dati riportati, considera-ta la specificità degli obiettivi progettuali del Dipartimento danno una prima indicazione della situazione attuale.

Tabella 3l- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 14,74 4,31 0,94 15,68 2006 14,41 3,20 0,94 15,35 2007 14,01 3,43 0,94 14,96

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Tabella 3m- Tipologie e valori delle collaborazioni organismo finanziatore % sul totale N° contratti EU e Org. Intern. 13,2 8 Imprese 7,0 9 Ministeri 43,5 29 Regioni-enti locali 35,7 32 Fondazioni 0,7 1

Programmi co-finanziati dai ministeri e dalle regioni rappresentano la maggior fonte di fi-nanziamento esterno di quest’area progettua-le, a cui si aggiunge una significativa presenza dei contratti con l’Unione Europea. Il diretto coinvolgimento delle imprese nel finanziare progetti comuni è nella media del Dipartimen-to. Va rilevato che quest’area, particolarmen-te rivolta all’innovazione tecnologica di siste-ma ha buone possibilità di sviluppo.


67

La valenza del risultato positivo del Progetto è in buona parte legata alla capacità di mante-nere/incrementare la partecipazione a progetti con risorse esterne (soprattutto UE e regioni) e alla necessità di migliorare gli aspetti logistici attuali. Una possibilità di reclutamento di per-sonale adeguatamente preparato è di primaria importanza anche per evitare che la massa cri-tica di personale in organico scenda progressi-vamente a valori poco compatibili con le finali-tà del progetto.

3.5 P5. Sicurezza, qualità alimentare e salute



1


L'attenzione dei consumatori nei confronti dei prodotti alimentari si manifesta come richiesta di informazioni sull'origine degli alimenti, sulla sicurezza d’uso e sulle loro qualità (aspetti sensoriali, nutrizionali, edonistici e salutistici) oltre che come risposta a situazioni di emer-genza sanitaria. Dai consumatori finali, pas-sando attraverso i produttori e i trasformatori, si è venuta definendo una filiera che ha biso-gno di soddisfare la propria esigenza d'infor-mazione, il più possibile obiettiva e strutturata. Il problema della qualità, sicurezza e salubrità alimentare e dello sviluppo di tecnologie per la loro valutazione è uno dei cluster fondamentali

delle strategie di R&S a cui anche il 6°° PQ della UE dedica particolare attenzione. E’ necessa-rio un approccio multidisciplinare alla pro-blematica, basato sull’impiego di tecniche chi-mico-fisiche e biologiche che comprendano innovazioni nelle tecniche tradizionali e lo svi-luppo di micro e nano sistemi per la caratte-rizzazione ed analisi degli alimenti che iclu-dono anche i componenti antinutrizionali, al-lergenici, tossici e di xenobiotici e la loro rela-tiva biodisponibilità. Di strategica importanza rimangono le individuazioni dei componenti che contribuiscono a definire la qualità senso-riale, la provenienza geografica e la tipicità dei prodotti animali e vegetali. Grande è l’inte-resse delle industrie del settore agroalimentare per lo sviluppo di metodologie analitiche di semplice uso, poco costose e potenzialmente trasportabili in situ (biosensori). L’industria agroalimentare richiede inoltre sempre di più prodotti di origine naturale in sostituzione di quelli di sintesi e ciò non può che stimolare la ricerca biotecnologica nel settore. Nello stesso tempo va considerato che le contaminazioni a-limentari da funghi tossigeni, micotossine, pe-sticidi e allergeni rappresentano una proble-matica di stringente attualità per tutti gli ope-ratori del comparto alimentare. Ne scaturisco-no notevoli implicazioni di carattere sanitario,

economico e commerciale, che investono in particolare i rapporti internazionali. Importan-ti sono quindi la diagnosi precoce per la pre-senza di microorganismi patogeni tradizionali ed emergenti e loro metaboliti tossici nella fi-liera alimentare e le strategie di lotta a basso impatto ambientale contro funghi tossigeni e per la detossificazione dei mangimi e degli a-limenti, oltre ad una valutazione del rischio le-gato a contaminanti alimentari. Il rapporto a-limenti e salute è ovviamente un’area di gran-de interesse considerata l’importanza di una corretta dieta e di un idoneo stile di vita, sia per un miglioramento generale dello stato di salute, sia ai fini della prevenzione dello svi-luppo di malattie degenerative e croniche. Comportamenti alimentari poco corretti pos-sono, infatti, rappresentare importanti fattori di sviluppo di alcune fra le più diffuse patolo-gie dell’uomo. Obiettivi di ricerca sono le co-noscenze sulla relazione complessiva tra dieta e salute valorizzando gli alimenti con proprietà salutistiche e di prevenzione dalle malattie. Obiettivo diventa anche la diminuzione della casistica delle malattie legate alle allergie ed al-le intolleranze alimentari. 3.5.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti

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I gruppi partecipanti alle commesse di quest’area progettuale hanno sviluppato, nel corso degli anni, una valida esperienza di ri-cerca, che in parecchi casi, essendo interna-zionalmente riconosciuta, ha permesso loro di far parte e promuovere articolati network e progetti europei nel settore. La capacità di ri-cerca si è concretizzata oltre che nei prodotti tipici della ricerca (pubblicazioni, me-todologie, brevetti) anche in un rapporto con-creto e fattivo con le industrie e realtà locali. In particolare le ricerche effettuate negli anni scorsi in questo settore sono state rivolte allo sviluppo di tecniche chimico-fisiche e biologi-che e di micro e nano sistemi per la caratteriz-zazione ed analisi degli alimenti (compresi i componenti antinutrizionali, allergenici, tos-

sici e di xenobiotici). Attenzione è stata rivolta al settore della sicurezza alimentare con parti-colare riferimento alle problematiche delle presenze dei funghi tossigeni e micotossine nei prodotti vegetali e negli alimenti. L’interazio-ne tra alimentazione e salute è stata altresi og-getto di ricerche così come lo sviluppo di bio-tecnologie finalizzate alla produzione di mole-cole di importanza organolettica e salutistica in sistemi vegetali. Lo sviluppo delle tematiche sopra indicate ed i risultati conseguiti rappresentano il punto di partenza per le attività progettuali nel pros-simo triennio. 3.5.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Per il periodo 2005-2007, gli obiettivi perse-guibili dal Dipartimento faranno riferimento a: • sviluppo di metodologie di diagnostica a-

vanzata per rin-tracciabilità e per l’analisi della qualità (ivi compresa la qualità senso-riale), tipicità e provenienza geografica dei prodotti agroalimentari;

• valutazione della sicurezza d’uso e dia-gnosi precoce per la presenza di microor-ganismi patogeni tradizionali ed emergenti e loro metaboliti tossici nella filiera alimentare;

• conoscenze sulla relazione complessiva tra dieta e salute (anche attraverso l’utilizzo di organismi modello);

• valorizzazione degli alimenti con proprietà salutistiche e di prevenzione dalle malattie.

Le verifiche sugli avanzamenti di ricerca e sull’articolazione delle attività delle commesse si baseranno su una pluralità di parametri che comprendono sia relazioni di avanzamento, ma soprattutto sviluppo di nuove metodologie e tecnologie, banche dati, assieme a pubblica-zioni su riviste JCR e brevetti.

3.5.4 Risorse umane, strumentali e finanzia-rie

L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 1.309 me-si/uomo per il 2005 di cui 891 mesi/uomo ri-cercatori in organico. Il personale assunto a tempo determinato (contrattisti, borsisti, asse-gnasti, etc.) porterà ad un incremento di 616 mesi/uomo. Le proiezioni per il 2006 e 2007 sono le se-guenti: richiesta per 18 posti di ricercatore in organico (198 mesi/uomo); 6 posti di tecnico in organico (66 mesi/uomo) e 1 posto di ammini-strativo (11 mesi/uomo). Le risorse logistiche e strumentali disponibili sono quelle presenti negli istituti che in questi anni hanno condotto ricerche nel settore. Con tali risorse gli istituti hanno avuto accesso a progetti co-finanziati dall’esterno. La tabella 3n riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 3.5.5 Competenze interne utilizzate Il progetto è realizzato attraverso la partecipa-no di 5 Istituti del CNR: ISPA, ISA; IBP, IGB, IMC - che nel complesso impiegano circa 119 unità a tempo indeterminato. Il Progetto si avvale, in buona parte, di compe-tenze presenti negli Istituti CNR partecipanti al Progetto stesso, ma anche di competenze pre-senti all’esterno. Tali competenze sono prin-cipalmente ascrivibili ai settori della biochimi-ca, biologia e biologia molecolare, chimica, spettrometria di massa, spettroscopia e rilas-sometria NMR, immunologia, biofisica, elettro-nica, fisiologia vegetale, fitopatologia, genetica, microbiologia, igiene e chimica delle produ-zioni alimentari, informatica, statistica, tossi-cologia, consumer science.

Tabella 3n- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 11,44 3,30 1,43 12,87 2006 11,18 2,46 1,43 12,62 2007 10,88 2,63 1,43 12,31

69

Per il raggiungimento degli obiettivi previsti ci si avvarrà della rete di collaborazioni nazionali e internazionali proprie degli istituti ed eviden-ziate anche dalla partecipazione di questi ai progetti finanziati e co-finanziati con risorse e-sterne al CNR. Nella tabella 3o sono indicate le tipologie e il “valore” di queste partecipazioni /collaborazioni. I dati riportati in tabella 3o°, considerata la specificità degli obiettivi proget-tuali del Dipartimento, danno una prima indi-cazione della situazione attuale. Tabella 3o°- Tipologie e valori delle collaborazioni organismo finanziatore % sul totale N° contratti EU e Org. Intern. 17,6 17 Imprese 7,0 7 Ministeri 59,4 28 Regioni-enti locali 15,9 17

E’ una area progettuale che vede un forte coinvolgimento delle commesse nei program-mi ministeriali (MiPAF, MIUR e Ministero della Salute). Significative sono pure le partecipa-zioni a progetti finanziati da Regioni e Unione Europea delle imprese è nella media del Dipar-timento e quindi si attesta su un 7% del totale fondi esterni. Si può sottolineare che quest’area progettuale riveste una notevole ri-

levanza sia per gli aspetti conoscitivi che per le possibili applicazioni metodologiche. 3.5.6 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 3.5.7 Condizioni di fattibilità

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La valenza del risultato positivo del Progetto è in buona parte legata alla capacità di mante-nere/incrementare la partecipazione a progetti con risorse esterne. Una possibilità di reclu-tamento di personale adeguatamente prepara-to è di primaria importanza per lo sviluppo dei punti più qualificanti dell’attività progettuale.

4. Dipartimento di Medicina

Obiettivo principale del Dipartimento di Medi-cina è migliorare la comprensione dei mecca-nismi che presiedono alla salute dell’uomo e l’efficacia ed efficienza degli interventi rivolti alla sua conservazione mediante: • lo studio diretto, a livello dell’individuo o

delle popolazioni, dei fenomeni che carat-terizzano la patologia dell’uomo, dei si-stemi di regolazione e controllo e dei fattori endogeni ed ambientali la cui alterazione caratterizza la condizione patologica, e del-la loro risposta agli interventi di preven-zione, controllo, trattamento e riabilita-zione;

• lo studio sperimentale, a livello di modelli animali, cellulari, subcellulari e molecolari delle alterazioni biologiche che caratteriz-zano e presiedono allo stato di salute e di patologia, ponendosi nell’immediata inter-faccia tra l’applicazione medica e la ri-cerca dedicata all’avanzamento conosci-tivo dei processi biologici fondamentali;

• lo studio rivolto allo sviluppo, valutazione e applicazione di tecnologie innovative spe-cificatamente finalizzate alla conservazione dello stato di salute ed al miglioramento della prevenzione, diagnosi, cura e riabili-tazione della malattia, nonché dell’organizzazione sanitaria e sociale che sovrintende a tali finalità, ponendosi nell’im-mediata interfaccia tra la doman-da di salute e la ricerca fisico-chimico-inge-gneristica (inclusa la model-listica matema-tica) dedicata allo sviluppo delle nuove tec-nologie;

• l’attività sanitaria e tecnologica diretta-mente esplicata dagli Istituti CNR come di-mostrazione, proiezione applicativa e vali-dazione dei risultati della ricerca in nume-rose Regioni italiane. Di particolare rilievo l’attività di diagnosi e cura in vere e pro-prie strutture sanitarie di ricerca in To-scana nel settore della cardiologia e della cardiochirurgia, in Calabria nel settore del-la neuropatologia e della nefrologia, in Si-cilia nel settore della pneumologia, in Sar-degna per la talassemia e le malattie gene-tiche, in Lombardia nel settore della dia-gnostica per immagini, e nel Veneto, To-scana e Lombardia nel settore delle tec-nologie biomediche;

l’attività di monitoraggio epidemiologico ai fi-ni di prevenzione delle dipendenze, del disagio

sociale giovanile, e della patologia da inqui-namento ambientale; il trasferimento dei know-how sviluppati negli Istituti del CNR per lo sviluppo dell’industria biomedica e farmacologica nazionale, per l’ingegnerizzazione e eventuale commercializ-zazione di prodotti industriali, e per attività di formazione per il personale e i clienti delle im-prese; il miglioramento dell'attuale stato dei rapporti tra personale del CNR, personale universitario, del SSN e dell’industria tramite lo scambio bi-direzionale del personale di ricerca e l’orientamento delle collaborazioni, oltre che nell’ambito degli obiettivi perseguiti dal Di-partimento, nella direzione dello sviluppo di competenze dell’Ente. La ricerca medica sta oggi attraversando una nuova rivoluzione concettuale e metodologica promossa soprattutto dall’irrompere, sulla dimensione clinico/fisiologica della medicina (quella del rapporto medico/paziente), dei pro-fondi cambiamenti in corso nelle due dimen-sioni metodologiche principali, quella biolo-gico-biochimica e quella fisico-ingegneristica, e dal peso crescente della dimensione epide-miologica. Sul versante biologico-biochimico, i progressi della genetica, della genomica, della proteomica e della medicina molecolare in ge-nerale, offrono la possibilità di integrare la co-noscenza del “come” si esplicano le malattie con la conoscenza del “perché” una determi-nata malattia si manifesta, e forse anche di “chi” ne sarà immune o meno, o avrà un de-corso favorevole o sfavorevole se ne fosse col-pito. Sul versante fisico-ingegneristico, le due principali filiere di sviluppo sono quelle delle tecnologie multimodali di immagine “in vivo” e degli organi e tessuti artificiali o bioartificiali. Le prime evolvono verso tecnologie meno inva-sive sfruttando l’imaging molecolare, che inte-gra le immagini anatomiche con la misura quantitativa degli eventi biologici nel vivente. Le seconde vanno nella direzione della inge-gneria tissutale, alla ricerca da un lato della identificazione/caratterizzazione di cellule e processi idonei ad evolvere nella direzione so-stitutiva desiderata e dall’altro dello sviluppo di nuovi materiali da impiegare come “scaf-folds” per tessuti ingegnerizzati, e della proget-tazione e valutazione funzionale dei costrutti.

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Le nuove conoscenze dovranno essere inte-grate e interfacciate con la conoscenza dei

complessi meccanismi fisiologici e fisiopatolo-gici che caratterizzano lo stato di salute e di malattia, inclusa l’interazione con l’ambiente individuale, fisico, biologico e sociale. Inoltre le nuove tecnologie dovranno evolvere in strumenti effettivamente applicabili e sicuri per la prevenzione, la diagnosi, la cura e la riabilitazione delle malattie dell’uomo. Queste linee di tendenza definiscono lo spazio e costituiscono il fondamento e l’ispirazione del Dipartimento di Medicina che si propone, quindi, di assicurare che il nuovo che emerge dai progressi della scienza e della tecnologia venga calato nella realtà dei processi fisiologici e patologici conosciuti, cioè nella realtà opera-tiva della ricerca medica e della clinica, anche con lo sviluppo di tecnologie e processi inter-medi necessari per la loro evoluzione verso strumenti di diagnosi e cura: basti citare, a ti-tolo di esempio, la necessità dello sviluppo del-la bioinformatica per l’applicazione delle co-noscenze genomiche allo studio di coorti sele-zionate di pazienti, e quella dello sviluppo di molecole bersaglio e di vettori appropriati per dare consistenza alle prospettive dell’imaging molecolare e della terapia genica. Questa impostazione è coerente con le inizia-tive programmatiche a livello nazionale, come risulta, ad esempio, dai progetti FIRB e dalle di-rettrici del piano triennale del MIUR e del Mini-stero della Salute, e con il sistema produttivo in ambito biomedico e farmacologico. E’ altresì coerente con lo scenario internazionale come risulta dai programmi quadro della UE, dalle recenti iniziative del National Institute of He-alth (NIH) di creare nuovi istituti nel settore del-la ingegneria biomedica e della genomica ap-plicata, e dall’investimento di una importante industria farmaceutica per la costruzione di un

nuovo “Clinical Imaging Center” in col-laborazione con il Medical Research Council (MRC) e la Royal Posgraduate Medical School dello Hammersmith Hospital. L’impostazione strategica del Programma di Dipartimento è congeniale al carattere multi-disciplinare degli Istituti CNR che vi parteci-pano in quanto le attività di ciascuno di essi coprono al loro stesso interno, o tramite rap-porti con altre Istituzioni nazionali (università, ospedali, ASL, IRCCS, ISS, ISPSL, ENEA, ASI, I-CGEB, etc.) e internazionali (INSERM, CNRS, MRC, EMBL, MIT, NIH, CDC, Karolinska Hospital, etc.) l’intero arco di competenze che, per ciascun settore di studio, va dalla ricerca di base a quella fisiopatologica, alle tecnologie rilevanti, fino alla valutazione su base clinica o epide-miologica. Il Programma del Dipartimento si articola in 7 progetti:

• P1. Nuovi protocolli per malattie cardio-polmonari;

• P2. Verso la saldatura tra conoscenze e pratica medica nelle neuroscienze;

• P3. Applicazione delle nuove conoscenze e tecnologie in oncologia;

• P4. Applicazione delle nuove conoscenze in immunologia e infettivologia;

• P5. Verso una tassonomia Clinica Moleco-lare;

• P6.Innovazione-integrazione tecnologica in medicina;

• P7. Epidemiologia e ricerca sui servizi sa-nitari .

La tabella 4a° riporta l’elenco degli Istituti di prevista afferenza e degli Istituti partecipanti al Dipartimento.


Istituti di prevista afferenza Istituti partecipanti IBC Ist. di Biologia Cellulare IBB Ist. di Biostrutture e Bioimmagini IBFM Ist. di Bioimmagini e Fisiologia Molecolare IASI Ist. Analisi dei Sistemi e Informatica IBIM Ist. di Biomedicina e Immnulogia Molecolare IAC Ist. Applicazioni del Calcolo “Mauro Picone” IFC Ist. di Fisiologia Clinica IMATI Ist. Matematica Applicata e Tecnologie Informatiche IGM Ist. di Genetica Molecolare IRPPS Ist. Ricerche su Popolazioni e Problematiche Sociali IN Ist. di Neuroscienze ISTC Ist. Scienze e Tecnologie della Cognizione INMM Ist. di Neurobiologia e Medicina Molecolare ISTEC Ist. Scienza e Tecnologia dei Materiali Ceramici INN Ist. di Neurogenetica e Neurofarmacologia ISIB Ist. di Ingegneria Biomedica ISN Ist. di Scienze Neurologiche ITB Ist. per le Tecnologie Biomediche ITOI Ist. per i Trapianti d’Organo e Immunocitologia

72

Il Dipartimento, considerando solo il persona-le CNR a tempo indeterminato, può contare mediamente nel triennio su circa 800 unità. A questo si devono aggiungere: circa 400 unità a tempo determinato (di cui circa 300 ricercato-ri), la massima parte finanziata su contratti e-sterni; il personale universitario, del Servizio Sanitario Nazionale e dell’industria che parte-cipa alle attività di ricerca (di cui circa 130 ri-cercatori associati); l’ampio numero di dotto-randi e borsisti. L’impegno del personale (me-si/uomo) nelle attività progettuali è indicato in dettaglio nella parte descrittiva di ciascun Pro-getto. La tabella 4b riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Dipartimento nel triennio 2005-2007. Il Dipartimento propone, inoltre, ulteriori Pro-getti da attivarsi solo nel caso di disponibilità di risorse interne aggiuntive. L’elenco di que-sti Progetti è il seguente:

epidemiologia, prevenzione e trattamento del-le demenze senili, del disagio e delle dipen-denze giovanili. costo aggiuntivo previsto: circa 4 ml euro/anno x 3 anni; fondamenti sperimentali e loro applicazione nella prevenzione e nel trattamento integrato (medico, chirurgico, interventistico,

sostitutivo e biologico) dello scompenso di cuo-re. Costo aggiuntivo previsto: circa 5 ml eu-ro/anno x 3 anni; fondamenti sperimentali ed applicazioni delle nuove conoscenze e tecnologie nella diagnosti-ca precoce, stadiazione e trattamento integrato dei tumori. costo aggiuntivo previsto: circa 5 ml euro/anno x 3 anni. Il Dipartimento ha attivato inoltre due spin-off industriali, uno nel campo del disegno chimi-co, formulazione farmaceutica e valutazione preclinica, dando vita alla Società Consortile Pharmaness e l’altro nella diagnostica scinti-grafica miniaturizzata, dando vita ad una par-tecipazione societaria con la Li-Tech. Altre ini-ziative del genere sono attualmente in fase di istruttoria. Il Dipartimento, infine, anche in relazione e in risposta alla recente attivazione dell’AIFA, l’Agenzia Nazionale per il Farmaco, ha ritenu-to opportuno impostare ed avviare l’istruttoria di un Progetto interdipartimentale sul Farma-co, in collaborazione con i Dipartimenti di Scienze della Vita e Progettazione Molecolare. Parallelamente, sono allo studio altri progetti a carattere interdipartimentale, in particolare un Progetto sul tema Ambiente e Salute, in col-laborazione con il Dipartimento Terra e Am-biente.



2005 125,03 61,13 5,78 130,81 2006 122,22 59,77 5,78 128,00 2007 118,85 63,94 5,78 124,63

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Progetti del Dipartimento Medicina

4.1 P1. Nuovi protocolli per malattie cardiopolmonari



0



Le malattie cardiache e polmonari, tra loro ampiamente correlate, costituiscono uno degli ambiti della patologia nel quale le nuove ac-quisizioni conoscitive e tecnologiche derivanti dalle scienze di base biologiche, biochimiche e fisico-ingegneristiche, aprono nuove prospet-tive ai fini della prevenzione, diagnosi, tratta-mento e riabilitazione. Parallelamente, la ri-cerca fisiopatologica ha consentito di identifi-care il ruolo di nuovi meccanismi e fattori di regolazione, controllo, adattamento e disadat-tamento del sistema cardiopolmonare in con-dizioni normali e patologiche (neuroendocrini, metabolici, immunologici, infiammatori, mi-crocircolatori, ecc.), aprendo tra l’altro lo sce-nario al potenziale sviluppo di nuovi farmaci. In entrambe le direzioni è necessario produrre un impegno convergente, caratteristicamente inter- e multidisciplinare, finalizzato a tradurre le nuove prospettive in effettivi strumenti di miglioramento del processo di diagnosi e cura. La prevalenza delle malattie cardiovascolari è particolarmente elevata nei paesi sviluppati, dove esse rappresentano tuttora la principale causa di mortalità e di ospedalizzazione. Pa-rallelamente, le malattie respiratorie, ed in particolare le broncopneumopatie, costitui-scono una classe di patologia altamente cor-relata a fattori ambientali tipici dell’urba-nizzazione ed alle abitudini di vita. Insufficien-za cardiaca e insufficienza respiratoria croni-che, in continuo aumento in quanto esito ob-bligato di buona parte delle cardiopatie e delle pneumopatie, anche in relazione all’aumen-tata sopravvivenza dagli eventi acuti, e per il progressivo invecchiamento della popolazione, sono quindi causa di costi sociali ed economici rilevanti. Di qui l’importanza di sviluppare nuovi approcci soprattutto di diagnosi preco-ce, di prevenzione primaria e secondaria, e di

assistenza, trattamento e riabilitazione a livello sia ospedaliero che domiciliare. 4.1.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Tra i risultati più interessanti già conseguiti si segnalano: • nel settore dei fattori neuroendocrini e ge-

netici, l’identificazione di nuovi predittori dell’evoluzione di gravi condizioni morbo-se e di predittori genetici e molecolari della risposta a trattamenti terapeutici di inter-ventistica cardiovascolare;

• i primi risultati nella ricerca degli effettori biochimici cardiovascolari, delle basi mo-lecolari della circolazione perinatale, dell’espressione genica degli oo. natriure-tici e dei canali del calcio;

• le prime evidenze sul rapporto tra dislipi-demie e processi infiammatori e sul ruolo del microcircolo nella fisiologia e fisiopa-tologia cardiaca;

• nel settore delle tecniche di immagine, lo sviluppo delle tecniche MRI nello studio delle cardiopatie congenite e la quantizza-zione della fibrosi miocardica, e i promet-tenti primi risultati nella misura mediante ultrasuoni dell’edema polmonare e della riserva coronarica;

• nel settore della diagnostica funzionale, la misura non invasiva della portata cardiaca mediante impedenzometria transtoracica;

• i primi risultati sulla combinazione del trat-tamento con cc. staminali autologhe e assi-stenza meccanica ventricolare come ponte al trapianto;

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• nella terapia chirurgica, i recenti sviluppi di approccio miniinvasivo per la correzione della patologia mitralica ed aortica e le prospettive dei nuovi sistemi di assistenza ventricolare;

• i primi risultati della terapia domiciliare con NO dell’ipertensione polmonare.

I risultati già conseguiti confermano la validità del Progetto e degli obiettivi in esso indicati. Significativa, poi, in questo settore, appare la ormai imminente costituzione della Fonda-zione CNR-Regione Toscana, prevista dal Piano Sanitario Regionale, cui verranno conferite le attività sanitarie dell’Azienda Ospedaliera di Ricerca IFC-CNR, con una conseguente rile-vante stabilizzazione e potenziamento delle at-tività di ricerca clinica svolte dal CNR. 4.1.3 Obiettivi programmatici e criteri di

verifica del loro conseguimento Obiettivi specifici del Progetto sono i seguenti: • studio delle basi molecolari, cellulari, bio-

chimiche in modelli cellulari ed animali, in vivo ed ex-vivo, finalizzato alla conoscenza dei meccanismi di regolazione e controllo cardiovascolare ed alla conseguente identi-ficazione di target terapeutici;

• nuovi fattori fisiopatologici delle malattie cardiopolmonari (rischio cardiovascolare, fattori neuroendocrini, metabolici ed in-fiammatori, ruolo del microcircolo, corre-lati genotipo/fenotipo) finalizzati alla di-saggregazione di classi di patologia cardio-vascolare in sottoinsiemi riconducibili a meccanismi patogenetici e quindi di trat-tamento specifici;

• nuove metodologie di diagnostica ed ima-ging funzionale cardiopolmonare, in parti-colare rivolte alla diagnosi precoce ed al follow-up/guida nel trattamento;

• prognostica della cardiopatia ischemica, delle broncopneumopatie croniche ostrut-tive e dello scompenso cardiaco, e sviluppo di indicatori predittivi di risultato;

• nuovi approcci di terapia medica, interven-tistica, chirurgica e sostitutiva nelle patolo-gie cardiache e polmonari.

• I principali risultati che il Progetto intende conseguire sono i seguenti:

• nuove conoscenze sul ruolo effettivo dei nuovi meccanismi causali di patologia car-diopolmonare;

• individuazione e rilevanza dei fattori di ri-schio, loro eventuale correzione e correlati biologici e clinici;

• nuovi markers biologici, protocolli funzio-nali e procedure d’immagine molecolare

ai fini di diagnosi precoce, follow-up e pro-gnosi;

• ottimizzazione dei protocolli diagnostici in-tegrati a livello di prevenzione, diagnosi e follow-up;

• sviluppo, valutazione, e ottimizzazione di nuovi approcci terapeutici e di protocolli integrati di terapia farmacologica, fisica, interventistica e chirurgica;

• sviluppo di modelli animali/cellulari della cardiopatia ischemica e dello scompenso.

• I criteri di verifica degli obiettivi sono iden-tificabili in:

• numero e qualità di pubblicazioni scientifi-che;

• convenzioni e contratti conseguiti con sog-getti pubblici e privati;

• applicazioni sul campo delle conoscenze e metodologie sviluppate, ed effetto a livello del processo di diagnosi e cura delle classi di patologia interessate.

4.1.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale per lo svolgimento del Progetto è pari a circa 650 mesi/uomo per il 2005, 700 mesi/uomo per il 2006 e 750 me-si/uomo per il 2007, considerando solo il per-sonale CNR a tempo indeterminato. A questo si deve aggiungere il personale a tempo de-terminato finanziato su contratti esterni (pari a 1.400, 1.500, 1.600 mesi/uomo rispettiva-mente nel 2005, 2006, 2007), il personale uni-versitario che partecipa alle attività di ricerca, dottorandi e borsisti, nonché il personale asso-ciato del servizio sanitario nazionale. Le risorse strumentali principali consistono nelle attrezzature per ricerche di biologia mo-lecolare e cellulare, genetica, tecniche di ima-ging, tecniche informatiche per l’analisi di se-gnali, immagini e trattamento dei dati clinici, e nei reparti e servizi per la diagnosi e cura di malattie cardiopolmonari. Esse includono: • laboratori di diagnostica non invasiva delle

malattie cardiopolmonari; • ciclotrone ed officina radiofarmaceutica; • PET/SPECT/Gamma camera; • MRI risonanza magnetica clinica 1.5 Tesla; • X-CT multislices 16 strati; • sale di emodinamica ed elettrofisiologia

n.°3; • sale operatorie di cardiochirurgia n.°1;

75

• reparti per degenze ordinarie e di terapia intensiva (n.°100 posti letto circa).

La tabella 4c riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. I finanziamenti esterni più significativi per l’anno 2005 provengono da: • MIUR – FIRB • Regioni – Prestazioni sanitarie • Contratti industriali: Bracco, Schering,

Glaxosmithkline 4.1.5 Competenze interne utilizzate Tutti questi settori trovano ampio sviluppo nel-le attività degli Istituti del CNR che partecipano al Progetto (IBIM, IBFM, IFC, IN) e nelle collabo-razioni multidisciplinari con altri Dipartimen-ti. In particolare, nell’insieme degli Istituti, sussiste la possibilità, di rilevante importanza e non comune occorrenza, di una completa ver-ticalizzazione della ricerca, dal livello di base agli studi traslazionali, fino alla ricerca clinica e valutativa di risultato. 4.1.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili • Università di Pisa, Napoli “Federico II”,

Milano Bicocca, Genova, Palermo, Padova, Lecce, Chieti, Roma “La Sapienza” e Cat-tolica del Sacro Cuore, Pisa Scuola Supe-riore Sant‘Anna e Scuola Normale Superio-re

• Istituto Superiore di Sanità, Roma • Istituto Nazionale della Montagna, Roma • IRCCS Ospedale S. Raffaele, Milano • Ospedale Niguarda Ca’ Granda, Milano • Royal Nepal Academy of Science and

Technology, Kathmandu, Nepal • UE – Network of Excellence MYORES • UE – Integrated Project EXGENESIS • Tra i principali partner industriali sono da

citare: • Sorin Cardio, EsaOte Biomedica, Dideco • GE Health, Servier, Siemens, Philips 4.1.7 Tempi previsti Gli obiettivi specifici proposti dovrebbero esse-re conseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 4.1.8 Condizioni di fattibilità Le risorse umane e le competenze disponibili rendono il Progetto fattibile. Nello specifico le competenze disponibili coprono i settori della biologia cellulare e molecolare, delle tecniche diagnostiche non invasive ed invasive special-mente nel campo della diagnostica per imma-gini, delle tecniche di radiofarmacia, delle competenze cliniche e chirurgiche per la dia-gnosi, il trattamento (medico, interventistico, chirurgico) ed il follow-up di pazienti con ma-lattie cardiopolmonari.

Tabella 4c. Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 48,85 38,63 0,73 49,58 2006 47,75 37,76 0,73 48,48 2007 46,44 40,40 0,73 47,16

76

4.2 P2. Verso la saldatura tra conoscenze e pratica medica nelle neuroscienze


0



Le neuroscienze sono una delle grandi frontie-re della conoscenza il cui studio vuole contri-buire, tramite la soluzione dei molti problemi di biologia di base ancora aperti, alle loro ap-plicazioni cliniche e terapeutiche. Per capire l’impatto delle malattie del Sistema Nervoso è sufficiente considerare che circa 100 milioni di persone al mondo sono affette da gravi patolo-gie nervose e neurodegenerative che rappre-sentano vere e proprie emergenze sociali e di salute pubblica. Nel nostro paese, il progressi-vo invecchiamento della popolazione ed il pa-rallelo aumento dei casi di demenza, fanno sì che circa 500.000 soggetti siano affetti da una patologia neurodegenerativa. Se a questo si af-fianca la considerazione di altre malattie neu-rologiche croniche e disabilitanti, e dell’abuso di sostanze psicoattive, è difficile sfuggire alla conclusione che le neuroscienze sono uno dei campi di ricerca che con i loro avanzamenti possono maggiormente contribuire al miglio-ramento della salute. Occorre quindi concen-trare gli sforzi sullo studio dei meccanismi dell’invecchiamento e di quelli neurodegene-rativi alla base delle malattie di Alzheimer e di Parkinson. Questo allo scopo di sviluppare me-todi di diagnosi preclinica e terapia che in ag-giunta ai trattamenti sintomatici possano pre-venire, arrestare o almeno rallentare il decorso di tali malattie. Nel settore, la presenza del CNR è fondata su una rete di competenze di assolu-to rilievo internazionale. 4.2.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Tra i risultati già conseguiti da segnalare: • gli studi sul ruolo della neuromelanina e

dei metalli nell’invecchiamento cerebrale e nei meccanismi neurodegenerativi del morbo di Parkinson, nei neuroni e nella glia;

• gli studi sulla ottimizzazione delle proce-dure terapeutiche e della riabilitazione in pazienti con stroke;

• l’analisi degli effetti dell’alluminio ed altri ioni metallici (Fe, Zn, Cu, etc.) su proteine modello (atassina: m. Huntington; PrP: mm. prioniche; amiloide: Alzheimer) e su colture cellulari;

• la produzione e analisi di ceppi di topo mu-tanti condizionali di geni coinvolti nella m. di Parkinson;

• gli studi sulla distribuzione e funzione dei recettori GABAA nei granuli cerebellari, sull’autotrapianto di cc. ematopoietiche nella sclerosi multipla, sulla parkina e le mm. extrapiramidali;

• nella diagnostica delle mm. ereditarie del snc, l’identificazione di nuove mutazioni in geni noti e di nuove correlazioni genoti-po-fenotipo, e l’identificazione del danno neuronale da radicali liberi nelle mm. neu-rodegenerative;

• la messa a punto e l’impiego di un modello in coltura per lo studio della degenerazione dei motoneuroni e di uno di colture miste di cervelletto;

• la messa a punto di protocolli sperimentali per lo studio della proteomica applicata al-lo studio delle mm. del sistema nervoso;

• l’identificazione di una nuova via di tra-sduzione del segnale che agisce come sen-sore di attività nelle cellule del muscolo scheletrico e controlla l’espressione della miosina;

• l’identificazione di fattori di trascrizione coinvolti nella atrofia muscolare e di un oli-fenolo contenuto nel the verde che agisce come un potente inibitore contro il deter-minate molecolare dello sviluppo della tos-sicità di questa patologia;

77

• la scoperta di un nuovo meccanismo di in-terazione tra astrociti e neuroni che causa l’attivazione sincrona di interi contingenti neuronali, possibile determinante per l’apprendimento mnestico e il consolida-mento a seguito di plasticità neuronale;

• lo sviluppo di una nuova strategia farmaco-logica per il controllo dell’insorgenza e dei postumi dell’attività epilettica basata sull’uso della tossina botulinica, e di un metodo per la somministrazione di fattori neurotrofici al snc basato sull’assor-bimento da parte della mucosa olfattiva. Valutazione di questa strategia in un mo-dello animale di Alzheimer;

• la scoperta che l’arricchimento ambienta-le accelera lo sviluppo post-natale del si-stema nervoso ed il consolidamento della circuiteria corticale;

• l’identificazione della risposta fisiologica attivata in neuroni centrali dopo lesione traumatica.

4.2.3 Obiettivi programmatici e criteri di

verifica del loro conseguimento Obiettivo generale del Progetto è assicurare al CNR ed alla comunità scientifica, conoscenze sui meccanismi di base delle patologie nervo-se, miglior comprensione dei meccanismi fi-siopatologici, ottimizzazione dei protocolli di diagnosi precoce e di trattamento ottimale. In particolare gli obiettivi specifici del Progetto sono i seguenti: • nuove conoscenze sulle basi molecolari e

cellulari dello sviluppo e della plasticita’ del sistema nervoso, dell’invecchiamento e della demenza;

• sviluppo e valutazione di modelli speri-mentali di patologie nervose;

• nuovi markers biologici, protocolli funzio-nali e procedure d’immagine molecolare per la diagnosi precoce, il follow-up e la prognosi;

• ottimizzazione dei protocolli diagnostici in-tegrati a livello di prevenzione, diagnosi e follow-up;

• sviluppo, valutazione e ottimizzazione di nuovi approcci terapeutici e protocolli in-tegrati di terapia.


• sviluppo di nuove terapie farmacologiche e genetiche;

• sviluppo di markers biologici per una dia-gnosi precoce;

• individuazione di fattori di rischio; • ottimizzazione di protocolli clinici per la

diagnosi precoce e la riduzione del rischio;

• avanzamenti nella comprensione dei mec-canismi causali di queste patologie;

• sviluppo di modelli animali e sperimentali di malattie neurodegenerative comprese quelle indotte da abuso di stupefacenti.

I criteri di verifica degli obiettivi sono identifi-cabili in: • numero e qualità di pubblicazioni scienti-

fiche; • convenzioni e contratti con soggetti pub-

blici e privati; • eventuali brevetti registrati; • applicazioni sul campo delle conoscenze e

metodologie sviluppate, ed effetti a livello del processo di diagnosi e cura, delle classi di patologia interessate;

• interazione laboratori-cliniche (from bench to bed).

4.2.4 Risorse umane, strumentali e finanzia-

rie L’impegno di personale per lo svolgimento del Progetto è pari a circa 1.800 mesi/uomo per il 2005, 1.900 mesi/uomo per il 2006, e 2.000 mesi/uomo per il 2007, considerando solo il personale CNR a tempo indeterminato. A que-sto si deve aggiungere il personale a tempo de-terminato finanziato su contratti esterni (pari a 300, 350, 400 mesi/uomo rispettivamente nel 2005, 2006, 2007), il personale universitario che partecipa alle attività di ricerca, oltre a dot-torandi e borsisti. Le risorse strumentali principali sono quelle caratteristiche della biologia molecolare e cel-lulare, della biochimica e fisiologia delle mem-brane cellulari, dello studio delle cellule del si-stema neuromuscolare, delle cellule neuronali e delle sinapsi, dello studio dei modelli di com-portamento, della visione, della plasticità del sistema nervoso, del meccanismo di azione dei farmaci. Queste includono: • microscopia ottica, elettronica, confocale e

a due fotoni, videoimaging e processamen-to di immagini;

• tecniche per cultura di cellule e tessuti; • laboratori completi per analisi fluorome-

triche, elettroforetiche (UV-VS, IR, Massa, FPR);

78

• tecniche di biologia molecolare (costruzio-ne dei vaccini ricombinanti, ibridazione in situ, PCR, R-T PCR, NPLC, proteomica, cDNA microarray);

• laboratori per lo studio del comportamento animale e della sua caratterizzazione feno-tipica;

• risonanza magnetica clinica e funzionale; • ciclotrone ed officina di radiofarmacia; • tomografia ad emissione di positroni (PET),

tomografia ad emissione di fotone singolo (SPECT); • tomografia a raggi X (CT); • tecniche biochimiche ed immunochimiche

(elettroforesi, western blot, dosaggi enzi-matici ed ELISA).

La tabella 4d riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. I finanziamenti esterni più significativi per l’anno 2005 provengono da: • MIUR – progetti FIRB, FISR; • Ministero della Salute; • Istituto Superiore della Sanità; • Regione Calabria; • AA.SS.LL. e AA.OO. della Calabria; • UE – Programma Quadro; • Organismi internazionali: Armenise Foun-

dation, NIH, ERAB; • Soggetti privati: Pfizer Italia S.r.l., Sanofi-

Syntelabo S.p.A., MJ Fox Foundation for Parkinson’s Research, Novartis Pharma.

4.2.5 Competenze interne utilizzate

Tutte le tematiche sopraindicate trovano com-petenze ed esperienze specifiche di livello in-ternazionale nell’attivita’ degli Istituti CNR che partecipano al Progetto, in particolare in quelli afferenti al Dipartimento di Medicina (IBC, IBFM, IBIM, IN, ISN, ITB, ITOI), ma anche in Isti-tuti afferenti ad altri Dipartimenti (IBB, ISTC). Si prevede la collaborazione con i Progetti Tas-sonomia Clinica Molecolare e Tecnologie Bio-mediche. 4.2.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili

• Università di Napoli “Federico II” e Secon-da Università, Palermo, Roma “La Sapien-za”, Università Cattolica del Sacro Cuore e

“Tor Vergata”, Milano Università Vita e Sa-lute, Pisa, Cagliari, Ancona, Bari, Catania, Catanzaro, Chieti, Messina, Palermo, Ca-labria, Siena, Milano Bicocca, Pisa Scuola Normale Superiore;

• Università di Manchester, Amsterdam, McGill Montreal, Antwerpen, Melbourne, New York, Texas, York, Tel Aviv, New Or-leans, Valencia, Colombia NY, Illinois USA;

• Fondazione S. Lucia, Roma; • IRCCS, Osp. S. Raffaele, Milano; • INSERM, Francia; • Institute for Neurodegenerative Disorders

e NIEHS, USA; • UE–Network of Excellence “EUMORPHIA” e

“MUGEN”; • Welcome Dept. of Cognitive Neurology, UK; • CNRS, Gif-sur-Yvette, Francia; • MIT, USA; • NIH, USA; • CDC, USA; • Mayo Clinic Rochester, USA; • National Center for Geriatrics, Obu, Aichi,

Giappone; • Karolinska Hospital, Huddinge Hospital,

Svezia; • Partner industriali: • Newron Pharmaceuticals, Bresso, Italia; • Lay Line Genomics S.p.A., Parco Scientifico

S. Raffaele di Castel Romano, Roma, Italia. 4.2.7 Tempi previsti Gli obiettivi specifici proposti dovrebbero esse-re conseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 4.2.8 Condizioni di fattibilità Le competenze umane e tecnologiche necessa-rie sono disponibili nei vari Istituti che parte-cipano al presente Progetto. Sono inoltre già collaudate collaborazioni con altri En-ti/Università italiane e straniere per alcuni specifici settori.

Tabella 4d- Risorse spese nel triennio del Progetto (M/€)

79


2005 19,02 5,48 1,45 20,47 2006 18,59 5,36 1,45 20,05 2007 18,08 5,73 1,45 19,53

4.3 P3. Applicazione delle nuove conoscenze e tecnologie in oncologia



0



Il cancro è una delle principali cause di morte al mondo cui sono attribuiti in Italia quasi 300.000 nuovi casi e 150.000 decessi per an-no. La trasformazione neoplastica è un pro-cesso multistadio caratterizzato dalla crescita incontrollata di cellule anormali a seguito del-l'alterazione dei meccanismi che convertono segnali extracellulari in risposte adeguate delle cellule interessate. Il notevole sviluppo delle conoscenze di biologia di base, e delle tecnolo-gie terapeutiche farmacologiche, chirurgiche e fisiche, hanno migliorato sostanzialmente le capacità di diagnosi e cura e la prognosi di molte malattie neoplastiche. Tuttavia moltis-simo resta da fare, soprattutto come ricerca traslazionale, per portare effettivamente nella clinica oncologica i progressi continui della biologia di base e delle tecnologie. Negli ultimi decenni il CNR ha condotto, di concerto con il Ministero della Salute ed in particolare con gli IRCCS del settore, con le Università ed i Servizi Sanitari Regionali, una serie successiva di Progetti speciali che costituiscono un patrimo-nio di grande interesse potenziale per il futuro Dipartimento di Medicina. I tre principali campi di ricerca in oncologia possono essere così sintetizzati nei loro conte-nuti e finalità: caratterizzazione geno- e fenoti-pica delle cellule neoplastiche; strategie dia-gnostiche innovative basate sulla caratterizza-zione fenotipica della malattia, delle sue mani-festazioni e della evoluzione clinica, con l’impiego delle nuove metodologie di diagno-stica molecolare e d'immagine; sviluppo di strategie terapeutiche innovative, basate su conoscenze e tecnologie avanzate per la sta-diazione e il trattamento selettivo delle lesioni. Accanto alla oncologia, un campo di studi e-stremamente rilevante per il nostro paese è quello delle malattie ematologiche di origine genetica non somatica, tra cui in primo luogo le talassemie ed il difetto di G-6-PD.


Di tutto rispetto e di indubbio interesse poten-ziale nell’ambito o comunque d’intesa con il Dipartimento di Medicina sono i risultati otte-nuti e le competenze sviluppate dal Progetto speciale oncologia del CNR, nei confronti del quale si auspica un raccordo collaborativo, anche in relazione alla ipotesi di appositi fi-nanziamenti ad hoc da fonti esterne al CNR. Tra i risultati conseguiti in campo oncologico si segnalano: • l’acquisizione di nuovi dati sulla (C11) co-

lina come marcatore del carcinoma bron-chioalveolare;

• l’identificazione di geni critici nello svi-luppo e differenziamento della ghiandola mammaria, e di geni associati alla progres-sione del carcinoma mammario;

• la dimostrazione che cc. staminali di di-versi tessuti utilizzano sistemi di regola-zione comuni;

• l’effetto di nanoparticelle presenti nell’ambiente sull’espressione di recettori innati.

Questi i risultati conseguiti in campo ematolo-gico: • la definizione dei geni modificatori del fe-

notipo beta-talassemico; • il clonaggio di 4 fattori trascrizionali del

cluster beta-globinico; • la definizione del ruolo della famiglia di fat-

tori EKLF sull’attivazione del gene beta-globinico.



80

Obiettivo generale del Progetto è assicurare al CNR lo sviluppo delle conoscenze nell’ambito delle patologie oncologiche e ematologiche, così importanti e invalidanti per il singolo indi-viduo colpito e per la comunità.

Obiettivi specifici del Progetto sono i seguenti: • studio del genoma e del trascrittoma nel

cancro e nel differenziamento, e in parti-colare:

• identificazione di mutazioni nel genoma e nell’intero trascrittoma di cellule tumorali;

• identificazione del ruolo di cellule non epi-teliali (mioepiteliali e stromali) nella forma-zione e progressione del tumore;

• identificazione di geni target di oncogeni e oncosoppressori;

• identificazione di geni chiave del diffe-renziamento di cellule epiteliali orga-notipiche;

• controllo genico dell’oncogenesi e del dif-ferenziamento mediante analisi di microR-NA-chip-arrays e identificazione di geni coinvolti nella pluripotenza;

• analisi comparativa dei pattern di espres-sione dei geni in cellule tumorali e stamina-li;

• analisi degli effetti della perdita o del gua-dagno di funzione dei geni identificati in cellule staminali e tumorali;

• diagnostica d’immagine molecolare e pro-teomica funzionale per la stadiazione, la scelta terapeutica e il follow-up durante le diverse terapie;

• differenziamento e oncogenesi per l’identificazione di target molecola-ri/farma-cologici e per lo sviluppo dell’immunoterapia in oncologia;

• beta-talassemia: sviluppo della terapia ge-nica e di molecole attivanti la produzione di HbF;

• neoplasie post-trapianto: meccanismi ge-netici e immunologici;

• nuove tecnologie terapeutiche mirate per sito e caratteristiche biologiche.


• nuove conoscenze sui meccanismi moleco-lari, genetici, proteomici, biochimici nell’oncogenesi;

• nuovi markers biologici, protocolli funzio-nali e procedure di imaging per diagnosi precoce, follow-up e prognosi;

• possibile terapia genetica della Beta-talas-semia e/o produzione di molecole attivanti la produzione di HbF;

• definizione protocolli terapeutici mirati e integrati e loro trasferimento alla clinica;

• sviluppo di nuove classi di farmaci con pro-prietà modulatrici sull’apoptosi e la so-pravvivenza cellulare;

• messa a punto di nuove modalità di terapia fisica in oncologia.

• I criteri di verifica degli obiettivi sono iden-tificabili in:


• convenzioni e contratti con soggetti pub-blici e privati;

• eventuali brevetti registrati; • applicazioni sul campo delle conoscenze e

metodologie sviluppate, ed effetti a livello del processo di diagnosi e cura delle classi di patologia interessate.


rie

L’impegno di personale per lo svolgimento del Progetto è pari a circa 900 mesi/uomo per il 2005, 950 mesi/uomo per il 2006 e 1.000 me-si/uomo per il 2007, considerando solo il per-sonale CNR a tempo indeterminato. A questo si deve aggiungere il personale a tempo de-terminato finanziato su contratti esterni (160, 200, 240 mesi/uomo rispettivamente nel 2005, 2006, 2007), il personale universitario, oltre ai dottorandi e borsisti che partecipano alla ri-cerca.Le risorse strumentali principali sono quelle tipiche per ricerche nel campo delle nuove tecnologie e della loro applicazione allo studio delle patologie oncologiche e della patogenesi del cancro, e allo sviluppo di strategie terapeu-tiche innovative. Queste includono: sequenziatore “454 Life Science Instrument

System”; • metodologie per il differenziamento del ge-

noma mediante ricombinazione omologa di cellule staminali;

• metodologie per l’analisi del trascriptoma e del proteoma;

• microchips per individuazione di polimor-fismi;

• microscopia elettronica e confocale; • diagnostica molecolare oncologica; • ciclotrone ed officina di radiofarmacia; • tomografia assiale a positroni (PET e

PET/CT);

81

• risonanza magnetica;

• laboratori di genomica, transcrittomica e proteomica;

• modelli animali; • generatore a raggi X ad anodo rotante per

diffrattometria; • metodologie per l’isolamento e la propaga-

zione di cellule staminali mammarie; • modalità di crescita e di differenziamento

di cellule epiteliali organotipiche in mono-strato e tridimensione;

• metodiche per gene knocking-down in vitro;

• sviluppo e miniaturizzazione di tecnologie specifiche come Serial Analysis of Gene Expression (SAGE) che consente la determi-nazione di profili globali di espressione ge-nica utilizzando popolazioni pure di cellule dissezionate al microscopio;

• 454 Life Science Instrument System. La tabella 4e riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. I finanziamenti esterni più significativi per l’anno 2005 provengono da: • MIUR: progetti FIRB, FISR • MIUR: finanziamenti per attività di sviluppo

delle aree depresse (CLUSTER) • Ministero della Salute 4.3.5 Competenze interne utilizzate Le tematiche sopraindicate trovano competen-ze ed esperienze specifiche di livello interna-zionale negli Istituti del CNR che partecipano al Progetto (IBFM, IBIM, IFC, IN, INMM, INN, ITB, I-TOI), e richiederanno una buona integrazione con i Dipartimenti di Scienze della Vita e Pro-gettazione Molecolare. Come già citato, molte delle attività svolte dagli Istituti CNR si accom-pagnano con alti livelli di integrazione con isti-tuzioni universitarie e sanitarie (IRCCS in parti-colare); opportuno anche mettere in valore la consolidata tradizione/esperienza del CNR nel-

la gestione di progetti finalizzati e strategici in oncologia. Si prevede una proficua interfaccia con i Progetti Tassonomia Clinica Molecolare e Tecnologie Biomediche. 4.3.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili • Università di Milano Bicocca, Roma “La

Sapienza”, Cattolica del Sacro Cuore e Tor Vergata, Torino, Ancona, Cagliari, L’Aquila

• Universities of Harvard, California, Eras-mus University Rotterdam

• Istituto Superiore di Sanità, Roma • Istituto Nazionale Tumori, Milano • Agenzia Italiana del Farmaco, Roma • IRCCS, Osp. S. Raffaele, Milano • IDI, Roma • ISPESL, Roma • Fox Chase Cancer Center, USA • AECOM, New York, USA • N.I.H., USA • National Cancer Institute, USA • Kimmel Cancer Center, PA USA • Max Plank Institute, GE • Salk Institute, San Diego, USA • Life Science Inc., Branford, USA 4.3.7 Tempi previsti Gli obiettivi specifici proposti dovrebbero esse-re conseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 4.3.8 Condizioni di fattibilità Le risorse umane e le competenze disponibili rendono il Progetto fattibile

Tabella 4e. Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 7,13 1,74 0,31 7,44 2006 6,97 1,70 0,31 7,28 2007 6,78 1,82 0,31 7,09

82

4.4 P4. Applicazione delle nuove conoscenze in immunologia e infet-tivologia


0



Lo studio del sistema immunitario riguarda la conoscenza dei meccanismi fondamentali di sorveglianza e difesa dell’organismo, la pato-genesi di malattie di cui il sistema immunitario è responsabile direttamente (autoimmunità, rigetto dei trapianti), o come mediatore del danno tissutale nel contesto della risposta im-munitaria ad agenti esterni (infezioni virali), o per difetto dei meccanismi di sorveglianza e di-fesa (infezioni croniche e tumori). L’immuno-logia è naturalmente collegata all’infettivo-logia che studia gli aggressori biologici (paras-siti, batteri, virus, ecc.) e i meccanismi di pre-venzione e difesa dagli stessi, in uno scenario che varia nello spazio, nel tempo e in relazione allo stato di sviluppo dei diversi paesi, ma che oggi è reso più complesso e spesso drammati-camente rilevante dai processi di globalizza-zione e da malattie infettive emergenti. Lo stu-dio dell’immunologia e infettivologia promuo-ve lo sviluppo di nuove prospettive diagnosti-che e terapeutiche. La rilevazione della rispo-sta immunitaria è tuttora il modo migliore di diagnosticare una malattia da agenti patogeni, e la stessa informazione può essere utilizzata per sviluppare mezzi diagnostici di nuove ma-lattie infettive (SARS), o l’intervento di media-tori immunologici in malattie degenerative (a-terosclerosi). Nella terapia, le nuove prospetti-ve sono gli anticorpi monoclonali modificati diretti contro le citochine, gli antagonisti delle citochine, o gli anticorpi monoclonali diretti contro molecole della superficie cellulare nel trattamento di patologie autoimmuni ma an-che oncologiche ed ematologiche. Le cono-scenze immunologiche sono altresì fondamen-tali per l’applicazione delle cellule staminali, sia nella patologia ematologica che nella pato-logia d’organo. Infine infettivologia e immuno-logia si raccordano nella problematica dello sviluppo dei vaccini.


Non sembra allo stato sussistano elementi che giustifichino l’aggiornamento del Progetto. 4.4.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Obiettivi specifici del Progetto sono i seguenti: • sviluppo di nuovi farmaci e possibilmente

di vaccini contro la schistosomiasi e com-prensione dei meccanismi di resistenza dei farmaci oggi impiegati;

• studio dei fattori immunologici alla base dell’asma, delle broncopneumopatie cro-niche e delle malattie della pleura;

• meccanismi molecolari e produzione di an-ticorpi anti-HLA causa del rigetto di tessuti trapiantati;

• studio dei mediatori dei processi flogistici per lo sviluppo di nuovi approcci diagno-stici, prognostici e terapeutici nelle patolo-gie croniche e infettive.

I principali risultati che il Progetto intende conseguire sono i seguenti: • sviluppo di nuovi markers per la diagnosi

precoce e la valutazione prognostica nelle broncopneumopatie croniche;

• comprensione dei meccanismi molecolari alla base dell’azione di farmaci antibatte-rici, antivirali e antiparassitari, e dell’even-tuale sviluppo di farmacoresistenza;

• acquisizione di nuove conoscenze sui mec-canismi immunitari nella infezione da TBC;

• nuove conoscenze sui meccanismi alla ba-se della risposta immune al trapianto d’organo e nuove strategie dell’immuno-soppressione/immunoregolazione dell’au-toimmunità e del rigetto dei trapianti;

• sviluppo di modelli sperimentali per lo stu-dio dei meccanismi della risposta autoim-mune.

83

I criteri di verifica degli obiettivi sono identifi-cabili in:


• convenzioni e contratti con soggetti pub-blici e privati;

• eventuali brevetti registrati; • applicazioni sul campo delle conoscenze e

metodologie sviluppate, ed effetto a livello del processo di diagnosi e cura delle classi di patologia interessate.

4.4.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie

L’impegno di personale per lo svolgimento del Progetto è pari a circa 650 mesi/uomo per il 2005, 680 mesi/uomo per il 2006 e 720 me-si/uomo per il 2007, considerando solo il per-sonale CNR a tempo indeterminato. A questo si deve aggiungere il personale a tempo de-terminato finanziato su contratti esterni (45, 60, 75 mesi/uomo rispettivamente nel 2005, 2006, 2007), il personale universitario, oltre ai dottorandi e borsisti che partecipano alla ri-cerca. Le risorse strumentali principali compren-dono:

• laboratorio di biologia del parassita; • laboratorio di biologia cellulare e moleco-

lare; • laboratorio di immunologia ed immunopa-

tologia; • laboratorio di epidemiologia molecolare e

meccanismi di immunizzazione. La tabella 4f riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. I finanziamenti esterni più significativi per l’anno 2005 provengono da: • MIUR: progetti FIRB, FISR • UE – Programma Quadro • Soggetti privati: Nactilus AB, Tecnogen,

Boehringer Ingelheim Pharma Gmbh & Co KG, Assilt, Sigma-Tau

4.4.5 Competenze interne utilizzate Questo Progetto si fonda sulla convergenza di competenze di diversi Istituti del CNR (IBC, IBIM,

INMM, ITOI) operanti nel settore. Si prevede un’ampia collaborazione con istituzioni ester-ne, ed in particolare con l’ISS, e un’interazione intradipartimentale princi-palmente con i Progetti Oncologia/Ematologia e Tassonomia Clinica Molecolare. 4.4.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili • Università di Palermo, Milano, Siena, Mes-

sina, L’Aquila; • Università Imperial College of London,

Calgary, Stockholm, Leiden, Zurich, Montpellier ;

• Istituto Superiore di Sanità, Roma; • Istituto Nazionale per la Ricerca sugli Ali-

menti e sulla Nutrizione, Roma; • Policlinico San Matteo, Pavia; • Osp. Pediatrico Bambino Gesù, Roma; • Agenzia Italiana del Farmaco, Roma; • Regione Lazio; • INSERM-Montpellier, IPBS-CNRS, Toulouse,

France ; • N.I.H., USA; • King’s College, Guy’s Hospital, London,

UK; • France European Research Centre

NatSynDrugs. 4.4.7 Tempi previsti Gli obiettivi specifici proposti dovrebbero esse-re conseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 4.4.8 Condizioni di fattibilità Le risorse umane e le competenze disponibili rendono il Progetto fattibile.


84


2005 6,19 1,93 0,26 6,45 2006 6,05 1,88 0,26 6,31 2007 5,88 2,01 0,26 6,14

4.5 P5. Verso una tassonomia Clinica Molecolare



0



I progressi della genetica e della proteomica prospettano la possibilità di sviluppare una nuova tassonomia delle malattie dell’uomo, fondata sulle basi molecolari, genetiche, biolo-giche e biochimiche delle malattie stesse, che integri e ampli il potere risolutivo, e in parte sostituisca la attuale tassonomia fondata su basi fisiopatologiche, così come questa aveva integrato ed ampliato il potere risolutivo, e in parte sostituito la tassonomia clinica fondata su basi sindromiche. Le prospettive che ne de-rivano sono di assoluta rilevanza, sia a livello diagnostico che prognostico e terapeutico. Gli straordinari recenti avanzamenti delle co-noscenze nel campo della genomica e della proteomica, insieme con lo sviluppo di tecno-logie d’avanguardia (high-throughput, ecc.) applicabili a livello della medicina di laborato-rio, aprono prospettive di grande rilevanza per l’identificazione delle basi molecolari deter-minanti la predisposizione a condizioni di ma-lattia, la probabilità di evoluzione più o meno favorevole delle malattie stesse, la risposta ai trattamenti farmacologici, e lo sviluppo di te-rapie geniche. A questi obiettivi concorrerà un’ampia gamma di studi, dai modelli animali di malattia ottenuti mediante manipolazione genetica alle osservazioni su coorti selezionate di pazienti nel corso della malattia e del suo decorso. 4.5.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Di particolare rilievo: • la disponibilità (EMMA) di oltre 550 ceppi

mutanti modello per mm. neurodegenera-tive, anemie, autoimmunità e immunodefi-

cienza, oncologia, mm. cardiovascolari, ne-fropatie, ecc.

• la recente identificazione dei marcatori ge-netici che sembrano condizionare l’evolu-zione sfavorevole in alcune gravi patolo-gie;

• lo sviluppo di nuove tecnologie in terapia genica tramite la visualizzazione e quanti-ficazione dell’effettiva trasfezione ed e-spressione dei geni trasfettati;

• lo sviluppo di biosensori per l’acquisizione del segnale di ibridazione fra acidi nucleici su supporto di silicio e di software per l’analisi e la condivisione di dati da micro-arrays convenzionali e a silicio;

• la caratterizzazione dei meccanismi della neurodegenerazione nelle mm. neurode-generative;

• lo sviluppo di nuovi metodi per migliorare il riconoscimento dei peptidi nel campo della proteomica funzionale;

• la definizione delle mutazioni del gene STP-B responsabile della m. di Wilson, il clo-naggio di due geni responsabili di mm. malformative multiple, la produzione del gene knockout per il glypicano 3, gli studi sull’interazione del gene AIRE nella po-liendocrinopatia autoimmune di tipo 1 ed il mappaggio dei geni responsabili dell’insufficenza mentale e della parapa-resi spastica;

• la definizione delle condizioni ottimali per la differenziazione verso il fenotipo neurale di cc. staminali ematopoietiche e mesen-chimali, l’isolamento di cc. staminali me-senchimali umane capaci di espandersi per lungo tempo in coltura, e lo studio del profilo di espressione genica durante la transdifferenziazione neurale;

lo sviluppo e la messa a punto di modelli mu-rini per lo studio dei geni responsabili delle malattie del sistema immune dell’osso.

85

• l’accordo di collaborazione pluriennale con GE-Health per la produzione di radio-farmaci.

4.5.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-rifica del loro conseguimento

Obiettivi specifici del Progetto sono i seguenti: • sviluppo di modelli animali ottenuti me-

diante manipolazione genica e finalizzati allo studio di patologie umane;

• sviluppo e applicazione a coorti selezionate di pazienti di tecnologie di avanguardia (high-throughput) di genomica e proteo-mica per identificare i determinanti genici e/o molecolari che predispongono o cau-sano malattie, o ne condizionano il de-corso;

• correlazione dei profili di espressione ge-nica e proteica con le risultanze dell’ima-ging molecolare;

• produzione di vettori per terapia genica e di metodi per la verifica dell’efficacia della trasfezione e dell’espressione dei geni tra-sferiti;

• impiego di cellule staminali mesenchimali per la terapia genica.

I principali risultati che il Progetto intende conseguire sono i seguenti: • individuazione dei meccanismi di insor-

genza di alcune patologie; • nuovi determinanti e/o markers genici e

molecolari come predittori diagnostici e prognostici di malattia, e di risposta ai trat-tamenti terapeutici;

• sviluppo di nuovi approcci terapeutici ge-nici e mediante cellule staminali autolo-ghe.

I criteri di verifica degli obiettivi sono identifi-cabili in: • numero e qualità di pubblicazioni scientifi-

che; • eventuali brevetti registrati; • convenzioni e contratti con soggetti pub-

blici e privati; • applicazioni sul campo delle conoscenze e

metodologie sviluppate, ed effetti a livello del processo di diagnosi e cura delle classi di patologia interessate.


L’impegno di personale per lo svolgimento del Progetto è pari a circa 1.300 mesi/uomo per il 2005, 1.350 mesi/uomo per il 2006 e 1.400 mesi/uomo per il 2007, considerando solo il personale CNR a tempo indeterminato. A que-sto si deve aggiungere il personale a tempo de-terminato finanziato su contratti esterni (800, 900, 1000 mesi/uomo rispettivamente nel 2005, 2006, 2007), il personale universitario, oltre ai dottorandi e borsisti che partecipano alla ricerca. Le risorse strumentali principali consistono nelle attrezzature ed impianti per la medicina di laboratorio e in particolare per la genomica e proteomica applicate. Si segnalano in parti-colare: • laboratori EMMA (European Mouse Mutant

Archive) Monterotondo Scalo; • laboratori di medicina sperimentale (Ro-

ma, Milano, Pisa); • le installazioni micro-PET; • laboratori di radiochimica e radiofarma-

cia; • laboratori di biologia cellulare e moleco-

lare; • laboratori per immunometria; • laboratori di citomorfologia; • laboratori di bioinformatica; • produzione di modelli transgenici e Knock

Out; • ciclotrone e officina radiofarmaceutica; • laboratori di proteomica e di espressione

genica. La tabella 4g riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. I finanziamenti esterni più significativi per l’anno 2005 provengono da: • MIUR: progetti FIRB, FISR; • MIUR: finanziamento per attività interna-

zionale del Campus di Monterotondo • Regione Sicilia; • UE: Programma Quadro; • EMBL ; • Soggetti Privati: Fondazione CARIPLO, As-

sociation Francaise contre les Myopathies.

86

•



2005 18,61 5,25 0,59 19,20 2006 18,19 5,14 0,59 18,78 2007 17,69 5,50 0,59 18,28

4.5.5 Competenze interne utilizzate Questo Progetto ha una forte connotazione in-terdisciplinare. Competenze specificamente orientate allo sviluppo di una nuova tassono-mia clinica molecolare sono presenti con ele-vata qualificazione in numerosi Istituti affe-renti al Dipartimento che partecipano al Pro-getto (IBC, IFC, IGM, IN, INMM, INN, ITB, ITOI). Appare importante, per questo Progetto la col-laborazione con i Dipartimenti di Scienze della Vita e Progettazione Molecolare. 4.5.6 Collaborazioni esterne attivate o attiva-

bili • Università di Milano, Pavia, Roma “La Sa-

pienza”, Cattolica del Sacro Cuore e “Tor Vergata”, Parma, Cagliari, Siena, Padova, Torino, Bologna, Pisa Scuola Superiore Sant’Anna e Scuola Normale Superiore;

• Universities of Groningen, Krakow, Louis Pasteur Strasbourg, Marseille, Tubingen, Erasmus University Rotterdam, Cornell University New York, Minnesota, Grei-fswald, Monaco, California at Davis-MMRC;

• Istituto Superiore di Sanità, Roma; • International Center for Genetic Engineer-

ing and Biotechnology, SISSA, Trieste; • IRCCS, Osp. S. Raffaele, Milano; • Ospedale Microcitemico, Cagliari;

• STMicroelectronics, Catania ; • Imperial College of London, UK; • INSERM, CNRS, Francia; • NAMC, CNRS, Francia; • Service de Genetique Madicale, Poitiers,

Francia ; • MRC, UK; • Karolinska Institute, Stoccolma, Svezia; • National Institute of Aging (NIA) NIH, USA; • EMBL; • The Jackson Laboratory, USA; • Blanchette Rockefeller Neuroscience Insti-

tute, USA; • Brain Research Institute, UCLA, Johns Hop-

kins, Washington and School of Medicine, St. Louis, University, USA.

4.5.7 Tempi previsti Gli obiettivi specifici proposti dovrebbero es-sere conseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 4.5.8 Condizioni di fattibilità

87

Le risorse umane e le competenze disponibili rendono il Progetto fattibile.

4.6 P6. Innovazione-integrazione tecnologica in medicina



1



Lo sviluppo sempre più rapido di nuove tec-nologie ha un impatto senza precedenti sull’avanzamento delle conoscenze in ambito biomedico, sulla qualità dell’assistenza offerta al malato e sull’efficienza del Sistema Sanita-rio nel suo complesso. Allo stesso tempo, la scoperta di nuovi farmaci è un processo lungo e costoso che richiede costante innovazione ed un alto livello di integrazione tra diverse ec-cellenze. I molteplici progetti di ricerca degli Istituti CNR nel vasto ambito delle Tecnologie Biomediche sono stati organizzati in uno speci-fico Progetto all’interno del Dipartimento di Medicina. L’avanzamento delle conoscenze in ambito medico è caratterizzato da un approc-cio interdisciplinare, che necessita di un valido sostegno tecnologico per essere ulteriormente promosso e utilizzato sul campo. La gestione e l’analisi delle enormi quantità di dati forniti dalla genomica e dalla proteomica costituiscono per l’informatica una sfida for-midabile; le nuove metodiche di imaging, in vitro ed in vivo, aprono finestre sin qui inattese sui complessi meccanismi cellulari e sulla fun-zione degli organi. Le tecniche di progetta-zione dei farmaci sono di grande ausilio nella lotta contro malattie dall’enorme impatto so-ciale, dal cancro alle malattie neuropsichiatri-che e a quelle cardiovascolari. Dallo studio dei biomaterali è possibile arrivare alla costru-zione di dispositivi per il trattamento di patolo-gie complesse. Scopo principale del Progetto è l’integrazione di competenze distribuite e di-stinte al fine di garantire il massimo supporto della tecnologia esistente alla Medicina e per indirizzare la ricerca tecnologica verso speci-fici obiettivi di interesse medico. 4.6.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-


Di particolare interesse: • nella modellistica matematica, la messa a

punto e l’impiego in studi multicentrici di

un modello per la valutazione dell’insulinoresistenza;

• la recente produzione di nuovi polimeri biocompatibili e da questi di vasi artificiali con risultati promettenti negli impianti sperimentali;

• lo sviluppo e i riconoscimenti ottenuti a li-vello nazionale e internazionale nella dia-gnosi e prevenzione della sordità conge-nita;

• nell’imaging funzionale con MRI, i risultati in pazienti con Parkinson pre-post terapia e, nell’imaging molecolare, la radiosintesi e valutazione nell’uomo di nuovi trac-cianti;

• nelle tecnologie terapeutiche, la messa a punto dell’utilizzo dei dati PET per il trat-tamento dei tumori del polmone, i primi ri-sultati del trattamento mediante tomotera-pia e i promettenti risultati nella circola-zione extra corporea percutanea;

• i risultati conseguiti nell’ambito di progetti UE nella comprensione delle interazioni tra campi elettromagnetici e biosistemi;

• la messa a punto di un laboratorio per l’acquisizione di immagini 3D a mezzo la-ser;

• i primi risultati nell’imaging molecolare del metabolismo miocardio e dell’atero-sclerosi;

• i primi risultati nella fusione di immagini PET/MRI;

• le realizzazioni prototipali di bobine MRI, erogatori controllati di O2, dispositivi per il monitoraggio endoteliale, tutte in collabo-razione con industrie biomediche nazio-nali;

• lo sviluppo di biosensori a DNA, in trattative avanzate per la realizzazione di uno spin-off;

• cartella clinica informatizzata, in trattative avanzate per la realizzazione di uno spin-off;

88

• la creazione di uno spin-off strategico (Pharmaness Score), capofiliera della Bio-tecnologia e Farmacologia del Parco Scien-tifico della Sardegna, totalmente dedicato

al drug design e drug delivery, e di nuove entità chimiche dalla lead optimisation si-no alla Proof of Concept per giungere in modalità fast-track alla FTIM (first time in man) (http://www.pharmaness.it).

Questi risultati confermano la validità del Pro-getto nella sua attuale formulazione. 4.6.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Obiettivi specifici del Progetto sono i seguenti: • informatica medica, bioinformatica e mo-

dellistica matematica; • imaging funzionale e molecolare multimo-

dale; • nuove tecnologie terapeutiche sperimentali

chirurgiche e interventistiche; • biomateriali, sensori, organi e tessuti artifi-

ciali; • sviluppo di nuove tecnologie in radiotera-

pia; • telemedicina, strumentazione biomedica e

ausili; • ricerca, sviluppo e valutazione preclinica

di nuove entità chimiche. I principali risultati che il Progetto intende conseguire sono i seguenti: • sviluppo di nuovi nuove tecnologie tera-

peutiche; • sviluppo di nuove metodiche di imaging; • sviluppo di nuove tecnologie informatiche

per la gestione e l’analisi dei dati; • progettazione di nuovi biomateriali e di-

spositivi protesici; • sviluppo di modelli matematici per

l’avanzamento delle conoscenze dei si-stemi biologici e per la simulazione del trattamento delle malattie;

• costruzione di dispositivi per l’assistenza e la terapia;

• disegno chimico e valutazione innovativa di nuove molecole brevettabili.


che; • contratti e convenzioni con soggetti pub-

blici e privati; • brevetti registrati; • applicazioni sul campo delle conoscenze e

tecnologie sviluppate, ed effetti a livello del

processo di prevenzione, diagnosi e cura delle classi di patologia interessate.


rie L’impegno di personale per lo svolgimento del Progetto è pari a circa 1.470 mesi/uomo per il 2005, 1.520 mesi/uomo per il 2006 e 1.570 mesi/uomo per il 2007, considerando solo il personale CNR a tempo indeterminato. A que-sto si deve aggiungere il personale a tempo de-terminato finanziato su contratti esterni (380, 430, 480 mesi/uomo rispettivamente nel 2005, 2006, 2007), il personale universitario, oltre ai dottorandi e borsisti che partecipano alla ri-cerca. Le risorse strumentali principali sono le se-guenti: • laboratorio di biomateriali per protesi car-

diovascolari (camera bianca classe 50, Spettrofotometro IR, calorimetro, spray machine);

• laboratori di elettronica, progettazione e realizzazione di apparecchiature biomedi-che;

• workstations multiprocessore per calcolo parallelo;

• laboratori di sensori e ingegneria tissutale; • infrastruttura info-telematica di un ospe-

dale orientato alla ricerca (9 servers, 45 apparati di rete, 2 workstations di visualiz-zazione, 700 postazioni computerizzate)

• impianto MRI; • microscopio confocale e a doppio fotone; • tomografia a positroni (PET) e ciclotrone

con radiofarmacia; • laboratori di chimica farmaceutica (anali-

tica e preparativa); • camera amagnetica; • laboratorio di tomoterapia; • stabulario barrierato e semibarrierato per

sperimentazione in GLP; • MALDI-TOF per determinazione SNPs (Se-

quenome). La tabella 4h riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007.

I finanziamenti esterni più significativi per l’anno 2005 provengono da: • MIUR: progetti FIRB, FISR; • Ministero delle Attività Produttive;

89

• Regioni: Veneto, Calabria e Sardegna;

• AA.SS.LL. di Lecce, Massa, Empoli; • AA.SS.LL. e AA.OO della Calabria; • UE – Programma Quadro e altre iniziative; • Soggetti privati: GE Health, Neuroscienze

PharmaNess Scarl. 4.6.5 Competenze interne utilizzate I settori di ricerca del Progetto trovano ampie competenze ed esperienze consolidate nell’attività di alcuni Istituti CNR afferenti al Dipartimento (IBFM, IFC, IGM, IN, INN, ISIB, ISN), e contributi potenzialmente molto significativi da parte di Istituti afferenti ad altri Diparti-menti (IASI, IBB, IAC, ISTEC). Opportuna l’interazione con i Progetti Cardiopolmonare, Neuroscienze, Oncologia/Ematologia, Immu-nologia/Infettivologia. 4.6.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili • Università di Pisa, Urbino, Firenze, Roma

“La Sapienza”, Cattolica del Sacro Cuore e“Tor Vergata”, Milano, Milano-Bicocca, Siena, Bari, Brescia, Padova, Bologna, To-rino, Cagliari, Scuola Superiore S. Anna;

• Universities of Copenhagen, Berlin, Ben Gurion Israel, Athens, Wien, Pittsburgh, London, Freiburg;

• Confindustria; • ISPESL-DIPIA- Roma; • Istituti Ortopedici Rizzoli, Bologna; • Ist. Mario Negri, Milano; • ENEA, Casaccia, Roma; • IRCCS, Osp. S. Raffaele, Milano; • IRCCS S.Matteo, Pavia; • Menarini Farmaceutici, Firenze, ACRAF-

Angelini;

• CRS4 e SharDNA, Parco Scientifico e Tecno-logico della Sardegna;

• Laboratorio Istochimico LEMI, Bordeaux; • Clinica Ortopedica Ospedale Odense, Co-

penaghen; • European Society for Mathematical and

Theoretical Biology; • Karolinska Institute, Stoccolma, Svezia; • INRIA, Francia; • Institut National de la Santè et de la Re-

cherche Mèdicale, Caen, Francia ; • Laboratoire de Modelisation et Calcul

IMAG, Grenoble, Francia ; • EAWAG, Svizzera ; • N.I.H., USA ; • CDC-National Center on Birth Defects and

Developmental Disabilities, USA; • TNO Pharma, Nutrition and Food Re-

search, Olanda; • Enzyscreen BV, FeyeCon Development BV,

Olanda; • Bristol Meyers Squibb, Jansen Cilag, Boe-

hringer Ingelheim, Eli Lilly, Astra Zeneca, Pfizer Inc., BioFlag, Progen srl.

4.6.7 Tempi previsti Gli obiettivi specifici proposti dovrebbero esse-re conseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 4.6.8 Condizioni di fattibilità Le risorse umane e le competenze disponibili rendono il Progetto fattibile



2005 16,44 4,76 2,21 18,65 2006 16,07 4,65 2,21 18,28 2007 15,63 4,97 2,21 17,84

90

4.7 P 7. Epidemiologia e ricerca sui servizi sanitari



1


L’epidemiologia va assumendo una crescente rilevanza per lo studio dello stato di salute del-le popolazioni e di gruppi di esse, per au-mentare le conoscenze sulle cause delle malat-tie e sulla loro storia naturale, per sorvegliare eventi patologici e determinanti sanitari e so-ciali di salute, per valutare l’efficacia degli in-terventi e delle prestazioni sanitarie, inclusi gli aspetti etici ed economici. La complessità degli studi epidemiologici cresce insieme al progre-dire delle conoscenze mediche e delle tecnolo-gie sanitarie. Gli studi epidemiologici di nuova generazione sono attività multidisciplinari di ricerca in cui le componenti cliniche, biologi-che e della genetica sono parte integrante del modello di studio. L’interazione con le scienze ambientali è altro elemento imprescindibile per effettuare studi sugli effetti sulla salute del-le condizioni ambientali, di grande rilevanza per la comunità e per i decisori, oltre che per le finalità di ricerca e le prospettive di sviluppo tecnologico. Le modificazioni dell’ambiente e gli stili di vita dovuti al modello di sviluppo e di consumo delle società occidentali richiedono strumenti adeguati per lo studio degli effetti sulla salute umana a livello delle popolazioni esposte e dei gruppi più vulnerabili. Attività di ricerca debbono essere mirate a comprendere le cause ambientali delle malattie, a sviluppare strumenti per la sorveglianza epidemiologica, a definire adeguate misure di prevenzione o il corretto uso del principio di precauzione. La comunicazione sul rischio è da considerarsi at-tività integrante dell’epidemiologia ambienta-le. La Società dell'Informazione costituisce uno dei fenomeni caratterizzanti la nostra epoca. La sua penetrazione nel settore sanitario è an-cora trascurabile. Eppure, con opportuni in-terventi "sistemici" a livello regionale e nazio-nale, l' ICT è oggi in grado di migliorare la qua-lità dell'assistenza e di contenere i costi, soprat-tutto favorendo la comunicazione tempestiva

ed efficace tra i professionisti sanitari, il coin-volgimento attivo del cittadino nella gestione della propria salute, la capacità di controllo e pianificazione dei manager. 4.7.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Da segnalare: • la crescente utilizzazione del database I-

MAGE sulla cardiopatia ischemica, l’avviamento di una indagine nazionale sulle BPCO, la dimostrazione della compo-nente ereditaria dei tratti genetici riguar-danti l’elasticità arteriosa e il profilo della personalità, lo studio della genetica dell’asma allergica ed il mappaggio con SNP per lo studio epidemiologico di patolo-gie legate all’invecchiamento nella popo-lazione sarda;

• nell’ambito del disagio giovanile, l’affidamento di una nuova commessa per la valutazione epidemiologica delle tossi-codipendenze da parte della Presidenza del Consiglio dei Ministri;

• nella epidemiologia ambientale, la collabo-razione con il Dipartimento della Prote-zione Civile nell’emergenza rifiuti, e la re-cente audizione al Senato sull’inquina-mento urbano;

• la collaborazione con il Ministero della Sa-lute per l’introduzione di nuovi standards per l’informatica sanitaria e per lo studio delle strategie regionali e nazionali per lo sviluppo dei sistemi informativi clinici nelle aziende sanitarie;

• lo sviluppo e l’implementazione del si-stema Sperigest di integrazione informa-tica ospedaliera clinica e gestionale, con finanziamento del Ministero della Salute;

91

• nel settore della farmacoepidemiologia, l’avviamento di un European Network of Excellence (6° Programma Quadro, UE) sul-lo studio dei farmaci in pediatria e la sor-veglianza degli eventi avversi (Progetto “TEDDY”);

• nel settore dell’epidemiologia dell’infe-zione da HIV e dell’AIDS, il consolidamento e le ricadute internazionali degli studi lon-gitudinali italiani sulla trasmissione paren-terale e sessuale dell’HIV.


rifica del loro conseguimento Obiettivi specifici del Progetto sono i seguenti: • epidemiologia molecolare, comprendente

studi di popolazione sui fattori di rischio genetici e sui meccanismi eziopatogenetici e loro ruolo nella distribuzione e controllo delle malattie;

• epidemiologia clinica e registri di patologia per lo studio dei fattori di rischio, dell’efficacia della diagnosi e degli effetti dei trattamenti, mediante protocolli e regi-stri di malattie di rilevante impatto;

• epidemiologia delle tossicodipendenze e del disagio sociale mirata allo studio della distribuzione e diffusione dei fenomeni, al-la comprensione delle cause, e alla defi-nizione di protocolli di intervento;

• epidemiologia ambientale per lo studio dell’interazione ambiente-salute in aree a rischio e l’effettuazione di studi analitici su inquinamento e salute, inclusa la defini-zione di strategie per la comunicazione sul rischio;

• sviluppo sistemico e pervasivo dell’ICT a supporto dei processi assistenziali, com-prendente attività di definizione, gestione e valutazione di sistemi informativi sanitari, biobanche, servizi sanitari e sociali;

• approfondimento delle conoscenze nei me-todi statistici ed elaborazione di tecnologie innovative in epidemiologia. Attività didat-tica e trasferimento delle conoscenze sia verso gli utilizzatori sia per la formazione di ricercatori esperti in epidemiologia.

I principali risultati che il Progetto intende conseguire sono i seguenti: • incidenza delle infezioni da HIV e epatite

tra tossicodipendenze; studio dei fattori di rischio e della prevalenza della sindrome metabolica;

• meccanismi genetici ereditari in popola-zioni diverse e per diverse patologie (asma allergica, patologie legate all’invecchia-mento);

• registri di patologie ed indagini epidemio-logiche varie (cardiopatia ischemica, ma-

lattie rare, malattie congenite, demenza, BPCO, PET oncologica);

• identificazione dei fattori di rischio e delle patologie (abuso di droghe, ambientale, in-terazione gene-ambiente, rifiuti tossici, a-ree di bonifica, campi magnetici, OGM);

• database clinici e banche dati di patologie diverse (cardiopatia ischemica, malattie renali, ipertensione, BPCO, demenze);

• sviluppo di sistemi informativi volti a valu-tare indicatori sanitari di appropriatezza e di valutazione costi-benefici, e a sviluppare nuove modalità di erogazione della cura.


che; • contratti e convenzioni con soggetti pub-

blici e privati; • affidamento di incarichi in progetti di li-

vello nazionale e internazionale; • numero e qualità di attività didattiche or-

ganizzate e numero di partecipanti; • possibile sviluppo di nuove terapie. 4.7.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale per lo svolgimento del Progetto è pari a circa 650 mesi/uomo per il 2005, 700 mesi/uomo per il 2006 e 750 me-si/uomo per il 2007, considerando solo il per-sonale CNR a tempo indeterminato. A questo si deve aggiungere il personale a tempo de-terminato finanziato su contratti esterni (570, 620, 650 mesi/uomo rispettivamente nel 2005, 2006, 2007), il personale universitario, oltre ai dottorandi e borsisti che partecipano alla ri-cerca. Le risorse strumentali principali sono essen-zialmente rappresentate dalle infrastrutture in-formatiche necessarie per gestire i processi di rilevamento e valutazione. La tabella 4i riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. I finanziamenti esterni più significativi per l’anno 2005 provengono da: • MIUR: progetti FIRB; • Presidenza Consiglio dei Ministri; • Ministero del Lavoro; • Regioni: Veneto, Toscana, Calabria; • ASL 20 Verona; • UE: Programma Quadro;

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• NIH .



2005 8,79 3,35 0,23 9,02 2006 8,59 3,28 0,23 8,82 2007 8,36 3,51 0,23 8,59

4.7.5 Competenze interne utilizzate Tutte le tematiche sopraindicate trovano com-petenze ed esperienze specifiche di livello in-ternazionale nell’attività degli Istituti CNR, in particolare in quelli afferenti al Dipartimento di Medicina (IBIM, IFC, IGM, IN, INN, ISIB, ITB), ma anche in Istituti afferenti ad altri Diparti-menti (IMATI, IRPPS). 4.7.6 Collaborazioni esterne attivate o attiva-

bili • Università di Pavia, Cagliari, Sassari, Ro-

ma “La Sapienza”, Cattolica del Sacro Cuore e “Tor Vergata”, Parma, Palermo, Padova, LUISS, Campus Biomedico, Boc-coni (CERGAS);

• Università di Tokai, Hamburg, University College London, Amiens, Monaco, Ten-nessee, Gent, Manchester, Njimegen, Sa-arland, St. Etienne, Salt Lake City, Magde-burg, Ginevra;

• Ist. Mario Negri, Bergamo; • Istituto Superiore di Sanità, Roma; • Agenzie Sanità Regione (Lazio, Piemonte,

Toscana, Lombardia, Veneto, Marche, Campania);

• Ministero della Salute (Germania, Francia, Regno Unito, Turchia, Bulgaria, Grecia, Romania, Spagna, Belgio, Svizzera);

• Comune di Palermo; • FIASO, FederSanità-ANCI (le due federazioni

italiane delle aziende sanitarie e ospeda-liere);

• FIMMG – Federazione Medici Medicina Ge-nerale; SIMG – Soc. Italiana Medicina Ge-nerale;

• Agenzie nazionali per l'ICT in sanità (NHS-IA, Gran Bretagna; NICTIZ, Olanda; STAKES, Finlandia; ONCHIT, USA; Infoway, Canada; HealthConnect, Australia; GMSIH, Francia);

• Karolinska Institute, Stoccolma, Svezia; • N.I.H., USA; • PROGETTO PROGENIA; • N.I.H., Mayo Clinic, Kaiser Permanente, Ve-

terans Health Administration, CDC, USA. 4.7.7 Tempi previsti Gli obiettivi specifici proposti dovrebbero es-sere conseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 4.7.8 Condizioni di fattibilità

93

Le risorse umane e le competenze disponibili rendono il Progetto fattibile

5. Dipartimento Scienze della Vita Le ragioni che hanno determinato la costitu-zione del Dipartimento Scienze della Vita sono quelle che hanno spinto tutte le massime istitu-zioni di ricerca dei paesi avanzati a finanziare e potenziare in maniera significativa le “Life Sciences”. In breve si possono riassumere nel-la consapevolezza che le attività riconducibili alle Scienze della Vita, volte alla descrizione dei meccanismi fondamentali alla base dei processi biologici, hanno un ruolo centrale non solo dal punto di vista della conoscenza, ma anche per il progresso economico e la competitività di un paese. Gli obiettivi del Dipartimento Scienze della Vi-ta si possono riassumere come segue: • contribuire all’avanzamento delle cono-

scenze dei meccanismi fondamentali alla base dei processi vitali e delle loro altera-zioni nella malattia;

• favorire il rapporto con altri Dipartimenti CNR e potenziare quello con università e al-tre istituzioni di ricerca pubbliche e private;

• favorire la partecipazione a grandi Progetti di ricerca in ambito internazionale;

• valorizzare i risultati dell’attività di ricerca incoraggiando lo sviluppo di competenze, metodologie e tecnologie di frontiera;

• stabilire un rapporto concreto e continuato con il sistema delle imprese al fine di per-mettere il trasferimento di “know-how” svi-luppato negli Istituti.

Le attività del Dipartimento Scienze della Vita si possono ricondurre a cinque Aree Proget-tuali: Genomica Funzionale, Biologia Struttu-rale, Biologia dei Sistemi Complessi, Bioinfor-matica e Biologia Computazionale, Modelli Biologici. In molte di queste il CNR ha una tra-dizione di studi ben consolidata e riconosciuta a livello nazionale ed internazionale che è ne-cessario preservare e rafforzare. Di questo po-trà beneficiare non solo il CNR, ma anche tutto il sistema di ricerca Italiano nel quale il CNR può svolgere un ruolo cruciale sia in termini di coordinamento che di proposta per permettere al sistema Italia di tenere il passo con il rapido progredire della conoscenza. Le attività del Dipartimento di Scienze della Vita garantisco-no l’acquisizione ed il trasferimento di infor-mazioni necessarie alle attività di altri Dipar-timenti dalle quali si differenziano in modo so-stanziale.

A livello internazionale, e in particolare negli Stati Uniti e in Giappone, le Scienze della Vita hanno notevoli e molteplici applicazioni in campo biotecnologico, biomedico e agroali-mentare. Ne sono scaturiti ingenti finan-ziamenti per promuovere sia l’avanzamento delle conoscenze che lo sviluppo di tecnologie informatiche e di “high throughput”. Per la so-la Biologia strutturale, ad esempio, il National Institutes of Health (NIH) sponsorizza attual-mente sette Progetti nazionali di notevoli di-mensioni1, e sono attive in California almeno tre iniziative private. L'Istituto RIKEN in Giap-pone si è orientato esplicitamente in questa di-rezione con due Progetti paralleli 2 così come è avvenuto nell’Unione Europea e nei singoli stati. Ricerche mirate a saldare la dimensione genetica e biologica con quelle comportamen-tali e socio-culturali sono finanziate, sempre nell’ambito del VI Programma Quadro, dal Progetto NEST (New and Emerging Science and Technology) con il tema: “What it means to be Human”.3 In Giappone sugli stessi temi e con enfasi sugli aspetti cognitivi è stato da poco varato il Pro-getto HOPE finanziato dal JPPS (Japan Society for the Promotion of Science).4

A livello nazionale è necessario valorizzare le competenze di eccellenza, razionalizzare le ri-sorse potenziando anche il rapporto con le U-niversità e altri Istituzioni di Ricerca, promuo-vere una maggiore partecipazione nei pro-grammi internazionali e favorire interazioni con il sistema produttivo. In linea con questa necessità il MIUR ha recepito l’importanza del-le tematiche proprie delle Scienze della Vita traducendola in finanziamenti rilevanti nell’ambito dei programmi PRIN e FIRB. Infatti i programmi PRIN di Scienze Biologiche hanno ottenuto nel 2004 il 12.9% del finanziamento totale secondi solo alle Scienze Mediche (19.7%). Significativo è l’incremento sia dei Progetti finanziati rispetto al 2001 (da 83 a 124) che dei fondi erogati (dal 12.24 al 12.90%), un andamento contrario a quello ve-rificatosi per altre discipline.

1 http://www.mcsg.anl.gov http://www.nysgrc.org e http://www.strgen.org 2 http://www.rsgi.riken.go.jp 3http://fp6.cordis.lu/nest/ncp.htm

95

4 http://www.pri.kyoto-u.ac.jp/hope/ index.html

Il programma del Dipartimento risulta suddi-viso in 5 Aree Progettuali articolate in 12 Pro-getti come di seguito indicato: Genomica Funzionale • P1. Meccanismi di regolazione dell’espres-

sione genica; • P2. Processi molecolari alla base di varia-

bilità ed alterazioni genetiche e della pla-sticità genomica;

Biologia Strutturale • P3. Struttura tridimensionale, funzione e

progettazione di proteine ed acidi nucleici; • P4. Strutture e meccanismi di funziona-

mento di complessi sopramolecolari biolo-gici;

Biologia dei Sistemi Complessi • P5. Meccanismi di controllo della divi-

sione, crescita, differenziamento, morte e omeostasi cellulare;

• P6. Meccanismi di trasmissione e trasdu-zione di segnali biologici;

• P7. Meccanismi di adattamento a condi-zioni estreme ed allo stress;

Bioinformatica e Biologia Computazionale • P8. Progettazione di banche dati biologi-

che e programmi di analisi; • P9. Metodologie per lo studio di popola-

zioni biologiche; Modelli Biologici • P10. Organismi modello per lo studio di

processi fisiologici e patologici; • P11. Modelli animali per lo studio del com-

portamento;

• P12. Genomica e proteomica per lo studio e la salvaguardia della biodiversità.

La tabella 5a° riporta l’elenco degli Istituti di prevista afferenza e degli Istituti partecipanti al Dipartimento. Il Dipartimento, considerando solo il perso-nale CNR a tempo indeterminato, può contare mediamente nel triennio su 311 unità della re-te scientifica. A questo si deve aggiungere il personale universitario che partecipa alle atti-vità di ricerca, dottorandi e borsisti. L’impegno del personale (mesi/uomo) nelle at-tività progettuali è indicato in dettaglio nella parte descrittiva di ciascun Progetto. Risorse finanziarie del Dipartimento nel trien-nio 2005-2007 La tabella 5b riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Dipartimento nel triennio 2005-2007. Il Dipartimento, nel caso di disponibilità di ri-sorse interne aggiuntive, intende definire ulte-riori possibili Progetti inerenti, quali: • Enzimi e acidi nucleici nello sviluppo di

tecnologie innovative • Genomica funzionale comparata: conser-

vazione e variazione nell’evoluzione e nel-le patologie.

Per lo sviluppo delle attività di tali Progetti si prevede una spesa pari a Euro 9.500.000.


Istituti di prevista afferenza Istituti partecipanti 1. IBP - Istituto di Biochimica delle Proteine

1. IAC - Istituto per le Applicazioni del calcolo "Mauro Pi-

cone" 2. IBPM - Istituto di Biologia e Patologia Molecolari 2. IBC - Istituto di Biologia Cellulare 3. IBBE - Istituto di Biomembrane e Bioenergetica 3. IBIM - Istituto di Biomedicina e Immunologia Mo-

lecolare "Alberto Monroy" 4. IEOS - Istituto di Endocrinologia ed Oncologia Spe-

rimentale "Gaetano Salvatore" 4. IGM - Istituto di Genetica Molecolare

5. IGB - Istituto di Genetica e Biofisica "Adriano Buzzati

Traverso" 5. IN - Istituto di Neuroscienze

6. IGP - Istituto di Genetica delle Popolazioni 6. INMM - Istituto di Neurobiologia e Medicina Molecolare 7. ISMAC - Istituto per lo Studio delle Macromolecole 8. ISTC - Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione 9. ITB - Istituto di Tecnologie Biomediche

Tabella 5b- Risorse e spese del triennio del Dipartimento (M/€)

96


2005 40,01 12,75 2,80 42,81 2006 39,11 7,91 2,80 41,91 2007 38,03 8,46 2,80 40,83

Progetti del Dipartimento Scienze della Vita 5.1 P1. Meccanismi di regolazione dell’espressione genica


0


Le ricerche svolte negli ultimi anni hanno mes-so in evidenza che i processi biologici fonda-mentali sono controllati sostanzialmente dagli stessi geni e con gli stessi meccanismi in tutti gli organismi. E' quindi possibile estendere e applicare ad altri organismi le conoscenze ot-tenute dall' analisi di sistemi modello, per i quali sono disponibili, oltre all’intera se-quenza genomica, innumerevoli strumenti e ri-sorse genetico-molecolari. La comprensione dei meccanismi che regolano l’espressione ge-nica in organismi animali e vegetali offre quin-di potenzialità uniche per nuovi approcci di diagnosi e cura di molte patologie e per lo svi-luppo di strategie avanzate per il migliora-mento genetico delle piante sia dal punto di vi-sta agro-industriale che della salute dell’uomo. Già da alcuni anni i governi dei maggiori paesi industrializzati (Stati Uniti, Canada, Giappone, Australia, Corea del Sud, e, in Europa, Gran Bretagna, Francia, Germania, Olanda, Spa-gna) e ad economia emergente (Cina, India, Brasile, Indonesia) hanno finanziato impor-tanti iniziative per lo studio della regolazione dell’espressione genica e, come l’NIH, pro-mosso la creazione di Centri dedicati.5 In Italia, il MIUR nell’ambito del Progetto FIRB 2001 ha promosso il Programma Strategico Post-genoma, che comprende le ricerche del Progetto, con un finanziamento complessivo di 70 milioni di Euro.


I gruppi di ricerca del CNR, riconosciuti a li-vello internazionale, che partecipano al Pro-getto sono negli Istituti di Biomembrane e Bio-energetica (IBBE), Biologia e Patologia Mole-colari (IBPM), Endocrinologia ed Oncologia

5 http://dir2.nichd.nih.gov/labs/lab.php

Sperimentale “Gaetano Salvatore” (IEOS) e Ge-netica Molecolare (IGM). Le ricerche dell’IBPM e dell’IGM si sono indi-rizzate allo studio della regolazione dell’espressione genica a livello trascrizionale e post-trascrizionale nei processi di differenzia-mento e sviluppo, utilizzando sistemi modello animali e vegetali, ed all’analisi delle possibili ricadute sulla salute umana. I risultati più rile-vanti riguardano la funzione di diverse fami-glie di fattori di trascrizione (b-HLH, HD-Zip, Zn-finger) ed i meccanismi di regolazione del processamento dell’RNA. L’IEOS ha sviluppato ricerche sui meccanismi di regolazione cellulari e molecolari coinvolti nella crescita, differenziamento e trasforma-zione neoplastica e sui meccanismi cellulari e molecolari che regolano l’espressione di geni specifici necessari per la differenziazione e la crescita di cellule tiroidee. Le ricerche dell’IBBE hanno contribuito alla dimostrazione del coinvolgimento dei mitocon-dri nell’invecchiamento e all’identificazione di molecole (acetil-L-carnitina) che stimolano l’espressione di fattori coinvolti nella bioge-nesi mitocondriale. Sono stati anche identifi-cati e caratterizzati nuovi inibitori di proteasi specifici per il contenimento dell’attacco delle piante da parte degli afidi. 5.1.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Obiettivo generale del Progetto è la definizione dei meccanismi molecolari alla base della re-golazione dell’espressione di geni implicati nel controllo di processi biologici fondamentali. Un obiettivo importante per il sistema paese sarà anche poter contribuire alla formazione di personale tecnico-scientifico specializzato nella ricerca post-genomica e promuovere il trasferimento di metodologie avanzate alle in-dustrie e alle PMI.

97

Obiettivi specifici del Progetto sono:

• studiare la regolazione dell’espressione ge-nica a livello trascrizionale e post-trascri-zionale;

• studiare il ruolo delle proteine HMG-2 nel modificare architettura e trascrizione della cromatina nello sviluppo di adenomi ipofisari;

• ottenere una visione meccanicistica dell’apprendimento, della memoria e delle disfunzioni che portano alla degenerazione delle cellule nervose;

• studiare il sistema genetico mitocondriale in organismi modello (D. melanogaster, P. lividus e ratto);

• determinare i profili di espressione genica in tumori tiroidei e ipofisari;

• identificare nuove proteine che interagi-scono con il fattore di trascrizione Pax8;

• definire il ruolo di NF-kB, una famiglia di fattori di trascrizione coinvolta nella rego-lazione di numerose funzioni cellulari (in-fiammazione, immunità, apoptosi, cancro) nella trasformazione neoplastica in gene-rale ed in particolare nella progressione dei tumori tiroidei;

• studiare i meccanismi che controllano lo splicing alternativo del proto-oncogene Ron, che causa aumentata motilità cellu-lare e la formazione di metastasi a livello cellulare;

• studiare strutture sub-nucleari prodotte da stress termici o chimici;

• valutare il ruolo dei riarrangiamenti e delle mutazioni di geni nei diversi istotipi e nei vari stadi di progressione di tumori tiroi-dei;

• utilizzare domini HLH dominanti negativi per interferire con la funzione delle pro-teine Id e valutarne le potenzialità terapeu-tiche;

• utilizzare il fattore di trascrizione artificiale Blues per analizzare la funzione di FGF-4 nella tumorigenesi e il fattore di trascri-zione artificiale Jazz per valutare nuovi ap-procci terapeutici nel trattamento della di-strofia muscolare di Duchenne;

• sviluppare nuovi inibitori di proteasi per potenziare il sistema di difesa delle piante contro insetti e patogeni.


che; • brevetti registrati. 5.1.4 Risorse umane, strumentali e finanzia-

rie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 393 per il 2005, 404 per il 2006 e 415 per il 2007. Le risorse strumentali principali consistono nella strumentazione di base per ricerche di Biochimica, Biologia Molecolare e Cellulare e piu’ specificamente in laboratori di colture cellulari, camere di crescita per le piante, labo-ratori di analisi delle immagini, stabulario per topi geneticamente modificati. La tabella 5c riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 5.1.5 Competenze interne utilizzate I gruppi di ricerca impegnati nel Progetto di-spongono di tecniche di base e avanzate di: • Biochimica; • biologia molecolare e cellulare; • tecnologie post-genomiche; • tecnologie dell’RNA; • “phage display”; • metodologie per l’analisi di modificazioni

post-traduzionali; • tecnologie e vettori per l’espressione tran-

siente e stabile in cellule di Drosophila, murine, di ratto e umane e nelle piante;

• RNA interference; • microscopia confocale.

Tabella 5c- Risorse e spese per il triennio del Progetto (M/€)

98


2005 5,19 1,01 0,16 5,35 2006 5,07 0,63 0,16 5,23 2007 4,93 0,67 0,16 5,09

5.1.6 Collaborazioni esterne attivate o attiva-bili

Le ricerche sono condotte principalmente in collaborazione con Università italiane e stra-niere (Roma “La Sapienza” e Pisa, Cincinnati, Bruxelles, Aarhus), con l’Istituto Nazionale di Ricerca per gli Alimenti e la Nutrizione, Roma e con Agrobios, Metaponto. I principali finan-ziamenti provengono da UE – Programma Quadro, MIUR – FISR-FIRB, MIUR – Sviluppo a-ree depresse, Ministeri – Iniziative Progettuali

5.1.7 Tempi previsti Gli obiettivi specifici proposti dovrebbero es-sere conseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 5.1.8 Condizioni di fattibilità

99

Le risorse umane e finanziarie e le competenze disponibili nei campi della Biochimica e della Biologia Molecolare e Cellulare rendono il Pro-getto fattibile. Si auspica tuttavia che il CNR possa contribuire a potenziare la strumenta-zione di base e stabilire infrastrutture per le tecnologie della post-genomica.

5.2 P2. Processi molecolari alla base di variabilità ed alterazioni ge-netiche e della plasticità genomica


1


nazionale e motivazione presenza del CNR

La Genomica, che può essere definita come “la scienza che decodifica le informazioni conte-nute nel genoma di un organismo e applica la conoscenza allo sviluppo di nuove tecnologie e terapie”, sta avendo un fortissimo impatto su tutte le branche delle Scienze della Vita. Infatti gli studi genomici, che comprendono l’analisi delle relazioni di somiglianza all’interno di uno stesso genoma e tra genomi di specie diffe-renti, non solo generano risultati che arricchi-scono le banche dati pubbliche (banche di se-quenze di DNA, di sequenze trascritte e dei loro prodotti proteici), rendendole uno strumento essenziale per gli studi di biologia di base ed applicata, ma contribuiscono anche allo svi-luppo di tecnologie avanzate. Tra queste van-no ricordate l’analisi dei profili di espressione genica mediante “microarrays”, l’identifica-zione di proteine mediante spettrometria di massa, lo studio dell’interazione tra proteine utilizzando il sistema del doppio ibrido in lievi-to. Lo studio dei genomi ha messo in luce che la trasmissione del fenotipo da una generazione alla successiva non può essere descritta solo nei termini genetici classici di mutazioni e ri-combinazioni, in quanto esistono anche mec-canismi epigenetici (metilazione del DNA, aceti-lazione degli istoni, il fenomeno detto “RNA in-terference”) che sono indipendenti dalla se-quenza del DNA. Tali meccanismi estendono in modo considerevole il potenziale dell’informa-zione genetica, fornendo un nuovo strumento di analisi della relazione genotipo-fenotipo, che considera il gene come un entità regolata inserita all’interno del cromosoma e non sem-plicemente come una sequenza codificante. Il Progetto utilizza una strategia di “macroge-nomica”, consistente in un approccio integrato di genomica, biotecnologia e bioinformatica, per comprendere i meccanismi molecolari alla

base della plasticità dei genomi e della loro e-voluzione. Lo studio di tali meccanismi fornirà informazioni essenziali per la comprensione di patologie genetiche derivate direttamente o indirettamente dalla deregolazione di funzioni “genomiche” e non di singoli geni. In questo contesto, va sottolineato che lo studio della va-riabilità genetica umana è uno strumento di grande efficacia per definire le relazioni tra genotipo e fenotipo sia in malattie monogeni-che che complesse. La rilevanza delle temati-che correlate alla ricerca genomica è compro-vata dal numero e dall’entità dei finanziamen-ti ad esse destinati sia negli USA che nella Co-munità Europea. Basti ricordare, ad esempio, il VI Programma Quadro “Life Sciences, Ge-nomics and Biotechnology for Health”6 e le i-niziative del Human Genome Project dell’NIH7). 5.2.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti In questi ultimi anni sono state quasi comple-tate le sequenze del genoma umano e di orga-nismi modello quali Drosophila melanogaster, Caenorhabditis elegans, Anopheles gambiae, e Arabidopsis thaliana. Questi grandi Progetti internazionali di sequenziamento hanno dato notevole impulso agli studi sul mantenimento dell’integrità genomica, sull’evoluzione dei genomi, sul ruolo dei meccanismi genetici ed epigenetici nel controllo dell’identità e delle funzioni cellulari, sulla variabilità genetica e sue implicazioni evoluzionistiche e patologiche. Gli Istituti afferenti a questo Progetto hanno una comprovata esperienza nello studio di al-terazioni genetiche e nell’applicazione di me-todologie innovative (bioinformatiche e bio-tecnologiche), nonché nella raccolta, conserva-zione e catalogazione di banche di campioni

6 http://www.cordis.lu/lifescihealth/home.html

100

7www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/ funding / fund.shtml

biologici. Queste competenze permetteranno di chiarire aspetti molecolari specifici della va-riabilità a livello di singoli geni e dell’intero ge-noma ed anche il loro impatto sulle funzioni cellulari. 5.2.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Obiettivo principale del Progetto è la defini-zione della variabilità dei geni e dei genomi stu diando sia i meccanismi molecolari che de-terminano la variabilità stessa (ricombina-zione, plasticità, modificazioni epigenetiche) che i relativi effetti fenotipici sulle funzioni cel-lulari, soprattutto su quelle alterate in alcune patologie umane. Questo tipo di studi fornirà importanti informazioni sulle interazioni tra geni e i relativi prodotti proteici e su vari tipi di correlazioni regolative, permettendo di chiari-re la relazione causa-effetto tra alterazioni di processi cellulari e conseguenze patologiche. In particolare, il Progetto si propone di: • studiare l’evoluzione del genoma in orga-

nismi modello, con particolare riguardo al-la struttura e l’evoluzione di famiglie mul-tigeniche (proteine KRAB, longine);

• studiare i meccanismi di ricombinazione e riparazione omologa, e conseguenze della alterazione di questi processi;

• identificare i geni implicati nel manteni-mento dell’identità cellulare e dello stato differenziato;

• studiare i meccanismi di silenziamento ge-nico e di “imprinting epigenomico” attra-verso la metilazione. In particolare sa-ranno analizzati i geni dei gruppi Pol-ycomb, trithorax, Hox, MeCP2, AP1 e KRAB;

• identificare le alterazioni genomiche e la variabilità allelica responsabili di difetti e-reditari dell’uomo, quali talassemie e di-splasie ectodermiche con particolare ri-guardo all’Incontinentia Pigmenti, alcuni

ritardi mentali associati al cromosoma X, sindrome autistica e sindrome di Down. Inoltre, sarà indagata la componente gene-tica di due malattie complesse, la malattia di Alzheimer (ad) e la malattia coronarica (cad).


che; • brevetti registrati; • commesse ottenute da industrie biotecno-

logiche; • inserimento in network scientifici interna-

zionali; 5.2.4 Risorse umane, strumentali e finanzia-

rie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 131 per il 2005, 142 per il 2006 e 153 per il 2007. La strumentazione necessaria per lo svolgi-mento del Progetto è già presente presso gli i-stituti coinvolti e consiste in: DNA-microarray, SELDI Protein-Chip Technology, Realtime PCR, FACS-Cell Sorter La tabella 5d riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 5.2.5 Competenze interne utilizzate Le ricerche coinvolgono personale di ricerca e tecnico di alta specializzazione e personale in formazione (dottorandi, assegnisti, etc) con competenze diversificate di genetica, genetica umana, biologia molecolare e cellulare.

Tabella 5d- Risorse e spese per il triennio del Progetto (M/€)

101


2005 2,34 1,16 0,32 2,66 2006 2,29 0,72 0,32 2,61 2007 2,22 0,77 0,32 2,54


Le ricerche sono svolte in collaborazione con numerose universita’ italiane (Napoli, Firenze, Bari, Catania, Benevento, Modena, Roma, Sas-sari e delle Marche) ed estere (Aarhus, Har-vard, Michigan, Tohoku), con centri di ricerca italiani (dibit-mi, tigem-na), ed esteri (nih-nia-usa, cnrs-f, mrc-uk inserm-f, Cancer Research-UK). I finanziamenti esterni principali provengono dal miur – Programma per il mezzogiorno, miur – firb, ue – Programma Quadro e da tele-thon.

5.2.7 Tempi previsti Tre anni dovrebbero consentire di raggiungere gli obiettivi previsti. 5.2.8 Condizioni di fattibilità

102

La fattibilità del Progetto in termini scientifici è garantita dalle competenze (diverse e specifi-che) dei ricercatori coinvolti. Considerando che i vari gruppi operano in strutture attrez-zate per la tipologia di Progetto proposto, il co-sto del Progetto è di 50.000,00 Eu-ro/ricercatore/anno; la disponibilità di questa cifra, quindi, è determinante per il raggiungi-mento degli obiettivi di ricerca.

5.3 P3. Struttura tridimensionale, funzione e progettazione di pro-teine ed acidi nucleici


0


Lo studio di struttura e funzione di acidi nu-cleici e proteine, come tutta la ricerca biolo-gica, ha ricevuto negli ultimi anni un forte im-pulso dalla genomica. La ricerca di biologia strutturale sulle proteine è nata ben prima della rivoluzione del DNA, ma ha da questa acquisito la possibilità di mani-polare geni specifici e quindi di modificare le proteine da essi codificate per studiarne l’effetto sulle proprietà funzionali; si è così sta-bilito il principio, peraltro valido per tutte le macromolecole biologiche, che “la forma codi-fica la funzione”. Negli studi su struttura e funzione degli acidi nucleici, un ruolo particolare è rivestito dall’RNA dopo la scoperta recente delle sue proprietà catalitiche e l’identificazione dei mi-cro-RNA (miRNA), che regolano un gran numero di funzioni a livello cellulare, trovando per-tanto applicazione in biotecnologia e biome-dicina, e per il fenomeno detto dell’RNA inter-ference (RNAi) che ha già iniziato a rivolu-zionare i metodi tradizionali della biologia mo-lecolare. L’interesse per lo studio sistematico dei ge-nomi mediante proteomica e genomica struttu-rale è comprovato dagli ingenti finanziamenti che questa attività di ricerca riceve da parte di prestigiose istituzioni scientifiche negli Stati Uniti (l’NIH sponsorizza attualmente sette Pro-getti nazionali), in Giappone (l’Istituto RIKEN), e nell’Unione Europea (con numerosi Progetti dell’area tematica “Life sciences, genomics and biotechnology for health” del VI Pro-gramma Quadro) e dalla recente istituzione a Grenoble con il contributo di ESRF del consor-zio “Partnership for Structural Biology”. Su scala nazionale, è da segnalare l’iniziativa del MIUR che, nell’ambito del FIRB 2003, ha finan-ziato ricerche di Biologia strutturale, privile-giando collaborazioni tra pubblico e privato.


Gli Istituti CNR che partecipano al Progetto hanno una lunga tradizione scientifica nel campo della caratterizzazione strutturale e funzionale di proteine ed acidi nucleici. Dei numerosi ed importanti risultati ottenuti negli ultimi anni ne verranno menzionati solo alcuni particolarmente significativi per il loro conte-nuto conoscitivo e/o applicativo. Nelle ricerche sugli acidi nucleici, da menzio-nare sono i risultati conseguiti nello studio di reazioni biosintetiche capaci di produrre com-posti prebiotici del DNA; di determinanti locali dell' architettura del cromosoma batterico; dell’accessibilità e mobilità dei nucleosomi e di molti altri importanti risultati recentemente raggiunti. Nel campo vastissimo degli studi sulle pro-teine, sono da segnalare i risultati su: struttura, funzione, dinamica e riconoscimento in pro-teine coinvolte in processi fondamentali e tra-sportatori “carriers” della membrana mito-condriale. 5.3.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Gli obiettivi generali sono molteplici e riguar-dano lo studio a livello molecolare della rela-zione tra struttura tridimensionale, anche nei suoi aspetti dinamici, e funzione biologica in proteine ed acidi nucleici. Comprendono quindi lo studio dei processi di trasporto e di catalisi enzimatica e di quelli di riconosci-mento nelle macromolecole, così come la pro-gettazione di nuove proteine ed acidi nucleici (DNA, RNA, Peptide Nucleic Acids) di interesse biomedico e biotecnologico. Particolare atten-zione è rivolta all’analisi dei meccanismi di acquisizione della struttura nativa (“folding”) ed alle metodologie di terapia genica per inter-ferenza e per complementazione.

103

Gli obiettivi programmatici specifici, basati sui risultati finora conseguiti, si possono suddivi-

dere in base all’oggetto della ricerca di nuove conoscenze nei campi della:. • struttura e funzione di acidi nucleici; • struttura, funzione, dinamica e riconosci-

mento in proteine; • enzimi; • trasportatori “carriers” della membrana

mitocondriale; I criteri di verifica degli obiettivi sono identifi-cabili in: • numero e qualità di pubblicazioni scientifiche; • brevetti registrati; • commesse ottenute da industrie biotecno-

logiche; • inserimento in network scientifici interna-

zionali; 5.3.4 Risorse umane, strumentali e finanzia-

rie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 478 per il 2005, 500 per il 2006 e 522 per il 2007. Gli Istituti suddetti sono dotati delle principali risorse strumentali per studi strutturali: • diffrattometro a raggi X, strumentazione

per misure di fluorescenza; • CD, IR, UC analitica; • Biancore; • spettrometri di massa elettrospray e Maldi-

Tof; • spettrometri funzionali; • real-time PCR; • incubatori per colture dai 20 ai 90°C. La tabella 5e riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 5.3.5 Competenze interne utilizzate Le ricerche coinvolgono personale di ricerca e tecnico di alta specializzazione e personale in formazione (dottorandi, assegnisti, etc) con competenze diversificate di biochimica, biolo-

gia molecolare e cellulare, di chimica-fisica, biofisica e strutturistica. 5.3.6 Collaborazione esterne attivate o attiva-

bili I ricercatori coinvolti nel Progetto collaborano attivamente con Università italiane (Roma “La Sapienza” e ”Tor Vergata”, Bari, Napoli “Fede-rico II”, Seconda Università di Napoli, Univer-sità della Calabria) e straniere (Essex, Oxford, York, Glasgow, New Hampshire, Oregon, Wi-sconsin, Michigan, Lund, Frankfurt, Moscow, Paris, Madrid), con centri di ricerca europei (Biozentrum, Basel; Istituto de Tecnologia Quimica e Biologica, Lisbona; Istituto Neuro-logico Carlo Besta, Milano, MRC, UK) e con sog-getti privati (Consorzio Technapoli, EURO-CHEM. I principali finanziamenti derivano da: MIUR – FIRB; MIUR – Sviluppo delle aree de-presse; Regioni – Iniziative Progettuali; Mini-steri – Iniziative Progettuali. 5.3.7 Tempi previsti L’insieme delle competenze dei singoli ricer-catori, unitamente alla disponibilità di stru-mentazione e infrastrutture ed alle collabora-zioni scientifiche, garantisce la fattibilità delle singole tematiche nel corso del triennio 2005-2007. 5.3.8 Condizioni di fattibilità La fattibilità del Progetto è molto buona anche in considerazione della intensa collaborazione con l’Università ed altre Istituzioni di ricerca. In considerazione del carattere strategico degli obiettivi e della alta specializzazione raggiunta, è auspicabile l’inserimento di personale in for-mazione, anche con contratti a termine, per non disperdere le competenze acquisite nei di-versi Istituti ed aumentare la forza lavoro per lo studio di altri sistemi di interesse conoscitivo ed applicativo.



2005 3,64 0,55 0,27 3,91 2006 3,56 0,34 0,27 3,83 2007 3,46 0,37 0,27 3,73

104

5.4. P4. Strutture e meccanismi di funzionamento di complessi so-pramolecolari biologici


0


Lo studio dei complessi sopramolecolari biolo-gici deve essere affrontato non solo con gli ap-procci tradizionali della biochimica e della ge-netica, per identificare i componenti e le loro funzioni, ma anche con approcci teorici e me-todologici della chimica e della fisica, per comprendere i principi ed i meccanismi di au-to-assemblaggio e disassemblaggio. Il pro-gresso nella comprensione di questi processi ha un interesse che travalica le Scienze della Vita. Infatti, sempre più i concetti derivati dalla conoscenza delle proprietà delle strutture so-pramolecolari biologiche ispirano e vengono utilizzati dalla comunità dei fisici nei settori del “soft” e “condensed matter” come dimostrato ad esempio dalla creazione nel prestigioso Ca-vendish Laboratory di Cambridge di un settore dedicato a “Biological and Soft Systems (BSS)” nel Dipartimento di Fisica8. Il Progetto affronta entrambi gli aspetti sopra delineati da un lato con lo studio della dina-mica e della termodinamica di macromolecole biologiche e delle loro interazioni, con partico-lare attenzione ai complessi sopramolecolari di proteine e DNA, e dall’altro con la caratterizza-zione del cosiddetto “Respirasoma”, un com-plesso sopramolecolare, localizzato a livello delle membrane mitocondriali che studi re-centi hanno rivelato essere correlato a difetti dell’assemblaggio e dell’attività funzionale as-sociati a encefalomiocardiopatie fatali. 5.4.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Riguardo agli aspetti chimico-fisici di strutture sopramolecolari biologiche, sono stati svilup-pati metodi atti a correlare la struttura e la di-namica di proteine alla funzione biologica, me-todi già applicati con successo allo studio

8 www. phy.cam.ac.uk/ research/bss/bsspage2.htm

dell’interazione proteine-DNA ed al caso delle metalloproteine. Sono stati anche proposti nuovi metodi statistici per la descrizione della dinamica e della termodinamica di macromo-lecole biologiche e delle loro interazioni. Riguardo agli studi sui complessi proteici coin-volti nella respirazione cellulare, sono stati chiariti: i rapporti struttura-funzione ed i mec-canismi di azione del trasferimento di energia (pompa protonica) della citocromo c ossidasi; l’organizzazione topologica delle subunità dell’FoF1 ATP sintasi e interazione del com-plesso con la proteina regolatrice IF1; il ruolo delle cardiolipine nella organizzazione struttu-rale e funzionale di complessi redox; le rela-zioni funzionali tra fattori implicati nel sistema di sorveglianza dell’mRNA e nell’espressione di geni nucleari coinvolti nei sistemi di trasdu-zione dell’energia nel lievito Saccharomyces cerevisiae; l’ analisi mutazionale di geni codi-ficanti le subunità proteiche dei complessi re-dox e loro impatto sull’assemblaggio e funzio-ne in malattie genetiche mitocondriali; il se-quenziamento dell’operone del complesso ATP sintasi e studi strutturali in microrganismi di interesse industriale. 5.4.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento L' obiettivo generale del Progetto è duplice: • comprendere i rapporti struttura/funzione

di biopolimeri e strutture supramolecolari DNA-proteine;

• studiare le proprietà strutturali e funzionali di strutture biologiche organizzate in com-plessi proteici sopramolecolari dal ruolo chiave in processi biologici fondamentali.

Obiettivi specifici sono:

105

• lo sviluppo di modelli teorici e computazio-nali per l’interpretazione molecolare delle proprietà conformazionali e dinamiche di biopolimeri e strutture supramolecolari DNA-proteine;

• la determinazione delle interazioni inter-molecolari tra DNA e nucleosomi;

• la caratterizzazione strutturale/funzionale dei meccanismi molecolari di catalisi redox e trasferimento di energia nei complesso citocromo c ossidasi e bc1 della catena re-spiratoria in eucarioti e procarioti;

• la determinazione dei profili di espressione dei geni dell’operone della ATP sintasi in microrganismi di interesse industriale e la determinazione dell’espressione e della capacità funzionale dei complessi respira-tori in patologie umane genetiche;

• il trasferimento culturale e tecnologico a industria e laboratori clinici.


che; • brevetti registrati; • presentazione risultati a convegni interna-

zionali. 5.4.4 Risorse umane, strumentali e finanzia-

rie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 347 per il 2005, 358 per il 2006 e 369 per il 2007. Le risorse strumentali principali a disposizione del Progetto sono: • Microcalorimetri:

- microcal ITC; - microcal DSC; - microcal VP-DSC;

• spettrofotometri e spettrofluorimetri; • spettropolarimetro jasco j500a con acces-

sorio per misure di cinetica rapida “stop-ped flow”;

• cluster di workstation a 10 processori; • strumentazione per proteomica e genomi-

ca; • strumentazione per l’acquisizione e tratta-

mento delle immagini; • strumentazione per analisi potenziometri-

che di sistemi di trasferimento di energia; • laboratori per colture cellulari di mammi-

feri, eucarioti inferiori e batteri; • laboratorio fermentazione e manipolazio-

ne genetica; • strumentazione per misure di cinetica ra-

pida (stopped-flow e continuous flow). La tabella 5f riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 5.4.5 Competenze interne utilizzate Nell’ISMAC-GE le pricipali competenze sono di biofisica e chimico-fisica delle macromolecole biologiche, modellisitica e bioinformatica. Da segnalare competenze sperimentali specifiche di microscopia elettronica, immunoelettro-microscopia, microcalorimetria, dicroismo cir-colare. Nell’IBBE sono presenti competenze biochimi-che e di biologia molecolare applicate in parti-colare allo studio di complessi sopramolecolari e compartimentazione subcellulare e di sistemi di trasferimento di energia in sistemi procario-tici ed eucariotici. Sono anche presenti compe-tenze di genetica molecolare del lievito S. cerevisiae riguardo al sistema di sorveglianza degli mRNA e sua interazione con l’espressione ge-nica di prodotti implicati nei sistemi di trasdu-zione dell’energia.

-



2005 1,53 0,21 0,18 1,71 2006 1,50 0,13 0,18 1,68 2007 1,45 0,14 0,18 1,64

106


Il Progetto si avvarra’ durante i prossimi anni di numerose collaborazioni con università ita-liane (Bari, “Federico II” Napoli, Firenze, Fog-gia, Trieste, Roma “Tor Vergata”, Genova) ed istituzioni italiane (Istituto Nazionale per la Ri-cerca sul Cancro, IST, Genova; Istituto Neuro-logico C. Besta, Milano; Ospedali Consorziali di Bari e di Foggia; IRCCS Bambin Gesù, Roma) ed estere (Institute for Molecular Sciences, O-kazaki, Giappone; Biozentrum der Universität, Frankfurt, Germania; Czech Academy of Sciences, Prague, Czech Republic, Institute of Microbiology; Health Science Center, University of Texas, USA; Ecole Normale Supe-rieur de Cachan, France; Centre de Genetique Moleculaire, CNRS, Gif sur Yvette, France). So-no inoltre attive collaborazioni con l’Aventis Bulk Italia e la Vicuron Pharmaceutical Co. I-talia. I principali finanziamenti istituzionali derivano dal MIUR – Sviluppo delle aree de-presse e dal MIUR – FIRB.

5.4.7 Tempi previsti Gli obiettivi generali e specifici della macroli-nea verranno perseguiti per tappe progressive e realizzati nel triennio 2005-2007. 5.4.8 Condizioni di fattibilità La fattibilità del Progetto è assicurata dalle competenze scientifiche e tecnologiche nelle più avanzate metodologie e tecniche strumen-tali necessarie per l’attività di ricerca presen-tata nel programma dai ricercatori CNR e dagli universitari associati agli Istituti. Le collabora-zioni con Istituzioni nazionali ed internazionali rendono disponibili strutture e competenze per la cristallografia di proteine ed analisi spet-troscopiche avanzate (EPR, FTIR, FRET, RAMAN). Significativo il numero di dottorandi e specia-lizzandi.

107

5.5 P5. Meccanismi di controllo della divisione, crescita, differen-ziamento, morte e omeostasi cellulare.


1


La conoscenza dei meccanismi alla base dei processi biologici e le loro alterazioni ha rica-dute scientifico-culturali e socio-economiche di importanza riconosciuta. Il progredire della conoscenza, infatti, porta ad un miglioramento delle condizioni di vita delle popolazioni ed una conseguente diminuzione della mortalità e della spesa sanitaria. Pertanto, negli ultimi ses-santa anni si sono concretizzate molte inizia-tive per finanziare la ricerca sulle tematiche suddette. Sono stati creati Centri ed Istituzioni ad hoc, come l’Istituto Max Planck di Biologia Cellulare e Genetica9 o specifici programmi di ricerca come quelli finanziati dal National In-stitutes of Health negli Stati Uniti, dall’Unione Europea (VI Programma Quadro), dal Consi-glio Nazionale delle Ricerche (Progetti finaliz-zati “Oncologia”, “Invecchiamento”, ecc.) o da Associazioni come AIRC e Telethon. Nel CNR lo studio dei meccanismi molecolari che generano la diversità cellulare e regolano differenziamento, omeostasi, trasformazione oncogenica e morte della cellula ha ricevuto sempre grande attenzione come dimostrato dalla presenza di numerose realtà che hanno prodotto risultati scientifici di notevole inte-resse. Le diverse competenze, approcci e meto-dologie dei gruppi di ricerca coinvolti nel Pro-getto, unitamente alle competenze altamente qualificate dei numerosi collaboratori italiani e stranieri, lo inseriscono nello scenario scienti-fico internazionale. 5.5.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti I risultati finora conseguiti dagli Istituti che partecipano al Progetto, sono estremamente positivi, come ampiamente dimostrato dalle molteplici pubblicazioni internazionali e dai brevetti depositati. La loro presentazione non 9 http://www.mpi-cbg.de/

vuole rappresentare solo un mero elenco, ma dimostrare l’integrazione delle diverse compe-tenze e dei differenti approcci che hanno per-messo di affrontare e chiarire la molteplicità dei meccanismi fondamentali che controllano i processi cellulari. I principali risultati sono suddivisi sulla base dei meccanismi e processi oggetto di indagine: • caratterizzazione di meccanismi di espres-

sione genica tessuto-specifica in cellule normali e trasformate;

• controllo della divisione cellulare; • controllo del differenziamento cellulare; • controllo della proliferazione cellulare; • meccanismi di regolazione dei segnali a-

poptotici; • immunologia; • tecnologie innovative. 5.5.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Il Progetto si propone come obiettivi generali di: • identificare i meccanismi molecolari che

controllano divisione, proliferazione, mor-te, differenziamento ed omeostasi cellu-lare;

• acquisire le basi conoscitive essenziali per identificare nuovi bersagli molecolari di in-teresse medico e per la progettazione di farmaci mirati da usarsi nella terapia delle numerose patologie, prima fra tutte il can-cro, che insorgono per alterazione dei sud-detti processi;

• descrivere le basi molecolari e cellulari del-la risposta immunitaria per una progetta-zione più efficace di vaccini;

In particolare il Progetto si propone di:

108

• identificare e caratterizzare geni regolatori e fattori trascrizionali tessuto-specifici cri-tici per il differenziamento di diversi stipiti cellulari (miogenesi, neurogenesi, emato-poiesi);

• studiare i processi regolativi delle cellule staminali e generare banche di cellule sta-minali ingegnerizzate per il monitoraggio e/o l’analisi dei processi biologici;

• identificare e caratterizzare nuovi geni coinvolti nel ciclo cellulare e nella mitosi ed approfondire la comprensione del ruolo funzionale di geni già noti;

• caratterizzare i geni, le molecole e i com-partimenti subcellulari coinvolti nella ri-sposta cellulare allo stress, e nella regola-zione della morte cellulare;

• studiare i segnali extracellulari coinvolti nella regolazione delle diverse fasi del pro-cesso neoplastico (trasformazione, crescita, invasione, ecc);

• studiare le basi molecolari delle alterazioni del differenziamento cellulare responsabili della trasformazione neoplastica;

• identificare i meccanismi molecolari alla base dell’induzione e del mantenimento della memoria immunologia ed i polimorfi-smi patogenetici di geni associati a malattie autoimmuni come il diabete mellito di tipo I;

• sviluppare approcci multidisciplinari, com-plessi e su larga scala (librerie peptidiche, etc) e le tecnologie postgenomiche, del pro-teoma (protein chips) e del trascrittoma (DNA arrays) per lo studio dei processi bio-logici fondamentali e delle loro alterazioni.


che; • brevetti registrati; 5.5.4 Risorse umane, strumentali e finanzia-

rie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 891 per il 2005, 946 per il 2006 e 1.001 per il 2007.

Oltre alle strumentazioni ordinarie presenti nei laboratori di biologia cellulare e molecolare sono da evidenziare le seguenti apparecchia-ture: microscopi a fluorescenza e confocale provvisti di telecamera; Real Time PCR; Agilant 2100 Bioanalyzer; Victor 2 Multicounter Wal-lac. La tabella 5g riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 5.5.5 Competenze interne utilizzate Le singole commesse afferenti presentano competenze di biologia molecolare e cellulare; esperienza in diverse discipline quali immuno-logia, genetica, biochimica, biotecnologie, bioinformatica e modellizzazione strutturale. Tutte le attività di ricerca coinvolte in questo Progetto producono e utilizzano sistemi e tec-nologie altamente innovative. 5.5.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili I ricercatori afferenti a questo Progetto si av-valgono di numerose collaborazioni con istitu-zioni italiane e straniere, tra cui Università di Roma “La Sapienza”, “Tor Vergata”, “Uni-versità Cattolica del S. Cuore”, “Campus Bio-medico”, Bari, Bologna, Chieti, Genova, Lecce, Padova, Palermo, Pavia, Torino, Udine, Moli-se, Napoli “Federico II”; Università Freiburg, Heidelberg, Tubingen, Zurich, Minho, Braga, Texas, Worcester, California, John Hopkins, Columbia, Toronto, Cornell, Stanford, North Carolina. Inoltre sono attive collaborazioni con numerosissime istituzioni italiane ed estere. I principali finanziatori sono il MIUR – PO inter-venti con fondi strutturali; MIUR – Sviluppo a-ree depresse; MIUR – FIRB, Regioni – Iniziative progettuali, UE – Programma Quadro ed il THROMB-X N.V.



2005 9,97 2,63 0,80 10,77 2006 9,75 1,63 0,80 10,55 2007 9,48 1,75 0,80 10,28

109

5.5.7 Tempi previsti I risultati attesi da questo Progetto sono frutto dell’integrazione di molteplici competenze e sono previsti durante l’intero arco del prossimo triennio. Questo periodo si ritiene sufficiente per la realizzazione dei principali obiettivi pro-posti e per porre le basi per futuri sviluppi. 5.5.8 Condizioni di fattibilità Le condizioni di fattibilità di questo Progetto sono elevate considerando:

• le strutture messe a disposizione dal CNR, dalle Università e dagli enti di ricerca che collaborano alla realizzazione del Progetto stesso;

• l’alta qualificazione del personale struttu-rato e precario;

• le pubblicazioni internazionali prodotte e la affidabilità scientifica che ne deriva;

110

• la capacità di produrre e adattare tecno-logie nuove o consolidate alle necessità del-le specifiche aree di interesse.

5.6 P6. Meccanismi di trasmissione e trasduzione di segnali biologici


0


La trasduzione dei segnali controlla virtual-mente tutti gli aspetti della biologia cellulare. Ne consegue che alterazioni di circuiti biochi-mici intracellulari possano dar luogo a patolo-gia e che, per contro, molecole che interferi-scono con i segnali biochimici cellulari, quali ad esempio alcuni inibitori delle attività china-sica, fosfatasica, inibitori dei segnali mediati dallo ione Ca2+ e da proteine che legano il GTP, possano avere azione farmacologica, in quella che viene definita “terapia da trasduzione del segnale”. Questa costituisce un cambiamento radicale a livello terapeutico nella lotta contro numerose patologie. Alcuni “agenti farmacolo-gici” che agiscono sulle vie di trasduzione del segnale sono già oggi impiegati in sperimenta-zioni cliniche nella lotta contro il cancro. Tut-tavia, alcuni tipi di patologie presentano scar-sa, o nulla, risposta ai trattamenti farmacolo-gici disponibili rendendo necessario lo svilup-po di nuove strategie per la loro prevenzione e il loro trattamento. Lo studio dei meccanismi che stanno alla base della trasmissione e trasduzione dei segnali biologici ha quindi straordinario interesse non solo conoscitivo in diversi settori della ricerca biomedica, ma anche per le potenziali ricadute terapeutiche e per il trasferimento tecnologico ad attività di tipo industriale. Inoltre, il Pro-getto nell’ambito dei nuovi Dipartimenti CNR potrà sviluppare diverse collaborazioni sia con il Dipartimento di Medicina sia con quello di Progettazione Molecolare. Numerose industrie del settore farmaceutico negli USA, in Europa, nei paesi asiatici, come il Giappone e recentemente anche la Cina, han-no investito in ricerca su queste tematiche ed hanno avviato programmi di collaborazione con settori del mondo accademico e con enti pubblici di ricerca. L’Italia, e il CNR in partico-lare, vanta un’antica tradizione nello studio dei meccanismi della trasduzione di segnali cellulari nell’oncologia molecolare, neuro-biologia, immunologia ed endocrinologia mo-

lecolare, tutti aspetti centrali e cruciali della biologia della cellula. 5.6.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti I gruppi di ricerca degli istituti coinvolti nel Progetto operano nel campo della ricerca della trasduzione del segnale con competenze rico-nosciute a livello nazionale ed internazionale. La validità delle attività svolte è dimostrata dai numerosi finanziamenti nazionali e interna-zionali, nonché dal numero e dalla qualità del-le pubblicazioni. I diversi gruppi hanno negli anni focalizzato la loro attività di ricerca sullo studio dei tumori del fegato e della tiroide, del melanoma e delle patologie neurodegenerative e neuroimmunitarie. In particolare, i ricercatori dell’IBIM studiano la risposta delle cellule tumorali di epatocarci-noma e di melanoma a segnali che controllano la proliferazione, l’apoptosi e la risposta in-fiammatoria. All’IEOS le attività di ricerca sono rivolte alla comprensione dei meccanismi molecolari del-la carcinogenesi della tiroide ed alla caratte-rizzazione delle vie di trasduzione del segnale che controllano l’espressione dell’oncogene myc. L’INMM studia da anni il ruolo biologico del Nerve Growth Factor (NGF) nel sistema nervoso, endocrino ed immunitario con approcci di tipo biomolecolare e comportamentale. 5.6.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento L’obiettivo generale del Progetto è l'acquisi-zione di nuove conoscenze sulla segnalazione tramite:

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• mediatori solubili e molecole segnale (or-moni, citochine, fattori di crescita, neuro-trasmettitori) e relativi meccanismi di ri-sposta costituiti da recettori proteici di membrana, enzimi ad attività chinasica, fosfatasica, e fosfolipasica, proteine adatta-

trici, proteine che legano il GTP o lo ione calcio;

• molecole a carattere idrofobico che pene-trano nella cellula e attivano recettori pro-teici intracellulari;

• molecole segnale a basso peso molecolare quali l'ossido di azoto e l'ossido di carbonio.

Le conoscenze acquisite comporteranno una migliore comprensione dei meccanismi mole-colari implicati nella regolazione delle vie di trasduzione del segnale responsabili del con-trollo di processi biologici fondamentali e delle loro alterazioni in condizioni patologiche, con particolare riguardo a patologie del sistema nervoso, endocrino, immunitario e nelle neo-plasie. Obiettivi specifici sono: • lo studio delle vie di trasduzione del se-

gnale, e dei loro effettori, allo scopo di in-dividuare bersagli molecolari per lo svi-luppo di nuove opzioni terapeutiche e per l’ottimizzazione dell’immunoterapia nel trattamento del carcinoma epatico e del melanoma umano;

• l’ identificazione di eventuali fattori di tra-scrizione che regolano i meccanismi di tra-sduzione dei segnali attivati da oncogeni in cellule tumorali di tiroide e descrizione dei meccanismi che integrano i differenti se-gnali per controllare il promotore del gene myc definendone il ruolo nella crescita cel-lulare indotta dal PDGF e dai suoi effettori;

• lo studio dei meccanismi che regolano l'a-zione a livello cellulare e sistemico dell' NGF, delle neurotrofine e di specifiche molecole segnale per una maggiore com-prensione delle interazioni cellulari nel si-stema nervoso e tra questo e gli altri si-stemi, per un possibile utilizzo clinico;

I criteri di verifica degli obiettivi programma-tici saranno: • pubblicazioni su riviste internazionali e su

libri; • possibili applicazioni farmacologiche;


L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 210 per il 2005, 221per il 2006 e 232 per il 2007. I tre gruppi coinvolti nel Progetto dispongono della seguente strumentazione: cappe a flusso laminare; incubatori a CO2, microscopia ottica e a fluorescenza; citofluorimetro FACS; lumino-metri; laboratori attrezzati per le comuni tecni-che di biologia cellulare e molecolare; stabula-rio. La tabella 5h riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 5.6.5 Competenze interne utilizzate Per lo svolgimento del Progetto sono richieste competenze diverse e fra loro complementari. Tra queste: conoscenze sia di base che avanza-te di biologia molecolare e cellulare; esperien-za in genetica, biochimica, patologia molecola-re, neurobiologia, immunologia. 5.6.6 Collaborazioni esterne attivate o attiva-

bili Le ricerche sono condotte in collaborazione con le Università di Palermo, Bologna, Roma “La Sapienza”, “Università Cattolica del Sacro Cuore” e “Campus Biomedico” e Napoli Se-conda Università. Sono inoltre attive collabora-zioni nazionali ed internazionali con Casa di Cura S. Raffaele, Roma; Institut de Physiopa-thologie du Stress Pancréatique, INSERM, Mar-seille, France; Institut Biomédical des Corde-liers, INSERM U396, Università Paris 7, Parigi, France; Karolinska Institutet, Stockholm, Sve-zia; Varna Medical School, University of Varna, Bulgary; Istituto Superiore di Sanità; Ospedale San Raffaele,Milano; DIBIT, Milano; Istituto Mario Negri Sud, Santa Maria Imbaro, Chieti;



2005 2,02 0,29 0,07 2,09 2006 1,97 0,18 0,07 2,04 2007 1,92 0,19 0,07 1,99

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Istituto Nazionale dei Tumori di Milano; Istitu-to Nazionale dei Tumori Fondazione Senatore Pascale, Napoli; Centro di Biotecnologie Avan-zate, Istituto Regina Elena di Roma. I principa-li finanziamenti derivano dal MIUR – FIRB e da Ministeri – Iniziative progettuali. 5.6.7 Tempi previsti Si prevede di raggiungere gli obiettivi soprae-lencati nell’arco del triennio 2005-2007.

5.6.8 Condizioni di fattibilità Le ricerche hanno un elevato grado di fattibi-lità, garantito dalla qualificazione ed espe-rienza dei gruppi proponenti e dalle collabora-zioni esterne agli Istituti. Obiettivi più ambi-ziosi potranno essere raggiunti inserendo nuo-vi ricercatori e personale tecnico.

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5.7 P7. Meccanismi di adattamento a condizioni estreme ed allo stress


0


nazionale e motivazione della pre-senza del CNR

Lo studio dei meccanismi molecolari e cellulari che consentono la sopravvivenza in condizioni ambientali avverse è di notevole interesse sia da un punto di vista accademico che applica-tivo. Le ricerche si possono ricondurre a due tematiche generali: l’adattamento degli orga-nismi estremofili alla vita in nicchie ecologiche inospitali (estremi di temperatura, pH, pres-sione, salinità, anaerobiosi, radiazioni) e la ri-sposta a stress esogeni studiata in organismi modello. Le due tematiche sono fra loro complementari: da un lato gli estremofili sono modelli unici per lo studio dei meccanismi molecolari che de-terminano la stabilità delle biomolecole in condizioni chimiche e fisiche estreme; dall’altro la risposta a stress esogeni in organi-smi modello ha importanti ricadute per la sa-lute umana poiché i meccanismi cellulari che la regolano sono conservati lungo la scala evo-lutiva. Si può prendere ad esempio di mecca-nismo di risposta altamente conservato quello relativo ai danni del DNA che ha un ruolo fon-damentale in numerose patologie umane, nel-la carcinogenesi e nell'invecchiamento. Le ricerche sugli estremofili, anche per la va-lenza applicativa in nuovi processi biotecnolo-gici, ricevono ingenti finanziamenti negli Stati Uniti (da NSF, NASA, Env ronmental Protection Agency, National Cancer Institute, Department of Energy) e in Giappone (Marine Sc ence and Technology Center). In Europa esse sono state finanziate nel Terzo, Quarto e Quinto Pro-gramma Quadro ed anche a livello nazionale, soprattutto in Francia, Regno Unito e Germa-nia, dove esistono interi Istituti e Dipartimenti dedicati a queste tematiche. Notevole è, in que-sti paesi, il coinvolgimento industriale.

i

i -

Gli effetti a lungo termine di contaminanti am-bientali, sebbene ancora poco studiati, sono ora oggetto di estrema attenzione da parte di numerose agenzie nazionali, europee ed inter-

nazionali in base alla stima che circa il 25-33% delle malattie dei paesi industrializzati possa essere attribuito a fattori ambientali. Progetti nazionali nell’ambito del Piano Operativo Na-zionale (PON) e Regionale (POR: per es. Tosca-na, Liguria, etc.) hanno incoraggiato studi mi-rati alla definizione dei marcatori molecolari di inquinamento ambientale. Anche Istituti di ri-cerca nazionali (ICRAM) ed Agenzie regionali (ARPA) sono coinvolti in Progetti finanziati dalla comunità europea per l’analisi, in organismi marini bersaglio, dei meccanismi di stress cel-lulare riconducibili ad inquinanti ambientali di vario tipo (metalli pesanti, PCB, etc.). L’attualità e l’importanza di queste tematiche sono dimostrate dal documento approvato in sede comunitaria “The Oceans and FP7th” che recita: Marine science and technology to be in-troduced as an innovative horizontal element spanning all six pillars and priority themes of the proposed 7th Framework Programme. 5.7.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti I risultati delle ricerche in atto da diversi anni negli Istituti CNR si possono riassumere sche-maticamente come segue in base alla tematica affrontata. • Estremofili (IBP): Sono stati prodotti in

forma ricombinante e caratterizzati dal punto di vista biochimico numerosi enzimi (esterasi, fosfotriesterasi, alcool deidroge-nasi, glicosidasi) di batteri e archaea termofili ed ipertermofili e di alcuni è stata ri-solta la struttura cristallografica

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• Risposta a stress esogeni (IBIM): Si stanno definendo sia le dosi limite degli stress chi-mici e fisici da indurre sperimentalmente che la sensibilità dei metodi di rilevamento dell’espressione di proteine e i geni da a-nalizzare in cellule e/o embrioni di riccio di mare


Obiettivi generali del Progetto sono: • analizzare i meccanismi biochimici, gene-

tici e fisiologici alla base della risposta cel-lulare a situazioni di stress transitori

• promuovere il trasferimento dei risultati alle industrie e alle PMI di biotecnologia, per le peculiari proprietà catalitiche degli enzimi espressi in microrganismi estremo-fili, e biomediche per la rilevanza delle specie reattive dell’ossigeno (ROS) e dell’azoto (RNS) sulla salute umana.

Obiettivi specifici sono: • l’identificazione dei determinanti di ter-

mostabilità, termofilia, attività e meccani-smo di “folding” in esterasi, fosfotrie-sterasi, alcool deidrogenasi e polisac-caridasi da estremofili;

• produzione, studio e strutture tridimensio-nali di esterasi e fosfotriesterasi termofile;

• lo studio della cooperatività, deamidazione e termoinattivazione in ADH termofile;

• lo studio di polisaccaridasi da batteri anae-robi del tratto gastrointestinale;

• lo studio dei meccanismi di replica-zione/riparazione/ricombinazione del DNA nell’archeobatterio iper-termofilo S. sol-fataricus;

• la messa a punto di sistemi genetici vet-tore/ospite e controllo della espressione ge-nica in S. solfataricus;

• la delucidazione dei meccanismi cellulari di risposta a vari fattori di stress (agenti chi-mici, fisici, predazione) in organismi ani-mali e vegetali;

• l’analisi della correlazione tra stress cau-sato da fattori ambientali esterni ed immu-nità;

• il rapporto tra stress cellulare, molecole di adesione e trasduzione del segnale;

• la caratterizzazione della risposta “ferita-attivata” in diatomee e produzione di mole-cole di interesse economico-scientifico-am-bientale.


che; • brevetti registrati. 5.7.4 Risorse umane, strumentali e finanzia-

rie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 117 per il 2005, 128 per il 2006 e 139 per il 2007. Le più importanti risorse strumentali a disposi-zione degli Istituti coinvolti nel Progetto sono: phospho-imager; real-time PCR; biancore; ap-parecchiature HPLC ed FPLC; apparecchiature per spettroscopie ottica, di fluorescenza, di di-croismo circolare; stopped-flow per misure di cinetica rapida. La tabella 5i riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 5.7.5 Competenze interne utilizzate Le competenze richieste (in biochimica, biolo-gia molecolare, biologia cellulare, microbiolo-gia, genetica, bioinformatica, modellizzazione molecolare, chimica, chimico-fisica, biologia strutturale) sono in massima parte in possesso del personale che partecipa alle commesse.



2005 1,59 0,45 0,34 1,93 2006 1,55 0,28 0,34 1,90 2007 1,51 0,30 0,34 1,85

115


Le ricerche sono principalmente condotte in collaborazione con le Università di: Benevento; “Federico II” e Seconda Università di Napoli; Roma “La Sapienza”, Palermo; con le Univer-sità St Andrews, Versailles, National Institute of Health Sciences,Tokyo, Giappone; Karolinska Institute Stoccolma, Svezia; Imperial College Londra, Regno Unito; Rowett Research Insti-tute Aberdeen, Regno Unito; Institut Pasteur, Parigi, Francia. I principali finanziamenti de-rivano da: UE – Programma Quadro; Regioni – Iniziative Progettuali; Ministeri – Iniziative Progettuali; MIUR – FIRB.

5.7.7 Tempi previsti Si prevede che gli obiettivi prefissati possano essere raggiunti nel triennio 2005-2007.

5.7.8 Condizioni di fattibilità La fattibilità è garantita dalla esperienza ac-quisita non solo dai ricercatori ma anche dal personale addestrato negli Istituti, personale quest’ultimo che sarebbe auspicale trovasse inserimento nel CNR. Va considerato che l’entità dei finanziamenti esterni determina una continua rimodulazione degli obiettivi che in alcuni casi può comportare la sospensione di una particolare attività.

116

5.8 P8. Progettazione di banche dati biologiche e programmi di a-nalisi


1



L’avvento della genomica ha consentito di produrre un’enorme quantità di informazioni, destinata ad aumentare sempre più rapida-mente grazie allo sviluppo di tecnologie “high-throughput”, ed ha influenzato profonda-mente tutte le branche della Biologia, dalla proteomica alla trascrittomica e farmacogeno-mica, dalla biochimica e biologia strutturale, molecolare e cellulare, alla patologia moleco-lare. Questa mole di dati, di per sé in gran par-te indecifrabili e quindi difficilmente utilizza-bili, necessita di essere raccolta ed organizzata in un insieme coerente che sia possibile inter-rogare, analizzare ed interpretare al fine di tradurre in conoscenza i dati accumulati, ovve-ro di estrarre da essi informazioni in grado di descrivere i meccanismi fondamentali alla ba-se dei processi biologici. La Bioinformatica e la Biologia computazio-nale hanno il compito di risolvere questi pro-blemi mediante lo sviluppo e la messa a punto di tecnologie informatiche che permettano di organizzare e gestire i dati biologici facilitan-done l’utilizzo. La necessità di raggiungere questi obiettivi ha portato alla creazione di numerosissimi istituti e centri specializzati di Bioinformatica e Biolo-gia computazionale in molti stati Europei, ne-gli USA, in Asia, in Africa ed in Australia. La Co-munità Europea ha finanziato sia la prima rete di Bioinformatica a livello europeo, detta EM-Bnet (European Molecular Biomedical Network), che, nel 2004, il “Network of Excel-lence” in Bioinformatica chiamato “BioSa-piens”, comprendente 24 gruppi di ricerca in 14 paesi europei e finanziato con 12 milioni di Euro. In Italia, il MIUR nell’ambito dei Progetti FIRB 2003 per la “Costituzione, potenziamento e messa in rete di laboratori pubblico-privati specializzati nello sviluppo e nell’utilizzazione

di piattaforme tecnologiche abilitanti” ha indi-viduato nella Bioinformatica una delle sei aree da finanziare. 5.8.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Nel CNR operano gruppi di ricerca di Bioinfor-matica, con competenza riconosciuta a livello internazionale, negli Istituti di Tecnologie Bio-mediche (ITB) e di Biologia e Patologia Moleco-lari (IBPM). Stretta è la collaborazione con gruppi universitari. Nell’ITB sono state realizzate banche dati spe-cializzate ed algoritmi di analisi dei dati larga-mente diffusi e utilizzati dalla comunità scienti-fica internazionale ed in parte disponibili me-diante sito web. Una delle risorse più utilizzate, vi sono registrati attualmente circa 2900 ricer-catori in Italia e all’estero, è il sito web UTRe-source10. Tra gli algoritmi di analisi, i pro-grammi PatSearch11 e CleanUP12 sono fra i più utilizzati. La ricerca bioinformatica dell’IBPM opera con un’ottica diversa, in quanto è rivolta a com-prendere le relazioni evoluzionistiche tra pro-teine e ad individuare le relazioni tra se-quenza, struttura e funzione nelle molecole proteiche. Per l’esperienza acquisita nel cam-po della predizione di strutture di proteine, il gruppo dell’IBPM è stato chiamato, insieme ad altri esperti internazionali, per valutare le pre-dizioni sottoposte al “Critical Assessment of Structure Prediction” (CASP), una conferenza internazionale biennale, giunta alla sesta edi-zione, che per tutta la comunità bioinformatica rappresenta il punto di riferimento per valuta-re l’affidabilità dei metodi di predizione delle strutture di proteine.

10http://www.ba.itb.cnr.it/UTR/ 11 http://bighost.ba.itb.cnr.it/BIG/PatSearch/

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12 http://bighost.area.ba.cnr.it/ BIG/ CleanUP/


Il Progetto si propone di continuare lo svi-luppo di sistemi computazionali di gestione ed analisi dei dati biologici, riferiti a genomi e strutture proteiche, in quanto la sempre cre-scente quantità dei dati disponibili richiede so-luzioni informatiche sempre nuove e più po-tenti per la loro organizzazione ed interpreta-zione. Ha inoltre tra i suoi obiettivi generali di: • contribuire alla formazione di giovani ri-

cercatori specializzati nella progettazione di banche dati biologiche e relativi pro-grammi di analisi;

• promuovere il trasferimento tecnologico degli strumenti bioinformatici alla comu-nità scientifica, alle industrie e alle PMI.

In particolare, il Progetto si propone di: • sviluppare procedure e strumenti per

l’immagazzinamento dei dati di Biologia Strutturale, Molecolare e Cellulare, Geno-mica Funzionale e Comparata, Espres-sione Genica, Proteomica, etc;

• sviluppare metodologie innovative per l’analisi genomica e offrire soluzioni in-formatiche per la risoluzione di problemi biologici complessi;

• annotare accuratamente famiglie protei-che “modello” selezionate nell’ambito de-gli organismi i cui genomi sono stati se-quenziati completamente al fine di com-prenderne i meccanismi evolutivi a livello molecolare;

• analizzare le strutture tridimensionali note di famiglie proteiche di particolare inte-resse biomedico e biotecnologico al fine di individuare relazioni: - tra struttura e sequenza proteica in

grado di consentire la predizione della struttura tridimensionale di proteine a partire dalla sequenza;

- tra strutture e funzioni proteiche in modo da poter predire le funzioni sulla base di sequenze e strutture.

I criteri di verifica degli obiettivi sono identifi-cabili in: • visibilità mediante web degli strumenti

bioinformatici realizzati

• statistiche di utilizzo da parte della comu-nità scientifica internazionale pubblica e privata

• numero e qualità di pubblicazioni scientifi-che


rie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 72 per il 2005, 78 per il 2006 e 80 per il 2007. Le infrastrutture bioinformatiche in possesso dell’ITB e dell’IBPM o disponibili in rete consi-stono di numerosi programmi e pacchetti per: analisi di sequenze biologiche; analisi e predi-zione di strutture proteiche; banche dati pub-bliche e specializzate. A queste si aggiungono strumentazioni infor-matiche e per ricerche di genomica e di biolo-gia molecolare e cellulare, finalizzate a fornire dati sperimentali ad hoc. La tabella 5l riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 5.8.5 Competenze interne utilizzate Sviluppo e mantenimento di banche dati e di algoritmi per l’analisi di dati biologici. Analisi di sequenze di macromolecole biologiche (aci-di nucleici e proteine). Analisi di strutture tri-dimensionali di proteine e predizione di strut-ture proteiche. 5.8.6 Competenze interne utilizzate Sviluppo e mantenimento di banche dati e di algoritmi per l’analisi di dati biologici. Analisi di sequenze di macromolecole biologiche (aci-di nucleici e proteine). Analisi di strutture tri-dimensionali di proteine e predizione di strut-ture proteiche.


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2005 2,70 1,58 0,02 2,72 2006 2,64 0,98 0,02 2,66 2007 2,57 1,05 0,02 2,59


Le ricerche sono svolte in collaborazione con le Università di Roma, Bari, Milano Bologna; il Medical Research Council - Laboratory of Mo-lecular Biology, Cambridge, UK; L’INFN, Se-zione di Bari; il Consorzio di calcolo alte pre-stazioni SPACI, Lecce; l’IBM Semea Sud, Bari; il CINECA. I principali finanziatori si identificano nel MIUR – PON; MIUR – Intesa di programma per il mez-zogiorno; MIUR – FIRB; MIUR – Sviluppo delle aree depresse; UE – Progetto EMBRACE.

5.8.7 Tempi previsti

Si prevede che nel corso di tre anni potranno essere sviluppate nuove banche dati e metodi

di analisi e potrà essere effettuata una analisi dettagliata di alcune famiglie proteiche. 5.8.8 Condizioni di fattibilità A causa della crescita esponenziale dei dati biologici da analizzare, il solo mantenimento delle banche dati e degli strumenti di analisi esistenti assorbe una notevole forza-lavoro. Il raggiungimento di obiettivi più ambiziosi, sia in termini di messa a punto di strumenti bioin-formatici utili a tutta la comunità scientifica che della estrazione di informazioni utili dai molteplici dati biologici, richiede invece l’inserimento di nuovi ricercatori.

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5.9 P9. Metodologie per lo studio di popolazioni biologiche


1

5.9.1 Cenni allo scenario nazionale ed internazio-

nale e motivazione della presenza del CNR I recenti avanzamenti tecnologici hanno con-sentito di conoscere la quasi intera sequenza del genoma umano e di molte altre specie vi-venti che hanno condiviso un continuum evo-luzionistico in un contesto ambientale le cui modifiche hanno contribuito a determinare la biodiversità attuale. Lo studio e la comprensione delle interazioni tra geni e ambiente sono fondamentali per mi-gliorare le condizioni di vita dell’uomo, in par-ticolare nel campo della salute. L’analisi della variabilità genetica inter- ed intra-popola-zionistica ha permesso di identificare varianti associate a tratti complessi, sia qualitativi (qua-li malattie comuni) che quantitativi (per esem-pio fenomeni fisiologici misurabili) che sono oggi considerati fondamentali per imple-mentare una medicina preventiva e/o persona-lizzata. Per tali studi nell’ultimo decennio è stato proposto di utilizzare popolazioni isolate. A livello internazionale vi sono molti studi con-dotti su cosiddetti “isolati genetici” quali per esempio lo studio dell’asma condotto nell’isoletta di Tristan da Cunha o più recente-mente, l’analisi di geni di suscettibilità per di-verse malattie comuni condotta in Islanda. Questi ed altri studi simili fruiscono di grandi investimenti da parte di industrie biotecnologi-che. L’esempio più conosciuto è quello della deCode, società per azioni creata per lo studio dell’intera popolazione islandese, finanziata con ben 200 milioni di Euro da parte della Ro-che. A livello nazionale, per ovvi motivi storici e geo-grafici, vi sono grandi opportunità di studio di numerosi isolati genetici, costituiti da popola-zioni di dimensioni ridotte, che vivono in pic-coli paesi geograficamente isolati, per lo più montani. In passato gli studi in questi paesi sono stati sporadici e legati a rare malattie monogeniche, specifiche di una popolazione. Recentemente, grazie all’iniziativa pionieri-stica di alcuni ricercatori del CNR, sono stati creati i “Parchi Genetici”, modelli di studio multidisciplinare per l’analisi di una popola-

zione e del contesto ambientale in cui essa vi-ve. La creazione di un “Parco Genetico” si ba-sa sulle caratteristiche peculiari di popolazioni isolate “inbred”: antiche origini, un numero molto ridotto di fondatori (poche decine), bas-sa immigrazione (tra 5 e 10%), lenta crescita demografica, alta endogamia (90%) e con-sanguineità (35%), possibilità di accurate rico-struzioni genealogiche per almeno 400 anni (fino a 17 generazioni), omogeneità ambientale e degli stili di vita. 5.9.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Nel CNR operano già da numerosi anni due gruppi di ricerca negli Istituti di Genetica delle Popolazioni (IGP) e di Genetica e Biofisica “Buzzati Traverso” (IGB-ABT) con competenze riconosciute a livello internazionale. Le ricer-che multidisciplinari condotte all’interno dei Parchi Genetici dell’Ogliastra e del Cilento (e più recentemente anche nella comunità mon-tana della valle Ufita) si sono rivelate degli ot-timi modelli per l’identificazione rapida ed economicamente efficiente di loci associati a patologie complesse e a Tratti Quantitativi (QTL) considerati fattori di rischio per malattie multifattoriali comuni.

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Fondamentale per tali studi è stata la crea-zione di banche dati specializzate contenenti dati di tipo genealogico, genetico, molecolare, fenotipico e ambientale provenienti dai diversi paesi. Tale interfaccia comune ha permesso di aumentare il potere statistico mediante l’integrazione delle informazioni genealogi-che, genetiche e fenotipiche raccolte su indivi-dui collegati da estesi alberi genealogici multi-generazionali. Tramite analisi di “linkage” non parametrica sono stati identificati dall’IGP un nuovo gene e la sua variante associata alla ne-frolitiasi e numerose regioni genomiche (loci) associate a malattie multifattoriali comuni e a QTL. A questa possibilità di studio di tratti complessi che usa il modello di popolazioni i-solate si affianca anche la possibilità di gene-rare popolazioni di topi a genotipo “controlla-

to” per poter studiare l’effetto di una o più mutazioni definite. 5.9.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Il Progetto si propone di proseguire gli studi multidisciplinari di popolazioni umane, con particolare riferimento agli isolati genetici per l’identificazione di geni e fattori ambientali associati a fenotipi semplici e complessi, atti ad acquisire nuove conoscenze sui meccanismi eziopatogenetici di malattie multifattoriali e monogenetiche. Questo patrimonio di conoscenze strutturate sarà ottenuto tramite: • lo studio delle caratteristiche genetiche, ge-

nealogiche, epidemiologiche, comporta-mentali ed ambientali dei residenti di dieci diversi paesi della regione Ogliastra della Sardegna, e di dieci paesi del Cilento e uno dell’Irpinia;

• il perfezionamento di vari software di ge-stione delle banche dati, e.g. PedNavigator per la ricostruzione degli alberi genealo-gici, al fine di permettere all’utente di uti-lizzare i dati associati ai diversi compo-nenti delle famiglie (. dati clinici, genetici, ecc.);

• la costruzione, per quanto riguarda lo stu-dio dei modelli murini, di programmi dedi-cati per lo studio della correlazione feno-tipo-genotipo e dei livelli di espressione dei network genetici.

La verifica dello stato di avanzamento della ri-cerca sarà basata su: • numero e qualità di pubblicazioni scientifi-

che; • creazione di banche dati consultabili; • creazione di bio-banche; • brevetti registrati;

• inserimento in network scientifici interna-zionali;

• commesse ottenute da industrie biotecno-logiche.

5.9.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 275 per il 2005, 286 per il 2006 e 297 per il 2007. I due gruppi CNR coinvolti dispongono di stru-mentazione per: microarray-analyzer; real-time-PCR; analisi e sorting di cellule dotata di FACS; microscopia a fluorescenza; stabulario e CED; laboratorio di genotipizzazione high-throughput; piattaforma informatica con server, calcolatori e sistemi di sicurezza per l’accesso controllato alle banche dati e per la gestione degli strumenti informatici sviluppati; laboratori/ambulatori attrezzati sul campo col-legati in rete alla sede centrale. La tabella 5m riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 5.9.5 Competenze interne utilizzate I gruppi di ricerca IGP e IGB che operano in questo Progetto possiedono tutte le compe-tenze necessarie per raggiungere gli obiettivi progettuali. Entrambi hanno competenze di genetica e biologia molecolare, di studi epide-miologici, statistici e bioinformatici. L’IGB van-ta inoltre la possibilità di condurre studi su modelli animali (topi transgenici e knock-out).



2005 5,43 3,63 0,26 5,69 2006 5,31 2,26 0,26 5,57 2007 5,16 2,41 0,26 5,42

121

5.9.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-vabili

Il Progetto si avvale delle collaborazioni delle Università di Cagliari, Salerno, del Sannio (Benevento) e Federico II di Napoli; Società Shardna Lifesciences spa. Cagliari; Parco Ge-netico dell’Ogliastra, Perdasdefogu (NU); BIO-GEM, Ariano Irpino; TROMBIX, Leuven, Belgio; DIBIT, Ospedale San Raffaele, Milan; TIGEM, Napoli; Neuromed, Isernia; Ospedale Pediatri-co Santobono, Napoli; Instituto de Neu-rociencias, University of Miguel Hernandez (UMH-CSIC), Alicante, Spagna; Instituto Gul-benkian de Ciencia, Oeiras, Portogallo. I prin-cipali finanziamenti sono erogati dal MIUR – inziative progettuali e UE – Programma Qua-dro.

5.9.7 Tempi previsti Nel corso di tre anni si prevede di raccogliere i dati dei dieci paesi previsti da ciascuno studio sul campo e di identificare numerosi geni e loci associati a tratti complessi e malattie multifat-toriali comuni; saranno inoltre definiti almeno tre network genici derivati dagli studi dei mo-delli murini. 5.9.8 Condizioni di fattibilità La fattibilità è buona se si considerano il finan-ziamento delle Regioni, le numerose collabora-zioni esterne, nonché la competenza del grup-po di ricerca e la collaborazione delle popo-lazioni studiate.

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5.10 P10. Organismi modello per lo studio di processi fisiologici e patologici


0


L’uso dei nuovi strumenti tecnologici ed in-formatici ha permesso, specie dopo il sequen-ziamento del genoma umano, di effettuare l’analisi sistematica dell’espressione di molti geni e di individuare e chiarire il ruolo che i circuiti multigenici svolgono nel controllo e nella regolazione delle funzioni cellulari. Per poter stabilire il ruolo svolto dai singoli geni è di grande importanza l’utilizzo di organismi animali come modelli. Gli organismi modello peraltro sono utili come strumento per lo stu-dio delle malattie umane in cui queste funzioni sono alterate o compromesse. L’uso di organismi modello si giova di nuove tecnologie di trasferimento genico che consen-tono di modificare organismi di varia natura. Fra di essi il topo, Mus musculus, è l’organismo maggiormente adoperato per lo studio dei processi fisiologici e patologici uma-ni date le forti omologie del suo genoma con quello dell’uomo. Per l’importanza sempre maggiore che stanno assumendo le tecniche di manipolazione genica nelle ricerche in geneti-ca molecolare, dimostrata ad esempio dai nu-merosi finanziamenti di Istituti appartenenti all’NIH, tutti i laboratori dovrebbero essere at-trezzati con stabulari ad hoc che permettano di ottenere e di conservare le “linee geneticamen-te modificate”. In Italia, nell’Università così come in Centri di Ricerca pubblici (Istituto Superiore di Sanità) o privati (Consorzi di ricerca) esistono stabulari dedicati ai topi transgenici. Il CNR già da di-versi anni ha ritenuto necessario potenziare questo tipo di strutture creando, nell’Istituto di Biologia Cellulare (IBC) a Monterotondo (Ro-ma), uno stabulario di grandi dimensioni col-legato con il Jackson Laboratory, la maggiore autorità nella manipolazione e nella conser-vazione di linee di topi geneticamente modi-ficate. Strutture più piccole sono presenti an-che in altri Istituti CNR che si occupano di gene-tica e biologia molecolare.


L’IGB ha utilizzato organismi modello di varia complessità (lieviti, D. melanogaster, C. e e-gans, topi transgenici) per studiare in partico-lare la differenziazione delle cellule neurali e delle cellule germinali; basti ricordare i mo-delli animali per i geni homeobox ivi prodotti ed analizzati.

l

L’ITB ha usato modelli transgenici con tre fina-lità: 1) nuovi approcci alla terapia antitumo-rale; 2) studio di composti tossici; 3) cura di malattie genetiche. Queste ricerche hanno por-tato sia a numerose pubblicazioni, che a rico-noscimenti ai ricercatori CNR (Premio Dompé 2001, Premio Società Italiana di Cancerologia (SIC) 2003, Premio Fondazione Berlucchi 2003). L’IEOS ha sviluppato animali transgenici e knockout per studiare processi patologici quali obesità, sclerosi multipla e diabete. Sono stati valutati non solo il ruolo dei geni coinvolti nel-la malattia ma anche i meccanismi molecolari controllati dal prodotto dei singoli geni a livello cellulare, come avviene per il diabete, o a livel-lo più complesso, come si verifica nell’obe-sità e nella sclerosi multipla nei quali si ha una modificazione del sistema immunitario.


Il Progetto si propone di assicurare al maggior Ente italiano di ricerca lo sviluppo di settori e competenze di grande interesse in quanto per-mettono di utilizzare l’enorme potenziale of-ferto dagli approcci genetico-molecolari che si possono realizzare negli organismi modello. Obiettivi generali del Progetto sono la com-prensione dei meccanismi alla base della for-mazione e del funzionamento di organi e si-stemi di organi utilizzando:

123

• modelli animali di malattie umane deter-minate geneticamente per saggiare terapie innovative.

Obiettivi specifici sono: • l’individuazione di meccanismi moleco-

lari, “gene networks”, interazioni cellulari nello sviluppo, differenziamento, organo-genesi dei sistemi descritti e loro alte-razioni;

• lo studio di geni e meccanismi cellulari di sviluppo e differenziamento e di geni-malattia in animali modello e sistemi biolo-gici. Lo studio della ricombinazione e della meiosi in lieviti e C. elegans. Regolazione genica sesso-specifica e studio di mutazioni che causano sterilità in Drosophila. l’identificazione di geni e segnali per il dif-ferenziamento di cellule staminali neurali in topo. Il differenziamento di neuroni do-paminergici, di sistemi sensoriali, meccani-smi di crescita assonale in topo e C. elegans;

• la produzione ed analisi di animali tran-sgenici come modello di malattie genetiche o di patologie umane, per indagarne la pa-togenesi e di validare nuovi approcci tera-peutici;

• l’uso di cellule staminali per la correzione di difetti genetici;

• la determinazione di sviluppo e progres-sione di patologie autoimmuni in topi lep-tino-deficienti (C57BL/BL/6J-OB/OB). Verrà stabilito se in questi animali la sommini-strazione di leptina è in grado di revertire la resistenza alla suscettibilità alla encefa-lopatia autoimmune

• la caratterizzazione, mediante topi trange-nici e knockout per il gene ped, del ruolo del gene ped/pea-15 nel diabete di tipo ii e delle interazioni funzionali con altri geni che causano insulino-resistenza con lo scopo di generare farmaci in grado di riat-tivare i meccanismi bloccati dall’iper-

espressione del gene ped/pea e di miglio-rare così la sensibilità all'insulina.


che; • brevetti registrati; • avanzamento del programma, finanziato

con fondi MIUR (legge 297). 5.10.4 Risorse umane, strumentali e finanzia-

rie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 264 per il 2005, 275 per il 2006 e 287 per il 2007. Le principali risorse strumentali sono: stabu-lari; camere termostatate; sequenziatori di DNA; DNA-microarrays; RT-PCR; FACS-Sorter; Phosphoimager; FPLC; sistemi di microine-zione; stanze con livello di protezione 3 (P3). La tabella 5n riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 5.10.5 Competenze interne utilizzate Le competenze necessarie, tutte in possesso dei gruppi di ricerca coinvolti, sono di: gene-tica murina e umana, oncologia molecolare, ingegneria genetica, proteomica, manipola-zione di embrioni murini, di trasferimento ge-nico e di biologia cellulare.



2005 3,37 0,98 0,34 3,71 2006 3,29 0,61 0,34 3,64 2007 3,20 0,65 0,34 3,54

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5.10.6 Collaborazioni esterne Le ricerche sono condotte in collaborazione con le Università di Bari, Bologna, Napoli, Roma, Torino, Magna Graecia, Catanzaro, Brescia in Italia; di Alicante, Harvard, Hel-sinki, Leeds, Lund, Paris-sud, Toronto, Era-smus MC Rotterdam, Gulbenkian Lisboa, E-mory, Pittsburgh, Seattle, Aberdeen, Goteborg, Kuopio, Nizza, UCLA, Cambridge e, Sheffield all’estero. Sono inoltre accese collaborazioni con: Centro Comune di Ricerca di Ispra; Insti-tute of Molecular Pathology di Vienna; Imprese Biotecnologiche: NSGene, BIOPAT, PRIMM, BIO-GEM¸ TIGEM¸ DIBIT. Inoltre: Steno Diabetes Center, Denmark; Karolinska Institutet, Swe-den; German Institute of Human Nutrition; Clinique de la Souris; N.I.H.,¸Harvard Medical School¸ The Jackson Laboratory. I principali finanziatori del Progetto sono: UE – Programma Quadro; MIUR – FIRB; Ministeri –

Iniziative Progettuali; Regioni – Iniziative Pro-gettuali; Istituto Superiore di Sanità; Telethon; Fondazione Cariplo; AIRC. 5.10.7 Tempi previsti Si ritiene che gli obiettivi proposti possano es-sere raggiunti nell’ambito del triennio 2005-2007

5.10.8 Condizioni di fattibilità La fattibilità è garantita dalle competenze spe-cifiche e diversificate dei ricercatori parteci-panti, dalla completezza e dalla consistenza dei rispettivi gruppi e dalle strumentazioni, strutture e servizi necessari presenti all' IGB, all’ITB e all’IEOS.

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5.11 P11. Modelli animali per lo studio del comportamento


1


nazionale e motivazione della presen-za del CNR

Lo studio della biologia animale e dell’evoluzione del comportamento sono a-spetti fondamentali delle Scienze della Vita. Le ricerche sui primati non umani sono partico-larmente rilevanti per capire il primate uomo. Infatti, sebbene il nostro genotipo sia sor-prendentemente simile a quello dei primati non umani, solo l’uomo ha sviluppato linguag-gio, uso di tecnologie complesse, simboli ma-tematici, forme di arte, e istituzioni sociali. Viene quindi naturale chiedersi come mai l’uomo sia così profondamente diverso in ter-mini di comportamento e di intelligenza. Un altro aspetto fondamentale per comprendere fisiologia e patologia del comportamento è lo studio dei meccanismi di adattamento che, nell’ambito delle neuroscienze, comprende di-versi aspetti fisio/neuro/comportamentali. Essi costituiscono la base del concetto di plasticità nelle sue diverse forme, sono legati alla regi-strazione di nuove esperienze, sono implicati nelle costruzione di relazioni sociali e coinvol-gono i meccanismi di risposta allo stress. 5.11.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Le varie direttrici lungo le quali sono articolati i lavori sulle tematiche del Progetto verranno descritte sinteticamente, indicando risultati conseguiti e possibili sviluppi. Ricerche sui primati non umani Una serie di esperimenti, condotti in collabora-zione con l’Università di Parma, indagano le capacità di imitare e di riconoscere l’imitazione in cebi e macachi. Si intende stu-diare il riconoscimento cross-modale (vista-udito) nei cebi utilizzando il paradigma speri-mentale del matching-to-sample. Il ricono-scimento cross-modale, tipico della nostra spe-cie, è presente nelle scimmie antropomorfe.

Poco si sa invece sulla presenza di tali capacità nelle scimmie inferiori. Il comportamento alimentare di Cebus apella viene usato come modello per la compren-sione delle basi biologiche del comportamento alimentare umano. Le ricerche sono mirate a capire come sia possibile acquisire una dieta corretta, accettare cibi nuovi (problema che i bambini affrontano nel periodo dello svezza-mento) e quali fattori influenzino le preferenze alimentari. Per determinare le basi biologiche della capa-cità umana di costruire e usare mappe mentali dell' ambiente si studiano nei cebi i processi ed i meccanismi cognitivi che sottendono alla co-noscenza dello spazio. I cebi, a differenza dell’uomo, hanno difficoltà ad integrare elementi singoli in un percetto u-nitario. Poiché è stato ipotizzato che l’uso di un codice verbale può influenzare il modo in cui l’uomo analizza ed elabora gli stimoli vi-sivi, saranno condotti ulteriori esperimenti sul raggruppamento percettivo nell’uomo e nel cebo in condizioni in cui gli umani non pos-sono utilizzare un codice verbale per identifi-care gli stimoli. Ricerche sui meccanismi di adattamento. E’ stato accertato che lo stress acuto aumenta la memoria relativa agli eventi potenzialmente negativi per l’organismo. Lo stress cronico, in-vece, induce dei meccanismi di plasticità adat-tativa nel cervello caratterizzata da modifiche funzionali e strutturali. Lo studio delle altera-zioni funzionali e strutturali indotte dallo stress sull’ippocampo o sui gangli della base sono oggi al centro di ricerche su disordini com-portamentali quali la depressione, lo stress post-traumatico e le psicosi. Queste stesse alte-razioni sono inoltre al centro delle ricerche sul-la fisiologia e patologia dell’invecchia-mento, un aspetto estremamente importante in termi-ni di benessere individuale, sociale e di spesa sanitaria, legato alla crescita della popolazione anziana e all’aumento assoluto delle patologie invalidanti della terza età.

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Obiettivo degli studi sull’evoluzione biologica, comportamentale e cognitiva dei primati uma-ni e non umani e, più in generale, delle ricer-che sul sistema nervoso centrale condotte su roditori - ceppi outbred, inbred e genetica-mente modificati - e primati non umani, sia in laboratorio che in natura, è ottenere ricadute conoscitive ed applicative, anche tramite le nuove tecniche genetico-molecolari rese di-sponibili in questi ultimi anni. Nelle ricerche sui primati non umani: • identificazione di uguaglianze e differenze

nell’organizzazione cognitiva di diverse specie di primati, compreso l’uomo;

• esame comparativo dei comportamenti e delle capacità cognitive in cattività e in na-tura di diverse specie di primati non uma-ni;

• ricostruzione del percorso evolutivo che ha portato all’emergenza della specie Homo sapiens;

• individuazione delle capacità di usare og-getti come punti di riferimento ambientale

• divulgazione scientifica e ricaduta didat-tica dei risultati di ricerca.

Nelle ricerche sui meccanismi di adattamento: • meccanismi di stress ossidativo in modelli

animali per lo studio di deficit neuro-comporlamentali;

• ruolo dello stress sui processi di apprendi-mento e memoria;

• effetti dello stress sui meccanismi fisiologici in modelli animali di dolore;

• effetti dello stress sulla risposta comporta-mentale durante lo sviluppo;

• effetti dello stress sociale sul comporta-mento alimentare e sul bilancio energetico.


che; • protocolli per la corretta stabulazione dei

Primati non umani in cattività e per l’elaborazione di diete alimentari ade-guate;

• gestione ed archivio dei dati sanitari; • mostre e materiali multimediali per la mo-

dellizzazione e la divulgazione dei risultati conseguiti nell’attività di ricerca scienti-fica.


rie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 132 per il 2005, 138 per il 2006 e 144 per il 2007. La tabella 5n riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 5.11.5 Competenze interne utilizzate Le competenze interne sono costituite da per-sonale sia di ruolo che in formazione alta-mente specializzato; importante anche è il con-tributo del personale tecnico specializzato. 5.11.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili Le collaborazioni attivate o in via di attivazione comprendono le Università di Padova, Parma, Siena; Torino, Verona, “Federico II”, Napoli, "La Sapienza", Tor Vergata e Campus Biome-dico, lumsa, Roma; Istituto Superiore di Sa-nità; Scuola Normale Pisa; Istituto San Raffa-ele Milano; Museo Civico di Zoologia, Roma; irccs, Ospedale Pediatrico Bambin Gesù, Ro-ma; embl Monterotondo; Max-Planck Institut, Leipzig, Germania; le Università estere di Ge-orgia, Louisiana, Leicester, Portsmouth, e Goldsmiths College, Lund, Groningen, Kra-kow, Tel Aviv, Kyoto, S. Paulo; namc cnrs; Marseille, cnrs esbs Strasbourg; Université de Marseille ; Sigma Tau Lay Line Genomics. Le fonti più importanti di finanziamento sono: miur – divulgazione scientifica; miur – firb; se-sdu; Comune di Roma.

Tabella 5o- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)

127


2005 0,95 0,11 0,03 0,98 2006 0,93 0,07 0,03 0,96 2007 0,90 0,07 0,03 0,93

5.11.7 Tempi previsti Per lo sviluppo di tutte le attività in oggetto si prevedono tre anni. 5.11.8 Condizioni di fattibilità Essenziale per il piano di ricerca individuato è la disponibilità di un laboratorio adeguato e

funzionante che renda possibile la stabula-zione e la sperimentazione. In particolare il laboratorio dell’IN, di recente costruzione, ne-cessita di finanziamenti per ottimizzarne la funzionalità ai fini della ricerca. E’ inoltre in-dispensabile arrivare in tempi rapidissimi all’assunzione di nuovo personale di ricerca, tecnologo e tecnico con competenze biologiche e psico-biologiche.

128

5.12 P12. Genomica e proteomica per lo studio e la salvaguardia del-la biodiversità


1

5.12.1 Cenni allo scenario nazionale ed interna-zionale e motivazione della presenza del CNR

La biodiversità, misura della varietà di specie animali e vegetali nella biosfera, non va intesa solo come risultato dell’evoluzione, ma anche come serbatoio da cui attinge l’evoluzione stessa per attuare le modificazioni genetiche e morfologiche che danno origine a nuove specie viventi. Sono quindi almeno tre i livelli ai quali studiarla: di geni di una specie (o popolazione), di specie e di ecosistema, quest’ultimo situato all’interfaccia con i Dipartimenti “Terra e Am-biente” ed “Agroalimentare”. Lo studio della biodiversità e la sua tutela, ri-chiedono in prima istanza la gestione delle re-lative informazioni. Sono sorte a questo scopo iniziative fra cui il “Global Biodiversity Asses-sment”, e la “Convention on Biological Di-versity”. Il nostro Paese, in ottemperanza agli impegni assunti con la sottoscrizione di tale Convenzione, si è dotato nel 1997 di un Piano Nazionale sulla Biodiversità. All’interno della Comunità Europea, e più in generale della comunità internazionale, esistono strutture e organizzazioni analoghe, come la federazione di banche dati “Species 2000”, Progetto euro-peo o il network di banche dati GBIF (Global Biodiversity Information Facility). L’analisi della biodiversità, si avvale degli stru-menti della Nuova Biologia che aprono nuove possibilità di indagine della filogenesi animale e vegetale e contribuiscono alla salvaguardia della biodiversità stessa. In questo ambito è da collocarsi la proposta recente di utilizzare bre-vi sequenze di DNA come codici a barre (“bar-codes”) per identificare in modo rapido ed effi-cace animali e piante. L’analisi della biodiversità ha anche notevoli risvolti applicativi. La sostenibilità biologica delle pratiche colturali e di allevamento deve basarsi sulla conoscenza dei sistemi animali e vegetali, e quindi trovare sostegno nella raccol-ta, caratterizzazione e valorizzazione delle ri-sorse genetiche animali e vegetali.


Il gruppo dell’ITB affronta problematiche le-gate alla biodiversità da diversi anni. Sono stati sequenziati genomi mitocondriali completi di metazoi e ne sono state studiate proprietà ed organizzazione genica. L’identificazione e ca-ratterizzazione di tratti di genoma nucleare al-tamente conservati nelle diverse specie du-rante l’evoluzione ha fornito la base per l’elaborazione di un metodo che permette all’utente di caratterizzare le proprie sequenze genomiche e di individuarne le regioni codifi-canti e non-codificanti. Il metodo può trovare applicazione nella ricerca di “codici a barre” per le specie animali. La ricerca svolta all’IBIM riguarda popolazioni di riccio di mare Paracentrotus lividus che nel golfo greco di Amvrakikos hanno subito modi-ficazioni morfologiche in seguito a cam-biamenti ambientali dovuti all’inquinamento da scarichi domestici e industriali. Le “nuove” popolazioni sono in grado di tollerare valori di salinità proibitivi per il P. lividus normale. All’IGB invece le ricerche riguardano l’analisi molecolare dell’interazione fra il parassita Maruca vitrata e la leguminosa Vigna unguiculata, principale sorgente di proteine in Nigeria, Mali ed altri paesi africani. Lo scopo è di elaborare una strategia che permetta l’isolamento di piante immuni all’aggressione dei parassiti.

-


rifica del loro conseguimento Gli obiettivi perseguiti dall’ITB riguardano la scelta delle specie da sequenziare. In questo contesto si mira all’utilizzo di brevi sequenze di DNA come “barcodes” per identificare in modo rapido ed efficace animali e piante. Fra gli obiettivi specifici:

129

• dati molecolari con il sequenziamento di geni e genomi riguardanti specie di euca-rioti di interesse per la tutela e la valorizza-

zione della biodiversità in campo agroali-mentare, ambientale e biomedico;

• brevi sequenze di DNA mitocondriale come marcatori (“barcodes”) sia per discrimi-nare specie animali note che per identifi-care in modo univoco nuove specie, crean-do quindi nuovi criteri diagnostici destinati ad affiancarsi ai tradizionali caratteri mor-fologici;

• metodi matematici e statistici per l’analisi e l’interpretazione dei dati ottenuti e di da-ti provenienti da organismi di cui sono stati sequenziali i genomi completi;

• algoritmi e software per la gestione ed ana-lisi dei dati ottenuti su scala tassonomica ed evolutiva.

L’obiettivo perseguito dall’IBIM nell’ambito di un Network Europeo di Eccellenza riguarda: • lo studio dell’evoluzione in atto nel golfo

greco del P. lividus. L’analisi dei trascritti di mRNA e del proteoma delle specie “na-ne” e “medio-nane” sarà messa a con-fronto con i dati ottenuti nelle varie fasi del-lo sviluppo embrionale di P. lividus nor-male. I risultati forniranno informazioni di interesse generale per comprendere i mec-canismi di adattamento delle specie a nuo-ve condizioni ambientali.

L’obiettivo della ricerca svolta all’IGB è: • suggerire sistemi di lotta biologica inte-

grata che non facciano ricorso né all’uso di pesticidi né a quello di piante ingegne-rizzate.

I criteri di verifica degli obiettivi programma-tici saranno: • pubblicazioni su riviste internazionali e su

libri;

• identificazione di tratti di DNA da usarsi come “barcodes” e verifica della loro vali-dità;

• visibilità mediante web degli strumenti bioinformatici realizzati e statistiche di uti-lizzo da parte della comunità scientifica in-ternazionale pubblica e privata.


rie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 52 per il 2005, 58 per il 2006 e 64 per il 2007. Risorse strumentali principali per ricerche di genomica: citofluorimetro FACS Calibur Bec-ton Dickinson; microscopio a fluorescenza ZEISS; luminometro TD-20/20; Turner Designs- Promega; Real Time PCR; ABI PRISM® 7900 Sequence Detection System; Sequenziatori ABI PRISM 3100. Sono inoltre presenti le principali strumentazioni per la Bionformatica. La tabella 5p riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 5.12.5 Competenze interne utilizzate Le competenze interne riguardano, oltre alla bioinformatica, biologia cellulare e moleco-lare, proteomica e genomica funzionale. Nella ricerca svolta all’IGB sono coinvolti nutrizioni-sti zootecnici, allevatori, agronomi, genetisti vegetali e animali, microbiologi, biologi mole-colari esperti nello studio della cascata del ses-so in insetti dannosi in agricoltura.

Tabella 5p- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 1,28 0,15 0,00 1,28 2006 1,25 0,09 0,00 1,25 2007 1,22 0,10 0,00 1,22

130


Le ricerche sono condotte in collaborazione con le Università di Bari, Milano, Palermo; le Università estere di Nijmegen, The Nether-lands; Haifa, Montpellier) Inoltre: INRA, Dijon; IMBB-FORTH, Heraklion; National Centre for Marine Research Atene; Lab. of Developmen-tal Biology, CNRS Villefranche-sur-Mer; EU - NoE Marine Genomics; Dept. Agriculture et Resources Animales, Côte d’Ivoire; Lab. de Microbiologie des Sols, Mali; Dept. de Biologie Vegetale, Senegal; Faculté d’Agronomie, Ni-ger; Int. Institute of Tropical Agriculture, Re-public of Benin; Collaborazioni nell’ambito del network per la biodiversità GBIF13 e della federazione di banche dati Species 200014.

13 http://www.gbif.org 14 http://www.species2000.org

5.12.7 Tempi previsti Si prevede che nel corso di tre anni potranno venire raggiunti gran parte degli obiettivi previ-sti. Per le ricerche dell’IGB vi è qualche riserve, come indicato al punto 8. 5.12.8. Condizioni di fattibilità

131

Tutte le attività di ricerca si avvantaggerebbero dall’inserimento di nuovo personale, anche se a tempo determinato, che consentirebbe di continuare a formare giovani nei diversi Isti-tuti.

Risorse aggiuntive richieste dal Dipartimento Per il 2005 le risorse finanziarie assegnate dal C.d.A. del CNR in data 16/09/2004 ammontano a 54 milioni di Euro; quelle individuate al 12 Gennaio 2005 per lo sviluppo delle attività del Dipartimento assommano a circa 28.7 milioni di Euro. Si deve tuttavia tenere conto che è prevista l’afferenza di altri gruppi di ricerca-tori e che, dopo la presentazione dei Piani di Gestione, sono stati assegnati nuovi fondi e-sterni, quelli del FIRB 2003. Il Comitato Ordi-natore stima, pertanto, che le risorse comples-sive ammonteranno a circa 32 milioni di Euro. Il Comitato Ordinatore propone l’attivazione di due ulteriori Progetti di ricerca, di sicuro in-teresse strategico: Enzimi e acidi nucleici nello sviluppo di tecnologieinnovative

La post-genomica e proteomica funzionale, in-tese come comprensione della funzione delle proteine in relazione alla loro struttura, e come possibilità di manipolare sia geni specifici che le proteine da essi codificate, costituiscono la base per lo sviluppo di tecnologie strategiche per l’industria chimica, farmaceutica ed agro-alimentare. In questo ambito si prevede che l’enzimologia influenzerà la ricerca scientifica e tecnologica dei prossimi 15-20 anni. Lo stu-dio dei meccanismi di azione, del rapporto tra la struttura e funzione, e della regolazione de-gli enzimi infatti è di importanza fondamentale non solo per la comprensione della fisiologia-patologia di cellule e organismi, ma anche per lo sviluppo di contromisure adeguate a fron-teggiare le malattie (farmaci, vaccini, terapia genica). L’assoluta maggioranza dei farmaci oggi in uso clinico come antibatterici, antivirali e antitumorali, sono, in termini molecolari, i-nibitori di enzimi essenziali per la replicazione virale, batterica e di cellule tumorali. Il miglio-ramento delle nostre conoscenze sulla struttu-ra e la funzione degli enzimi, permetterà quin-di sia di ideare farmaci più efficaci, ma anche di identificare nuove attività enzimatiche im-plicate nei processi patologici e, quindi, suscet-tibili di diventare bersagli per approcci che-mioterapici innovativi. Gli enzimi trovano applicazione anche in altre aree: nella produzione di detergenti e la de-gradazione di sostanze inquinanti per il recu-pero di siti contaminati (la cosiddetta “bio-remediation”), nei processi “di nicchia” quali le sintesi chemo-enzimatiche per la produzione

di farmaci ed altri composti ad alto valore ag-giunto, nelle nanotecnologie per la realizza-zione di biosensori, ed infine nella ricerca biomedica e diagnostica analitica. L’applicazione di tecnologie di mutagenesi si-to-diretta o casuale, di “DNA shuffling” e di “e-voluzione molecolare” permetteranno di au-mentare la versatilità degli enzimi adattandone le proprietà alle condizioni operative del pro-cesso da sviluppare. Le tecnologie relative agli acidi nucleici com-prendono sia quelle relative al DNA (sviluppo di microarrays e sensori) che quelle relative all’RNA, queste ultime correlate alla scoperta delle proprietà catalitiche dell’RNA, alla identi-ficazione dei micro-RNA ed al fenomeno detto di RNA-interference (identificazione ed applica-zioni di aptameri-ribozimi, di oligonucleotidi anti-senso, di modulatori dello splicing, di RNA non codificanti). Valore stimato del Progetto Euro 5.000.000 Genomica funzionale comparata: conservazione e varia-zione nell’evoluzione e nelle patologie. In questi ultimi anni sono state quasi comple-tate le sequenze del genoma umano e di orga-nismi modello quali Drosophila melanogaster, Caenorhabditis elegans, Anopheles gambiae, e Arabidopsis thaliana. Il prossimo e più impor-tante obiettivo degli studi genomici è di asse-gnare una funzione a tutti i geni definiti me-diante sequenziamento del DNA, con partico-lare riguardo a quelli umani. Per il consegui-mento di questo obiettivo fondamentale è es-senziale la comparazione di specie diverse. In-fatti, alla base delle relazioni evolutive tra spe-cie c’è la conservazione sia dei geni che delle proteine da essi codificate. L’identificazione di una funzione genica in un organismo modello pertanto può fornire informazioni preziose sul-le funzioni dell’omologo umano. Utilizzando questo approccio saranno studiate le funzioni dei geni coinvolti nel ciclo cellulare, nello svi-luppo e funzionamento del sistema nervoso, e in varie vie metaboliche complesse. Gli studi suddetti permetteranno di de-terminare ed approfondire il ruolo biologico di geni umani responsabili di malattie genetiche, e a definire le loro interazioni con altri geni con funzione nota ed ignota. Valore stimato del Progetto Euro 4.500.000

132

6. Dipartimento Progettazione MolecolareObiettivo principale del Dipartimento è contri-buire al progresso tecnologico nei più svariati settori di grande interesse a livello nazionale, europeo ed internazionale per il raggiungi-mento, a medio-lungo termine, di traguardi scientifici nei settori di maggior impatto sulla moderna società, quali la salute, l’ambiente, la mobilità, l’informazione e la comunica-zione, l’alimentazione, la sicurezza e la difesa. Gli studi che si intendono affrontare sono: • modellistica teorica e progettazione speri-

mentale di nuovi sistemi molecolari, su-pramolecolari e macromolecolari con spe-cifiche funzionalità.

• Sintesi e caratterizzazione, strutturale e funzionale, di molecole, supramolecole e macromolecole e studio del loro comporta-mento funzionale come tali o come sistemi organizzati per ottenere proprietà cooperative.

• Studio sperimentale delle applicazioni in-novative dei nuovi nanosistemi a base mo-lecolare in vari dispositivi.

L’impostazione strategica del Programma di-partimentale si basa sulla trasversalità dei campi di indagine al fine di individuare e me-glio conoscere le interazioni tra fenomeni e si-stemi diversi; questo presuppone una grande apertura alla collaborazione con strutture di ricerca esterne al CNR per coprire soddisfacen-temente il campo di competenze richieste e per coordinare e integrare le capacità, anche stru-mentali di osservazione, di modellazione e di trattamento delle informazioni. Questo o-rientamento deve innanzitutto riguardare la collaborazione con istituzioni di ricerca quali: il sistema universitario, in relazione alle eccel-lenze manifestate in diversi settori di interesse del programma; industrie farmaceutiche, in-dustrie elettroniche e centri di ricerca no profit (IEO, IFOM, SIENA BIOTECH, Istituti Mario Negri sud e Bergamo); Istituti di ricerca internazio-nali: quali il Max Planck Institute, l’Accademia Polacca delle Scienze, la Slovak Accademy of Sciences, NIH e vari Consorzi U-niversitari di ricerca. Le scelte e gli indirizzi contenuti nel V e VI Programma Quadro UE, oltre che gli specifici programmi nazionali di Francia, Germania, UK, Svizzera caratterizzano il quadro di riferi-mento internazionale. Più recentemente, un ampio spazio alla Pro-gettazione Molecolare è dato in alcune piatta-

forme su cui si intende costruire il VII Pro-gramma Quadro (Nanoelectronics, Nanomedi-cine, Innovative Medicine, Sustainable Che-mistry) e anche nel Piano nazionale di Ricerca Italiano appena presentato. Le conoscenze acquisite, in relazione agli o-biettivi del Dipartimento, intendono orientare e coordinare le notevoli strutture e competenze del CNR per il perseguimento di finalità sia in relazione al sistema interno sia a quello ester-no. In particolare, sul lato interno, stimolare e orientare la crescita qualitativa ed orga-nizzativa della rete scientifica di settore; armo-nizzare i programmi degli Istituti focalizzan-doli sugli obiettivi del programma; conseguire massa critica e migliorare l’efficienza opera-tiva razionalizzando le strutture per settori omogenei, raggiungendo dimensioni e capa-cità di ricerca in condizioni di collaborare/ competere con strutture analoghe a livello eu-ropeo e mondiale; assumere impegni adeguati di partecipazione ai grandi Progetti interna-zionali, assicurando giusti ritorni agli interessi del Paese; offrire opportunità di inserimento e di crescita a nuove leve di giovani ricercatori.

133

Sul lato esterno, il Dipartimento intende favo-rire l’incontro tra domanda e offerta di cono-scenza, soprattutto contribuendo a superare gli attuali limiti di debolezza della domanda, tanto del sistema istituzionale quanto di quello industriale, avvantaggiandosi di una soddisfa-cente e talvolta ottima posizione competitiva a livello internazionale della comunità scienti-fica italiana ed, in particolare, dell’attuale CNR. Offrire altresì e trasferire i risultati delle ricerche in forme utili alla società attraverso: studio dei processi che regolano biospecificità e bioriconoscimento a livello molecolare (P1); messa a sistema delle diverse competenze nella scienza dei polimeri e dei relativi compositi (P2); progettazione e realizzazione di nuovi e più efficienti catalizzatori eterogenei ed omo-genei da impiegarsi in settori di importanza strategica (P3); definizione di un percorso pro-gettuale che parta dal chemical design per la funzionalità e dai processi di autoorganizza-zione e funzionalizzazione per creare materiali multifunzionali nanostrutturati lavorabili con tecnologie “soft” per la realizzazione di nuovi dispositivi (P4); creare nuove opportunità per lo sviluppo tecnologico del Paese (P5); utilizzo

di strumenti concettuali e analitici per lo svi-luppo di nuovi farmaci (P6). Per le ricadute tecnico-scientifiche più rilevanti nel pregresso ascrivibili alla progettazione mo-lecolare, quali la valorizzazione delle ricerche e il trasferimento dei risultati si rimanda a quanto riportato in ciascun Progetto al punto 2. I risultati di queste ricerche costituiscono la base per la programmazione nei prossimi 3 anni, articolata nelle commesse del Diparti-mento. Il programma del Dipartimento si articola in 6 Progetti che di seguito vengono riportati : • P1. Progettazione molecolare di proprietà

biochimiche (aspetti farmacologici, biolo-gici e genetici);

• P2. Progettazione mirata di macromole-cole con proprietà strutturali, di barriera e di biocompatibilità e di materiali micro e meso porosi con proprietà di trasporto;

• P3. Progettazione di molecole e sistemi na-nostrutturati con proprietà catalitiche;

• P4. Progettazione di strutture molecolari - supramolecolari - macromolecolari e di si-stemi nanoorganizzati con proprietà elet-triche, fotoniche e magnetiche;

• P5. Progettazione e modifica su base mole-colare di film e di interfacce:

• P6. Piattaforme e tecnologie abilitanti di interesse chimico e del drug discovery.

La tabella 6a° riporta l’elenco degli Istituti di prevista afferenza e degli Istituti partecipanti al Dipartimento. Il Dipartimento, considerando solo il persona-le CNR a tempo indeterminato e determinato a gestione accentrata, può contare mediamente nel triennio su 2.334 unità della rete scientifi-ca. A questo si deve aggiungere il personale u-niversitario che partecipa alle attività di ricer-ca, dottorandi e borsisti. L’impegno del per-sonale (mesi/uomo) nelle attività progettuali è indicato in dettaglio nella parte descrittiva di ciascun Progetto. Risorse finanziarie del Dipartimento nel trien-nio 2005-2007 La tabella 6b riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Dipartimento nel triennio 2005-2007. Per il rinnovamento della strumentazione e per il suo mantenimento in funzione, il Dipar-timento chiede come risorsa aggiuntiva uno stanziamento di 8 milioni di Euro/anno.

Tabella 6a - Istituti esecutori

Istituti di prevista afferenza Istituti partecipanti 1. IBB: Istituto di Biostrutture e Bioimmagini 1. IN: Istituto di Neuroscienze 2. IC: Istituto di Cristallografia 2. ITB: Istituto di Tecnologie Biomediche 3. ICB: Istituto di Chimica Biomolecolare 4. ICCOM: Istituto di Chimica dei Composti Organometallici 5. ICIS: Istituto di Chimica Inorganica e delle Superfici 6. ICRM: Istituto di Chimica del Riconoscimento Molecolare 7. ICTP: Istituto di Chimica e Tecnologia dei Polimeri 8. IMC: Istituto di Metodologie Chimiche 9. IMCB: Istituto per i Materiali Compositi e Biomedici 10. ISMAC: Istituto per lo Studio delle Macromolecole. 11. ISMN:Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati 12. ISOF: Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività 13. ISTM: Istituto di Scienze e Tecnologie Molecolari 14. ITM: Istituto per la Tecnologia delle Membrane. Tabella 6b- Risorse e spese del triennio del Dipartimento (M/€)


2005 76,19 18,06 5,31 81,50 2006 74,47 19,42 5,31 79,78 2007 72,41 20,78 5,31 77,72

134

Progetti del Dipartimento Progettazione Molecolare

6.1 P1. Progettazione molecolare di proprietà biochimiche (aspetti

farmacologici, biologici e genetici)


12

6.1.1 Cenni allo scenario nazionale e internazio-

nale e motivazione della presenza del CNR L’ottenimento mediante tecniche a basso im-patto ambientale di sostanze nuove da micro e macrorganismi terrestri e marini o dalla valo-rizzazione di scarti della produzione agro-alimentare e la loro trasformazione in prodotti ad alto valore aggiunto è ricerca di grande in-teresse. Particolarmente innovativi sono gli studi su Metabolomica, Ingegneria Metabolica e Biosintesi Combinatoriale. La BIOCATALISI è una componente essenziale della biotecnolo-gia “white” o industriale ritenuta dalla Com-missione Europea, dallo European Chemical Industry Council (CEFIC) e dalla Biotec Indu-stries Association (EuropaBio) una componen-te fondamentale per lo sviluppo in Europa di una chimica sostenibile, tanto da diventare uno dei tre obiettivi della “European Technical Platform for Sustainable Chemistry”. Alcuni degli obiettivi da perseguire consisteranno nell’ottenimento di nuove molecole biologi-camente attive e nello studio delle interazioni con i sistemi biologici; nell’individuazione e manipolazione di processi metabolici per l’ottenimento di composti di basso peso mole-colare, compresa la produzione di idrogeno e nella valorizzazione delle biomasse derivanti dalla produzione di idrogeno. 6.1.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti In questo campo il CNR può contare su una pregressa conoscenza di: • identificazione di nuove sostanze bioattive

da organismi marini; isolamento e caratte-rizzazione di sostanze antimalariche (acan-tellina-1), anti-infiammatoria (cacospon-gionolide, avarolo e suoi derivati semisinte-tici, scalaradiale, iricina- e-2) ed antivirale (ara-A, avarolo);

• identificazione di nuove sostanze bioattive da piante e scarti dell’industria agroali-mentare;

• caratterizzazione e regolazione di pathway biosintetici di macro e microorganismi ma-rini ed estremofili;

• messa in cultura di organismi marini per la produzione di sostanze farmacolo-gicamente attive;

• iperproduzione di molecole bioattive da e-stremofili mediante miglioramento fisiolo-gico del ceppo-ottenimento di poli-saccaridi da prodotti di scarto dell’indus-tria agro-alimentare e da estremofili;

• sintesi di alcaloidi bisindolici ad opera di laccasi; sintesi di intermedi e/o principi at-tivi farmaceutici con l’ausilio della catalisi enzimatica; utilizzo di idrossisteroide dei-drogenasi per la trasformazione di acidi bi-liari;

• esterificazioni di oligosaccaridi e polisac-caridi catalizzate da idrolasi in solventi or-ganici ed altri.

Brevetti di invenzione depositati e prodotti su cataloghi nel settore specifico: nell’ambito del Progetto sono stati depositati e prodotti numerosi brevetti di cui International Patent Number WO 0119824 A3, di cui esiste un derivato della Jorumicina in fase I di speri-mentazione e lo stolonoxide A venduto a Cal-biochem (EMD/Merck Biosciences). 6.1.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Il Progetto si propone di migliorare le cono-scenze su aspetti fondamentali riconducibili ad obiettivi generali programmatici. Di seguito se ne elencano alcuni:

135

• isolamento e caratterizzazione di almeno 30 nuovi composti da nuovi invertebrati

marini: spugne, tunicati, cnidari e opisto-branchi, da differenti parti del mondo;

• valutazione del potenziale tecnologico nell’industria farmaceutica e alimentare di queste nuove molecole mediante effettua-zione di specifici test preliminari di attività biologica;

• isolamento e caratterizzazione di termofili dal compost per uso come disinquinanti dei suoli;

• uso di biomasse estremofile per l’abbat-timento di metalli pesanti;

• utilizzo degli estremofili nei beni culturali; • bioproduzione di idrogeno; • identificazione di nuove attività enzimati-

che in biomasse produttrici di idrogeno; • studio per la messa a punto di metodologie

che impediscano la degradazione delle so-stanze bioattive durante la lavorazione dei manufatti alimentari;

• applicazioni sintetiche della biocatalisi;

• scaling-up dei processi biocatalizzati;

• utilizzo di enzimi da organismi marini e da batteri estremofili.

Criteri di verifica La verifica del conseguimento degli obiettivi del Progetto si concretizzerà mediante un “si-stema di controllo di qualità” che compren-derà il monitoraggio/controllo dei risultati programmati. 6.1.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto per il 2005è pari a 2.114 mesi/uomo (Ricercatori e Tecnologi: 1.415 mesi/uomo; Tecnici: 500 mesi/uomo; Amministrativi: 199 mesi /uomo); per il 2006 è pari a 2.334 mesi/uomo (Ricercatori e Tecno-logi: 1.580 mesi/uomo; Tecnici: 555 mesi /uomo; Amministrativi: 199 mesi/uomo); per il 2007 è pari a 2.554 mesi/uomo (Ricercatori e

Tecnologi: 1.475 mesi/uomo; Tecnici: 610 me-si/uomo; Amministrativi: 199 mesi/uomo). La tabella 6c riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 6.1.5 Competenze interne utilizzate Allo svolgimento del programma partecipano 7 Istituti CNR: IBB, ICCOM, ICIS, ICB, ISTM, ICRM, ISOF che nel complesso nell’anno 2005 impie-gano 2114 mesi/uomo tra personale a tempo indeterminato e determinato. Non è conteg-giato il personale universitario che collabora con gli Istituti CNR e il personale a tempo de-terminato che grava sui fondi extra CNR. 6.1.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Le ricerche sono condotte in collaborazione con Università italiane ed estere, ENEA, Enti di ricerca stranieri, Chinese Academy of Sciences - Shanghai (Cina), Lisbon – UNI - Queensland, Australia; Pacific - Institute of Bioorganic Chemistry - Vladivostok (Russia), Consejo Superior Investigaciones Cientifica - Blanes (Spain), NIO – CSIR - Goa (India), Moldova Aca-demy of Sciences, - Chisinau (Moldova). 6.1.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 6.1.8 Condizioni di fattibilità Per elevare il livello generale del Progetto ed aumentare la capacità di reperire fondi esterni si ritiene necessario un sostanziale investi-mento in strumentazioni e l’acquisizione di un adeguato numero di unità di personale.



2005 20,52 3,29 0,74 21,26 2006 20,06 3,54 0,74 20,79 2007 19,50 3,79 0,74 20,24

136

6.2 P2. Progettazione mirata di macromolecole con proprietà strut-turali di barriera e di biocompatibilità e di materiali micro e me-so porosi con proprietà di trasporto


3


L’obiettivo principale del Progetto consiste nel mettere a sistema le diverse competenze nella scienza dei polimeri e relativi compositi pre-senti negli Istituti coinvolti. A livello nazionale, l’importanza delle attività incluse nel Progetto trova riscontro in scelte strategiche industriali, ministeriali (MIUR e Ministero delle Attività Produttive), regionali con l’attivazione di cen-tri di competenza, distretti scientifici (es. I-MAST) e consorzi (es. INSTM). L’impegno nel settore specifico in Europa è attestato dalle scelte e dagli indirizzi contenuti nel V e VI Pro-gramma Quadro UE, oltre che dagli specifici programmi nazionali europei e, più recente-mente, in alcune piattaforme su cui si intende costruire il VII Programma Quadro UE (Nanoe-lectronics, Nanomedicine, Innovative Medici-ne, Sustainable Chemistry). Tale impegno è anche supportato nei diversi paesi extraeuro-pei come Giappone, USA ed ultimamente Cina. Gli Istituti del CNR afferenti al settore delle ma-cromolecole presentano un’elevata e ricono-sciuta competenza ed, attualmente, il Progetto ha permesso di mettere a sistema le diverse competenze (interdisciplinari e translazionali) per contribuire in modo efficace nella ricerca su aree di notevole interesse industriale, eco-nomico - sociale in settori prioritari quali : sa-lute, ambiente, manifatturiero. 6.2.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti L’attività di ricerca di alcuni Istituti nel settore specifico ha già portato a significativi risultati, alcuni dei quali sono di seguito riportati: • a systems approach to tissue engineering

processes and products; • nuove tecnologie per attività produttive; • novel intervertebral disc protheses;

• azioni integrate di sviluppo tecnologico nell’utilizzo di materiali poliolefinici ad al-ta riciclabilità per imballaggio alimentare e farmaceutico - biomedicale;

• designed nanostructured hybrid polymers polymerization catalysis and tecton assem-bly NANOHYBRID ;

• tecnologie sensoristiche e sistemi automa-tici intelligenti per l'innalzamento competi-tivo delle attività produttive;

• metodologie innovative per la produzione di idrogeno da processi biologici;

• tecniche per l’ottenimento di polimeri termoplastici a partire dai polisaccaridi ot-tenuti da biomasse di origine marina;

• tecniche per l’ottenimento di polimeri termoplastici a partire da polisaccaridi ot-tenuti da prodotti e sottoprodotti di lavora-zioni agricole.

Brevetti di invenzione depositati nel biennio 2004 - 2005 nel settore specifico del Progetto. • Protesi e supporto per la sostituzione, ripa-

razione, rigenerazione del menisco (IMCB.NA-CNR), PD2004A00312.

• Derivati porfirinici idrosolubili, loro prepa-razione e loro uso come localizzatori di tumori, composti fotosensibilizzanti, che-mioterapici e sensori di amminoacidi e proteine, 2004 (ICTP-CT).

• Ensoli B., Caputo A., Gavioli R, Tondelli L., Laus M., Sparnacci K. Use of microparti-cles for antigen delivery, PCT/EP applica-tion 2004/012421 (ISOF).

• Sistemi di imballaggio per la conservazione di prodotti caseari freschi, in particolare “mozzarella”, Brevetto CNR N. RM 2004 °000637 del 23 Dicembre 2004. (ICTP - NA).

• Nuovo dispositivo per realizzare filtri ac-cordabili elettricamente per applicazioni alle telecomunicazioni su portante ottica, alla modulazione ed alla sensoristica, BN2004A000001 (IMCB.NA - CNR).

137

• Idrogel polimerici superassorbenti biode-gradabili e procedimento per la loro pre-

parazione", 29 Dicembre 2004 N. TO2004A000918 IMCB.NA - CNR.



Il Progetto si propone, in linea generale, di mi-gliorare le conoscenze su aspetti fondamentali che riguardano significativamente alcuni dei seguenti obiettivi programmatici: sostituti in-novativi di tessuti ossei; sistema ibrido a base di matrice poliestere termoplastico (PET o PBT), rinforzata con nanosilicati di origine naturale o sintetica per applicazioni nel settore auto-mobilistico; veicolazione di biomolecole con nanosfere polimeriche; polimeri ed idrogeli innovativi per il settore agroalimentare; mem-brane enantioselettive per la produzione di enantiomeri puri da adoperarsi nel settore farmaceutico; nuovi catalizzatori “single site” metallocenici e post-metallocenici; polimeri, nano-compositi e relativa ottimizzazione di processo per applicazioni avanzate nel settore dei trasporti; materiali polimerici biodegrada-bili da sintesi microbiche e relativi processi di biodegradazione. Criteri di verifica La verifica del conseguimento degli obiettivi del Progetto si concretizzerà mediante un “si-stema di controllo di qualità” che compren-derà il monitoraggio/controllo dei risultati programmati. Di seguito si riportano alcuni esempi: ottimizzazione della composizione fi-nale di sostituti innovativi di tessuti ossei; pre-parazione di matrice poliestere termoplastico rinforzata con nanosilicati; composizione di miscele fotopolimerizzabili sulla temperatura di transizione; preparazione di polimeri ed i-drogeli innovativi e relativa caratterizzazione; membrane enantioselettive da adoperarsi nel settore farmaceutico; catalizzatori “single site” metallocenici e post-metallocenici; proprietà strutturali di polimeri, nano-compositi per ap-plicazioni avanzate nel settore dei trasporti;

sintesi microbica e caratterizzazione di poli-meri biodegradabili e degradazione. 6.2.4 Risorse umane, strumentali e finanzia-

rie

L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto per il 2005(incluso il personale afferente all’ITM) è pari a 1.405 mesi/uomo (Ricercatori e Tecno-logi: 845 mesi/uomo; Tecnici: 388 mesi/uomo; Amministrativi: 172 mesi/uomo); per il 2006 è pari a 1.526 mesi/uomo (Ricercatori e Tecno-logi: 933 mesi/uomo; Tecnici: 421 mesi/uomo; Amministrativi: 172 mesi/uomo); per il 2007 è pari a 1.625 mesi/uomo (Ricercatori e Tecno-logi: 1.010 mesi/uomo; Tecnici: 443 me-si/uomo; Amministrativi: 172 mesi/uomo. La tabella 6d riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 6.2.5 Competenze interne utilizzate Allo svolgimento del programma partecipano 7 Istituti CNR: IMCB, IBB, ICTP, ITM, ISOF, ISMAC, ICCOM che, nel complesso, impiegano 15455 mesi/uomo 2005, tra il personale a tempo in-determinato e determinato. Non è conteggiato il personale universitario che collabora con gli Istituti CNR e il personale a tempo determinato che grava sui fondi extra CNR. 6.2.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili Le ricerche sono condotte in collaborazione con Consorzi interuniversitari, Università, Pol-ymer Institute, Slovak Academy of Sciences - Bratislava, Research Laboratory for Inorganic Chemistry - Hungarian Academy of Science - Budapest, Royal Insitute of Technology - Stoc-colma, Max Planck Institute - Mainz , Complex Carboydrate Research Center - University of Georgia – Athens - USA, IPEN - Sao Paulo, Acca-demia Polacca delle Scienze - Warsaw ed altri.


138


2005 17,19 6,25 1,45 18,64 2006 16,80 6,72 1,45 18,25 2007 16,34 7,19 1,45 17,79


139

Il Progetto è stato impostato tenendo conto della disponibilità nel CNR di una forte capacità stru-mentale. Un contributo rilevante al Progetto deri-va da forme di finanziamento esterno. Sarebbe comunque opportuno reperire risorse umane in

numero di 20 ed ulteriori strumentazioni: solid state NMR con imaging facilities, costo stimato 800K€; High Resolution Transmission Electron Microscopy (HR-TEM), costo stimato 1,5 M€; Xray a basso ed alto angolo, costo stimato 600 M€; Camera bianca modulabile, costo stimato 200 M€; SNOM Systems, costo stimato 250 M€; Micro-TAC High resolution, costo stimato 400 M€; Ana-lizzatore Dinamico-meccanico multiassiale e na-noindetatore integrato, costo stimato 600 M€.

6.3 P3. Progettazione di molecole e sistemi nanostrutturati con pro-prietà catalitiche


9


La catalisi costituisce l’elemento primario per la realizzazione di uno sviluppo sostenibile ed assume una particolare rilevanza economica in ambito europeo. La produzione mondiale di catalizzatori e prodotti della catalisi nella UE copre infatti più del 30% del mercato mondia-le, con migliaia di imprese e centinaia di mi-gliaia di addetti. Le nanotecnologie applicate alla catalisi, il design di nuove strutture mole-colari e lo sviluppo di nuovi sistemi di fase hanno innescato una rivoluzione formidabile in alcuni settori della catalisi, accrescendone enormemente la capacità di coniugare la so-stenibilità (selettività, attività, stabilità) con l’efficienza (di massa, di costo e di energia). E’ in questa direzione che si muove la ricerca de-gli Istituti del CNR in tale settore, centrata su poche ma strategiche aree di interesse econo-mico e sociale: • produzione sostenibile di energia con me-

todi alternativi ai tradizionali e possi-bilmente da fonti rinnovabili;

• conservazione dell’energia (preferenzial-mente di idrogeno);

• riduzione/abbattimento delle emissioni; • produzione sostenibile di commodities,

preferibilmente da risorse rinnovabili (ole-ochimica, ossidazioni selettive);

• produzione di fine chemicals, preferibil-mente otticamente puri, per l’industria farmaceutica, alimentare e cosmetica.


L’attività di ricerca di alcuni Istituti ha già por-tato a significativi risultati, testimoniati dall’approvazione dei seguenti contratti che partiranno nel 2005: • Nanosistemi inorganici ed ibridi per lo svi-

luppo e l'innovazione di celle a combu-stibile.

• Programma di ricerca avanzata per la pro-duzione, l’immagazzinamento e l’utilizzazione dell’idrogeno come vettore energetico.

• Integrated design of catalytic nanomateri-als for a sustainable production.

• Catalizzatori metallici ed organometallici nanostrutturati.

• Stack di celle a combustibile per la gene-razione portatile, altamente innovative, funzionanti ad alcol etilico diretto, fonte di energia totalmente rinnovabile e a impatto zero sull’ambiente.

Brevetti di invenzione depositati nel biennio 2004-2005 nel settore specifico del Progetto. • Catalizzatori per celle a combustibile N°. 5 • Catalizzatori per reforming di idrocarburi

ed alcoli N°. 1 6.3.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-


140

Il Progetto si propone, in linea generale, di mi-gliorare le conoscenze su aspetti fondamentali che riguardano significativamente alcuni dei seguenti obiettivi programmatici: elettrocata-lizzatori per celle a combustibile a bassa tem-peratura; catalizzatori per produzione di idro-geno tramite steam reforming di gas naturale ed alcoli, e per la purificazione di idrogeno; ca-talizzatori per ossidazioni chemo e stereoselet-tive per applicazioni in diversi sistemi di fase; catalizzatori per desolforazione di combustibili fossili sia per via riduttiva sia ossidativi; prepa-razione e caratterizzazione di ossidi misti, ma-teriali microporosi, nanoporosi e/o nanoparti-cellari; catalizzatori per oleochimica; catalizza-tori per l’ossidazione del metano a basse tem-perature. Criteri di verifica

La verifica del conseguimento degli obiettivi del Progetto si concretizzerà mediante un “si-stema di controllo di qualità” che compren-

derà il monitoraggio/controllo dei risultati programmati. Di seguito si riportano alcuni esempi: catalizzatori anodici privi di platino per celle di tipo PEFC a DAFC; catalizzatori a ba-se di oro per reforming di metano; membrane catalitiche; prodotti di particolare interesse in chimica fine, farmaceutica ed agroalimentare; catalizzatori molecolari eterogeneizzati di ori-gine biologica e/o biomimetici per reazioni e-nantioselettive ed altri. 6.3.4 Risorse umane, strumentali e finanzia-

rie L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto per il 2005 è pari a 582 mesi/uomo (Ricercatori e Tecnologi: 455 mesi/uomo; Tecnici: 69 mesi/uomo; Ammini-strativi: 58 mesi/uomo); per il 2006 è pari a 626 mesi/uomo (Ricercatori e Tecnologi: 488 mesi/uomo; Tecnici: 80 mesi/uomo; Ammini-strativi: 58 mesi/uomo); per il 2007 è pari a 670 mesi/uomo (Ricercatori e Tecnologi: 521 mesi/uomo; Tecnici: 91 mesi/uomo; Ammini-strativi: 58 mesi/uomo. La tabella 6e riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Proget-to nel triennio 2005-2007. 6.3.5 Competenze interne utilizzate Allo svolgimento del programma partecipano 5 Istituti CNR: ISTM, ICCOM, ISMN, ITM, ISOF che

nel complesso impiegano 6402 mesi /uomo nel 2005, tra il personale a tempo indeterminato e determinato. Non è conteggiato il personale universitario che collabora con gli Istituti CNR e il personale a tempo determinato che grava sui fondi extra CNR. 6.3.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili Le ricerche sono condotte in collaborazione con Consorzi interuniversitari e Università. 6.3.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 6.3.8 Condizioni di fattibilità Il Progetto è stato impostato tenendo conto della disponibilità nel CNR di una forte capaci-tà strumentale. Un contributo rilevante al Pro-getto deriva da forme di finanziamento ester-no. Sarebbe comunque opportuno poter con-tare su altre risorse umane prevedibilmente in numero di 8 unità e poter acquistare un High Resolution Transmission Electron Microscopy (HR-TEM), costo stimato 1.5 milioni di Euro.



2005 6,27 1,24 0,23 6,50 2006 6,13 1,34 0,23 6,36 2007 5,96 1,43 0,23 6,19

141

6.4 P4. Progettazione di strutture molecolari - supramolecolari - macromolecolari e di sistemi nanoorganizzati con proprietà elet-triche, fotoniche o magnetiche


5

6.4.1 Cenni allo scenario nazionale e inter-nazionale e motivazione della presen-za del CNR

Negli ultimi venti anni è stato fatto un notevole sforzo a livello internazionale verso la proget-tazione, la sintesi e la realizzazione di nuovi materiali funzionali (con proprietà ottiche, magnetiche ed elettriche) o multifunzionali ot-tenuti da molecole per strutturazione supra-molecolare o per organizzazione di sistemi a base molecolare. La possibilità di organizzare le molecole funzionali in sistemi gerarchica-mente definiti attraverso varie scale spaziali, che incorporino diverse funzionalità mediante il design chimico a livello molecolare ed il con-trollo dell’organizzazione, rappresenta la base delle nanotecnologie molecolari per la proget-tazione e lo sviluppo di sistemi funzionali le cui dimensioni vanno dal nanometro al micron. L’obiettivo di questo Progetto è quello di or-ganizzare la ricerca degli Istituti del CNR nel settore dei materiali multifunzionali by design definendo un percorso progettuale che parta dal chemical design per la funzionalità e dai processi di autoorganizzazione e funzionaliz-zazione per creare materiali multifunzionali nanostrutturati lavorabili con tecnologie “soft”, inclusa la realizzazione e la caratteriz-zazione di nuovi dispositivi. 6.4.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti L’attività di alcuni Istituti e Sezioni del CNR nel settore specifico della progettazione di struttu-re molecolari - supramolecolari - macromole-colari e di sistemi nano-organizzati con pro-prietà elettriche, fotoniche e magnetiche è sta-to di notevole impatto a livello internazionale. Lo provano alcuni dati oggettivi qui di seguito elencati: • l’attribuzione di centro di eccellenza eu-

ropeo sulle nanotecnologie per le tec-nologie dell’informazione attribuito alla Sezione dell’ISMN di Bologna;

• i numerosi contratti nazionali ed interna-zionali attivi per un totale di circa 7,65 mi-lioni di Euro;

• la creazione di impresa legata alla ricerca. Sono state costituite due società di spin-off e altre due sono in fase di costituzione (Questa capacità di creare impresa costitui-sce una frazione notevole dell’intera capa-cità mostrata dal CNR nazionale);

• la forte tendenza a creare proprietà intel-lettuale (come dimostrano i 14 brevetti de-positati ed estesi a livello internazionale).

Dalla dimensione delle risorse esterne è evi-dente una fortissima capacità di autofinan-ziamento del Progetto che fa emergere la vera natura di una ben integrata rete di competenze ed ha dimostrato già di costituire una efficiente rete di commesse di ricerca. Una maggiore in-tegrazione delle competenze può ulterior-mente favorire questa capacità. 6.4.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Il Progetto si propone, in linea generale, di mi-gliorare le conoscenze su aspetti fondamentali che riguardano significativamente alcuni dei seguenti obiettivi programmatici: • sviluppo di una base teorica per progettare

molecole e strutture cristalline ibride, tra-mite metodi ab-initio;

• modellistica molecolare e simulazioni; • sviluppo di semiconduttori organici (SO)

per la spintronica; • caratterizzazione chimico - fisica e funzio-

nale dei film sottili organici; • fabbricazione non convenzionale di senso-

ri chimici, biologici e per la diagnostica; • sviluppo di microscopie a scansione di son-

da e sonde locali applicate a nanostrutture e dispositivi a base di materiali multi-funzionali;

142

• progettazione e sintesi di sistemi polimerici coniugati;

• caratterizzazione molecolare, strutturale, elettronica;

• organizzazione delle strutture molecolari in architetture semplici, supramolecolari, nanorganizzate;

• realizzazione di prototipi di dispositivi; diodi emettitori di luce;

• transistori ad effetto di campo; • polimeri superstrutturati contenenti cro-

mofori organici con proprietà fotoniche e per applicazioni come sensori molecolari;

• materiali polimerici per applicazioni in e-lettronica e microelettronica;

• sviluppo di dispositivi per fotonica, ottica non-lineare e optoelettronica basati su pla-stiche ottiche caricate con nanoparticelle metalliche e semiconduttive.

Criteri di verifica

La verifica del conseguimento degli obiettivi del Progetto si concretizzerà mediante un “si-stema di controllo di qualità” che compren-derà il monitoraggio/controllo dei risultati programmati.


L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto per il 2005 è pa-ri a 980 mesi/uomo (Ricercatori e Tecnologi: 690 mesi/uomo; Tecnici: 195 mesi/uomo; Amministrativi: 95 mesi/uomo); per il 2006 è pari a 1.079 mesi/uomo (Ricercatori e Tecno-logi: 767 mesi/uomo; Tecnici: 228 me-si/uomo; Amministrativi: 95 mesi/uomo); per il 2007 è pari a 1.178 mesi/uomo (Ricercatori e Tecnologi: 844 mesi/uomo; Tecnici: 261 mesi/uomo; Amministrativi: 95 mesi/uomo. La tabella 6f riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007.

6.4.5 Competenze interne utilizzate

Allo svolgimento del programma partecipano 7 Istituti CNR: ISTM, ISOF, ISMN, ISMAC, ICIS, IC-COM, IMCB che nel complesso impiegano 10 780 mesi/uomo nel 2005, tra personale a tem-po indeterminato e tempo determinato. Non è conteggiato il personale universitario che col-labora con gli Istituti CNR e il personale a tem-po determinato che grava sui fondi extra CNR.

6.4.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Le ricerche sono condotte in collaborazione con Consorzi interuniversitari e Università. E’ prevista una collaborazione con il Diparti-mento Materiali e Dispositivi per la creazione di una task force interdisciplinare sulle “Nano-tecnologie” e una collaborazione col Diparti-mento Scienze della Vita.

6.4.7 Tempi previsti

Gli obiettivi della prima fase progettuale sa-ranno perseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007.


La capacità di autofinanziamento del Progetto si è mantenuta finora su un instabile equilibrio in cui le risorse esterne hanno costituito la fon-te primaria per l’acquisizione di nuovo perso-nale a contratto e di nuova strumentazione. Sarebbero comunque auspicabili investimenti in strumentazioni ed infrastrutture pari all’ammontare delle risorse esterne procurate, e l’acquisizione di nuovo personale per raffor-zare e rendere stabile la capacità di assicurarsi commesse di ricerca comparabili con quelle fin qui acquisite.



2005 11,43 3,66 0,92 12,35 2006 11,17 3,94 0,92 12,09 2007 10,86 4,21 0,92 11,78

143

6.5 P5. Progettazione e modifica su base molecolare di film e di in-terfacce


1

6.5.1 Cenni allo scenario nazionale e internazio-

nale e motivazione della presenza del CNR Una visione moderna dei processi di funziona-lizzazione delle superfici e dei film sottili e spessi non può prescindere dalla capacità di operare su scala nanometrica al fine, sia di modificare in alcuni casi le proprietà di bulk del materiale stesso, sia di attivare le proprietà di molecole e/o aggregati atomici che, presi singolarmente, non avrebbero alcuna effica-cia. Quindi, anche in questo settore, la capaci-tà di nanostructuring si è rivelata come il tool più potente per integrare funzionalità diverse con notevole impatto in alcuni settori tecnolo-gici, in quello della salute e nello sviluppo di nuovi materiali a basso impatto ambientale. All’interno della rete scientifica CNR molti gruppi hanno maturato nel passato notevoli competenze ed un considerevole patrimonio strumentale che allo stato dell’arte, permette di poter perseguire, nell’ambito del Progetto, alcune linee di sicura valenza scientifica e di sviluppare nel contempo una innovazione tec-nologica con possibili ricadute economiche e sociali. Infatti il Progetto si pone l’obiettivo di conseguire risultati rilevanti in: • comprensione dei fenomeni fondamentali

che portano ai processi di nanoorganizza-zione regolando la crescita delle superfici e la stabilità delle interfacce nonché la loro specifica funzionalizzazione.

• Produzione di film di interesse tecnologico con particolare riguardo alle nanoetero-strutture come elementi attivi dei laser, ai dielettrici per dispositivi microelettronici, ai coatings antiusura per applicazioni tri-bologiche, ai film protettivi per manufatti di valore storico-artistico.

• Bio-funzionalizzazione di superfici e nano-particelle per applicazioni in campo prote-sico, nella biosensoristica e nel drug delivery.


I gruppi di ricerca coinvolti nel Progetto hanno in passato maturato una forte esperienza di in-tegrazione finalizzata all’ottenimento di “deli-verables” di interesse industriale: in particola-re vanno ricordate le ricerche condotte all’interno del PNR “Chimica III Fase” - Tema: prodotti chimici ultrapuri per tecnologie avan-zate, della Legge 46/82 art.10; Tema: Sviluppo di HEMT a base di InP, nonché di FIRS e FIRB aventi per obiettivo l’ottenimento di superfici funzionalizzate. Tutto ciò in stretto coordina-mento con UU.OO. industriali per cui, un valore aggiunto dell’insieme, è sicuramente rappre-sentato dalla capacità di lavorare per obiettivi definiti su scale temporali prefissate. La parte-cipazione ad alcuni Progetti europei è in fase di valutazione, così come quella a due iniziati-ve nell’ambito della Legge 297/98: metodolo-gie a basso costo per la deposizione di coa-tings, MANOMAC. Non esistono fatti nuovi di particolare rilevan-za da ricordare: i gruppi di ricerca hanno con-tinuato a lavorare nell’ambito degli obiettivi sopra indicati e, spesso in collaborazione tra loro, nell’ambito di FIRS e FIRB. La capacità di sinergia e successo delle iniziative intraprese è testimoniata dalla esistenza di numerosi con-tratti tra i quali vanno ricordati i seguenti : • nanotecnologie e nanodispositivi per la so-

cietà dell’informazione; • composti molecolari e materiali ibridi na-

nostrutturati con proprietà ottiche risonan-ti e non per dispositivi fotonici;

• Progetto ATHENA; • integrated Infrastructure Iniziative; • NMR Mouse;

144

• processi meccanochimici per la riduzione dell’impatto ambientale oltre a numerosi contratti di minore entità con PMI relativi alle tecnologie proprie del Progetto.

Brevetti di invenzione depositati nel 2004 nel settore spe-cifico del Progetto: • vettori nanoparticellari lipidici contenenti

farmaci per il direzionamento del sistema nervoso centrale - M. L. Bondì, G. Giam-mona, E. F. Craparo, F. Drago e V. Micale;

• MAteriale ibrido a base di ossido di titanio, relativo al processo di deposizione ed usi-G. Padeletti, M. Viticoli e A. Curuli;

• CEmenti con aumentata resistenza alla compressione- M. Rossi, M. Magliaro e R. Ciriminna;

• Trattamento della superficie di un impian-to dentale - G. A. Battiston e R. Gerbasi.

Trasferimento di tecnologie alle imprese, con particolare riferimento a: • strati protettivi per il turnishing” e “Realiz-

zazione di un prototipo di reattore indu-striale MOCVD alla BETTER SILVER di Bres-sanvido (VI);

• Processi meccano-chimici per un prototipo di impianto per il trattamento di “RSU” al-la ASSING di Monterotondo (Roma).


rifica del loro conseguimento Gli obiettivi programmatici generali sono di seguito elencati: • controllo delle dimensioni e della composi-

zione su scala nanometrica; • controllo delle interfacce e dei nanocompo-

nenti nei materiali; • controllo dei processi di organizzazione ed

autoorganizzazione; • comprensione dei meccanismi di forma-

zione e del ruolo delle nanostrutture nel determinare le proprietà macroscopiche;

• elaborazione di modelli teorici di intera-zione gas-superficie;

• comprensione degli aspetti termodinamici e cinetici alle alte temperature;

• funzionalizzazione mirata delle superfici per applicazioni nell’elettronica, nella bio-sensoristica, nelle applicazioni tribologiche e nella conservazione dei manufatti di inte-resse storico-artistico.

Criteri di verifica Il raggiungimento degli obiettivi generali sarà testimoniato dalla realizzazione di prodotti e prototipi che sono di seguito elencati:

• nuovi precursori metallorganici per la de-posizione da fase vapore;

• materiali per ancoraggio o self-assembly su superfici;

• realizzazione di strutture laser per LED a 1.3 micron;

• realizzazione di strutture per MIM e MIS a base di ZTS puro e drogato;

• coatings antiusura a base di carburo e car-bonitruro di titanio;

• immobilizzazione di biomolecole su super-fici nanostrutturate e loro utilizzo nella rea-lizzazione di un prototipo di biosensore multitasking;

• intrappolamento di farmaci in carrier na-noparticellari per il trattamento di uveiti e retinopatie;

• sviluppo di liposomi come vettori di farma-ci;

• biocompatibilizzazione di superfici per applicazioni proteiche;

• immobilizzazione di enzimi naturali su su-perfici;

• sviluppo di microarray per il riconosci-mento di proteine;

• definizione di protocolli per il restauro con-servativo;

• ottimizzazione e trasferimento di un pro-cesso meccano-chimico su un prototipo di impianto industriale;

• sensori e strumentazione analitica minia-turizzata per analisi ad elevata efficienza;

• sviluppo di uno strumento NMR unidirezio-nale portatile.


rie

145

L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari per il 2005 a 1.257 mesi/uomo (Ricercatori e Tecnologi: 687 mesi/uomo; Tecnici: 453 mesi/uomo; Amministrativi: 117 mesi/uomo); per il 2006 è pari a 1.312 mesi/uomo (Ricercatori e Tecno-logi: 731 mesi/uomo; Tecnici: 464 mesi/uomo; Amministrativi: 117 mesi/uomo); per il 2007 è pari a 1.367 mesi/uomo (Ricercatori e Tecno-logi: 775 mesi/uomo; Tecnici: 475 mesi/uomo; Amministrativi: 117 mesi/uomo). La tabella 6g riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007.



2005 12,48 2,36 1,07 13,55 2006 12,20 2,54 1,07 13,26 2007 11,86 2,72 1,07 12,93

6.5.5 Competenze interne utilizzate Allo svolgimento del programma partecipano 5 Istituti CNR: ICIS, IMC, ISMN, ISOF, ISTM che nel complesso impiegano 13.827 mesi/uomo nel 2005, tra il personale a tempo indeterminato e determinato. Non è conteggiato il personale universitario che collabora con gli Istituti CNR e il personale a tempo determinato che grava sui fondi extra CNR. 6.5.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili Le ricerche sono condotte in collaborazione con Consorzi interuniversitari, Università e grandi/piccole imprese nel settore

dell’elettronica, della salute e delle applica-zioni tribologiche. 6.5.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007. 6.5.8 Condizioni di fattibilità

146

Va sottolineata la necessità di migliorare la ca-pacità di diagnostica e manipolazione su scala nanometrica acquisendo un nuovo xps ed un afm Deep-pen, per un ottimale feed back dei processi di funzionalizzazione. Il costo stimato delle due strumentazioni è di 1.0 M�. Ai fini di una realizzazione rispondente alle aspettative appare indispensabile integrare le risorse u-mane attuali con 10 unità.

6.6 P6. Piattaforme tecnologiche abilitanti di interesse chimico e del drug discovery


6

6.6.1 Cenni allo scenario nazionale e inter-nazionale e motivazione della presen-za del CNR

L’evento epocale del sequenziamento del ge-noma umano ha fornito lo strumento iniziale per una catalogazione di geni e proteine, non-ché della loro funzione, ed ha catalizzato l’emersione dell’informazione sul suo conte-nuto biologico. Da questo è derivato il nuovo approccio alla Biologia denominato Biologia dei Sistemi che mira al raggiungimento della comprensione dei comportamenti cellulari, rappresentati sotto forma di sistemi complessi di entità biochimiche, che interagiscono di-namicamente tra loro, in modo da poter giun-gere alla comprensione delle risultanti proprie-tà dei sistemi stessi, trasformando così la Bio-logia e quindi le basi della Medicina Molecola-re. Nell’ambito della stessa, lo sviluppo di nuovi farmaci costituisce un’attività di grande contenuto etico e sociale, ma anche di notevole valore economico. Le vendite di farmaci sul mercato mondiale assommano ad una spesa dell’ordine di 463,5 miliardi di dollari (dati Farmindustria relativi al 2003). Di questi, il 20% circa nella sola Europa, in cui l’Italia rappresenta il terzo mercato, (è il quinto mer-cato a livello mondiale), con vendite per circa 16,5 miliardi di dollari. Tra le varie forme di investimento di capitali nell’industria, il farmaco risulta essere il pro-dotto a più alto valore aggiunto. Gli Istituti coinvolti in questo Progetto partecipano alle attività scientifiche promosse dal MIUR (FIRB/FIRS), MENARINI SUD, MARIE CURIE, dalle Regioni e dalla CE. 6.6.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti In questo campo il CNR ha dato negli ultimi anni un forte contributo al progresso delle co-noscenze di cui si riportano alcuni esempi:

• sviluppi metodologici per facilitare la ca-ratterizzazione delle relazioni struttura-funzione in complessi proteine-acidi nu-cleici ;

• global Phasing: dalla polveri alle Macro-molecole;

• realizzazione e sviluppo di nano-biosensori di nuova concezione per lo studio delle in-terazioni molecolari;

• realizzazione e sviluppo di nano-biosensori di nuova concezione per lo screening di an-tibiotici glicopeptidici di largo impiego cli-nico;

• misura mediante diffusione di luce della interazione di proteine con monostrati au-to-aggreganti di glicolipidi adsorbiti su na-noparticelle idrofobiche;

• microsistemi per Diagnostica Genetica; • sintesi, analisi strutturale e valutazione bio-

logica di nuovi peptidomimetici come li-gandi di integrine;

• progettazione, sintesi e screening biologico con metodi ad alta resa di librerie combi-natoriali di molecole sviluppate a partire da unità strutturali originali, per applica-zioni in campo terapeutico e diagnostico.

Brevetti di invenzione depositati nel biennio 2004 - 2005 nel settore specifico del Progetto. • De Bellis et al. PCT patent App. No

20030770 “Detection of toxic and non toxic cyanobacteria by microarray analy-sis” (ITB).

• De Bellis et al. US Provisional patent appli-cation number 60/408-915 “A structured chemical platform for biomolecule at-tachment to solid surfaces” (ITB).De Bellis et al. Finnish patent App. No 20030771 “Detection of toxic cyanobacteria by mi-croarray analysis” (ITB).

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• T. Bellini e A. Ghetta, Metodo di misura-zione di interazioni molecolari con LLS, Brevetto dell’Università di Milano, MI2004A001800 del 21.9.04 (ISTM).


Il Progetto si propone, in linea generale, di mi-gliorare le conoscenze su aspetti fondamentali che riguardano significativamente i seguenti obiettivi programmatici: structure based drug design; farmaci; tecnologie di indagine ad altà sensibilità; genetica chimica; analisi “omiche”; biosensori e nanobiosensori; bioinformatica; nuove strumentazioni. La verifica del conseguimento degli obiettivi del Progetto si concretizzerà tramite: pubbli-cazioni JCR; brevetti; comunicazioni a congres-si; formazione; protocolli; dispositivi; progetta-zione di nuovi principi attivi; realizzazione di dispositivi di indagine su microarray per ge-nomica, identificazione di target tumorali e di geni candidato; progettazione di “librerie”; iso-lamento ed identificazione di target; modelli biomimetici; identificazione di biomarkers; studi di biodisponibilità; sviluppo di pro-grammi, banche dati e metodi computazionali; realizzazione di infrastrutture bioinformatiche. 6.6.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto per il 2005 è pari a 1.198 mesi/uomo (Ricercatori e Tecnologi: 776 mesi/uomo; Tecnici: 326 mesi/uomo; Am-ministrativi: 96 mesi/uomo); per il 2006 è pari a 1.363 mesi/uomo (Ricercatori e Tecnologi: 919 mesi/uomo; Tecnici: 359 mesi/uomo; Amministrativi: 96 mesi/uomo); per il 2007 è pari a 1.517 mesi/uomo (Ricercatori e Tecno-logi: 1.051 mesi/uomo; Tecnici: 381 me-si/uomo; Amministrativi: 96mesi/uomo). Le risorse strumentali principali consistono nelle seguenti attrezzature: diffrazione di raggi X, anche da luce di sincrotrone; sistemi ed ap-plicazioni di calcolo; espressione di proteine; sintesi organica, metallorganica, preparazione di complessi organometallici, sintesi automati-ca di oligonucleotidi, oligopeptidi, PNA, sintesi combinatoriale; sistemi di purificazione; spet-

troscopie NMR, MS, IR, UV-VIS, CD, fluorescenza, light scattering; sistemi di analisi, anche a livel-lo micro (CE); sequenziamento DNA; dispositivi per microarray; high throughput screening; bioinformatica e PCR. La tabella 6h riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 6.6.5 Competenze interne utilizzate Allo svolgimento del programma partecipano7 Istituti del CNR: ITB, ISTM, ICRM, IC, ISOF, ICB, ISMAC che nel complesso impiegano 13.178 mesi/uomo per il 2005, tra personale a tempo indeterminato e determinato. Non è conteggia-to il personale universitario che collabora con gli Istituti CNR e personale a tempo determina-to che grava sui fondi extra CNR. Il Progetto, essendo per propria natura orientato verso le interazioni interprogettuali e interdipartimen-tali, si avvale di numerose competenze princi-palmente nei campi agro-alimentare ed am-bientale. 6.6.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili Le ricerche sono condotte in collaborazione con altri Enti Italiani, Università, Enti locali re-gionali, Consorzi universitari e interuniversi-tari, ISS, IRCCS, ST Microelectronics, ENI Tecno-logie. Vi sono poi numerosi accordi bilaterali con En-ti di Ricerca stranieri, dal Max Planck Institut fuer Biochemie al Laboratory of Neurosciences Gerontology Research Center , NIH – Baltimore - Maryland (USA), Gray Cancer Institute – Lon-dra - UK, Università di Kyoto - Giappone. 6.6.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti alla fine del triennio di attività 2005-2007.



2005 8,30 1,25 0,91 9,21 2006 8,11 1,35 0,91 9,02 2007 7,89 1,44 0,91 8,80

148


149

Il Progetto è stato impostato tenendo conto della disponibilità nel CNR di una forte capaci-tà strumentale. Un contributo rilevante al Pro-getto deriva da finanziamenti europei e da al-tre forme di finanziamento esterno. Le competenze disponibili sono di livello molto elevato, le infrastrutture esistenti sono di livello mediamente adeguato. Sarebbe comunque opportuno un loro rinnovo e/o un loro up-grade per elevare il livello generale a quello di “large scale facility” come sistema integrato per interventi nei vari campi di applicazione. La capacità di reperire fondi esterni può essere significativamente aumentata se si procede ad investimenti strumentali in alcuni campi stra-

tegici Maldi-Tof, € 200.000; spettrometro NMR Avance 700 MHz con cryo-probe, € 2.150.000; desktop beamline, € 500.000; anodo rotante, € 300.000; sistema robottizzato per cristallizza-zione highthrougput di proteine e loro visua-lizzazione, € 500.000; acquisto di un sistema di diffrazione per polimeri, microscopio a fluore-scenza con fotocamera a colori CCD, € 60.000; stazione cromatografica con accoppiata MALLS, € 150.000; reometro, € 70.000 e all’acquisizione di altro personale ai fini di una realizzazione più rispondente alle aspetta-tive [30 unità, di cui 25 ricercatori e 5 tecnici].

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7. Dipartimento Materiali e Dispositivi La comunità scientifica internazionale è orien-tata verso una visione interdisciplinare della scienza della materia, sia pur basata su speci-fiche aree scientifiche che caratterizzano di-scipline e approcci diversi ai problemi degli stati condensati. In tal senso è apparso oppor-tuno programmare un Dipartimento Materiali e Dispositivi fortemente interdisciplinare (DMD) che trattasse l’insieme di discipline fisi-che, chimiche, biologiche e ingegneristiche ri-levanti ai fini dello sviluppo della conoscenza fondamentale e dell’impiego tecnologico della materia nella sua accezione più vasta, inclu-dendo così funzionalità, processi e proprietà diversi, ma comunque riconducibili agli stati condensati atomici e molecolari. L’esame del-la situazione scientifica nazionale e il con-fronto con la situazione scientifica internazio-nale permettono l’identificazione di quattro macro-aree di ricerca su cui basare la pro-grammazione scientifica del Dipartimento. Queste definiscono dei raggruppamenti di di-scipline, metodi e interessi culturali con un denominatore comune trasversale al back-ground di istituti e centri eterogenei: • Nanoscienze e settori collegati; • Microelettronica e settori collegati; • Soft Matter e settori collegati; • Hard Matter e settori collegati; Su queste aree tematiche vanno poi conside-rate le attività trasversali di analisi fine della materia sviluppate presso le Large Scale Facili-ties e il calcolo ad alte prestazioni. A livello europeo la sola priorità 3 del VI Pro-gramma Quadro investe nel settore Nanote-chnologies nelle due aree contigue, Nanotec-nologie (Materials and Processes - NMP) e Tec-nologie per la Società dell’Informazione (IST), circa 700 Meu/anno nel FP-VI, cui vanno ag-giunti i finanziamenti delle attività di scienze della materia che fanno capo ad altre priorità (life-science, environment and energy, health). Analoghi scenari sono previsti da parte delle principali agenzie USA e Giapponesi. La strategicità del settore è testimoniata dal fatto che la scienza dei materiali è ormai mo-tore di sviluppo di settori diversificati che comprendono automotive e aerospace, infor-mation technologies, elettronica microelettro-nica e telecomunicazioni, salute e diagnostica, materiali biocompatibili ecc. con un notevole coinvolgimento di aziende nel mondo.

A titolo di esempio precisiamo che lo sviluppo della scienza dei materiali copre settori estre-mamente vasti che includono: • elettronica microelettronica e telecomuni-

cazioni; • sviluppo di nuovi sistemi diagnostici e di

imaging; • nuovi materiali per applicazioni automo-

tive e aerospaziale; • nuovi sistemi per rilascio intelligente di

medicinali; • nuovi materiali biocompatibili e protesi; • sistemi ibridi biologico/inorganico; • nuovi materiali funzionali per meccanica,

plastica, ecc.; • sistemi quantistici per l’informazione; • nuovi materiali per applicazioni ambien-

tali. È pertanto evidente come la scienza della ma-teria possa avere un impatto enorme sia sulla produzione di nuova conoscenza che sullo svi-luppo di nuove tecnologie, con importanti ef-fetti dal punto di vista della crescita della so-cietà, dell’innovazione culturale e tecnologica e della formazione. Appare evidente come la scienza della materia debba giocare un ruolo strategico e centrale nel CNR, sia in termini di crescita della cono-scenza e dell’interdisciplinarietà, che in ter-mini di sviluppo tecnologico e trasferimento al mondo produttivo. Ai fini del successo del Di-partimento è necessario operare delle scelte che riflettano le principali competenze nazio-nali e l’esistenza di centri e facility di compro-vato valore internazionale. Contestualmente sarà necessario generare know-how di inte-resse per le imprese nazionali ed internazio-nali. Gli elementi essenziali della strategia so-no: • potenziamento della competitività e della

capacità di innovazione dei centri e delle facilities di riferimento internazionale at-tualmente esistenti nel CNR e negli enti ac-corpati, attraverso la scelta selettiva di pro-getti e linee di ricerca coordinati a livello nazionale e ben inseriti nella ricerca inter-nazionale, e con un piano di crescita ed in-vestimenti nel medio termine;

• potenziamento dei rapporti CNR/ Univer-sità, con il duplice scopo di aprire l’accesso a gruppi universitari alle facility CNR e di incrementare fortemente il nu-

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mero di giovani (laureandi e dottorandi) presso le strutture CNR. Il Dipartimento ri-tiene che questi scopi si possano raggiun-gere attraverso una intensa collaborazione all’interno delle iniziative del Consorzio Nazionale Interuniversitario di Struttura della Materia (CNISM), anche per stabilire i necessari raccordi con quella parte di ri-cerca delle università non inquadrabile nelle linee progettuali dell’Ente.

• potenziamento del rapporto CNR – mondo industriale, in materia di R&S, anche me-diante lo sviluppo di laboratori comparte-cipati costituiti da strutture CNR e imprese ai fini della ricerca e sviluppo di medio lungo termine e ad alto rischio, soprattutto nei settori hardware e di sviluppo di pro-cessi e tecnologie;

• concentrazione di risorse nelle strutture di maggior competitività e pianificazione di investimenti e incrementi di risorse sulla base di valutazione accurata dei risultati scientifici, dell’impatto della ricerca, e del successo nel trasferimento tecnologico dei risultati;

• costituzione di un board esterno di rappre-sentanti delle industrie che coadiuvi in ma-teria di indirizzo scientifico il consiglio scientifico del Dipartimento;

• costituzione di uno steering committee in-terno al Dipartimento con funzioni di indi-rizzo delle attività e dei rapporti interna-zionali in relazione alle large scale facili-ties, alla Comunità Europea, agli USA e al Giappone;

• potenziamento della capacità di “raising matching funds” (in cui la comunità scien-tifica, che in larga parte costituirà il Dipar-timento, ha già dato ampia prova di eccel-lenza e competitività internazionale). Sa-ranno target essenziali e misurabili il success rate superiore al 40% nelle propo-ste europee UE del VI e VII Programma Quadro, la capacità di attrazione di fondi di ricerca esterni e la capacità di attrazione di risorse da parte delle regioni. A tal fine si prevede di inserire dal prossimo anno dei parametri di premialità per le strutture in grado di attirare risorse da terzi alle attività dell’ente.

La struttura che si prefigura per il Diparti-mento è adeguata a far crescere le infrastrut-ture di ricerca creando bacini di tecnologia e formazione, che possano rendere più appeti-

bile la carriera del giovane ricercatore; for-mare punti di attrazione nazionale e interna-zionale per i giovani ricercatori nonché masse critiche ad alta competitività in settori strate-gici per la cultura e l’innovazione. Ai fine di massimizzare l’efficacia del processo di organizzazione del Dipartimento e di valo-rizzare l’ingente patrimonio di competenze già esistente, il DMD viene articolato sui se-guenti 11 progetti individualmente organizzati a rete sul suolo nazionale, ma con una chiara identificazione di alcuni centri di riferimento infrastrutturale (localizzati in maniera ben de-finita). • P1. Strutture e meccanismi biologici; • P2. Sistemi e materiali complessi; • P3. Componenti e sistemi fotonici; • P4. Materiali magnetici funzionali; • P5. Nuovi materiali, processi e architetture

per la microelettronica; • P6. Nanoscienze e nanotecnologie; • P7. Sistemi ottici e quantistici con fotoni e

atomi ultrafreddi; • P8. Plasmi e sistemi atomici e molecolari

per applicazioni innovative; • P9. Sensori e microsistemi; • P10. Sviluppo e applicazione di materiali

organici e colloidali; • P11. Materiali, sistemi e dispositivi super-

conduttivi avanzati. La tabella 7a° riporta l’elenco degli Istituti di prevista afferenza e degli Istituti partecipanti al Dipartimento. Il Dipartimento può contare mediamente per ogni anno del triennio su 700 unità cnr, 250 infm e 45 inoa. A questo si deve aggiungere il personale universitario che partecipa alle atti-vità di ricerca ed inoltre assegnisti, dottorandi e borsisti. L’impegno del personale (me-si/uomo) nelle attività progettuali è indicato in dettaglio nella parte descrittiva di ciascun Pro-getto. Risorse finanziarie del Dipartimento nel trien-nio 2005-2007 La tabella 7b riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Dipartimento nel triennio 2005-2007. Inoltre il Dipartimento sta predispo-nendo Progetti interdipartimentali con gli istituti ict, pm e probabilmente Sdp.

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Tabella7a - Istituti esecutori

Istituti CNR di prevista afferenza Strutture INFM 1. IA Istituto sperimentale di acustica "Orso Mario Corbino" 1. BEC Bose Einstein Condensation 2. IAC Istituto per le Applicazione del Calcolo “Mauro Pi-

cone” 2. COHERENTIA Laboratorio di Fisica ed Applicazioni dei fe-

nomeni coerenti in ottica e superconduttività 3. IBF Istituto di biofisica 3. DEMOCRITOS Democritos Centro di ricerca per la modelli-

stica e la simulazione atomica 4. ICIB Istituto di cibernetica "Edoardo Caianiello" 4. LAMIA Laboratorio per Materiali Innovativi ed Artificiali 5. IFAC Istituto di fisica applicata "Nello Carrara" 5. LICRYL Laboratorio Cristalli Liquidi 6. IFN Istituto di fotonica e nanotecnologie 6. LIT 3 Laboratorio Regionale di Ricerca, Formazione e

Sviluppo e Trasferimento alle Imprese di Tecnologie La-ser Innovative

7. IMIP Istituto di metodologie inorganiche e dei plasmi 7. LUXOR Laboratorio di Ricerca nell’UV e nei raggi X 8. IMM Istituto per la microelettronica e microsistemi 8. MATIS Centro di materiali e tecnologie per la scienza

dell’infomazione e della comunicazione 9. IPCF Istituto per i processi chimico-fisici 9. MDM Materiali e dispositivi per la microelettronica 10. ISC Istituto dei sistemi Complessi 10. NEST Centro Nazionale per la Nanoscienza e la Nanotec-

nologia 11. ISM Istituto di struttura della materia 11. NNL Laboratorio Nazionale per la Nanotecnologia

12. POLYLAB Applicazioni Industriali dei Polimeri 13. S3 nanoStrutture e bioSistemi su Superfici 14. SENSOR Laboratorio per sensori di gas e di sistemi artifi-

ciali olfattivi 15. SLACS Laboratorio di calcolo per la scienza dei materiali 16. SMC Meccanica Statistica e Complessità 17. SOFT Dinamica Complessa in Sistemi Strutturati 18. SUPERMAT Nuovi materiali superconduttivi multistrati:

nanostrutture, trasporto e proprietà magnetiche 19. TASC Tecnologie Avanzate, Superfici e Catalisi 20. ULTRAS Laboratorio Nazionale di Scienze Ottiche di Fe-

nomeni Ultraveloci ed Ultraintensi

Tabella 7b- Risorse e spese del triennio del Dipartimento (M/€)

anno Risorse finanziarie totali allocate di cui Risorse da Terzi Costi Figurativi Valore Effettivo A B C D = A + C

2005 165,12 36,33 6,85 171,97 2006 161,42 9,74 6,85 168,27 2007 156,97 10,43 6,85 163,81

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Progetti del Dipartimento Materiali e Dispositivi

7.1 P1. Strutture e meccanismi biologici


numero di commesse: 7 numero di moduli di attività: 0

7.1.1 Cenni allo scenario nazionale ed internazio-

nale e motivazione della presenza del CNR Il contesto internazionale della ricerche di Biofisica è forse descritto nel modo più sem-plice dal fatto che il congresso annuale della Biophysical Society conta circa 6.000 parte-cipanti e 3.500 presentazioni di cui il 20% eu-ropee. Si tratta di un settore il cui sviluppo ha registrato una particolare accelerazione nel corso degli ultimi due decenni trascinato dal-l'esplosione di conoscenze sulle strutture mo-lecolari che governano il funzionamento dei sistemi biologici. Rispetto ad altri settori affini nel campo delle Life Sciences (Biochimica, Genetica e Biologia Molecolare) la Biofisica si distingue per l’accento sui meccanismi di funzionamento del materiale biologico. Al momento attuale la biofisica italiana è rap-presentata in ambito CNR quasi esclusi-vamente dalle attività dell’Istituto di Biofisica (IBF) e da parte di quelle dell’Istituto di Ciber-netica (ICIB), mentre vi è una presenza diffusa di gruppi di buona qualità frazionati in am-bito universitario sul territorio nazionale. Questi gruppi erano in passato coordinati a livello organizzativo e di supporto finanziario come una sezione dell'ex-INFM. Al di là di col-laborazioni a livello individuale, comunque esistenti ed in continua evoluzione, un coor-dinamento più organico delle attività di que-sti gruppi con quelle del Progetto di Biofisica del Dipartimento Materiali e Dispositivi sa-rebbe molto auspicabile, benché di non chia-ra fattibilità allo stato attuale. È indubbio che una delle frontiere delle tecno-logie dei materiali e dispositivi è lo sviluppo di sistemi che utilizzano molecole biologiche e/o l’interfacciamento di materiali organici e i-norganici con cellule o tessuti biologici. Nuovi materiali compositi contenenti biomolecole; dispositivi (sensori) che sfruttano la pluralità degli stati conformazionali di macromolecole biologiche; trasduttori dei segnali chimico-fi-sici generati da cellule e tessuti biologici; si-

stemi nanotecnologici per lo screening mas-sivo di sostanze bioattive; interfacce intelli-genti fra tessuti eccitabili e sistemi artificiali. Nella comune accezione del termine in campo internazionale, la Biofisica denota un settore di ricerca orientato primariamente alla com-prensione dei principi elementari (molecolari e funzionali) alla base del comportamento dei sistemi viventi, con ricadute applicative anche nei settori Medicina ed Agroalimentare. Sulla base delle competenze già esistenti in ambito CNR, il Progetto si articola inizialmente sulle seguenti sette commesse, che seguono un ordine logico di dimensione crescente dei sistemi biologici studiati, dal livello molecolare e cellulare fino a quello di tessuto o organo. 7.1.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi

emersi e conseguenti aggiornamenti I risultati ottenuti dalla numerosa comunità internazionale a livello strutturale, utilizzando tecniche di biochimica e biologia molecolare e con indagini spettroscopiche, condotte sia con metodi tradizionali sia utilizzando le tecniche di spettroscopia più avanzate, hanno enor-memente ampliato la comprensione del si-stema fotosintetico. Inoltre, tentativi di svilup-pare dispositivi che riproducano od integrino il processo naturale sono stati avviati in diversi laboratori. Caratterizzazione, in ciliati, di stati segnalanti di fotorecettori, della distribuzione spaziale lo-ro e di recettori GABAergici, delle risposte fo-tomotorie. Valutazione del danno alle proteine del cristallino da parte di pigmenti esogeni uti-lizzati a scopo terapeutico (ipericina); control-lo della fotostabilità e fototossicità di schermi solari. Studio dell'inibizione dell'attività foto-sintetica in microalghe e del movimento e fo-torientamento in protozoi ciliati da parte del-l'UV. Il novero dei processi fisiologici che coin-volgono il funzionamento dei trasportatori di

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membrana è aumentato a dismisura con l’avvento delle metodiche di patch-clamp e di biologia molecolare. Questi studi riscuotono l’interesse della comunità accademica inter-nazionale e l’attenzione di chi opera nel cam-po dei biomateriali, dei dispositivi, delle mi-croscopie avanzate, delle nano-biotecnologie, della biosicurezza e nell’industria farma-cologia, biomedica ed agroalimentare. Una frontiera della ricerca sulla neurotra-smissione è costituita oggi dallo studio dei meccanismi postsinaptici, implicati nell’effi-cienza della segnalazione, trasduzione del se-gnale e della plasticità sinaptica, fenomeni al-la base della funzione nervosa e dei processi di apprendimento e memoria a lungo termine. I temi specifici attualmente trattati sono: 1) Clonaggio, espressione, distribuzione e fun-zione di trascritti codificanti per recettori LGIC; 2) Caratterizzazione di nuovi bersagli moleco-lari per endocannabinoidi e ammidi bioattive degli acidi grassi; ruolo fisiologico del sistema endocannabinoide nella soppressione di tu-mori; analisi di loci di suscettibilità a malattie neuroimmuni per SNPs; 3) Attività bioelettrica spontanea ed evocata in: invecchiamento ce-rebrale, ictus, ritardo mentale; 4) Riabilita-zione cognitiva. Molti dei processi cerebrali coinvolti con me-moria e apprendimento, e dei disturbi nervosi connessi, sono sconosciuti ed attivamente in-vestigati. I fenomeni di sincronizzazione neu-rale svolgono un ruolo importante in diversi processi cognitivi, un problema aperto è quel-lo di comprendere i meccanismi alla base di questi ritmi sincroni. Lo studio dei meccani-smi di innesco di tachicardie ventricolari spontanee potrebbe permettere di migliorare le prestazioni dei defibrillatori impiantabi-li(ICD). Le ricerche in corso riguardano: a) studio dei meccanismi biofisici alla base dei processi di apprendimento e memoria; b) stu-dio delle proprietà di interneuroni Fast-Spiking (FS) e messa a punto di codici numeri-ci per lo studio dei fenomeni di sincronizza-zione neurale; c) messa a punto di un data ba-se di dati ottenuti da ICD contenenti tachicar-die ventricolari(TV) spontanee e studio dei principali pattern di innesco delle tachiarit-mie ventricolari spontanee; d) sviluppo di sof-tware e di apparecchiature biomedicali. Il controllo dei ritmi biologici è una linea di ri-cerca in rapida espansione. Le attività ritmiche sono investigate con metodi sperimentali e teo-rico-computazionali. L’attività specifica in

corso riguarda: a) studio dei fotopigmenti visivi e non-visivi e dei meccanismi cellulari fototra-sduttivi in Hydra; b) localizzazione anatomica e caratterizzazione immunocitochimica dei fo-topigmenti non-visivi in invertebrati e bassi vertebrati; c) caratterizzazione con tecniche immunistochimiche e modellistico-computazionali dell’attività di sinapsi, di neu-roni e di sistemi neurali del Sistema Nervoso Centrale (anche durante la fase di sviluppo) con riferimento all’attività ritmica ed effetti di agenti farmacologici. 7.1.3 Obiettivi programmatici • comprensione della relazione esistente tra

struttura, funzione ed interazione tra bio-molecole; processi di aggregazione; nuove tecnologie di assemblaggio biomolecolare;

• comprensione dei fattori strutturali, fun-zionali, termodinamici che determinano l’elevata efficienza della fotochimica pri-maria integrando tecniche biochimiche di ricostruzione in vitro di entrambi i foto-sistemi con analisi spettroscopiche di stato stazionario o risolte in tempo. Compren-sione dei dettagli della transizione di stato con misura simultanea dell’ossigeno e del-la fluorescenza del PSII. Basi genetiche, biochimiche, fisiologiche;

• studio dei geni codificanti per recettori LGIC in sistemi nervosi primitivi della pro-tezione da stress fotoinibitori e ossidativi;

• caratterizzazione di fotorecettori di ciliati e loro utilizzabilità per dispositivi fotobioe-lettronici. Delucidazione effetti d’inibitori specifici della catena trasduttiva su foto-comportamento di protozoi. Determina-zione della fotoreattività di fotosensibiliz-zanti naturali d’interesse terapeutico. Ef-fetto di pigmenti policiclici sull’aggre-gazione di proteine. Modelli d’azione del-la radiazione UV su microrganismi e mi-croecosistemi per la valutazione del danno da riduzione dell’ozono stratosferico;

• acquisizione di nuove conoscenze necessa-rie per il potenziale utilizzo di sistemi cel-lulari per la realizzazione di bio-dispositivi e bio-sensori, per test di biocompatibilità di materiali, e per altre applicazioni nell’industria biomedica, farmaceutica e agroalimentare.

• studio di integrazione sinaptica e pro-prietà elettriche della membrana, me-

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diante simulazioni di modelli realistici di neuroni;

• studio comparato anatomico e funzionale dei processi fototrasduttivi extraoculari in modelli animali invertebrati e vertebrati. Analisi evolutiva di tali processi nella re-golazione fotica della fisiologia temporale nei metazoi. Analisi immunocitochimica e tract-tracing. Identificazione di parametri sinaptici, di singoli neuroni e di popola-zioni neurali che determinano l’attività ritmica dell’ippocampo e delle strutture cerebrali correlate. Effetti distruttivi di a-genti farmacologici.

7.1.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 1.200 per il 2005, a 1.300 per il 2006 ed a 1.400 per il 2007. Le risorse strumentali principali consistono in apparati spettroscopici e strutturali anche in risoluzione temporale quali UV, Vis, IR, Fluore-scenza, Fosforescenza risolta nel tempo, DLS, LALS, ORD, Reologia, DSC, PCR, Spettrometria di massa, AFM, NMR 3D e Microscopia confo-cale. La tabella 7c riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 7.1.5 Competenze interne utilizzate Per quanto riguarda il CNR sono previste col-laborazioni con commesse dei Dipartimenti Medicina, Ambiente, Scienze della Vita, Pro-gettazione molecolare e con altre commesse del Dipartimento Materiali e Dispositivi per le loro competenze in biologia molecolare, bioin-formatica, biochimica, elettrofisiologia, gene-tica molecolare, neurofisiologia, statistica ma-tematica, fisica della materia. 7.1.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Con Università e Istituzioni scientifiche estere: Dip. Biochem., Univ. Groningen, Olanda; Dip. Quim. Inorg. Analit.y Quim. Fis., Buenos Aires, Argentina; Istituto ‘Pasteur’, Parigi, Francia; National Institute for Medical Research, Lon-dra; Università di Aix-Marseille II; Vrije Uni-

versiteit Amsterdam; Max Planck Inst. Muel-heim a.d. Rhur; Max Planck Inst. Frankfurt; IBP-CNRS Paris; Hungarian Academy of Scien-ces, Szeged; Queen Mary and Westfield Col-lege, London; Udmurt State University, Iz-hevsk, Russia; CNRS e Ecole Normale Supérie-ure, Dipartimento di Chimica Paris; Friedrich-Alexander Universität, Inst. Botanik Pharma-zeutische Biologie, Erlangen, Germany; Re-search Institute for Ophthalmology, Giza, Egit-to; UNAM, Cuernavaca, Mexico; University of Utah, Salt Lake City, UT; Dip.Biologia, Uni-versita' di Lubiana; INRA/ENSA-M/CNRS, Fran-cia; University of Science and Technology of China (USTC), Hefei, Anhui, Cina; Dip. Biochi-mica, Facolta' di Biologia, Universita' dell'A-vana, Cuba; Jawaharlal Nehru University, New Delhi; Inst. Pflanzenbiol, Univ. Zürich, Svizz-era; Yale University, New Haven, USA; Baylor College of Medicine, Houston, USA; George Mason University, Fairfax, USA; Department of Comparative Medicine, Stanford, USA; Ist. Physiol. Acad. Sci. Czech Rep, Praga; Ist. Bio-phys. Acad Sci. Ungheria, Budapest; Dip. Biol., Lund University. Con Università e Istituzioni scientifiche nazio-nali: Dip. Scienze e Tecnologie Chim., Roma II; Dip. Chimica e Tecnologie Farmaceutiche, Univ Palermo; Ospedale Giannini Gaslini, Ge-nova; Istituto Agrario e ITC-IRST, Trento; Divi-sione di Cardiologia dell’Ospedale San Mar-tino di Genova; Ospedale S. Andrea, La Spe-zia; Dipartimento di Scienze Neurologiche, Universita' di Genova; Dip. Biologia, Univ. Pa-dova; SISSA, Trieste; Dip. Scienze Morfologi-che e Mediche, Univ. Verona; Dip. Biologia Evolutiva e Comparata, Univ. Napoli; Dip. Fi-siol. Univ. Bologna. Con Industrie nazional e estere: CEA Saclay; ST–Microelectronics, Catania; A-biogen, Pisa; FlyBy, Livorno; ProteoGenBio, Pisa; St Jude Medical, Agrate Brianza, Milano. 7.1.7 Risultati e tempi previsti In maniera particolare verranno aumentate le conoscenze e le competenze per la realizza-zione di materiali innovativi, biodispositivi, prototipi e nuovi protocolli utili nel settore del-la componentistica e per applicazioni far-macologiche e per migliori strategie in ambito biomedico, ambientale, agroalimentare; ap-profondimenti della omeostasi cellulare e

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dell’interazione tra cellule e ambiente ester-no. Conoscenze e competenze per la realizza-zione di materiali innovativi, biodispositivi, prototipi e nuovi protocolli utili nel settore del-la componentistica e per applicazioni farma-cologiche e per migliori strategie in ambito biomedico, ambientale, agroalimentare.

7.1.8 Condizioni di fattibilità I gruppi che opereranno nelle ricerche de-scritte sono esperti riconosciuti del settore. Le criticità si ravvisano principalmente nelle ac-quisizione di nuovo personale nel corso dei prossimi tre anni in ragione del ricoprimento del turn-over e dell’aumento del personale in questo settore strategico per 10 unità di per-sonale.

Tabella7c- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 13,26 1,13 0,64 13,90 2006 12,96 0,30 0,64 13,60 2007 12,61 0,33 0,64 13,24

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7.2 P2. Sistemi e materiali complessi



7.2.1 Cenni sullo scenario nazionale ed in-ternazionale e motivazione della pre-senza del CNR

Lo studio dei sistemi complessi riguarda l’emergere di proprietà collettive in sistemi con un gran numero di componenti in intera-zione tra loro. Questi elementi possono essere atomi o batteri in un contesto fisico o biolo-gico, oppure persone, macchine o imprese in un contesto economico. La scienza della com-plessità cerca di scoprire i presupposti e il comportamento emergente dei sistemi com-plessi, elementi spesso invisibili agli approcci tradizionali, focalizzandosi sulla struttura delle interconnessioni e dell’architettura generale dei sistemi, piuttosto che sui loro singoli com-ponenti. Si tratta di un cambio di orienta-mento nella forma mentis degli scienziati più che di una nuova branca scientifica. La scien-za tradizionale si basa su un ragionamento ri-duzionistico per cui, se sono noti tutti i fattori che concorrono a creare una situazione, è pos-sibile prevederne il risultato e viceversa. È faci-le però rendersi conto che per una cellula o per le dinamiche socio-economiche si è di fronte ad una nuova situazione in cui la co-noscenza delle proprietà degli elementi indivi-duali non è sufficiente per descrivere la strut-tura nel suo insieme. Possiamo rappresentare questa situazione come lo studio dell’ “archi-tettura” della materia e della natura. Essa di-pende in qualche modo dalle proprietà dei “mattoni”, ma possiede poi caratteristiche e leggi fondamentali che non possono essere ri-collegate a quelle dei singoli elementi. A par-tire dai sistemi fisici più tradizionali, come quelli critici in cui competono ordine e disor-dine, questi comportamenti emergenti si pos-sono identificare in molti altri sistemi, dall’ecologia e dai sistemi immunitari all’economia e dall’imprenditoria. La scienza della complessità si prefigge l’obiettivo di comprendere questi sistemi. Quali “regole” ne governano il comporta-mento? Come si adattano ai cambiamenti? Come apprendono in modo efficiente e come ottimizzano il loro stesso comportamento? Lo

sviluppo della scienza della complessità non si riduce ad una singola innovazione tecnologica o teorica, ma sottintende ad un nuovo approc-cio scientifico che ha enormi potenzialità per influenzare profondamente le attività scientifi-che, sociali, economiche e tecnologiche. Utiliz-zare quest’approccio e valorizzare le notevoli competenze scientifiche esistenti in Italia in questo campo per risolvere molti problemi scientifici e tecnologici, è l’obiettivo dei pro-getti che sono stati proposti con la creazione del nuovo Istituto dei sistemi Complessi del CNR e, in modo piu’ampio, nell’ambito del Progetto sulla Complessità. Un importante esempio dello scenario de-scritto è lo sviluppo di reti complesse quali In-ternet o il World-wide-web, che rappresentano oramai la base delle comunicazioni personali, commerciali e militari a livello planetario. Esse hanno però la caratteristica di non essere state progettate da nessuno. L’usuale approccio “top down” della progettazione di una rete te-lefonica o satellitare è sostituito da una dina-mica “bottom up” in cui nuovi server si ag-giungono alla rete o ne vengono eliminati. Questo tipo di dinamica presenta aspetti di au-to-organizzazione ed evoluzione biologica, che richiedono una visione completamente nuova e interdisciplinare. 7.2.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti. • Coordinare una massa critica di risorse da

diverse aree scientifiche, integrando di-verse istituzioni e con particolare atten-zione ai rapporti tra teoria, esperimenti e concetti innovativi nei materiali complessi;

• sviluppo di nuovi concetti, metodi e stru-menti per la creazione di un nuovo tipo di comunita’ scientifica basata sulla eccel-lenza, l’interdisciplinarieta’ e la mobilita’

• la scienza dei Sistemi Complessi rappre-senta una delle aree piu’ innovative per lo sviluppo di attivita’ multidisciplinari che, partendo dalla fisica statistica, si è svilup-pata in molte altre aree.

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Questa nuova prospettiva porta a nuovi para-dgmi per molti sistemi sia naturali che tecnologici. Un importante elemento è stata la costitu-zione, in via sperimentale, del nuovo ISTITUTO DEI SISTEMI COMPLESSI (ISC) DEL CNR. Il Progetto di questo Istituto è stato stimolato dal Decreto di riordino degli Enti di Ricerca che tocca in particolare CNR, INFM, INOA e sti-mola fortemente lo sviluppo di iniziative inter-disciplinari. Tutte le commesse dell’ISC con-fluiscono nel Progetto Complessità. Inotre in questo Progetto ci sono ulteriori commesse di gruppi appartenenti ad altri istituti che si inte-grano in modo naturale con le tematiche dell’ ISC. L’Istituto integra personale CNR, INOA, INFM e universitario ed è basato su varie sedi in Roma e Firenze. Il Progetto dei Sistemi Com-plessi è molto attuale e intrinsecamente inter-disciplinare. In Italia è rappresentato da vari gruppi di ben riconosciuto valore internazio-nale. Il Progetto e l’Istituto si propongono di integrare le attivita’ di questi gruppi e di altri che hanno manifestato interesse in un sistema con notevole massa critica e capacita’ di azio-ne in campi scientifici strategici, ma anche in applicazioni di carattere innovativo. In par-ticolare l’integrazione dei concetti del Sistemi complessi con lo sviluppo di Materiali innova-tivi rappresenta una innovazione particolar-mente originale anche a livello internazionale e di grande potenziale. Questa visione è ben descritta nell’articolo “Basic Research in the Information Technology Industry”, Physics Today, July 2003 di T.N. Theis (Director of physical sciences, IBM) e P.M. Horn (IBM vice-president for research). In questo articolo si argomenta che i nuovi concetti della Fisica sta-tistica, della Auto-organizzazione e della com-plessità saranno di fondamentale importanza per l’industria della Tecnologia dell’Informa-zione in una prospettiva molto generale. I pun-ti chiave nelle strategie delle attivita’ sono: • attività esplorativa di ampia portata ma

che sia anche capace di essere trasferita al mercato in tempi brevi.

Al momento le attivita’ principali del Progetto riguardano i seguenti campi che sono ben rappresentati nelle commesse: Studio dei Si-stemi Complessi con particolare riferimento al-le loro applicazioni interdisciplinari in Fisica, Chimica, Biologia e Teoria dell’Informazione. Modelli teorici, applicazione e analisi di siste-mi reali.Sistemi critici, vetrosi, frattali e turbo-lenti. Reti geniche e neurali. Auto-orga-nizzazione critica. Controllo ed analisi di di-

namiche non lineari. Materiali complessi, di-sordinati, vetrosi, porosi granulari. Processi di formazione e caratterizzazione. Catalisi etero-genea. Nuovi materiali superconduttori. Si-stemi mesoscopici e aspetti complessi delle nanostrutture. Analisi fine della materia disor-dinata con metodologie spettroscopiche utiliz-zanti luce, neutroni e raggi X. • Aspetti complessi della Scienza e Tecnolo-

gia dell’Informazione Negli ultimi due anni c’è stato un notevole sforzo di applicare i metodi dei sistemi com-plessi a vari problemi di Scienza e Tecnologia dell’Informazione, specialmente in relazione allo studio alle proprieta’ della rete Internet. Si tratta sia della identificazione di proprieta’ rilevanti della rete caratterizzate attraverso nuovi concetti, sia di applicazione delle teorie dei sistemi vetrosi a processi di ottimizzazione complessa. Queste aree sono di grandissimo interesse sia fondamentale che applicativo, e c’è un grande impegno in questa direzione da parte della Commissione IST-FET della CEE. 7.2.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento. L’obiettivo generale del Progetto Complessità è di creare un polo della Scienza dei Sistemi Complessi a tutto campo, che spazi dalle pro-blematiche di natura concettuale e scientifica alla esplorazione concreta di applicazioni pra-tiche in vari campi, dal software, ai materiali innovativi, alla bioinformatica. Questo Progetto generale puo’ essere suddi-viso in varie fasi che si riferiscono all’incirca anche al suo sviluppo temporale: • in una prima fase si considera l’integra-

zione dei vari gruppi scientifici che sono gia’ ben noti e apprezzati in questo campo in un sistema complessivo che li valorizzi e favorisca l’espansione di questi concetti verso altri gruppi e nuove problematiche. Questo è un obiettivo relativamente facile e di breve tempo, perchè alcuni di questi gruppi rappresentano gia’ un riferimento internazionale del campo. Si tratta, quindi, di organizzarli in un struttura che ne esalti le qualita’ e permetta di creare un polo di impatto e visibilita’ internazionale;

• in questa prospettiva è del tutto naturale uno sviluppo europeo di queste attivita’. Questo è un obiettivo di medio termine per il quale è essenziale un forte appoggio da parte del CNR a livello europeo. Dal punto

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di vista delle competenze scientifiche è del tutto realistico che l’ISC si possa sviluppare nel polo Europeo della Complessità;

• l’applicazione delle idee dei Sistemi com-plessi alla Scienza dei Materiali è certa-mente un obiettivo di grande ambizione e di notevole originalità. Va studiato in det-taglio caso per caso e l’evoluzione tempo-rale dei diversi progetti può essere molto diversa. Saranno organizzate una serie di riunioni con competenze multidisciplinari per un approccio ottimale a questi problemi;

• ci sara’ una particolare attenzione all’in-terazione con le aziende, sia italiane che estere. Alcuni importanti contatti sono gia’ stati presi sia dal punto di vista software (Internet, networks e finanza) che hard-ware (materiali e sistemi).

Eventi scientifici: Il primo convegno di presentazione dell’ISC, svoltosi il 21–22 Dicembre 2004, ha riscosso grande interesse scientifico ed ha avuto una notevole attenzione anche da parte della stampa ed è stato seguito da molti contatti e proposte di collaborazione da ricercatori in vari campi. I criteri di verifica previsti saranno quelli usua-li a livello internazionale: produzione scientifi-ca documentata da pubblicazioni scientifiche su riviste di alto livello ed eventuali brevetti; autofinanziamento e cofinanziamento dei pro-getti a livello nazionale ed internazionale; svi-luppo di collaborazioni con aziende e trasfe-rimento tecnologico all’industria; sviluppo di collaborazioni con Istitutzioni come Comune, Regioni etc. per un approccio concreto a pro-blemi di rilevanza strategica; disseminazione delle attività per lo sviluppo di una maggiore sensibilità e cultura scientifica; sviluppo di tecnologie e metodologie abilitanti di interesse per Progetto e Dipartimento. 7.2.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie. Le risorse umane del Progetto Complessità coinvolgono circa 80 ricercatori del CNR, circa 40 ricercatori dell’INFM e 9 ricercatori dell’ INOA per 1.400 mesi/uomo nel 2005. Inoltre, c’è grande interesse da parte di molti gruppi universitari dell’area INFM ad afferire o colla-

borare con questo Progetto. Una stima ap-prossimativa è di circa 100 universtari interes-sati. Per quanto riguarda il valore effettivo complessivo, esso è di circa 16 milioni di Euro. L’insieme delle risorse mobilitate è infatti cer-tamente superiore in quanto esistono fondi, a disposizione dei ricercatori partecipanti e che sono gestiti da altre amministrazioni (questo in particolare per le strutture ex-INFM). Per le risorse strumentali, soprattutto in rela-zione alla formazione del nuovo Istituto ISC, è stata necessaria una certa riorganizzazione dei laboratori che è tuttora in corso e che realisti-camente durerà ancora uno o due anni. Co-munque tutti i gruppi sono già attivi. Gli aspetti organizzativi del Progetto Comples-sità non presentano particolari problemi di ti-po strategico e generale. Il tema delle attività è abbastanza chiaro, i ricercatori hanno aderito con entusiasmo e quindi c’è un clima di ar-monia costruttiva e il mix delle competenze è vario e abbastanza completo. Per quanto riguarda gli aspetti finanziari, l’Istituto è ancora in una fase di assestamento e di start up. Finora il budget appare comun-que adeguato anche se l’integrazione del per-sonale INFM nel CNR non è stata ancora com-pletata. Naturalmente dal punto di vista delle risorse si svilupperanno tutte le iniziative nazionali ed internazionali per ottenere il massimo risul-tato. Da questo punto di vista i partecipanti al Progetto hanno gia’ una vasta esperienza che valorizzeremo con iniziative specifiche. La tabella 7d riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 7.2.5 Competenze interne utilizzate Il Progetto Complessità integra in modo inter-disciplinare gruppi e laboratori provenienti da varie istituzioni. La situazione è quindi abba-stanza variegata e si passa da esempi di colla-borazioni consolidate e di notevoli successi a situazioni piu’complicate che richiederanno uno sforzo per ottimizzare e razionalizzare le risorse e per sviluppare nuovi progetti e colla-borazioni.

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Tabella7d- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 18,44 1,82 0,54 18,98 2006 18,03 0,49 0,54 18,57 2007 17,53 0,52 0,54 18,07

In generale i gruppi coinvolti sono del mas-simo livello nell’ambito nazionale e alcuni di assoluto e comprovato livello internazionale. In particolare per quanto riguarda l’area teo-rica la situazione è molto buona con attivita’ di eccellenza nel campo della Complessità a vasto spettro e molte collaborazioni gia’ in corso. Le competenze in questo caso sono as-solutamente complete e spaziano dalla teoria generale ai modelli semplificati e alle simula-zioni numeriche molto sofisticate. Per i gruppi sperimentali la situazione è piu’ variegata. Ci sono molte competenze per la preparazione dei materiali strutturati e complessi e per le misure delle loro caratteristiche fisiche, chimi-che e funzionali. Inoltre si sono sviluppate competenze nuove nello sviluppo di uno stru-mento di studio sperimentale dei sistemi gra-nulari che è particolarmente originale. Anche per lo studio delle fratture e della corrispon-dente emissione acustica è stato necessario svi-luppare una attrezzatura particolare che ha dato origine ad un progetto di Spin Off. Sara’ necessario sviluppare nuove competenze per lo studio dei sistemi misti organico-inorganico. 7.2.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili. Per quanto riguarda le collaborazioni interne, nell’ambito ISC o nel Progetto Complessità, la stessa creazione dell’ISC ha rappresentato un fortissimo stimolo di integrazione e di sviluppo di collaborazioni. Questo valore aggiunto rap-presenta uno dei principali elementi del nuovo istituto che sarà valorizzato con specifiche ini-ziative. Per le collaborazioni esterne questo sono gia’ moltissime dal punto di vista dei gruppi singoli: Institute of Complex Systems, Santa Fe, New Mexico (USA), Institute of Com-plex Systems, Ann Arbor, Michigan (USA), Max

Planck Institute for Complex Systems, Dresden (Germany), Princeton University, Dept. Of Physics, Prof. P.W.Anderson, Institute of Ap-plied Physics, Harvard University, Prof. F. Ca-passo, International Center of Theoretical Physics, Trieste, Ecole Normale Superieure, Paris, IBM T.J. Watson Laboratories, Yorktown Heights (USA), IBM Zurich Laboratories, Ruesh-likon (Switzerland), SONY Laboratories, Paris, TISCALI , Italy, Ernst&Young, Italy, Asea Brown Boveri, Baden (Switzerland), Applied financial Science, NYSE, New York (USA), Sensile Com-pany, Lausanne (Switzerland). Un altro punto, in parte gia’, menzionato è la inevitabile internazionalizzazione del Progetto. A questo proposito è importante menzionare anche la conferenza internazionale STATPHYS 23: La prossima conferenza mondiale della Fi-sica Statistica è stata ufficialmente assegnata all’Italia e si terra’ a Genova nel luglio 2007 e, per la parte scientifica sara’ organizzata dall’ISC. La Fisica Statistica rappresenta l’area scientifica in cui si è sviluppata la Scien-za della Complessità che si è poi estesa a molte altre discipline. La conferenza STATPHYS 23 rappresenta quindi un importante riconosci-mento per la comunita’ scientifica Italiana, che sara’ valorizzata da questo evento e dalle varie conferenze satellite che saranno ad esso associate. 7.2.7 Tempi previsti e condizioni di fattibilità. Il presente Progetto ha durata triennale e si potranno stabilire le corrispondenti milestones nel Progetto esecutivo piu’ dettagliato.

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7.3 P3. Componenti e sistemi fotonici




In generale, possiamo definire la FOTONICA come “Il Settore della Scienza e Tecnologia che abbraccia la generazione, la manipolazio-ne, la trasmissione, la rivelazione e l’utilizza-zione dei fotoni”. Si tratta pertanto di un setto-re molto vasto, sorto a seguito dell’inven-zione del laser e con implicazioni applicative verso la scienza e tecnologia dell’informazione (ICT), la salute dell’uomo, l’industria manifatturiera, la salute ambientale, la conservazione del pa-trimonio artistico etc.. Le corrispondenti tec-nologie possono, pertanto, a buon diritto defi-nirsi di tipo abilitante (enabling technologies). Questo settore della Scienza e Tecnologia ri-sulta abbastanza ben coltivato in Italia grazie soprattutto a precedenti Progetti Finalizzati del CNR, fra i quali si ricordano in particolare “Tecnologie Elettroottiche” e MADESS II. Grazie a questi progetti e all’interesse che tradizio-nalmente il CNR ha sempre dedicato a queste tematiche, sono attualmente attivi, nel CNR, di-versi istituti e parecchie unità di ricerca affe-renti al INFM. Consistenti attività nella Fotonica sono inoltre presenti in altri Enti Pubblici di Ricerca e, in particolare, presso l’ENEA. Anche da un punto di vista industriale, la situazione italiana nel campo della Fotonica appare competitiva con quelle delle nazioni europee più avanzate: si citano in particolare aziende come PIRELLI, STMicroelectronics, AGILENT, AVANEX, ALCATEL e CISCO (per la ICT), SAES-GETTER; PRIMA INDUSTRIE, DATALOGIC, Centro Ricerche FIAT, ADIGE SALA, RTM (per applica-zioni in campo manifatturiero), EL.EN., SNIA e QUANTA SYSTEMS (per applicazioni biomedi-che), ALENIA/GALILEO AVIONICA (per le applica-zioni spaziali). Infine, programmi consistenti sulla Fotonica sono presenti nel VI programma quadro della UE, mentre programmi ancora più consistenti sono in fase di proposizione per il successivo programma. Si è pertanto nella condizione, non molto frequente in Italia, in cui la situazione appare ancora competitiva ri-spetto al contesto internazionale, sia da un

punto di vista della ricerca e sviluppo che da un punto di vista industriale. Allo scopo di potenziare ulteriormente queste competenze, stabilendo le basi per una ulte-riore concentrazione delle forze e degli sforzi, e per poter continuare a competere con le na-zioni tecnologicamente più avanzate, che da tempo stanno investendo in questo settore, si propone di sviluppare in Italia una progetto sulla Fotonica. Essa ha lo scopo di chiamare a raccolta gli istituti e le strutture di ricerca, affe-renti al CNR in questo settore, su programmi ben mirati e con finalità precisamente indivi-duate. 7.3.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Risultati di rilievo in campo internazionale so-no già stati conseguiti nei seguenti settori. • Sviluppo di componenti attivi e passivi di

tipo miniaturizzato e/o in ottica guidata planare per applicazioni prevalentemente nel campo della ICT. Si cita in particolare la realizzazione di amplificatori ottici in guida planare, di diramatori senza perdite, di componenti ottici ultracompatti utiliz-zanti i cristalli fotonici e lo sviluppo di na-nostrutture a punti quantici per dispositivi fotonici. Queste attività sono state preva-lentemente sviluppate nell’ambito di un Progetto MIUR/FIRB dal titolo “Sistemi mi-niaturizzati per elettronica e fotonica”.

• Sviluppo di laser a femtosecondi (1 fs = 10-15 s) con durate record (< 5 fs) corrispon-denti a pochi cicli ottici e studi dell’intera-zione di questi impulsi a femtosecondi con materiali polimerici o di interesse biofisico.

• Sviluppo di sorgenti innovative con im-pulsi ultrabrevi a raggi X, sia molli che du-ri, prodotti dalla interazione di laser di ele-vata potenza di picco con gas o con solidi; sviluppo di metodologie e di componenti ottici innovativi per sorgenti a raggi X e dif-frattometria X, con risoluzione in energia, per lo studio di materiali innovativi (celle a

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combustibili, film sottili per rivelatori di gas inquinanti e per celle solari).

• Sviluppo di sistemi laser innovativi per la diagnostica medica, il restauro di beni cul-turali e per lo studio dell’ambiente. Si cita ad esempio la realizzazione di un sistema innovativo di mammografia ottica e la sua applicazione clinica su 200 pazienti, che rappresenta lo stato dell’arte nel settore.

Nell’ambito dei settori citati in precedenza, notevoli sviluppi si stanno realizzando in cam-po internazionale secondo le seguenti linee guida. • Per quanto riguarda i componenti attivi e

passivi in ottica guidata, l’enfasi è ora po-sta su una sempre maggiore integrazione di diverse funzioni su uno stesso chip pla-nare e su metodologie di realizzazione fles-sibili e versatili. Un campo particolarmente promettente è costituito dalla scrittura di-retta di guide ottiche in vetri o cristalli me-diante impulsi laser a femtosecondi. Semi-conduttori III-V a punti quantici risultano ora particolarmente interessanti per la re-alizzazione di laser a semiconduttore a ca-vità verticale (VCSL da Vertical Cavity Sur-face Emitting Lasers). In questo settore, in-fine, sta acquisendo importanza crescente lo studio e sviluppo di dispositivi fotonici polimerici.

• Nel campo degli impulsi ultra-brevi di luce laser, notevole enfasi viene ora posta nella generazione di impulsi di elevata potenza di picco, con durata corrispondente a qualche ciclo ottico e con lunghezza d’on-da accordabile in tutto il visibile fino al vi-cino infrarosso. Questi impulsi servono, quindi, per studiare il comportamento nonlineare della materia in condizioni e-streme di durata temporale (un campo che va sotto il nome di extreme nonlinear optics).

• Nel campo delle sorgenti coerenti a raggi X-soffici, enfasi particolare è rivolta da un lato all’aumento della efficienza di conver-sione e dall’altro alla possibilità di gene-rare impulsi a raggi X con durata tempo-rale ancora più breve di quella del laser di partenza, dell’ordine del centinaio di atto-secondi (1 as = 10-18 s). Nella regione spet-trale UV-raggi X soffici risulta anche impor-tante lo sviluppo di tecniche ottiche per la caratterizzazione e studio di materiali e per la calibrazione e sviluppo di componenti-stica ottica.

• Nel campo delle sorgenti a raggi X-duri l’enfasi è attualmente riposta sulla gene-

razione di impulsi con durata sempre più breve (sub-picosecondi) e con efficienza sempre più elevata. Nello stesso campo, ri-sulta anche importante lo sviluppo di me-todologie sperimentali e di analisi dati che permettano un migliore utilizzo dei fasci di raggi-X duri prodotti da sorgenti di radia-zione di sincrotrone

• Nel campo dello sviluppo di nuove sistemi la-ser per diagnostica medica o per il restauro di beni culturali, l’enfasi principale è at-tualmente rivolta verso la realizzazione di si-stemi con laser nel vicino infrarosso e/o a largo spettro nel visibile e/o vicino infrarosso per esperimenti di spettroscopia in vivo di tessuti, tomografia ottica per diagnosi tumo-rale e analisi funzionale del cervello, con sor-genti UV per diagnostica di fluorescenza di opere d’arte e sorgenti di potenza (UV, infra-rosso) per la pulizia delle stesse.

Nuovi campi di applicazione stanno emer-gendo rapidamente quali ad esempio quelli re-lativi alla genomica (es. molecular imaging) o alla analisi non distruttiva di prodotti ortofrut-ticoli e alimentari. Tenendo conto delle linee guida nel settore della fotonica descritte in precedenza, il pre-sente programma di ricerca si propone di se-guire e, in certi casi, anticipare queste ten-denze, secondo gli obiettivi generali descritti nel paragrafo seguente onde potenziare in Ita-lia la leadership già acquisita nel campo degli aspetti più fondamentali e onde poter rapida-mente trasferire i risultati più promettenti alle industrie del settore. 7.3.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento L’obiettivo generale del Progetto Fotonica è quello di sviluppare un programma triennale per lo studio e sviluppo di nuovi materiali, nuovi dispositivi attivi e passivi e per la realiz-zazione delle relative applicazioni, nei settori più avanzati. Il Progetto è articolato in cinque aree di intervento caratterizzate da obiettivi più specifici: • Fotonica per ICT: L’obiettivo è in questo

caso rappresentato dallo sviluppo di mate-riali e dispositivi avanzati per ottica inte-grata e comunicazioni ottiche. In partico-lare, saranno studiati e sviluppati materiali e dispositivi per ottica guidata, onde realiz-

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zare funzionalità quali laser, modulatori, filtri, diramatori, amplificatori, e ricevitori.

• Fotonica per lavorazioni industriali e beni culturali. L’obiettivo riguarda lo studio e sviluppo di laser innovativi per lavorazioni industriali e per lo studio e il restauro di beni culturali. Un altro obiettivo è costitui-to dallo sviluppo di nuove diagnostiche, non invasive, basate ad esempio su fluore-scenza, scansione 3D, olografia.

• Fotonica per biomedicina ambiente e spa-zio. L’obiettivo specifico riguarda la studio e sviluppo di laser avanzati per applica-zioni in questo settore. Un secondo obietti-vo è costituito dallo studio di tecniche otti-che di imaging sia di mezzi diffusivi, quali ad esempio tessuti umani, che di tessuti fluorescenti, quali ad esempio la cute umana.

• Fotonica degli alti campi. L’obiettivo spe-cifico consiste nello studio dell’intera-zione, con atomi o molecole, di impulsi la-ser di elevata intensità (>1014 W/cm2) e quindi con campi elettrici paragonabili o superiori a quelli tipici di un elettrone legato.

• Fotonica a Raggi-X. L’obiettivo specifico ri-guarda lo studio e sviluppo di componenti e strumentazione di misura avanzata nel dominio dei Raggi X, anche in connessione col recente Progetto italiano per lo svi-luppo di un Free-Electron Laser ad altis-sima brillanza e breve durata degli impulsi (decine di femtosecondi).

I criteri di verifica saranno basati su controlli in itinere, annuali, da parte di un comitato a prevalente carattere internazionale. Gli ele-menti di verifica riguarderanno le pubblica-zioni a carattere internazionale, i riconosci-menti internazionali dell’attività svolta (lavori su invito, contributi su invito a libri o riviste in-ternazionali, premi o altri riconoscimenti in-ternazionali), i brevetti internazionali e la loro utilizzazione da parte di aziende italiane o straniere, la partecipazione a programmi na-zionali, es. FIRB, o internazionali, ad es. quelli della Comunità Europea, la efficace intera-zione con i relativi enti regionali per stabilire programmi di ricerca nel settore, la collabora-zione con le aziende italiane o straniere nel settore, la eventuale creazione di spin-off sulla base dei risultati delle ricerche etc. Appare an-che importante che la valutazione sia realiz-

zata in riunioni collegiali e mediante visite lo-cali, onde poter stimolare e potenziare i pro-getti più promettenti. 7.3.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie Il Progetto si avvarrà delle competenze dispo-nibili nel settore da parte dei seguenti Istituti CNR: (1) Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN), Roma (Sezioni di Milano e Trento e Sede centrale di Roma). (2) Istituto dei Materiali per l’Elettronica e il Magnetismo (IMEM), Parma (Sede centrale di Parma). (3) Istituto di Fisica Applicata (IFAC), Firenze. (4) Istituto per i Pro-cessi Chimico-Fisici (IPCF), Pisa. (5) Istituto di Struttura della Materia, Roma. Si avvarrà inol-tre delle competenze disponibili nelle seguenti strutture dell’INFM: (1) Laboratorio Nazionale TASC, Trieste. (2) Laboratorio Regionale LU-XOR, Padova. (3) Centro Ricerca e Sviluppo ULTRAS, Milano. (4) Laboratorio Regionale LIT3, Bari. (5) Centro di Ricerca e Sviluppo, COHERENTIA, Napoli. In termini di risorse umane, il Progetto può at-tualmente contare sulla collaborazione di circa 900 mesi/uomo per anno, ripartite su 11 commesse (6 per il CNR e 5 per la partecipa-zione INFM). La tabella 7e riporta le risorse fi-nanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. In termini di risorse strumentali, un calcolo indicativo e sicuramente in difetto si può effet-tuare tenendo conto che si tratta di 10 struttu-re di ricerca con tradizione ben consolidata e che operano in un settore, quale quello della fotonica, che richiede una notevole dotazione strumentale. Si può pertanto valutare che la corrispondente dotazione strumentale, come somma delle attrezzature accumulate negli ul-timi 10 anni e tuttora in uso, sia dell’ordine di 20 M€. In generale, la dotazione strumentale riguarda apparati di crescita dei materiali di interesse per la Fotonica, strumentazione di diagnostica dei materiali cresciuti, apparati per la realizzazione dei corrispondenti disposi-tivi, sorgenti laser di varia natura e caratteristi-che, strumentazione di diagnostica dei disposi-tivi fotonici, strumentazione per lo studio dei fenomeni di interazione radiazione-materia

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Tabella7e- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 14,51 3,55 0,46 14,97 2006 14,18 0,95 0,46 14,65 2007 13,79 1,02 0,46 14,25

7.3.5 Competenze interne utilizzate Verranno utilizzate le notevoli competenze esi-stenti nei 5 Istituti CNR e nelle 5 strutture di ri-cerca INFM (1 Laboratorio Nazionale, 2 Centri di Ricerca e Sviluppo, e 2 Laboratori Regio-nali), citate in precedenza. 7.3.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Sono previste qualificate collaborazioni con noti laboratori internazionale quali 3 Istituti Max Planck, 3 Laboratori del CNRS Francese, il laboratorio PTB di Berlino e il Lund Laser Center in Svezia. Per gli sviluppi più applica-tivi del Progetto, sono previste collaborazioni con le più qualificate aziende italiane del set-tore (Pirelli, ST Microelectronics, Alcatel, Ale-nia Spazio, El. En., Prima Industrie, etc.) 7.3.7 Tempi previsti Il Progetto ha una durata triennale con precisi milestones stabiliti con cadenza annuale. A valle della sua realizzazione e per gli sviluppi più interessanti che ne deriveranno, è preve-

dibile l’attivazione di successivi progetti di ri-cerca, più mirati. 7.3.8 Condizioni di fattibilità Appare opportuno notare che si tratta di un settore in notevole evoluzione in campo inter-nazionale e in cui numerose aziende italiane hanno investito notevoli risorse. E’pertanto essenziale che il Progetto sia avviato al più presto possibile, creando anche un assetto isti-tuzionale che favorisca il suo sviluppo. Ciò ri-sulta particolarmente importante per il poten-ziamento dei collegamenti già istituiti con le ci-tate aziende e per una più efficace interazione al livello regionale. A tale riguardo giova anche osservare che la dislocazione regionale delle strutture di ricerca copre praticamente tutte regioni che hanno espresso interesse o hanno concretamente già avviato progetti regionali nel settore. Un’altra condizione di fattibilità fortemente auspicata riguarda la possibilità di poter disporre di finanziamenti aggiuntivi che consentirebbro, infatti, di potenziare e concen-trare le attività di ricerca secondo le linee valu-tate più strategiche.

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7.4 P4. Materiali magnetici funzionali




I materiali magnetici e la loro integrazione in dispositivi costituiscono una delle linee di maggiore impegno in ricerca e sviluppo nei paesi tecnologicamente più avanzati. Le nuove proprietà magnetiche esibite da strutture ma-gnetiche mesoscopiche (nanoparticelle, film ultrasottili, multistrati, fili, nanotubi), da strut-ture magnetiche organizzate (nanoarray ma-gnetici, nanoparticelle magnetiche “self as-sembled”) e dalle strutture ibride magne-te/semiconduttore (semiconduttori magnetici, giunzioni tunnel magnetiche) stanno attual-mente rivoluzionando la tecnologia delle me-morie e dei sensori magnetici. In particolare, l’enorme sviluppo della spintronica (effetti di magnetoresistenza gigante, magnetoresistenza colossale, magnetoresistenza ballistica, “spin injection”…) sta rapidamente producendo un notevole impatto tecnologico e di mercato. I-noltre, la stretta relazione, messa in evidenza nell’ultimo decennio, tra la teoria dell’infor-mazione quantistica ed il magnetismo di si-stemi spazialmente confinati, sta rivelando prospettive affascinanti nell’information sto-rage e nella dispositivistica. Notevole interesse tecnologico è suscitato an-che dalla possibilità di nuove applicazioni dei materiali magnetici massivi, ad esempio nei magneti permanenti stabili ad elevate tem-perature e nella progettazione di microdisposi-tivi, quali micropompe, motori miniaturizzati, e di memorie ibride magnete/semiconduttore. Altre interessanti applicazioni riguardano la refrigerazione magnetica, grazie alla scoperta di un effetto magnetocalorico gigante in rela-zione a transizioni magneto-strutturali del primo ordine. Lo sviluppo di strategie per l’ulteriore minia-turizzazione di elementi funzionali richiede oggi una ingegnerizzazione delle proprietà magnetiche imprescindibile dal controllo e dalla manipolazione del comportamento ma-

gnetico delle singole nanoparticelle e piccoli aggregati atomici. Risulta, quindi, indispen-sabile un avanzamento nella comprensione delle proprietà fondamentali di tali sistemi, le quali sono controllate da effetti di bassa di-mensionalità, di dimensione finita e di confi-namento quantico. In tali termini si inqua-drano gli obiettivi generali del presente Proget-to. La comunità scientifica nazionale ha svi-luppato in questo settore consolidate com-petenze interdisciplinari a livelli di eccellenza scientifica. In particolare, le commesse affe-renti al Progetto rappresentano un insieme or-ganico in grado di fornire un contributo signi-ficativo nel settore specifico, mettendo a dispo-sizione competenze e strumentazioni negli studi teorici, nelle metodologie di crescita e micro-nanofabbricazione dei materiali e nelle tecniche diagnostiche avanzate per lo studio delle proprietà morfologico-strutturali e ma-gnetiche. 7.4.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi

emersi e conseguenti aggiornamenti. In molti casi l’attività è già iniziata all’interno di progetti Europei e Progetti nazionali FIRB e FIRS ai quali afferiscono i gruppi di ricerca delle commesse. Essa ha riguardato princi-palmente la definizione delle condizioni di crescita, micro e nanofabbricazione, idonee al controllo delle caratteristiche morfologico-strutturali e delle proprietà magnetiche dei materiali. Rispetto ai progetti conclusi, a quel-li in corso e in riferimento allo scenario inter-nazionale, gli obiettivi del Progetto rimango-no validi, rimanendo di attualità la necessità di individuare le condizioni ottimali per mas-simizzare le prestazioni dei materiali funzio-nali. Inoltre in alcuni casi s’intende investi-gare interazioni del tutto innovative tra pro-prietà magnetiche, elastiche e di trasporto, mentre in altri non è stato ancora individuato il materiale ideale per applicazioni di massa.


Il Progetto è articolato in due macrolinee te-matiche, con obiettivi specifici, le quali indi-viduano due diverse classi di materiali in re-lazione alle loro rispettive problematiche scientifiche e tipologie di applicazione tecno-logica: Sistemi Magnetici Nanostrutturati ed a Bassa Dimensionalità; Materiali magnetici funzionali Sistemi Magnetici Nanostrutturati ed a Bassa Di-mensionalità. Per questi sistemi l’obiettivo generale è la comprensione degli effetti di superficie ed in-terfaccia, di dimensione finita e confinamento quantico sul comportamento magnetico di cluster, catene atomiche, nanoparticelle, na-nodot, nanotubi, film e multilayer, ai fini dell’ingegnerizzazione di materiali per dispo-sitivi. In dettaglio gli obiettivi specifici sono descritti di seguito. • Comprensione dei meccanismi che gover-

nano l’anisotropia e le fluttuazioni spin in nanosistemi. L’anisotropia magnetica de-termina l’orientazione e la stabilità della magnetizzazzione ed è quindi un parame-tro cruciale per la maggior parte delle ap-plicazioni tecnologiche di materiali ma-gnetici. In particolare, la tendenza verso l’ulteriore miniaturizzazione delle memo-rie magnetiche richiede elementi magne-tici nanostruttuati di elevatissima aniso-tropia per il superamento del cosiddetto limite superparamagnetico. La possibilità di modificare l’anisotropia magnetica na-nocristallina intervenendo sui momenti orbitali di nanostrutture (cioè variandone la forma, la composizione e le dimensione) è di grande interesse sia fondamentale che applicativo. Nei sistemi nanostrutturati e nanocompositi giocano inoltre un ruolo molto importante anisotropie di superficie ed interfaccia (exchange anisotropy), quest’ultima responsabile del fenomeno dell’exchange bias in sistemi ferromagne-te/antiferromagnete, che è alla base del funzionamento di sistemi spin-valve impie-gati nella nuova generazione di sensori magnetici, dispositivi magnetoelettronici e testine di lettura magnetoresistive. Lo scambio ferromagnetico all’interfaccia de-termina anche la fenomenologia exchange

spring, che caratterizza una nuova archi-tettura di magneti permanenti. In parti-colare si prevede: − lo studio, mediante metodi di dicroi-

smo ed assorbimento con raggi x-sof-fici, della anisotropia di clusters me-tallici e catene (Mn, Fe, Co, Ni), in fun-zione delle dimensioni e geometria delle nanostrutture, su substrati me-tallici (p.e. Cu, Pd, Pt); la determina-zione, usando misure di magnetizza-zione e spettroscopie di assorbimento, dicroismo e fotoemissione, della rela-zione tra orientazione dei momenti al-le interfacce, le interazioni di scambio e gli effetti di exchange bias tra clu-sters, nanoparticelle, film ferroma-gnetici (Fe,Co, Ni) o ferrimagnetici (Fe3O4, NiFe2O4) e film e matrici poli-cristalline antiferromagnetiche (Cr, Mn, CoO, NiO) o magneticamente di-sordinate (struttura magnetica tipo ve-tro di spin).

− lo studio teorico di sistemi di spin ca-ratterizzati da una bassa dimensiona-lità (spaziale e/o delle interazioni ma-gnetiche) e analisi di dati sperimentali sul comportamento magnetico di ma-teriali nanostrutturati. In particolare: studio di fluttuazioni di spin in cluster molecolari e confronto con risultati di misure di spettroscopia Moessbauer; analisi teorica, mediante proprietà di entanglement, dello stato fondamen-tale di catene di spin quantistiche in presenza di campo magnetico esterno; studio teorico degli effetti quantistici sulle proprietà statistiche di sistemi di spin su reticolo bidimensionale in presenza di anisotropia e campo e-sterno; studio teorico dell’or-dinamento a lungo raggio di dot ma-gnetici ed effetto delle interazioni in-terdot sui processi di rilassamento.

• Micro e nanofabbricazione con litografia FIB e ion milling di matrici di particelle magnetiche (permalloy, Co su Si) e sistemi mesoscopici organizzati (dimensioni infe-riori a 20 nm). Studio morfologico e mi-crostrutturale di superfici ed interfacce su sistemi patterned mediante fotoemissione X e STM in situ, microscopia PEEM e scattering X risonante, indagini spettro-scopiche e magnetometriche (proprietà

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statiche e dinamica della magnetizzazio-ne).

• Riempimento di nanotubi di carbonio (CNTs) con materiali magnetici (ossidi), fi-nalizzato alla manipolazione e all’orien-tamento dei CNTs per impieghi in punte per spettrometri a forza magnetica. (ISM-M)

• Produzione mediante deposizione con im-pulsi laser al femtosecondo(fPLD) di film granulari a due o più componenti (Ag Fe, Au Fe, CuCo, Si Ni …), non alligati, per di-spositivi magnetoresistivi e per sistemi cantilever con strati attivi magnetostrittivi ad alta prestazione (terfenol+ Ni…).

Materiali Magnetici Funzionali Obiettivo generale è l’ottimizzazione delle prestazioni di materiali magnetici funzionali per applicazioni nei seguenti settori tecnolo-gici: registrazione magnetica ad alta densità, magneti permanenti, sensoristica magnetica, dispositivistica ibrida magnetoelettronica e refrigrerazione magnetica. Il perseguimento dell’obiettivo richiederà il controllo delle condizioni di fabbricazione dei materiali e la comprensione dei meccanismi attivi nelle specifiche funzioni. In dettaglio gli obiettivi specifici sono: • Preparazione e studio morfologico-micro-

strutturale di film sottili, multistrati e na-noparticelle ad alta anisotropia per appli-cazioni come spring magnets e mezzi di registrazione ad alta densità. Studio dei meccanismi che governano i processsi di magnetizzazione e della loro correlazione con le caratteristiche morfologiche-micro-strutturali.

• Preparazione, studio morfologico-struttu-rale e degli effetti magnetoelastici in ma-teriali nanocompositi. per sensori ed at-tuatori. Sviluppo di dispositivi per sensori ed attuatori.

• Preparazione, studio morfologico-struttu-rale e delle proprietà elettroniche e ma-gnetiche di film e multistrati di semicon-duttori magnetici diluiti (Dilute Magnetic Semiconductors, DMS), depositati me-diante epitassia molecolare incorporando impurezze magnetiche nei semiconduttori III-V e IV, di rilevanza per lo sviluppo di elementi funzionali in dispositivi magne-toelettronici.

• Preparazione di leghe metalliche per refri-gerazione magnetica e per magneti ad alte

temperature, studio morfologico-micro-strutturale, delle proprietà magnetotermi-che e magnetoelastiche e delle loro corre-lazioni con transizioni magnetostrutturali.

• Sintesi, studio morfologico microstruttu-rale di ossidi magnetici magnetoresistivi (manganiti) e con coesistenza di supercon-duttività e magnetismo (rutenocuprati) per dispositivi magnetoelettronici.

Criteri di verifica I criteri di verifica dei risultati conseguiti sa-ranno: a) l’ottenimento delle prestazioni desi-derate; b) la consistenza tra modellistica e ri-sultati sperimentali, a conferma della com-prensione dei meccanismi fondamentali alla base dei fenomeni osservati (magnetotraspor-to, magnetostrizione….); c) lo sviluppo di sen-sori in forma prototipale (con eventuali brevetti). Le pubblicazioni prodotte rappresenteranno un ulteriore criterio di verifica, a testimonianza della qualità dei risultati ottenuti. 7.4.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie. L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari 640 per il 2005, 680 per il 2006 e 730 per il 2007. I valori economici del Progetto sono elencati nella seguente tabella 7f. Le risorse strumentali principali consistono nelle attrezzature per la modellistica teorica, preparazione dei materiali (crescita di film e sintesi di nanopolveri mediante diverse tecni-che, fisiche e chimiche), spettroscopie in situ, micro e nanofabbricazione con tecniche lito-grafiche, caratterizzazione morfologico-strut-turale, magnetica e di trasporto con tecniche diagnostiche avanzate, utilizzando sorgenti di luce di sincrotrone. La tabella 7f riporta le ri-sorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. Sono già in atto i seguenti progetti per il trien-nio 2005-2007: Progetto Europeo: Self-organi-zed complex-spin magnetic nanostructures (2005-2007); Progetto Europeo: Self assem-bled nanoparticles and nanopatterned arrays for high density magnetorecording (2002-2005); Progetto Europeo: Chiral Dichroism in the Transmission Electron Microscope (2004- 2007); Progetto Europeo: Nanoscale chemical

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Tabella7f- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 8,19 0,99 0,34 8,53 2006 8,01 0,27 0,34 8,35 2007 7,79 0,29 0,34 8,13

mapping and surface structural modification by joined use of X-ray microbeams and tip as-sisted local detection (2004-2007); Progetto Europeo: Integrated Infrastructure Initiative for Neutron Scattering and Muon Spectro-scopy (2004-2007); Progetto FIRB: Microsistemi basati su materiali magnetici innovativi strut-turati su scala nanoscopica (2003-2006); Pro-getto FIRB: Nanoorganizzazione di molecole ibride organiche/inorganiche con proprietà magnetiche e ottiche (2003-2006); Progetto FIRB: Nanotecnologie e nanodispositivi optoe-lettronici, elettronici e spintronici (2003-2006); Progetto FIRB: Microstrutture e nanostrutture a base di carbonio (2003-2005); Progetto FIRB: “GEFR GBOR (2003-2005); Progetto FIRS: nanotecnologie per dispositivi di memoria ad altissima densità (2004-2005); Progetto FIRS: sviluppo di tecnologie e model-lizzazione di processi per la sintesi di nanofasi e materiali nanostrutturati (2004-2005)

7.4.5 Competenze interne utilizzate. I gruppi di ricerca che partecipano al Progetto esprimono un considerevole patrimonio di competenze complementari nella modellistica teorica, nella preparazione dei materiali, nella nanofabbricazione, nella caratterizzazione morfologico.-strutturale e nelle indagini spet-troscopiche e magnetiche con tecniche dia-gnostiche avanzate.

7.4.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Esistono collaborazioni consolidate con unità CNR ed INFM afferenti ad altri Progetti del Di-partimento ed ad altri Dipartimenti, con altre strutture nazionali di ricerca, quali INFM, il Consorzio INSTM, l’Istituto Elettrotecnico Na-zionale Galileo Ferraris, l’ENEA, e con molte Università e centri di ricerca europei ed extra-europei. Sono in corso anche collaborazioni con partner industriali italiani (tra cui ST Mi-croelectronics, STRAGO, BOVIAR) e stranieri, nell’ambito di progetti europei.

7.4.7 Tempi previsti Nel 2005 è previsto il completamento della messa a punto dei processi di fabbricazione dei materiali e l’ottenimento delle condizioni ottimali per la loro realizzazione. Ciò si avvarrà del feedback fornito dalla caratterizzazione morfologico-strutturale e magnetica dei mate-riali prodotti; nel 2006 si raggiungerà l’obiettivo dello sviluppo e produzione di ma-teriali nelle condizioni ottimali precedente-mente individuate e l’approfondimento dello studio della loro microstruttura e dei processi fondamentali di magnetizzazione. Nel 2007 si arriverà alla formulazione di modelli teorico-fenomenologici sulla base della comprensione dei meccanismi che regolano i processi alla base delle prestazioni desiderate (alto campo coercitivo, alto prodotto massimo di energia, elevati effetti magnetoresistivi e magnetoela-stici etc, a seconda del tipo di materiale) e, per alcuni materiali (compositi elastomagnetici e elastoresisitivi), lo sviluppo di prototipi di sen-sori. Inoltre, nell’arco di tutto il triennio si procederà allo sviluppo di tecniche di indagine avanzate (es. magnetometria risolta in spin e in tempo, misure dinamiche di fenomeni magne-tici, microscopia TEM-chirale). Si prevede che le metodologie di manipolazione di materiali su scala atomica potranno essere applicate nella ingegnerizzazione di materiali funzio-nali. 7.4.8 Condizioni di fattibilità La fattibilità del Progetto, almeno nelle sue li-nee principali, è garantita dalla massa critica, dalle competenze e dalle strumentazioni com-plementari presenti nelle commesse. Inoltre i programmi proposti riguardano settori di atti-vità nei quali i gruppi di ricerca delle commes-se hanno una consolidata esperienza. Tecni-camente non esistono punti a criticità partico-larmente elevata. Vista la grande competizione

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internazionale nel settore, risulta, invece, criti-co poter disporre, nell’arco del triennio, di nuova strumentazione. Parallelamente si ren-de necessario l’inserimento di forze giovani. Dovendo tener conto di realistiche condizioni al contorno in termini finanziari, un incremen-to di dotazione pari al 30% l’anno consenti-rebbe l’acquisizione di alcune apparecchiatu-re particolarmente rilevanti per lo sviluppo del Progetto. Inoltre l’acquisizione di due unità di personale per ogni Commessa fornirebbe un

importante contributo al raggiungimento di obiettivi competitivi nell’ambito del Progetto. È previsto il reperimento di ulteriori risorse per lo sviluppo del Progetto attraverso la par-tecipazione a Progetti Europei, Nazionali (FIRB) e Regionali, nell’ambito degli accordi quadro che il CNR sta stabilendo con diverse Istituzioni e realtà produttive esistenti sul terri-torio, ed attraverso collaborazioni con partner industriali.

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7.5 P5. Nuovi materiali, processi e architetture per la microelettronica




Il livello di miniaturizzazione nella microelet-tronica è normalmente commisurato a quello dei circuiti del tipo complementary metal oxi-de semiconductor (CMOS). Da oltre 40 anni ormai lo scaling dei CMOS procede seguendo la ben nota legge di Moore, secondo cui la mi-nima dimensione lineare caratteristica (nodo tecnologico) del dispositivo elementare, si ri-duce di un fattore circa 0.7 nel passaggio da una generazione alla successiva. Per la sua versatilità e per il gran numero di possibili ap-plicazioni, la tecnologia CMOS sarà ancora per molti anni (fino almeno al 2016) il punto di ri-ferimento piú importante per lo sviluppo della microelettronica. Attualmente ci troviamo al nodo tecnologico 90 nm e, secondo quanto de-finito dalla Intel (azienda leader mondiale nei semiconduttori) e ripreso recentemente nel documento di programmazione “Vision 2020 – nanoelectronics at the centre of change”, e-laborato dalla Commissione Europea, il ter-mine nanoelettronica, piuttosto che microelet-tronica, è sin da adesso il piú consono per de-scrivere il livello di miniaturizzazione rag-giunto. Fino a pochi anni fa l’approccio all’evolu-zione era nella maggior parte dei casi di tipo incrementale, caratterizzato cioè dall’introdu-zione di pochi, isolati e ben definiti elementi di innovazione nella scelta dei materiali, dei di-spositivi, e delle architetture. Oggi, raggiun-gendo la scala nanometrica, alcuni meccani-smi classici di funzionamento dei dispositivi entrano in crisi aprendo la strada a modifiche molto piú radicali che dovranno tenere sempre piú in considerazione effetti legati alla fisica quantistica. Innovazioni di grossa portata sono già previste a partire dal 2008: source/drain elevati me-diante epitassia selettiva, dielettrici high-k, ul-tra-thin body silicon on insulator (SOI) metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET), metal gate con funzioni lavoro a mi-dgap, strained silicon, nickel silicide, ecc. Oltre

il nodo 20 nm (ma secondo autorevoli fonti forse anche ben prima), le strutture planari sa-ranno incapaci di consentire ulteriore scaling, e sarà fondamentale introdurre strutture CMOS non classiche, ed in particolare le strutture a gate multiplo (doppio o triplo). Tra queste la più promettente sembra essere la struttura FinFET (fin-like field effect transistor). Sarà an-che necessario lavorare nel regime dei transi-stor quasi-balistici, dove la velocità dei porta-tori è superiore alla velocità di saturazione. In tutto questo contesto è di fondamentale im-portanza raggiungere una comprensione ac-curata delle fluttuazioni su scala atomica e sull’impatto degli effetti di quantum size nel trasporto elettronico, identificando nuove strutture per dispositivi logici o di memoria, e nuovi schemi per le interconnessioni (ottiche o RF) allo scopo di raggiungere gli obiettivi di ve-locità e riduzione delle dissipazioni nelle tra-smissione delle informazioni. Nel campo dell’elettronica di potenza e della radio frequenza (RF) il miglioramento delle prestazioni dei dispositivi potrà essere ottenuto attraverso lo sviluppo di nuove tecnologie ba-sate su semiconduttori a larga banda proibita. Fra questi il carburo di silicio (SiC) riscuote un notevole interesse grazie alla disponibilità commerciale di substrati cristallini, alla possi-bilità di usare l’ossido di silicio come dielet-trico, ed alla capacità di crescere strati epitas-siali drogati mediante deposizione chimica da fase vapore. L’evoluzione dei sistemi di trasmissione civile e militare sta guidando una rapida evoluzione dei dispositivi che operano nel regime delle i-perfrequenze, con la necessità di sviluppare le tecnologie associate ad altri semiconduttori, come per esempio il GaN, che garantiscono frequenze piú alte di funzionamento e ampiez-ze di banda maggiori. A livello nazionale le strutture coinvolte nel Progetto sono caratterizzate da forti legami con l’Industria Microelettronica. Proprio la collaborazione instaurata con l’industria permetterà a queste strutture di sviluppare le proprie idee anche attraverso l’utilizzo di faci-lities estremamente sofisticate e costose pre-

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senti nelle linee di produzione e R&D indu-striali. Queste strutture vantano, altresì, una notevole e consolidata visibilità internazionale. In ambito europeo, per esempio, alcune di es-se coordinano diversi progetti europei (del V e del VI Programma Quadro) che vedono la par-tecipazione di importanti laboratori di ricerca pubblici e privati (LETI-CEA, IMEC, AMD, ecc.). 7.5.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti All’interno delle strutture coinvolte sono state assegnate specifiche commesse di ricerca la cui attività contribuirà al conseguimento di piú obiettivi programmatici. Ecco una breve sinte-si di alcuni dei piú significativi risultati già conseguiti. • Sviluppo di processi avanzati per tecnolo-

gie microelettroniche ultrascalate. È in corso lo studio di giunzioni ultra sotti-li, ottenute con spike annealing o laser ad eccimeri, in Si e silicon on insulator (SOI), e dell’integrazione del NiSi con tali giunzio-ni. I risultati sono estremamente promet-tenti in termini di integrazione e compati-bilità di processo con la tecnologia CMOS.

• Materiali, processi, e tecniche analitiche per la realizzazione di dispositivi innovativi con funzionalità logiche o di memoria non volatile integrabili su silicio. Sono state ottenute valutazioni dettagliate dei processi di deposizione di ossidi inno-vativi ad alta costante dielettrica. Risultati promettenti riguardano la sintesi di nano-cristalli immersi in ossidi e la caratterizza-zione di materiali calcogenuri a cambia-mento di fase per applicazioni nel campo delle memorie.

• Controllo su scala atomica dei materiali per dispositivi innovativi elettronici e foto-nici basati su silicio. I risultati già ottenuti contribuiscono alla comprensione a livello atomico dei mec-canismi che governano l’attivazione elet-trica e la diffusione atomica in silicio for-temente drogato. Sono stati, in particolare, messi a punto dei processi per ottenere giunzioni ultra-sottili in silicio.

• Dispositivi di frequenza ed iperfrequenza ad alte prestazioni Sono stati conseguiti i primi risultati ri-guardanti la crescita omoepitassiale di SiC su politipo 4H. Alcuni passi di processo su SiC sono ad un buon livello di maturazione

e alcuni dispositivi sono già stati realizzati (diodi Schottky).

• Dispositivi ad effetto di campo per elettro-nica di larga area ed iperfrequenza. Sono stati conseguiti risultati utili per la realizzazione di dispositivi TFT a silicio po-licristallino, dispositivi con materiali orga-nici ad alta mobilità e TFT a silicio amorfo per il controllo di sensori ottici.

• Sviluppo di modelli fisici, simulazione, e tecniche avanzate di caratterizzazione per la microelettronica Sono stati ottenuti risultati significativi sul-la distribuzione spaziale, configurazione e proprietà elettriche di droganti, complessi di droganti e difetti intrinseci in Si, combi-nando tra loro molteplici tecniche di carat-terizzazione e sviluppando adeguati mo-delli interpretativi.

• Sviluppo, caratterizzazione strutturale e modelling di strutture avanzate per l’elet-tronica. Sono state consolidate adeguate metodo-logie per la determinazione dello strain re-siduo in strati di silicio impiantato. Sono stati valutati processi per la crescita di SiC su Si e si stanno investigando opportuni protocolli di aging da fascio elettronico per HEMT.

In aggiunta alle attività condotte nell’ambito delle commesse, viene sin d’ora considerata di interesse per il Progetto la seguente attività, configurata attualmente come ricerca sponta-nea a tema libero: • Trasporto in nuove strutture per CMOS

In quest’ambito sono stati acquisiti risul-tati sul trasporto di carica, invecchiamento e breakdown dielettrico in ossidi di gate.



Obiettivo generale del Progetto è quello di ac-crescere la competitività del Paese nel campo della microelettronica attraverso la ricerca di nuovi materiali e lo sviluppo di nuovi processi per superare con successo i nodi tecnologici indicati dalla International Technology Ro-admap for Semiconductors (ITRS), assicurando rispetto a questa un vantaggio di almeno tre anni, corrispondente all’intervallo di tempo tra un nodo e il successivo. Nello sviluppo del Progetto verrà coinvolta sia la componente Pubblica che quella Privata, finalizzando le at-tività verso obiettivi specifici comuni che con-

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sistono nello sviluppo delle tecnologie abili-tanti per: • Materiali e processi per la miniaturizza-

zione della tecnologia CMOS. L’obiettivo è quello di integrare materiali e processi innovativi nelle strutture classi-che della tecnologia CMOS.

• Architetture nanoelettroniche per l’inte-grazione spinta dei dispositivi L’obiettivo è quello di proporre soluzioni e strutture non classiche per affrontare effi-cacemente il nodo tecnologico che metterà in crisi l’attuale tecnologia CMOS.

• Optoelettronica integrata in silicio L’elevato livello di integrazione renderà critico il problema associato al ritardo nel-la propagazione del segnale nelle classiche interconnessioni metalliche. L’obiettivo principale, in questo caso, è lo sviluppo di materiali e di processi per l’integrazione di funzioni optoelettroniche in silicio.

• Dispositivi di potenza ed iperfrequenza ad altissime prestazioni Le prestazioni dei dispositivi di potenza saranno migliorate attraverso lo sviluppo di nuove tecnologie basate su carburo di silicio (SiC).

Attraverso la collaborazione con l’industria microelettronica saranno individuati opportu-ni veicoli di prova per tutte le tecnologie che si intendono sviluppare. Lo stadio di avanza-mento dell’attività e l’accostamento a tutti gli obiettivi proposti saranno verificati in itinere valutando quantitativamente le caratteristiche elettriche di detti veicoli di prova in relazione alle specifiche attese per il superamento dei prossimi nodi tecnologici segnalati nella ITRS. 7.5.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 800 per il 2005, 840 per il 2006 e 880 per 2007. Le risorse strumentali consistono in apparecchiature avanzate di processo e di caratterizzazione. Per la caratte-rizzazione sono disponibili microscopi elettro-

nici (in trasmissioni e a scansione) e a forza a-tomica, diversi apparati per analisi con raggi X e con fasci ionici, laboratori per misure elettri-che equipaggiati con tools per misure su fette anche da 12 pollici, laboratori per la caratte-rizzazione ottica di materiali e dispositivi elet-troluminescenti, ecc. Per lo sviluppo di proces-si sono disponibili complessi apparati di depo-sizione (ALD, MBE, sistemi di sputtering UHV, reattori LPCVD, PECVD, ecc.), di litografia (ottica ed elettronica), apparati per laser processing, apparati per reactive ion etching, sistemi per trattamenti termici ultra-rapidi (spike-annealing), ecc. La strumentazione di processo è, nella maggior parte dei casi, allocata in ca-mere pulite anche in Classe 10 (ISO 4, class 10 US FED std 209 E). È significativo sottolineare che i gruppi coinvolti nel Progetto hanno ope-rato, negli utimi cinque anni, investimenti in nuova strumentazione per un ammontare com-plessivo di poco superiore ai 10 milioni di Euro. La tabella 7g riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 7.5.5 Competenze interne utilizzate

I gruppi di ricerca coinvolti nello sviluppo del Progetto vantano un’esperienza notevole nel campo dei materiali, dei processi e dispositivi basati su silicio. Sul piano scienti-fico/tecnologico le competenze si sono svilup-pate in un contesto altamente competitivo e sperimentale, anche grazie all’interazione di-retta con l’industria microelettronica. Grazie a questa interazione si è sviluppato un linguag-gio comune con l’industria, che permette lo scambio di competenze pluridisciplinari e il trasferimento di idee innovative in concreti a-vanzamenti scientifici e tecnologici di diretto interesse applicativo. Nello specifico i gruppi coinvolti vantano: a) una profonda conoscenza delle problematiche relative all’integrazione spinta dei dispositivi elettronici; b) una notevole capacità di prototi-pazione; c) competenze nel campo dei mecca-nismi di conduzione nei dispositivi elettronici;

Tabella7g- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 11,20 2,65 1,09 12,29 2006 10,95 0,71 1,09 12,04 2007 10,65 0,76 1,09 11,73

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d) competenze nel campo della caratterizza-zione elettriche di dielettrici ultra-sottili; e) competenze nel campo dell’impiantazione io-nica, della diffusione dei droganti, dell’atti-vazione elettrica e della loro interazione con difetti ed impurezze; f) competenze nel campo della crescita di materiali mediante le più sva-riate tecniche di deposizione, e della sintesi di nanostrutture; g) competenze nel campo dello sviluppo di metodologie innovative di caratte-rizzazione di materiali e dispositivi mediante microscopia elettronica in trasmissione, mi-croscopia a sonda, a raggi X, a fascio ionico, SIMS, misure ottiche, misure elettriche; h) competenze nello sviluppo di strumentazione e di software di analisi; i) competenze nel settore dell’optoelettronica basata su silicio; l) compe-tenze nel campo dei processi chimici legati alla tecnologia del silicio.

7.5.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Le collaborazioni con la componente indu-striale sono molto strette e consolidate: a livello nazionale con STMicroelcetronics e Alenia Marconi Systems, a livello Internazionale con IBM (NY), Freescale Semiconductors (TX), Lu-cent Technology (NJ), Infineon Technolgies (D), AMD (D), Philips (NL), Microlas/Lambda Physik (D), Applied Materials (CA), solo per citare le piú importanti. Con STM esiste una forte e con-solidata collaborazione nell’ambito della qua-le è possibile utilizzare facilities industriali a-vanzate per lo sviluppo di processi innovativi nella fase prossima all’industrializzazione. I gruppi coinvolti nel Progetto sono inseriti, spesso con funzioni di coordinamento, in nu-

merosi programmi di ricerca Europei nell’ambito dei quali sono attive collaborazio-ni con LETI-CEA, con IMEC, con Istituti Max-Plank e strutture del CNRS Francese, e con molte altre Università Nazionali ed Europee.

7.5.7 Tempi previsti Partendo dai risultati già conseguiti e dalle competenze esistenti si ritiene che nell’arco di un triennio sia possibile raggiungere l’obiet-tivo generale del Progetto che, si ribadisce, consiste nell’assicurare, per tutte le tecnologie proposte, rispetto alla ITRS roadmap, un van-taggio di almeno tre anni. 7.5.8 Condizioni di fattibilità Le ricerche programmate sono fondate su competenze e infrastrutture solidamente af-fermate in un contesto internazionale. Poten-zialmente, dunque, esistono i presupposti per il raggiungimento di tutti gli obiettivi pro-grammatici. Va sottolineato, tuttavia, che oc-correrà mantenere un adeguato livello di risor-se finanziarie, attualmente reperite in parte da finanziamenti esterni, per garantire continuità all’attività di ricerca. Infatti l’alto livello tecno-logico, oltre che scientifico, di quest’ultima ri-chiede l’utilizzo di strumentazione estrema-mente complessa con costi di una certa rile-vanza. Infine, il programma proposto richiede uno sforzo anche in termini di incremento del-le risorse umane, quantificabile in circa il 10% per anno.

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7.6 P6. Nanoscienze e nanotecnologie



7.6.1 Cenni allo scenario nazionale ed intenazionale e motivazione della presenza del CNR

Nanoscienza e nanotecnologia sono univer-salmente accettate come le discipline abilitanti per la prossima “rivoluzione industriale” che dovrà portare la produzione a nuovi livelli di precisione e funzionalità con una parallela drastica riduzione dei costi in diversissimi set-tori industriali. L’attenzione a livello interna-zionale per le ricerche in questi campi è con-seguentemente massima. Ad esempio, il VI Programma Quadro dell’Unione Europea ed ancora più il VII pongono il fuoco degli inter-venti essenzialmente sulle tematiche oggetto di questo Progetto. La particolare strategicità di questo settore deriva dalla diffusa percezione che Europa, e Italia in particolare, entrano in questo campo per tempo e sono attualmente perfino in vantaggio rispetto agli USA e agli altri principali Paesi sviluppati. Un’attenta presen-za nella ricerca, nello sviluppo, nella protezio-ne delle conoscenze acquisite potrà perciò por-tare anche l’Italia a riconquistare un ruolo di piena competitività e perfino di leadership in settori dell’economia ad elevata tecnologia. A livello nazionale il Piano Nazionale della Ri-cerca recepisce questo scenario con azioni già in parte avviate all’interno delle chiamate FIRB e che vedono la partecipazione e la leadership dei gruppi afferenti al Dipartimento e destina-tari delle commesse del Progetto Nanoscienza. Un’azione particolarmente intensa è stata svolta negli ultimi anni da parte dell’Istituto Nazionale per la Fisica della Materia che con-tribuisce quindi in maniera maggioritaria al presente Progetto. Altre realtà sono però attive nel settore o in settori molto vicini. Tra queste va menzionato il nascente Istituto Italiano di Tecnologia, ma soprattutto numerose imprese che in base alle stesse considerazioni generali delineate sopra cercano un raccordo con gruppi di ricerca avanzata del settore per poter cogliere da subito le opportunità industriali of-ferte dalla nanotecnologia. La necessità di una presenza da parte del CNR in questo settore discende in primo luogo dalle

considerazioni fatte sopra e dalla responsabi-lità di garantire un efficace ed integrato utiliz-zo delle strutture, competenze e risorse in que-sto settore vitale. È notevole poi che per la prima volta tutti questi gruppi si trovino sotto il coordinamento di un singolo Ente. Un aspetto di non minore importanza è il compito di favo-rire un raccordo tra il mondo della ricerca ed il mondo della produzione in un ambito davvero cruciale per lo sviluppo del sistema industriale nazionale. 7.6.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi conseguenti aggiornamenti La definizione del Progetto Nanoscienza passa attraverso una serie di fasi ancora in corso di svolgimento. Un effettivo coordinamento e la definizione di obiettivi realistici e che massi-mizzino lo sfruttamento delle competenze di-sponibili, richiede in primo luogo l’analisi di queste competenze alla luce dello stato dell’arte internazionale. Tali competenze de-vono poi essere progressivamente ridirezio-nate verso obiettivi rilevanti, sia attraverso la definizione di una condivisa lista di priorità in linea con lo scenario internazionale, sia attra-verso la leva del finanziamento delle commes-se. La prima fase è stata svolta attraverso una libera “chiamata” di offerta di competenze svolta durante gli ultimi mesi del 2004. Ricer-catori di quattro Istituti CNR (IFN, IMEM, IPCF, ISM) e otto strutture ex-INFM (CRS: NEST, NNL, DEMOCRITOS, S3, MATIS, Laboratori: TASC, MDM , SLACS) hanno fornito contributi rilevanti. A seguito di questa analisi sono state individuate 7 macrolinee tematiche: • Sintesi, lavorazione e controllo di sistemi

nanostrutturati; • sistemi e dispositivi nanostrutturati per fotoni-

ca, optoelettronica e spintronica, NEMS; • processi e dispositivi coerenti nei nanosistemi; • nanotecnologie molecolari; • nanobiotecnologie per le scienza della vita; • nanobiotecnologie per ICT;

176

• metodi per il Progetto al calcolatore dei nanosistemi.

Tali sette macrolinee costituiscono una prima ricognizione di aree di intervento e di obiettivi perseguibili dalla comunità del CNR in linea con le direzioni di sviluppo dei Paesi più svi-luppati. Alla luce di questa prima iterazione e largamente su proposta degli Istituti sono state definite 26 commesse per un valore complessi-vo di oltre 20 milioni di Euro gestiti dal CNR (incluso l’ex-INFM). Non è ancora stato quanti-ficato il valore complessivo del Progetto, inclu-dendo le risorse complessivamente disponibili per i ricercatori delle diverse strutture (in par-ticolare INFM), ma gestiti da altre amministra-zioni che però rappresentano una frazione non trascurabile dell’importo finora eviden-ziato. Il programma di lavoro prevede, dopo l’attivazione di Progetto e commesse, l’avvio della fase di affinamento del Progetto stesso da parte dei capo Progetto con il contributo di tut-ti i ricercatori coinvolti al fine di definire le li-nee operative per il gruppo ed il piano esecuti-vo per il triennio 2005-2007, stabilire modalità per accrescere ulteriormente la capacità di au-tofinan-ziamento sul mercato della ricerca, in-dividuare le direzioni dove concentrare le ri-sorse umane e finanziari emesse a disposizio-ne dal CNR anche con l’attivazione di appositi fondi di cofinanziamento. 7.6.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Gli obiettivi del Progetto sono brevemente e-lencati di seguito con riferimento alle sette ma-crolinee tematiche. • Sintesi, lavorazione e controllo di sistemi

nanostrutturati: produzione top-down e bottom-up di nanosistemi con controllo su posizione, composizione, forma, proprietà elettroniche, fotoniche e magnetiche; su-perfici e interfacce nanostrutturate e fun-zionalizzate; tecnologie per il monitoraggio dei nanosistemi;

• sistemi e dispositivi nanostrutturati per fo-tonica, optoelettronica e spintronica, NEMS: nanodispositivi operanti con il con-trollo di singole o poche particelle, nanodi-spositivi non convenzionali per ICT, critto-grafia quantistica, nanomeccanica, nano-attrito e dispositivi derivati;

• processi e dispositivi coerenti nei nanosi-stemi: computazione quantistica con archi-

tetture scalabili, effetti a molti corpi e na-nodispositivi derivati, sistemi ibridi nano-strutturati;

• nanotecnologie molecolari: interfaccimen-to nanostruttura/molecola, dispositivi a singola molecola, funzionalizzazione delle molecole e dispositivi derivati;

• nanobiotecnologie per le scienza della vita: nanoprobes intracellulari, drug delivery, lab-on-chip per genomica e proteomica, in-terfacciamento sistema biologico-semicon-duttore;

• nanobiotecnologie per ICT: elementi biolo-gici quali templati per implementare archi-tetture di interesse per ICT, ICT basata su architetture comprendenti elementi di ori-gine biologica: proteine, DNA, cellule in-tere; nano(opto)elettronica “bioinspired”;

• metodi per il Progetto al calcolatore dei nanosistemi: sviluppo ed applicazione di metodi di simulazione ottimizzati per il Progetto della funzionalità di nanosistemi inorganici, organici e biologici per tutte le macrolinee del Progetto.

I criteri di verifica previsti dovranno essere quelli consolidati a livello internazionale: produzione scientifica come risultante da bre-vetti e pubblicazioni scientifiche ad alto impact factor; capacità di autofinanziamento; trasfe-rimento tecnologico all’industria; accordi di confidenzialità con l’industria; sviluppo di tecnologie e metodologie abilitanti di interesse per Progetto e Dipartimento. 7.6.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari 1.700 per il 2005, 1.850 per il 2006 e 2.000 per il 2007. La tabella 7h riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. Dal punto di vista strumentale e delle facilities tecnologiche il gruppo afferente al Progetto è in una posizione di assoluta eccellenza a livello internazionale. Sono disponibili strutture per la sintesi, la fabbricazione e la caratterizza-zione di una vastissima gamma di nanosistemi. Tali studi possono essere svolti in un ampio in-tervallo di temperature, valori di campo ma-gnetico e dal punto di vista ottico, elettrico, e-lettronico, magnetico, strutturale.

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Tabella7h- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)

Risorse finanziarie totali allocate di cui Risorse da Terzi Costi Figurativi Valore Effettivo anno

A B C D = A + C 2005 31,97 8,97 0,87 32,84 2006 31,25 2,41 0,87 32,12 2007 30,39 2,58 0,87 31,26

Il carattere fortemente interdisciplinare della nanoscienza fa sì che tali strutture siano di-sponibili ed ottimizzate non solo per semicon-duttori, superconduttori, metalli e isolanti, ma anche per sistemi di origine biologica quali proteine, DNA, fino a cellule in coltura. La necessità di un costante aggiornamento del-le strumentazioni per mantenere il gruppo allo stato dell’arte e di garantire l’accesso a grandi facility centralizzate (ad es. sorgenti di radia-zione di sincrotrone, facility per il calcolo pa-rallelo) renderà necessaria l’individuazione di appositi formati di sostegno anche finanziario che il Progetto si riserva di proporre nelle sedi opportune. 7.6.5 Competenze interne utilizzate I gruppi di ricerca coinvolti nello sviluppo del Progetto Nanoscienza definiscono, nel settore, lo stato dell’arte nel Paese e ben si confronta-no con i gruppi più competitivi a livello inter-nazionale. Sono disponibili: • competenze e codici per la modellizzazio-

ne ed il Progetto di nanosistemi sia con metodi empirici che da principi primi per tutta la vasta tipologia di nanostrutture di interesse per il Progetto dai semiconduttori nanostrutturati, alle proteine, ai supercon-duttori e ferromagneti nanostrutturati;

• competenze per la sintesi, deposizione, produzione con diverse tecniche dei siste-mi di interesse: semiconduttori, supercon-duttori, ferromagneti, (bio)polimeri;

• competenze per la caratterizzazione dei si-stemi prodotti dal punto di vista della for-ma, composizione, struttura, proprietà e-lettriche, ottiche, fotoniche, elettroniche, magnetiche;

• competenze per il Progetto e l’utilizzo dei nanosistemi prodotti per architetture in-novative per il trattamento e la trasmis-sione dell’informazione;

• competenze per il Progetto e l’utilizzo dei nanosistemi prodotti per nuove applica-zioni per le scienze della vita.

7.6.6 Competenze esterne attivate o attivabili I partecipanti al Progetto sono già coinvolti in una vasta rete di collaborazioni a livello euro-peo ed internazionale che in qualche caso ga-rantiscono la stessa possibilità di operare dei ricercatori. Questa rete dovrà essere ulterior-mente rafforzata: il Progetto di riserva di pro-porre specifiche azioni nelle sedi opportune. Sono poi attive collaborazioni con qualificate industrie del settore sia italiane che europee. 7.6.7 Tempi previsti Il Progetto ha durata triennale con milestone annuali stabiliti nel Progetto esecutivo. Esso sarà definito per l’intero triennio con le moda-lità sopra descritte entro sei mesi dall’avvio delle attività.

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7.7 P7. Sistemi ottici e quantistici con fotoni e atomi ultrafreddi




L’ottica è ormai da lungo tempo un ingredien-te indispensabile della vita quotidiana, in ogni paese del mondo. Negli ultimi decenni, tutta-via, una grande accelerazione nello spettro delle applicazioni ottiche è stato impresso, dapprima dall’introduzione del Laser e da un gran numero di nuove sorgenti di luce coeren-te da esso derivate, poi dalla rivoluzione ottica nel settore delle telecomunicazioni. Parallela-mente, si è registrata una enorme crescita delle tecnologie optoelettroniche, con ulteriori am-pliamenti delle applicazioni in settori cruciali quali la Difesa, il monitoraggio ambientale, la sensoristica. Essendo l’Ottica, peraltro, una disciplina per sua natura “trasversale”, essa ri-sulta essere essenziale per la promozione dell’innovazione su scala nazionale ed euro-pea ed è di conseguenza contenuta in gran parte dei temi prioritari dei programmi R&D dell’Unione Europea. Negli ultimi anni, un nuovo settore di ricerca ha affiancato l’Ottica, intesa in senso stretto come disciplina che stu-dia la propagazione e l’interazione della ra-diazione elettromagnetica con mezzi materiali, ampliandone la portata allo studio ed al con-trollo delle onde di materia, che può essere raf-freddata a temperature di pochi nK, con la produzione di un nuovo stato macroscopico quantistico (BEC), consentendo l’osservazione ed il successivo utilizzo di effetti del tutto ignoti solo fino a pochi anni fa. Emerge dunque, da questa rapidissima disamina, il carattere di fortissima innovazione, di grande trasversalità e di importanza strategica, per il Paese, delle attività che si propongono all’interno di que-sto Progetto. È importante specificare in che modo è stata articolata la struttura del Progetto Ottica e BEC, tenendo presenti le peculiarità territoriali. Ap-pare evidente una concentrazione di attività nell’area toscana, dove sono collocate le sedi di INOA ed IFAC, al Polo Scientifico di Sesto Fio-rentino, e delll’IPCF, a Pisa. D’altra parte, un

importante volano per le attività nel settore dell’Ottica è rappresentato dall’attività delle sezioni INOA di Lecce e Napoli, collocate stra-tegicamente in aree ad obiettivo 1, che già da alcuni anni, in piena collaborazione con il gruppo di Ottica dell’Istituto di Cibernetica-CNR di Pozzuoli (NA), hanno consentito una ef-ficace interazione con il tessuto produttivo e con le Università ed enti di ricerca del Mezzo-giorno attraverso strumenti di finanziamento quali i PON e i POR. In questo modo è stato pos-sibile formare uno staff di personale altamente qualificato che ha già portato ad un fortissimo incremento delle attività scientifiche, del nu-mero di brevetti e delle interazioni con il terri-torio, mantenendo una piena sinergia e com-plementarietà con le attività svolte in area to-scana, che si avvalgono dell’essenziale siner-gia con il Laboratorio Europeo di Spettrosco-pia Nonlineare-LENS, sempre presso il Polo Scientifico di Sesto Fiorentino. Analogamente, per le attività relative alle onde di materia coerente, a fronte di un’attività spe-rimentale di primo piano svolta in area tosca-na, localizzata in special modo al LENS, il cen-tro BEC-INFM di Trento, col quale si svolge atti-vità di frontiera in forte sinergia, si connota come l’indispensabile complemento teorico, nonché punto di riferimento internazionale in questo settore. 7.7.2 Risultati già conseguiti I gruppi che afferiscono a questo Progetto hanno già raggiunto importanti traguardi nei rispettivi campi, come è facilmente desumibile dai curricula dei responsabili di commessa e dei ricercatori impegnati nel Progetto. Tra i ri-sultati conseguiti di maggiore rilevanza si citano: • Studio e realizzazione di prototipi cristalli

non-lineari con domini “ingegnerizzati” per applicazioni alla generazione coerente di frequenza e allo sviluppo di nuovi com-ponenti ottici.

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• Sviluppo di prototipi di sorgenti coerenti di radiazione e di sistemi per la rivelazione spettroscopica, in campo, di gas.

• Realizzazione di reticoli litografici di pe-riodo micrometrico su substrati di cristalli nonlineari.

• Realizzazione optomeccanica di microsco-pi SPM di concezione originale, con sistema informatico di controllo.

• Accreditamento di un centro SIT a norma qualità per la certificazione di componenti di riferimento.

• Realizzazione di una sorgente di radiazio-ne nell’estremo ultravioletto da armoniche laser: caratterizzazione delle proprietà di coerenza e prime applicazioni spettroscopiche.

• Realizzazione di un sistema per la genera-zione e la caratterizzazione tomografica ad altissima frequenza di stati di campo quan-tistici da sorgenti laser pulsate.

• Primo prototipo di laboratorio di laser slab basato su YAG ceramico.

• Studio di Tungstati e perovskiti con miglio-re rendimento in luce ed interpretazione della fluorescenza di alogenuri alcalini drogati.

• Evidenze sperimentali di superluminalità nel campo delle microonde.

• Realizzazione di prototipi di strumenta-zione ottica avanzata per la diagnostica di opere d’arte.

• Realizzazione di strumentazione innova-tiva per lo studio dell’atmosfera da sta-zioni di misura a terra e da piattaforme ae-reotrasportate (aereo e pallone stratosferico).

• Sistema di nanolitografia con fascio di ba-rio interagente con superfici di oro ricoper-te da SAM (self assembled monolayer) di molecole organiche.

• Studio delle proprietà di coerenza e di tra-sporto di gas bosonici e fermionici in vari tipi di potenziali.

• Studio teorico delle proprietà di coerenza e superfluidità in gas e liquidi quantistici, di bosoni, fermioni e miscele, in diverse geo-metrie, inclusi gli aspetti di bassa dimen-sionalità, il confinamento in trappole otti-che, la manipolazione di atomi ultrafreddi con la luce, le proprietà di sistemi meso-scopici.

7.7.3 Obiettivi progettuali L’obiettivo generale del Progetto è lo sviluppo di sistemi e componentistica ottica oltre a me-

todologie e tecniche, nelle varie regioni dello spettro elettromagnetico, per una vasta gam-ma di applicazioni di rilevante interesse stra-tegico. Queste vanno dalla diagnostica am-bientale al controllo di processi industriali, all’optoelettronica, ai beni culturali ed all’informazione quantistica. Il Progetto pre-vede inoltre indagini di frontiera nel campo delle interazioni radiazione-materia al limite quantistico e la produzione e lo studio di atomi quantisticamente degeneri a temperature di pochi nK. Più in dettaglio, gli obiettivi del Progetto sono: ottica quantistica e spettroscopia; studio dell’interazione radiazione-materia nei suoi aspetti più innovativi, che includono gli effetti quantistici, lo sviluppo di sistemi coerenti per spettroscopia di alta sensibilità e precisione in regioni spettrali fino ad ora non accessibili, la realizzazione di nuovi schemi di sensori ottici. Prodotti attesi (deliverables) nel triennio 2005-2007: prototipi di microdispositivi ottici basati sull’integrazione di varie tecnologie, quali quelle basate su fibre ottiche e guide d’onda, sulla microingegnerizzazione di cristalli di niobato di litio, su microcavità risonanti, su architetture ibride silicio-niobato di litio; pro-totipi di spettrometri ad altissima sensibilità, basati sulla generazione di radiazione per ef-fetti ottici nonlineari, per la rivelazione e lo studio di composti gassosi in tracce; sviluppo di nuove sorgenti per la generazione e la carat-terizzazione di stati di campo non-classici per la manipolazione dell’informazione quanti-stica; realizzazione di un magnetometro ad al-ta risoluzione per la misura di piccoli campi; creazione di campioni molecolari ultrafreddi ad elevata densità in livelli vibrorotazionali se-lezionati; realizzazione di nanostrutture trami-te manipolazione ottica di fasci atomici; siste-ma per la generazione di radiazione coerente nell’UV estremo per applicazioni alla spettro-scopia e alla diagnostica di materiali; sviluppo di sistemi spettroscopici innovativi ad altissima stabilità in frequenza, riferiti ad orologi atomi-ci attraverso Sintetizzatori Ottici di Frequenza-OFS; imaging, materiali e dispositivi ottici. Il conseguimento degli obiettivi fissati verifica-to attraverso la valutazione dei seguenti para-metri: qualità della produzione scientifica e tecnologica attraverso pubblicazioni, brevetti, comunicazioni a conferenze, sui temi definiti dagli obiettivi stessi.

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L’impegno di personale per lo sviluppo delle attivita previste dal Progetto, è pari a 1.000mesi/uomo per il 2005, 1.050 per il 2006 e 1.080 per il 2007. Le risorse strumentali disponibili nei gruppi di ricerca afferenti ai tre Enti, CNR, INOA ed INFM, hanno consentito il raggiungimento dei livelli di eccellenza scientifica nel settore relativo al Progetto ed includono strumentazione per il controllo di superfici ottiche, sistemi laser dall’UV estremo all’IR lontano, sistemi di ultra alto vuoto, sistemi per imaging dal visibile all’IR, sistemi ottici per fotolitografia, sistemi per l’intrappolamento e la manipolazione di atomi, sistemi di calcolo. Il mantenimento in efficienza del patrimonio di strumentazione disponibile ed il suo costante aggiornamento sono elementi indispensabili per il raggiungi-mento dei risultati che il Progetto si propone. La tabella 7i riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 7.7.5 Competenze interne utilizzate

Il gruppo riunisce in sè le competenze nazio-nali del settore dei tre Enti, CNR, INFM ed INOA, e partecipanti. 7.7.6 Collaborazioni esterne

Boston, MIT, Harvard, JILA, Colorado, Hou-ston, Maryland, Connecticut, Naval Research Laboratory, Washington, Monclaire, CREOL, Florida, Los Alamos National Lab.(USA), Saint Petersburg (Russia), Monaco e Max-Plank-Inst.,Garching (Germania), Innsbruck (Au-

stria), Lund e Stoccolma (Svezia), ENS, Saclay, LAC-CNRS Orsay, Parigi (Francia), Madrid, Ca-talunya (Spagna), Weizmann Inst.-Rehovot, Tel Aviv (Israele), Imperial College-Londra, Cambridge e Southampton (UK). È inoltre or-mai consolidata una rete di collaborazioni con un gran numero di Università ed Enti di ricer-ca nazionali e molti sono i Consorzi di cui fan-no parte o con i quali collaborano i ricercatori del Progetto. Tra le collaborazioni più signifi-cative con aziende si segnalano: AVANEX-Italia, Elsag-Finmeccanica, Elbatech srl, D'Appolo-nia, El.En., Alenia Spazio, Verhaert Space, SIT, Cantieri Rodriguez, Alenia-Marconi Si-stemi, Galileo Avionica SpA, RTM SpA, Targetti Sunkey SpA, LambdaX. 7.7.7 Tempi previsti. Si prevede di raggiungere tutti gli obiettivi de-scritti alla fine del triennio. 7.7.8 Condizioni di fattibilità Al fine di consolidare le posizioni già di rilievo ottenute nel settore Ottica e BEC in ambito in-ternazionale, e al fine di garantire un corretto trasferimento di conoscenze e tecnologie alle aziende e alle specifiche realtà territoriali, è ne-cessario: garantire il flusso di finanziamenti at-tuale per il 2005 e prevedere un aumento com-plessivo degli stanziamenti, nell’ordine del 10-20% l’anno, negli anni successivi, da erogare sulla base di una effettiva verifica dei risultati conseguiti e consentire l’immissione in ruolo di un numero di figure professionali congruo ri-spetto alle esigenze.

Tabella7i- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 16,85 4,19 0,16 17,01 2006 16,47 1,12 0,16 16,64 2007 16,02 1,20 0,16 16,18

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7.8 P8. Plasmi e sistemi atomici e molecolari per applicazioni innovative

Articolazione del Progetto: numero di commesse: 5 numero di moduli di attività: 0

7.8.1 Cenni sullo scenario nazionale ed internazionale e motivazione della presenza del CNR

Il Progetto plasmi e sistemi atomici e moleco-lari s’inserisce in un contesto internazionale di grande interesse scientifico a causa delle in-numerevoli ricadute tecnologiche che i plasmi hanno in settori di interesse strategico per il Paese e per l’Europa. I plasmi, che sono stati per lunghi anni retaggio esclusivo della Fisica per il problema della Fusione, sono attual-mente pervasivi in settori importanti della scienza dei materiali quali la microelettronica, l’optoelettronica, le biotecnologie, l’ambien-te, i beni culturali, lo spazio. Lo scenario na-zionale ed internazionale del settore vede im-pegnati numerosi laboratori (Max Planck Insti-tut, CNRS, Ecole Polytecnique, Kurchatov e Lebedev, Rutherford Lab., Princeton Un., Da-yton Un., Duke Un., ENEA) ed Agenzie Gover-native (ASI, ESA, CNES, DLR, IAEA, NASA) nello sviluppo di metodologie teoriche e sperimenta-li per le diverse applicazioni dei plasmi “caldi” e “freddi”. Il settore plasmi “caldi” compren-de, oltre ai plasmi per fusione, i cosiddetti pla-smi termici, plasmi operanti a pressione atmo-sferica caratterizzati, in prima approssimazio-ne, dall’equi-librio tra le varie componenti (e-lettroni, ioni e neutri) a temperature comprese tra 5.000 e 50.000K. I plasmi “freddi”, operan-ti a bassa pressione, sono invece caratterizzati da temperature elettroniche (5.000-50.000K) notevolmente superiori a quella delle specie pesanti (300-2000K). Siamo in presenza di pla-smi di non equilibrio in cui i processi elemen-tari di scambio di energia tra gli elettroni, i fo-toni e le specie pesanti e la loro dinamica, gio-cano un ruolo essenziale per la comprensione della complessa fenomenologia alla base delle diverse applicazioni.

7.8.2 Risultati conseguiti, fatti nuovi emersi e conseguenti aggiornamenti

La situazione italiana nel settore vede la pre-senza di alcuni Laboratori CNR (IMIP, IPCF, IFP, Consorzio RFX), di gruppi universitari (in parti-colare Ba, Pi, Mi), dell’ENEA, dell’INFN, del CI-

RA (Centro Italiano Ricerche Aerospaziali) e di compagnie industriali di varie dimensioni co-me Alenia, Fiat AVIO, ALTA , ENEL. Il Progetto coinvolge molte di tali realta’ ed in-tende avviare discorsi di collaborazione su te-mi specifici con i Laboratori IFP, RFX, IRC e im operanti nel Dipartimento Energia e Trasporti e con diversi laboratori afferenti al Diparti-mento Progettazione Molecolare. L’importanza strategica delle diverse com-messe del Progetto può essere evidenziata at-traverso l’attività di ricerca contrattualizzata con partner esterni, che è svolta secondo la tempistica imposta dai contratti nei Progetti successivamente indicati: • progetto MIUR “SPARC”: Impianti innovativi

per la produzione di radiazione X e ultra-violetta, coerente ed incoerente ad alta in-tensità” in collaborazione con ENEA, INFN, INFM, CNR-ISM, CNR-IFN;

• progetto CAST (Configurazioni Aerotermo-dinamiche Innovative per Sistemi di Tra-sporto Spaziale) dell'ASI con il CIRA, l'Ale-nia, la FIAT AVIO, l'ALTA, le Università di Ba-ri, Roma, Bologna e Torino;

• progetto FISR/MIUR “Modellistica moleco-lare di sistemi di complessità crescente” con Università di Perugia ed altri Istituti CNR;

• progetto FIRB/MIUR “Dinamica microsco-pica della reattività chimica” con Universi-tà di Bari, Roma, Trento e Perugina;

• progetto FIRB/MIUR “GRID” dedicati alla comprensione dei processi elementari in condizioni di non-equilibrio;

• progetti finanziati dall’ESA sulla termodi-namica dell’atmosfera di Marte, sulle pro-prietà di trasporto di plasmi in presenza di campi elettromagnetici;

• progetto “TECSIS” del MIUR con ENEA, Uni-versità di Bari e Catania, Istituti CNR IC e ISSIA, ACS, per la realizzazione di tecnologie diagnostiche e di automazione per lo stu-dio, la conservazione e la valorizzazione dei beni archeologici;

• progetto finanziato dalla Duke University sulla deposizione di strati epitassiali di GaN su SiC con metodologia Plasma Assi-sted MOCVD ed MBE con controllo in situ

182

medianre spettroscopia ellissometrica ed AFM-EFM;

• progetto sulla preparazione mediante laser ablation e caratterizzazione di film sottili per applicazioni in sensori magnetici ope-ranti a temperatura ambiente;

• progetto FIRB/MIUR “Microsistemi Senso-riali per Applicazioni Estreme ed Ostili” per la realizzazione di rivelatori di inqui-nanti, in collaborazione con ENEA, Univer-sità di Trento e Centro Laser.

7.8.3 Obiettivi Programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Nella definizione attuale, il Progetto si articole-rà nelle seguenti commesse: • Dinamica dei Processi Atomici e Moleco-

lari (IMIP) • Dinamica dei Processi Atomici e Moleco-

lari (IPCF) • Dinamica di Plasmi e Laser-Plasmi (IMIP) • Dinamica di Plasmi e Laser-Plasmi (IPCF) • Plasmi per la Scienza dei materiali (IMIP) Le commesse sulla Dinamica dei Processi A-tomici e Molecolari C1 e C2 svilupperanno me-todologie avanzate di chimica computazionale, di dinamica molecolare e diagnostiche sofisti-cate per lo studio di sistemi atomici e moleco-lari rilevanti per la chimica-fisica dei plasmi, e più in generale per sistemi di non-equilibrio. La chimica computazionale della commessa C2 potrà non solo derivare i potenziali di inte-razione delle varie specie atomiche e moleco-lari, alla base della commessa C3, ma anche sviluppare la dinamica molecolare descrivente l’interazione di radicali e molecole organiche sui substrati utilizzati nella commessa C5. Le commesse sulla Dinamica di Plasmi e La-ser-Plasmi C3 e C4 svilupperanno la tematica della dinamica dei plasmi e dei laser-plasmi verso contesti ad alto contenuto tecnologico quali aerospazio, ambiente, beni culturali, e-nergetica. La commessa Plasmi per la Scienza dei Mate-riali C5 svilupperà le applicazioni dei plasmi nei settori della microelettronica, optoelettro-

nica e dei numerosi contesti industriali che uti-lizzano il plasma per modificare ed attivare superfici metalliche e polimeriche per l’agroalimentare e per il biosanitario. 7.8.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto, è pari a 640 me-si/uomo per il 2005, 660 per il 2006 e 700 per il 2007. Per il 2005, le risorse umane che par-tecipano al Progetto ed il budget totale delle commesse coinvolte sono da considerare un buon avvio del Progetto stesso. Numerosi sono gli universitari coinvolti nel Progetto. Le risorse strumentali del Progetto consistono in: • laboratori di calcolo, sorgenti laser e appa-

rati spettroscopici per LIBS, CARS, LIF, REMPI; • laboratori plasmochimici e laser-plasma

per deposizione e trattamento materiali; • laboratori avanzati di caratterizzazione di

superficie e di materiali. La tabella 7l riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. Per il 2005, le risorse umane che partecipano al Progetto ed il budget totale delle commesse coinvolte (circa 6 milioni di Euro a bilancio CNR) sono da considerare un buon avvio del Progetto stesso, anche tenendo conto dei fon-di, non a bilancio CNR, con cui contribui-sconogli associati universitari, coinvolti nel Progetto. In particolare, i ricercatori del Dipar-timento di Chimica dell’Università di Bari, as-sociati all’IMIP, contribuiscono a detto Proget-to con contratti esterni, gestiti dall’università di Bari, e con personalo a contratto, di entità simile a quelli riportati nella tabella, coinvol-gendo “simmetricamente” numerosi ricercato-ri dell’IMIP. È chiaro, comunque, che per i prossimi anni si dovrà aumentare la quota di fondi esterni, continuando ad investire in attività di rile-vanza internazionale, in ambito UE, ESA, Eura-tom, IAEA, ASI, e operando con piccole e medie imprese.

Tabella7l- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 7,19 0,81 0,48 7,67 2006 7,03 0,22 0,48 7,51 2007 6,84 0,23 0,48 7,32

183

Un obiettivo importante del Progetto è quello di generare strutture forti con partner esterni, quali università e industrie, per specifiche te-matiche, che possano dar luogo anche alla creazione di nuove società, secondo l’art. 52 del nuovo regolamento di organizzazione e funzionamento del CNR. 7.8.5 Competenze interne utilizzate Il gruppo di ricercatori coinvolti nel Progetto sono specialisti nei campi dei Metodi avanzati di calcolo in chimica e fisica dei plasmi, della Dinamica di plasmi via teorie cinetiche e me-todi a particelle, nei Metodi di modellizzazione quanto-meccanica e calcolo ab-initio di atomi, molecole e cluster, negli Aspetti teorici e spe-rimentali di dinamica molecolare, nella Dina-mica dell’interazione atomo/molecola con su-perfici, nell’Interazione laser materia e spet-troscopie risolte nel tempo, nella Progetta-zione di sistemi plasmochimici per la deposi-zione di materiali ed il trattamento di superfici, nei Processi di deposizione di film sottili via plasma e laser-plasma di semiconduttori, ossi-di, nitruri, superconduttori e relative tecniche di caratterizzazione morfologica, strutturale ed ottica. 7.8.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Esite una lunga tradizione di collaborazione con gruppi afferenti all’ex-INFM, con l’Università di Perugia, con i Dipartimenti di Chimica delle Università di Bari, Roma “La Sapienza”, Potenza, Perugia, Siena, Catania, Bologna, Milano, Siena, Pisa e Cosenza, Poli-tecnici di Milano e Torino, CASPUR, ENEA/ Fra-scati e Portici, Sincrotrone Trieste, Max-Planck Institut fur Plasma Physik (Greifswald), CNRS/ LIMHP Université de Paris Nord/ IMP

Odeillo/ LIXAM Orsay, Istituto di Fisica del Pla-sma, Accademia delle Scienze di Praga Accademia delle Scienze di Russia (Troisk, Kurchatov, Novosibirsk, Moscow), IAEA (Vien-na), Duke University (U.S.A.), Università di Stoccolma e di Uppsala (Svezia) e di Wuer-zburg (Germania), ESA/ESTEC – Dip. Aeroter-modinamica (Nordwijk- Olanda), C.I.R.A. s.p.a., Alta s.p.a., C.R.F. s.p.a. Quanta Systems s.p.a.. 7.8.7 Tempi previsti Il Progetto si svilupperà nell’arco di un trien-nio, con verifiche annuali da parte del Dipar-timento e comunque con i tempi previsti dai vari contratti esterni. Al termine del primo an-no, sarà possibile verificare lo stato dell’arte della collaborazione tra le varie commesse del Progetto e la loro integrazione con altri Proget-ti e Dipartimenti. 7.8.8 Condizioni di fattibilità Il Progetto ha delle ottime potenzialità, per raggiungere gli obiettivi delle varie commesse nel triennio considerato. Sarà importante, co-munque, continuare a generare nuove sinergie e nel Dipartimento e trasversalmente con altri Dipartimenti, per essere pronti a cogliere le opportunità offerte dal mercato nazionale ed internazionale. A titolo esemplificativo, si indicano due esem-pi di azioni trasversali con altri Dipartimenti, che il Progetto ha in programma di condurre nel campo dell’energia e dell’aerospazio: l’ottimizzazione di sorgenti di ioni negativi per il prossimo Progetto ITER, basate sul processo di “dissociative attachment” da molecole vi-brazionalmente ed elettronicamente eccitate; l’applicazione al campo aerospaziale della chimica e fisica dei plasmi delle azioni proget-tuali.

184

7.9 P9. Sensori e microsistemi



Da diversi anni, ormai, al settore della microe-lettronica si è affiancato quello dei sensori e microsistemi, intesi come sistemi miniaturizza-ti e multifunzionali, nei quali alla tradizionale elaborazione di informazioni elettriche si ag-giunge quella di segnali ottici, meccanici, chi-mici etc. L’impatto delle tecnologie microsi stemistiche sullo sviluppo economico sta cre-scendo in modo impressionante negli ultimi anni sia nel mercato di massa che per applica-zioni specifiche. Nonostante le proprietà di trasduzione di alcuni materiali siano studiate da lungo tempo, solo recentemente ha avuto avvio, in modo sistematico lo studio di sensori e/o di attuatori che abbiano prestazioni e costi tali da essere utilizzati in applicazioni reali. Nel settore della sensoristica di gas per applicazio-ni ambientali, ad esempio, è già stata svolta una notevole attività in ambito scientifico. Tut-tavia, i prodotti ad oggi disponibili non risul-tano adatti alle esigenze di monitoraggio di cui il concetto di “ambient intelligence”, fortemen-te sostenuto dalla UE, rappresenta una signifi-cativa sintesi. A tal fine, è necessario sviluppa-re una nuova classe di dispositivi che solo l’adozione di tecnologie microsistemistiche consente di realizzare. In particolare, l’esperienza recente ha messo in evidenza che un approccio di tipo microsi-stemistico, in cui confluiscano tecnologie mu-tuate dalla microelettronica, tecniche avanzate di microlavorazione chimico-meccanica e di assemblaggio, tecniche specifiche di elabora-zione del segnale e una progettazione d’insieme del dispositivo, incrementa le pre-stazioni e porta ad una diminuzione dei costi. Esempi tipici di penetrazione nel mercato di prodotti fabbricati seguendo tale approccio, sono l’introduzione di dispositivi di sicurezza nelle auto basati su accelerometri, e le testine di stampa per stampanti a getto di inchiostro. Per quanto attiene alle potenzialità della ri-cerca nel campo dei sensori e microsistemi, occorre sottolineare che attualmente ci si trova ad uno stadio di sviluppo relativamente pre-

coce (paragonabile a quello della microelet-tronica di 30 anni fa), in cui vi è grande spazio per l’innovazione e per generare una frut-tuosa attività brevettuale. Proprio per questo, è opinione diffusa che i microsensori e i micro-sistemi penetreranno in molte aree applicative non solo in sostituzione di prodotti esistenti, ma anche dando origine a prodotti completa-mente nuovi. Viste le istanze così diversificate, risulta chiaro che per la realizzazione di un microsistema deve essere seguito un approccio multidisci-plinare in cui confluiscono competenze rela-tive alle tecniche di microlavorazione, alla re-alizzazione di sensori ed attuatori (meccanismi di trasduzione, deposizione di film sottili, tec-nologia dei materiali, etc.) competenze di ot-tica integrata e di microlettronica, altre relative all’integrazione ibrida e/o monolitica, alle tecniche di misura, di trattamento e di elabo-razione del segnale unitamente ad altre più specifiche relative alla concezione di un si-stema miniaturizzato complesso, le cui regole di progettazione difficilmente rientrano negli standard progettuali dell’elettronica integrata. Figure professionali, che siano sintonizzate su queste competenze, sono sempre più richieste soprattutto in quei paesi dove è maggiore lo sforzo scientifico-tecnologico in questo campo, come per esempio USA, Giappone e Germania, dove agli Istituti di ricerca spesso si affiancano realtà industriali e produttive. 7.9.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti In Italia, oltre ad alcune importanti aziende (quali, ST Microelectronics, Olivetti, Alenia), e-sistono diverse piccole e medie imprese che si occupano della produzione e commercializza-zione di microsensori, e quindi interessate alle potenzialità offerte dallo sviluppo di questa a-rea. Esse sono però in numero ridotto rispetto alle realtà più avanzate. Come dimostrano le numerose pubblicazioni scientifiche e le nu-merose iniziative nel settore, il mondo scienti-fico italiano è molto attivo soprattutto per quanto riguarda lo studio e la caratterizza-

zione dei materiali correlati allo sviluppo di sensori e microsistemi. Purtroppo, ad un li-vello di ricerca di base eccellente, non corri-sponde in Italia un numero adeguato di realtà industriali, così come è limitato il numero di centri di ricerca che operano specificatamente nel campo delle tecnologie a vocazione più spiccatamente microsistemistica.È quindi op-portuno che il CNR, con le sue strutture già do-tate di competenze e della maggior parte delle sofisticate apparecchiature tecnologiche, operi in questo settore cercando di consolidare ed ampliare i risultati ottenuti, e di tradurre le competenze già maturate in risultati concreti (prototipi validi per applicazioni industriali). 7.9.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Il Progetto si pone come obiettivo generale lo sviluppo organico e coordinato delle cono-scenze e competenze scientifiche e tec-nologiche nel settore dei sensori e microsi-stemi, orientandole nello stesso tempo verso un numero significativo di applicazioni strate-giche. Le problematiche da affrontare richie-dono un approccio multidisciplinare, che pre-vede l’acquisizione e l’approfondimento non solo di competenze di carattere chimico-fisico relativo allo studio e alla modellizzazione dei meccanismi alla base del funzionamento del trasduttore, ma anche la crescita di compe-tenze nell’ambito delle tecnologie microsiste-mistiche, del trattamento ed elaborazione dei segnali, di analisi dei dati e, più in generale, di competenze relative all’ingegnerizzazione di sistemi miniaturizzati. Più specificatamente, il Progetto si prefigge di potenziare e rendere di-sponibili competenze e tecnologie abilitanti in modo da favorire la crescita di realtà indu-striali in grado di confrontarsi e competere con quelle già esistenti in altri Paesi. In particolare, il Progetto si propone di proget-tare, realizzare e collaudare nei contesti opera-tivi reali, apparecchiature miniaturizzate dedi-cate, formate da singoli microsensori e/o da matrici di sensori organizzati, da impiegare nei

settori ambientale, agro-alimentare, bio-medicale e spaziale.


L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste è pari a circa 880 mesi/uomo per il 2005, a circa 920 per il 2006 ed a circa 950 per il 2007. Le risorse strumentali consi-stono in apparecchiature avanzate di processo e di caratterizzazione. Per lo sviluppo di pro-cessi e tecnologie microsistemistiche, sono di-sponibili le principali attrezzature necessarie (macchine di litografia, di deposizione, per dry etching, per trattamenti termici…) allocate in camere pulite anche in classe 10. Per la carat-terizzazione, sono disponibili diversi sistemi per la caratterizzazione funzionale, nonchè microscopi elettronici in trasmissione e a scan-sione per la caratterizzazione morfologica e strutturale. La tabella 7m riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 7.9.5 Competenze interne utilizzate Le attività previste faranno perno sulle compe-tenze relative ai materiali e alle tecnologie di microfabbricazione. In particolare, il Progetto prevede l’utilizzo e lo sviluppo delle seguenti competenze: • micro e nanolavorazione di materiali strut-

turali; • sviluppo di nuovi materiali funzionali na-

nostrutturati (che siano, per es., in grado di lavorare a temperatura ambiente);

• progetto e realizzazione di dispositivi ele-mentari, quali sensori di gas, trasduttori acustici, bolometri ed emettitori IR, sensori ottici, sensori di temperatura e di umidità, dispositivi microfluidici (microvalvole, co-lonne gascromatografiche), microfuel cel;

• sviluppo di sensori e microsistemi integrati in Silicio per il rilevamento di composti vo-latili;

• sviluppo di tecniche di caratterizzazione funzionale;


185


2005 16,22 5,53 1,53 17,75 2006 15,86 1,48 1,53 17,39 2007 15,42 1,59 1,53 16,95

• sviluppo di tecniche di pattern recognition e signal processing per l’elaborazione del-le risposte dei sensori;

• sviluppo di microsistemi ottici in Silicio e in Niobato di Litio.

7.9.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Le tematiche considerate coinvolgono già nu-merosi gruppi di ricerca pubblici e privati sia nazionali che internazionali, sia mediante con-tratti diretti che attraverso la parteciapzione comune a Progetti di ricerca Europei. In parti-colare, si segnalano (in modo non esaustivo) le collaborazioni con: Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia (Messina), Istituto ICRM di Milano, ISPA, ISSIA, Università di Roma, Milano, Bologna, Napoli, Lecce, Calabria, Reggio Calabria, Padova, Parma, Perugia; ITC-IRST (Trento), Consorzio CREO (L’Aquila), ENEA, CRF, Galileo Ferraris Industrie italiane: STMicroelectronics, Carlo Gavazzi Space, Olivetti, Alenia Aeronautica, Alenia Marconi Systems, Barilla, Corecom-Pirelli, Microgate, SACMI, Technobiochip, ESA-OTE, SOFTEC, Centri di ricerca e industrie in-ternazionali: IMSAS, Brema (D), SINTEF, Oslo (N), EADS CRC, Monaco (D), SENSONOR, Horten (N),

Siemens AG, CNM-CSIC di Barcellona, Universi-tà di Neuchatel (CH), di Delft (NL), UCLA (USA) 7.9.7 Tempi previsti e criteri di verifica Si prevede che l’attività si sviluppi nel corso del prossimo triennio. Nel corso del 2005 ver-ranno attuate delle procedure per pervenire a una migliore armonizzazione delle attività e delle relative commesse. La realizzazione dei dimostratori individuati per le applicazioni previste costituirà un otti-mo criterio di verifica. Lo stadio di avanza-mento delle attività e il conseguimento degli obiettivi proposti saranno verificati in itinere. 7.9.8 Condizioni di fattibilità

186

Le risorse strumentali di cui già dispongono le strutture coinvolte sono significative e consen-tono la realizzazione di prototipi di microcom-ponenti. Per il raggiungimento degli obiettivi programmati, inoltre, è necessario un poten-ziamento delle attrezzature da laboratorio e da camera “bianca”. Ciò richiede non solo fondi per l’acquisto e la manutenzione, bensì anche disponibilità di sufficiente personale tecnico qualificato, coordinato da referenti esperti.

187

7.10 P10. Sviluppo e applicazione di materiali organici e colloidali



7.10.1 Cenni sullo scenario nazionale ed in-

ternazionale e motivazione della pre-senza del CNR

Molti materiali comuni possono esser indivi-duati come soft condensed matter: colle, mi-scele di liquidi, dispersioni, soluzioni polime-riche, cristalli liquidi, materiali biologici etc., in ogni caso materiali strutturati in un range spaziale mesoscopico che va dal nanometro ai micrometri. In questo ambito si sviluppano tematiche che vanno dalla creazione di mate-riali nuovi o con funzionalità specifiche inseri-te su scala nanometrica, sia tramite sintesi chimica che preparazione fisica, allo studio di tali materiali (in quanto tali o per le funzionali-tà mesoscopiche o macroscopiche acquisite, in particolare quelle con rilevanza biologica). La ricerca di base si rivolge a proprietà che sono riconducibili alla loro organizzazione ge-rarchica. La progettazione, la realizzazione e la caratterizzazione di tali strutture funzionali nonché il loro “template” è cruciale per dispo-sitivi funzionalizzati e fornisce, mediante un approccio bottom-up, un ponte tra i regimi nanoscopico e mesoscopico, per il loro sfrut-tamento in campo biomedico, sensoristico, del pakaging, del tessile, optoelettronico, fotonico etc. Le ricerche sono in linea con programmi internazionali e con alcune tematiche del VI Programma Quadro EU FP. Non è poi da tra-scurare il fatto che i materiali, le tecniche spe-rimentali adottate e quelle teoriche sviluppate hanno spesso rilevanza applicativa, da cui de-riva un settore di ricerca finalizzata e di trasfe-rimento tecnologico di settore che si sta svilup-pando da alcuni anni. Solo per citare alcune applicazioni ricordiamo che, la quasi totalità della strumentazione avanzata usata in medi-cina è basata su tecniche fisiche o chimico-fisi-che e innovazioni del tipo qui descritte, e i ma-teriali “soffici”, come ad esempio i fluidi com-plessi, le macromolecole, sospensioni colloi-dali i surfattanti-tensioattivi, i cristalli liquidi, le preparazioni biologiche, danno luogo a ma-teriali e processi utili nel campo delle applica-zioni mediche, industriali e domestiche. Uno scenario considerato strategico internazional-

mente nella soft matter “biologica” è ad esem-pio la “roadmap” recentemente illustrata dal National Institute of Health di Bethesda USA (Science 302 2003 pg 63). Ormai il ruolo della ricerca in Soft Matter in campo internazionale e nazionale non è sottovalutabile. In Europa vediamo l’istaurarsi di nuove aggregazioni con massa critica in questo settore. Esempio sono il nuovo centro per la “matière molle et systèmes complexes” di Parigi (raccoglie ri-cercatori provenienti da 3 diverse università e collège de France) o la nuova Faraday Partnership COMIT, che raccoglie in modo isti-tuzionale accanto a ricercatori di 8 università (baricentro a Cambridge) una decina di indu-strie primarie per lo studio e soprattutto le ap-plicazioni di sistemi soft matter based in foto-nica. In Italia il settore della soft matter è rappresen-tato con punte di eccellenza da gruppi le cui dimensioni non sempre raggiungono una so-glia di massa critica che permetta loro di pas-sare in modo interattivo attraverso processi di trasferimento tecnologico. Queste competenze sono presenti in istituti CNR e in laboratori INFM afferenti al Dipartimento, ma vi sono competenze presenti nel Dipartimento Proget-tazione Molecolare nel manifacturing o nella ITC che costituiscono il naturale complemento e completamento di quelle qui rappresentate. Esistono poi gruppi sottocritici ma estrema-mente qualificati presso università Italiane che sono interfacciabili tramite i consorzi INSTM e CNISM. Stanno nascendo distretti in questo set-tore (come in Campania distretto IMAST). Alcuni esempi di punti focali della ricerca scientifica internazionale. Il Progetto vuole essere anche la base per crea-re un polo aggregativo per lanciare piattafor-me tecnologiche estremamente avanzate su pochi “prodotti target” precompetitivi, che possano includere anche gli altri attori rintrac-ciabili in altri punti della matrice pro-getti/dipartimenti e in altri enti oltre che in al-cune industrie manifatturiere.

188


All’interno delle strutture coinvolte sono state assegnate varie commesse di ricerca. Ecco una breve sintesi di alcuni dei piú significativi risul-tati già conseguiti nelle varie commesse. • Strutture ad alta organizzazione gerarchi-

ca realizzate mediante approcci di tipo bio-logico e chimico, per lo studio e la proget-tazione di materiali e sistemi ibridi di inte-resse fotochimico.

• Processi ed interazioni anche reattive, in sistemi chimici e biochimici: adsorbati, nanostrutture, molecole in fase conden-sata, sistemi catalitici, drug design.

• Nuove metodologie e tecniche sperimentali per i materiali. Correlazioni strutturali e dinamiche in sistemi polimerici e materiali magnetici soft per mezzo della spettrosco-pia EPR in multifrequenza e della dielet-trometria.

• Struttura dinamica in sistemi autoor-ganizzati e cooperativi. Determinazione di dati strutturali molecolari e dinamici, in particolare con tecniche spettroscopiche su sistemi di interesse biologico.

• Sistemi macromolecolari, polimeri e fluidi complessi. Processi di aggregazione e di-namica in sistemi dispersi e in liquidi “glass forming”. Progettazione, realizza-zione e caratterizzazione di sistemi disper-si di caratteristiche predeterminate. Auto-aggregazione di porfirine

• Soft materials nano strutturati per fotoni-ca, modelli teorici, tecniche ottiche di di-spositivi e sistemi per applicazioni. Nuovi nanosistemi per optical grating e optical switching. Nuove famiglie di materiali or-ganici e sistemi (anche nano-strutturati) per la realizzazione e lo studio di dispositi-vi attivi (laser, oled). Nuove metodologie per memorie ottiche riscrivibili.

• Soft matter e nanotecnolgie per elettronica e di interesse biomedico e applicazioni tecnologiche correlate. Sono stati svilup-pati nuovi concetti e nuovi sistemi per lo switching elettroottico con cristalli liquidi, utilizzando metodologie di interazioni su-perficiali ed il concetto di ricostruzione di ordine.


Obiettivo generale del Progetto è quello di ac-crescere la competitività del Paese attraverso la ricerca di nuovi materiali e lo sviluppo di nuovi processi. Nello sviluppo del Progetto vi sarà la finalizzazione di attività verso obiettivi specifici che consistono nello sviluppo delle conoscenze e delle tecnologie su tre obiettivi specifici: • Soft and complex materials: creazione e

studio di materiali innovativi con proprietà funzionalizzate. Task fondamentale è lo studio delle applicazioni di questi materiali essenzialmente nei campi della nano e mi-croelettronica, l’elettroottica, fotonica e in tutte quelle aree della Information techno-logy e delle applicazioni industriali e bio-medicali in cui i materiali in oggetto stanno assumendo una importanza crescente;

• Sistemi complessi: miscele, multicom-ponenti etc.

• Metodologie chimiche e fisiche per la soft matter.

Trasversalmente gli obiettivi saranno i seguenti. • Materiali e loro proprietà. Messa a punto

di nuovi materiali, polimerici, liquido cri-stallini, colloidali, materiali nanostruttura-ti (semiconduttori, ossidi e metalli). da de-finire nel piano operativo. Nuovi materiali polimerici ibridi modificati mediante na-noparticelle colloidali.

• Processi di self organizzazione e sopra-strutturazione.

• Processi alle interfacce ed in sistemi confi-nati

• Nanoscienze e nanotecnologie • Sistemi e dispositivi. Sviluppo di applica-

zioni ambientali basate sull’utilizzo di ma-teriali nanostrutturati preparati con meto-dologie chimiche.

7.10.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di mesi uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 1.200 per il 2005, 1.260 per il 2006 e 1.340 per il 2007 cui bisogna aggiun-gere i non strutturati (dottorandi, borsisti e post dottorati) valutabili in almeno 40 unità annuali

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La tabella 7n riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. Dal punto di vista strumentale e delle facilities tecnologiche nel settore, il team di Progetto si configura in una posizione internazionale di eccellenza: • disponibilità di una gamma pressocchè

completa di metodologie spettroscopiche, possibilità di accesso alle grandi facilities internazionali per la spettroscopia neutro-nica e raggi-x, sistemi di progettazione, sintesi e preparazione di materiali;

• laboratori di caratterizzazione con dispo-nibilità di microscopi elettronici (in tra-smissioni e a scansione) e a forza atomica.

• laboratori di preparazione e caratterizza-zione biologica;

• laboratori di microscopia, di ottica e di e-lettronica;

• laboratori per la caratterizzazione ottica di materiali e dispositivi, supercomputers ecc.

Per lo sviluppo di processi sono disponibili apparati di deposizione (termica, sistemi di sputtering UHV, reattori a plasma, vasche di Langmuir , spin coater ecc.), di litografia (otti-ca) apparati per laser processing, La strumen-tazione di processo è, nella maggior parte dei casi, allocata in camere pulite anche in classe 100 (circa 200mq). 7.10.5 Competenze interne utilizzate I gruppi di ricerca coinvolti nello sviluppo del Progetto vantano un’esperienza notevole nel campo dei materiali soffici e delle tecniche e tecnologie correlate, incluse le tematiche di ti-po più propriamente industriale sviluppate con industrie primarie dei rispettivi settori e sono presenti anche competenze per la pro-gettazione e lo sviluppo di nuove strumenta-zioni e tecniche sperimentali; sono ben rap-presentate anche competenze teoriche per lo sviluppo di modelli ab-initio e di dinamica mo-

lecolare , come quelle per lo sviluppo di mo-dellistica di sistemi complessi a varie scale spaziali. Da notare come siano fortemente presenti anche competenze che riguardano la progettazione e la sintesi di nuovi materiali come pure quella riguardante il trattamento di materiali di origine biologica: a riprova di co-me il settore della soft matter sia un settore di frontiera interdisciplinare tra numerose altre aree. 7.10.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili I partecipanti al Progetto vantano collaudate ed esplicite collaborazioni con i maggiori gruppi internazionali del settore italiani, eu-ropei, statunitensi e giapponesi. Sostanzial-mente esistono interazioni con tutti i gruppi italiani di valore esistenti, anche al di fuori del CNR, ad esempio nell’INSTM e nel CNISM. Inol-tre sono attive collaborazioni con qualificate industrie del settore sia italiane che europee. A livello locale si possono citare le interazioni organiche con i settori del packaging , del tes-sile e della conciaria in Toscana, con il distret-to Iasm dei materiali in Campania, con le in-dustrie operanti nel campo dei cristalli liquidi come Tecdis ed Ergom o delle fibre ottiche come Pirelli. Contatti con industrie interna-zionali sono anche ben consolidati con He-wlett-Packard, Philips, Thales, Samsung sol-tanto per citare le principali. 7.10.7 Tempi previsti Il Progetto ha una durata triennale con mile-stones stabiliti con cadenza annuale. I criteri di verifica saranno basati su controlli in itinere, annuali, da parte di un comitato in cui vi sia una significativa presenza internaziona-le.

Tabella7n- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 15,17 3,22 0,67 15,84 2006 14,83 0,86 0,67 15,50 2007 14,42 0,92 0,67 15,09

190

7.10.8 Condizioni di fattibilità Le ricerche programmate si basano su compe-tenze e infrastrutture affermate in modo com-petitivo in un contesto internazionale. Esisto-no i presupposti per il raggiungimento degli obiettivi posti. È omunque da notare che oc-correrà mantenere un buon livello di risorse finanziarie, attualmente reperite in parte da finanziamenti esterni, per garantire continuità all’attività di ricerca: le vicissitudini degli enti in questi anni pongono a rischio di obsole-scenza per mancanza di manutenzione o per superamento tecnologico una parte della strumentazione, peraltro estremamente com-plessa e con costi di una certa rilevanza. Inol-tre il programma richiede uno sforzo anche in termini di incremento delle risorse umane per poter raggiungere le dimensioni critiche ne-cessarie per perseguire ancora una eccellenza scientifica e soprattutto per potersi avventura-re in processi di trasferimento tecnologico che siano credibili.

Considerando il valore attuale delle commes-se, la fattibilità del Progetto, almeno nelle sue linee principali, è garantita dalla massa criti-ca, dalle competenze e dalle strumentazioni complementari presenti nelle commesse. Inol-tre, i programmi proposti riguardano settori di attività nei quali i gruppi di ricerca delle commesse hanno una consolidata esperienza. Tecnicamente non esistono punti a particola-re elevata criticità. Vista la grande competi-zione internazionale nel settore, risulta invece critico poter disporre/sviluppare, nell’arco del triennio, nuova strumentazione. Parallela-mente si rende necessario l’inserimento di forze giovani nelle commesse. Un incremento di dotazione pari al 10% l’anno (circa 1M€ di incremento annuo per anno) consentirebbe l’acquisizione di alcune apparecchiature par-ticolarmente rilevanti per lo sviluppo del Pro-getto. Inoltre l’acquisizione di almeno due u-nità di personale per ogni commessa forni-rebbe un importante contributo al raggiungi-mento di obiettivi competitivi nell’ambito del Progetto.

191

7.11 P11. Materiali, sistemi e dispositivi superconduttivi avanzati



Il Progetto coinvolge realtà del CNR e del INFM tutte di grande esperienza ed attestate ai più elevati standard internazionali nel campo. I tre aspetti in cui si articolerà il Progetto riflettono tre momenti di grande attenzione nello scena-rio internazionale. Essi includono sostanzial-mente: • aspetti propri dello sviluppo di nuovi mate-

riali, studi fondamentali su classi di super-conduttori non convenzionali;

• sviluppo di strutture Josephson che costi-tuiscono insieme probe delle caratteristi-che di tali superconduttori e la base per di-spositivi avanzati di grande rilevanza an-che in connessione alla interazione radia-zione-materia e alla realizzazione ed appli-cazione di strutture SQUID;

• attività estremamente concreta e qualifica-ta indirizzata alle applicazioni di potenza.

L’allargamento tematico dell’attività di ri-cerca dalla ristretta famiglia dei cuprati super-conduttori ad alta Tc (HTcS) alla più ampia classe degli Ossidi di Metalli di Transizione (OMT) di cui gli stessi HTcS fanno parte, per-mette di meglio analizzare e comprendere le proprietà degli stessi cuprati superconduttori, inquadrandole nel contesto più ampio di una classe di materiali che con i cuprati presen-tano moltissime proprietà e fenomeni in co-mune. Molti OMT inoltre, pur non possedendo necessariamente proprietà superconduttive, presentano proprietà magnetiche, ottiche e di trasporto tutte attribuibili alla peculiare strut-tura elettronica. Le comuni caratteristiche chimiche e cristallografiche degli OMT sono in-vece tali da permettere di realizzare eterostrut-ture complesse dotate di un alto grado di per-fezione strutturale e di interfacce altamente controllate. Ciò consente di progettare disposi-tivi che integrino le proprietà superconduttive dei cuprati con quelle magnetiche, metalliche, semiconduttive, dielettriche e ferroeletriche degli altri OMT. L’indagine teorica e sperimen-tale di sistemi superconduttivi, basati sia su

materiali convenzionali che ossidi perovskitici, può ricevere un forte impulso dalle tecniche di spettroscopia ottica lineare e non lineare. Tali tecniche ottiche, operando in sinergia con altri strumenti spettroscopici d’indagine, consen-tono non solo una comprensione più profonda di aspetti di fisica fondamentale coinvolti, ma aprono altresì la strada a potenziali applica-zioni nell’optoelettronica, nel campo emer-gente della spintronica, e più in generale nel settore della dispositivistica avanzata super-conduttiva. L’elemento fondamentale per gli studi in questo campo è rappresentato dalle giunzioni superconduttive di tipo Josepshon, non solo perché costituiscono uno strumento di indagine unico per alcuni aspetti fondamen-tali nella fisica della materia condensata quali la simmetria del parametro d’ordine, la tema-tica propria della “vortex matter” in strutture Josephson non convenzionali ed in film super-conduttori nanostrutturati, l’interazione ra-diazione/materia superconduttiva, effetti quan-tistici, etc., ma anche per tutti i dispositivi di nuova generazione che con esse possono es-sere sviluppati (rivelatori di radiazione, ele-menti per la quantum computation, strutture spintroniche basate su multilayers supercon-duttore/ferromagnete, od anche per quelli che, basandosi su di esse, già presentano risposte significative in problemi applicativi specifici (impiego di SQUID e, nel biomagnetismo ed in particolare nella magneto-encefalografi ed ad analisi non distruttive di tipo elettromagnetico su materiali compositi avanzati). L’interazione radiazione/materia in sistemi superconduttivi ha rappresentato negli ultimi anni un campo di studio non solo propedeuti-co allo sviluppo di rivelatori con elevata risolu-zione energetica e temporale, ma più in gene-rale per lo studio dei meccanismi di interazio-ne fondamentali (elettrone-elettrone, elettrone-fonone) in sistemi elettronici anche fortemente correlati. L’attuale disponibilità di sorgenti la-ser ultrabrevi (<100fs) costituisce una risorsa affascinante per “sondare” lo stato supercon-duttivo in materiali e dispositivi non conven-zionali, anche in regime di non-equilibrio, in-crociandosi in maniera assolutamente sinergi-

192

ca con l’enorme sforzo che viene portato avan-ti parallelamente nella sintesi sempre più con-trollata di nuovi materiali. Lo scenario mondiale della superconduttività, in riferimento alle applicazioni di potenza, sta attraversando un momento di profonda evolu-zione. L’avvento degli ossidi superconduttori ad alta temperatura critica HTS, avvenuta poco meno di venti anni fa, aveva persuaso la co-munità scientifica ed industriale di una più ra-pida introduzione di tali superconduttori in molteplici applicazioni su larga scala di quan-to sia poi realmente avvenuto. Tale ritardo è da imputare essenzialmente alle difficoltà nel-lo sviluppo di procedimenti industriali econo-mici e riproducibili, che consentano la fabbri-cazione di conduttori a base di HTS. Attual-mente, prevalentemente in Giappone e negli USA, sono tuttora presenti rilevanti investimen-ti economici (svariate centinaia di MEUR) che sostengono le attività di R&D di nastri super-conduttori a base di YBCO chiamati “coated conductors”. Pur avendo obiettivi applicativi a lungo termine, ossia oltre il 2010, queste na-zioni sostengono lo sviluppo dell’YBCO anche in quanto questo potrebbe essere impiegato nella fabbricazione di cavi per il trasporto di energia ad elevatissima tensione, applicazione da loro ritenuta strategica, ma che risulta mol-to meno interessante in Europa grazie alla di-versa conformazione della rete elettrica, che risulta molto più ramificata e a media e bassa tensione. Per questo motivo, la ricerca a livello europeo e nazionale si sta concentrando su al-tri materiali con sbocchi applicativi a breve e medio termine, che consentano di realizzare vari dispositivi, e che richiedano un investi-mento in R&D più modesto. In Europa ha, quindi, preso molto più piede lo sviluppo di cavi superconduttori a base di MgB2, materiale recentemente scoperto, e che, pur possedendo una temperatura critica di 40 K, inferiore a quella dell'YBCO, può comunque essere impie-gato grazie al recente progresso di nuove tec-niche di criorefrigerazione. Il livello raggiunto dalle attività R&D nazionali si attesta su stan-dard internazionali per i cavi in MgB2., 7.11.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti All’interno delle strutture coinvolte sono state assegnate specifiche commesse di ricerca la cui attività contribuirà al conseguimento di piú

obiettivi programmatici. Ecco una breve sinte-si, commessa per commessa, di alcuni risultati già conseguiti e dei principali trend della ricer-ca coinvolta. Applicazioni di potenza della superconduttività. L’attività in corso è attualmente concentrata sullo studio del materiale superconduttore di recente scoperta MgB2 e sul trasferimento tec-nologico per sue applicazioni in regime di cor-rente continua (magneti per il biomedicale), mentre è in fase di avvio lo studio per le appli-cazioni in regime di corrente alternata (es. li-mitatori di corrente, i trasformatori ed i cavi per il trasporto di energia). Materiali funzionali e dispositivi. La realizzazione di bulk, film sottili e disposi-tivi dei composti dei metalli di transizione, nonché lo studio delle loro proprietà funziona-li, rappresentano il core dell’attività in corso. Inoltre, l’attenzione è rivolta allo sviluppo di dispositivi ad effetto di campo, nei quali ven-gono utilizzati ossidi di metalli di transizione per il canale semiconduttivo (es. titanato di stronzio e ossido di zinco), materiali supercon-duttori innovativi, come i superconduttori in-termetallici (diboruro di magnesio), gli ossidi cuprati, ad alta temperatura di transizione e le manganiti. Studi su sistemi fermionici pesanti. È in fase avanzata lo studio della struttura elet-tronica e fermiologia dei sistemi di Kondo, su-perconduttori a alta temperatura (compresi i rutenati e i superconduttori ferromagnetici), dei sistemi magnetici non convenzionali (eli-magnetici o semiconduttori magnetici diluiti) e manganiti mediante esperimenti in luce pola-rizzata e misure avanzate risolte in ener-gia/momento/ e spin. Interplay tra superconduttività e magnetismo. Attualmente vengono studiati i meccanismi at-traverso i quali una fase superconduttiva con pairing di singoletto di spin emerge all’interno di un ordine ferromagnetico (FM), e come que-sto è modificato dalla presenza della supercon-duttività. Fenomeni di trasporto in materiali superconduttori. Vengono studiate le proprietà di trasporto e delle perdite con campo magnetico e corrente d.c. e a.c. in film e multistrati di materiali su-perconduttori ad alta e bassa temperatura di transizione, accompagnate da misure di spet-troscopia tunnel per lo studio della densità di stati mediante STM, in particolar modo su cri-stalli singoli di MgB2.

193

Deposizione e diagnostica di film sottili di materiali inno-vativi. Nell’ambito dei laboratori del CRS Coherentia si è concentrata gran parte dell’attività nazio-nale sulla fabbricazione di film sottili epitassia-li, strutture multistrato e superreticoli. Dispositivi superconduttori ed aspetti fondamentali della superconduttività sotto irraggiamento laser. Tecnologie consolidate vengono utilizzate per la fabbricazione di dispositivi contenenti giun-zioni superconduttive di tipo Josephson con materiali sia a bassa (LTS) che ad alta (HTS) temperatura critica di transizione, che vengo-no utilizzati per studi di natura fondamentale sulla superconduttività di non-equilibrio in presenza di interazione radiazione/materia superconduttiva, per studi sulla simmetria del parametro d’ordine nel caso di supercondut-tori non convenzionali, e più in generale per potenziali applicazioni nel campo della com-putazione quantistica. Aspetti fondamentali della fisica delle perovskiti. Attualmente buona parte dell’attività è foca-lizzata sulle manganiti a cui vengono applicate spettroscopie IR, Raman (anche ad alte pres-sioni) ed STM, modelling teorico. Fisica e Tecnologia dei Sistemi Coerenti. Le attività principali si identificano nello svi-luppo di rivelatori superconduttivi di radiazio-ne, nella fabbricazione e caratterizzazione di SQUID e sistemi di SQUID, su studi di natura fondamentale nel campo della Coerenza Quantistica Macroscopica. Sintesi e studio di nuovi superconduttori e materiali con nuove proprietà elettroniche. Le attività in corso comprendono lo studio dei meccanismi microscopici della supercondutti-vità non convenzionale e lo studio delle pro-prietà strutturali e elettroniche di nuovi com-posti superconduttori metastabili, es. YSr2Cu3O ossidi di manganese a valenza mi-sta, es. AMn7O e solfuri di vanadio, es. Ba1-xAxVS e AVS (A=catione).


Obiettivo generale del Progetto è quello dello sviluppo di un programma triennale di attività di ricerca fondamentale ed applicata che ren-da disponibili materiali compositi e con forti correlazioni elettroniche, e favorisca la realiz-zazione di dispositivi superconduttivi di alta qualità. Più specificatamente gli obiettivi sono: • Ingegnerizzazione di nuovi materiali artifi-

ciali realizzati controllando composizione,

struttura e morfologia allo scopo di ottene-re proprietà funzionali utili sia per le ap-plicazioni che per la comprensione dei meccanismi di interazione responsabili della superconduttività.

• Studio di materiali fermionici pesanti me-diante avanzate e sofisticate tecniche di analisi morfologica e spettroscopica;

• Studio dei meccanismi di base del pinning e delle perdite a.c. in superconduttori compositi. Comprensione microscopica della superconduttività in MgB2. Studio delle proprietàdell’MgB2 in a.c.

• Fabbricazione di film, multistrati e disposi-tivi sia di composti maturi per le applica-zioni, che di composti innovativi da sistemi di deposizione altamente complessi, con tecniche di analisi e caratterizzazione a-vanzate in situ, in laboratorio, e presso fa-cilities esterne (p. es. luce di sincrotrone).

• Sviluppo di dispositivi superconduttori di alta qualità con materiali LTS e HTS, e loro utilizzo in misure fondamentali di tipo quantistico. Sviluppo di rivelatori super-conduttivi di radiazione impieganti anche nuovi materiali e/o configurazioni per il single photon counting, SQUID e sistemi di SQUID.

I criteri di verifica saranno quelli propri di quanto avviene per la ricerca scientifica rife-rendosi ai risultati testimoniati da pubblica-zioni su riveste e volumi internazionali, parte-cipazioni a vario titolo a congressi, workshops internazionali (relazioni su invito, presenza in “committees” scientifici, organizzativi, etc.) È naturalmente di grande importanza la parte-cipazione a progetti nazionali ed internaziona-li, ed interazioni con altre realtà (aziende, Enti publici di ricerca, Enti locali).


L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 600 per il 2005, per 680 per il 2006 e per 700 per il 2007. Le risorse strumentali attualmente disponibili presso Centri/Laboratori/Istituti coinvolti consistono in: • apparecchiature avanzate per deposizione

e processo di film sottili e multistrati con uno spettro molto ampio di tecniche;

• apparecchiature sia ottiche che a fascio elettronico per la litografia ed il patterning su scala micro- e nano-;

194

• strumentazione per la diagnostica (tecni-che di diffrazione di raggi X e di elettroni (RHEED), microscopia a scansione (AFM, STM), microscopia elettronica a scansione (SEM), spettroscopia micro-Raman);

• stazioni di misura a basso rumore, crio-geniche fino nella regione dei millikelvin;

• strumentazione per misure di trasporto e-lettronico e calore specifico in campi ma-gnetici intensi, magnetometria SQUID, spettroscopia ottica risolta temporalmen-te, misure a microonde e tecniche spettro-metriche EDS a rivelatore superconduttore.

La dotazione strumentale esistente, (che non comprende le attrezzature, anche di rilevante impegno, che derivano da realizzazioni inno-vative e quindi non commerciali, e neppure gli shared costs di utilizzo di grandi facilities eu-ropee quali neutroni, muoni, luce di sincro-trone, alti campi magnetici) è stimabile in 20 MEuro ed è stata acquisita durante l’ultimo decennio. La tabella 7o riporta le risorse fi-nanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007.

7.11.5 Competenze interne utilizzate I gruppi di ricerca coinvolti nello sviluppo del Progetto vantano un’esperienza consolidata nel campo della superconduttività. Essi hanno consolidate esperienze nell’utilizzo di : tecni-che di fabbricazione e caratterizzazione, an-che a bassissime temperature, di materiali e dispositivi, tecniche numeriche ed analitiche per lo sviluppo di modelling, preparazione di cavi superconduttori, analisi microstrutturali e chimico-fisiche. Il Progetto si avvarrà delle competenze inter-ne degli Istituti: ICIB (Pozzuoli), IMEM (Parma), del Centro di Ricerche e Sviluppo Coherentia (Napoli), dei Laboratori Regionali SUPERMAT (Salerno) e LAMIA (Genova), e del TASC (Trie-ste).

7.1.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-vabili:

University of Twente (NL), University of Erlan-gen (D), IBM T.J. Watson Research Center (USA), University of Chalmers (Sweden), University of Rochester (USA), ESRF Grenoble, EMAT Ant-werp, University of Geneva (CH), Instituto de Ciencia de Materiales in Barcelona (S), Univer-sity of Leiden (NL), Imperial College London (UK), University of Kyoto (JP), Max-Planck-Institute, Stuttgart, Germany, de Recherches sur les Très Basses Tempèratures CNRS, Grenoble, France, CNRS Paris, Francia, Uni-versity of Stanford CA, ALS Advanced Light Source Berkeley CA, GHMFL-Grenoble, France; LNCMP-Toulouse, France; ESRF-Grenoble, France; PSI-Zurich,CH; Penn Sate University-USA; Applied Superconductivity Center-Madison USA; University of Tubinghen, D; DPMC-Université de Geneve CH; New York State University at Stony Brook, USA, Yale University, USA. Dipartimento di Fisica Politecnico di Mi-lano, CNR- Dipartimento di Fisica, Università di Parma; Università del Piemonte Orientale, Ita-lia, Università Cattolica di Brescia, Sincrotrone Trieste, Università di Modena, Università di Cagliari, II Università di Napoli, Politecnico di Torino ITAB-Università di Chieti CNR-IMM, sez. di Napoli. Le collaborazioni con la componen-te industriale sono Columbus Superconduc-tors (spin-off del LAMIA), Ansaldo Supercondut-tori SpA, CESI SpA, Tratos Cavi SpA.

7.11.7 Tempi previsti Partendo dai risultati già conseguiti e dalle competenze esistenti, si ritiene che nell’arco di un triennio sia possibile raggiungere l’obiettivo generale del Progetto.

Tabella7o- Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


2005 12,12 3,45 0,06 12,18 2006 11,85 0,93 0,06 11,91 2007 11,52 0,99 0,06 11,58

195

7.11.8 Condizioni di fattibilità Per lo sviluppo delle tematiche illustrate, man-tenendo un’alta competitività internazionale, è necessario prevedere soprattutto un raffor-zamento delle infrastrutture, del personale tecnico/amministrativo delle strutture parteci-panti e, soprattutto, l’immissione di giovani ri-cercatori con particolare riferimento ai giovani formati presso le strutture nazionali ed attual-mente all’estero. Sul piano dei finanziamenti,

le strutture indicate hanno dimostrato negli ul-timi anni una grande capacità di autofinan-ziamento su progetti nazionali ed internazio-nali e su contratti industriali, che hanno ga-rantito il raggiungimento di risultati scientifici e tecnologico-applicativi di grande rilievo. Per le attività di ricerca che si intendono sviluppa-re nel prossimo triennio, gli incrementi, so-prattutto in termini di risorse umane, si posso-no stimare tra il 10%-15% per anno.

PT05_016_A.1.7_materiali_dispositivi_05_07_27_ore 16 28/07/2005 196

8. Dipartimento Sistemi di Produzione

Il settore manifatturiero rappresenta la strut-tura fondamentale dei sistemi industriali. In Europa esso sostiene, direttamente e attra-verso i servizi indotti, oltre 120 Milioni di posti di lavoro. Il suo turnover è di oltre 4.300 Mi-liardi di Euro e contribuisce per oltre il 25% al valore aggiunto prodotto in Europa. Per raf-forzare la consapevolezza della centralità do-vuta al Manifatturiero e al settore delle Costru-zioni nel nuovo contesto economico e sociale, l’Europa ha costruito una risposta che costi-tuisce un momento di sensibilizzazione poli-tica e di aggregazione collettiva.Ricerca -indu-stria (TECHNOLOGY PLATFORMS from Definition to Implementation of a Common Research A-genda. DG Research 2004). L’iniziativa strate-gica europea per il Manifatturiero è ManuFuture e nel Novembre 2004 l’Unione Eu-ropea ha pubblicato il Report ManuFuture Vision 2020 Assuring the Future of Manufacturing in Europe - High Level Group.

-

Parallelamente l’iniziativa strategica per il set-tore delle Costruzioni è impostata nella Vision 2030 e nella European Costruction Techno-logy Platform per il conseguimento degli obiet-tivi fissati. A fronte di questa strategia europea in corso di attuazione, la R&S italiana nel settore manifat-turiero si presenta articolata con una presenza di realtà efficienti. In questo momento è quindi decisivo adottare un disegno strategico della ricerca nazionale per il Manifatturiero seguendo le linee guida del Programma Nazionale di Ricerca 2005-2007. La presenza di un’organizzazione di ri-cerca pubblica come il CNR e di un Diparti-mento come Sistemi di Produzione, può con-sentire di guidare le risorse esistenti e di im-plementare programmi di ricerca italiana. Questo disegno si può attuare nel quadro di un sistema di Governance pubblico-privato neces-sario alla trasformazione industriale del Paese basata sulla ricerca. Infatti, la strategia europea di lungo periodo confida che la struttura scalare Europa-Stato-Regioni delle Piattaforme Tecnologiche, con un assetto multilivello, sia capace di rappre-sentare e far convergere esigenze determinanti diverse e rispondenti a una domanda diffusa e specialistica di ricerca. L’Italia ha insediato ufficialmente il 15 febbraio 2005 presso il MIUR, la Piattaforma Tecnologica Sistemi di

Produzione –ManuFuture Italia con la parte-cipazione di industrie come la COMAU S.p.A., Finmeccanica, rappresentanti di Regioni (Pu-glia, Liguria, Emilia-Romagna) e Distretti tec-nologici strategici per il settore. Con l’attivazione del Dipartimento Sistemi di Produzione del CNR, in riferimento alla mis-sion, si determina l’opportunità di introdurre una guida di ricerca pubblica nel processo di governo della R&D per il sistema manifattu-riero. Il Dipartimento si configura, pertanto, come “propulsore” dello sviluppo industriale e si connota per: • la mission “Accrescere la competitività e

sostenibilità (economica, sociale, ambien-tale ed energetica) del Sistema Industriale Italiano sul mercato globale, attraverso at-tività di ricerca basate su: - la “convergenza” di nuove tecnologie

abilitanti e, quindi, lo sviluppo di nuovi prodotti/servizi e processi ad elevata qualità, valore aggiunto e sostenibilità industriale;

- la riduzione del “time to market” tra ri-cerca e innovazione industriale;

- l’integrazione dei partners di ricerca, lungo la catena del valore ricerca - in-novazione industriale;

- lo sviluppo di nuova imprenditorialità fondata sulla ricerca perseguendo ele-vati livelli di efficienza ed efficacia, in un contesto di crescente globalizzazio-ne e competizione delle stesse attività di ricerca e innovazione industriale”.

• L’obiettivo generale del Dipartimento è quello di contribuire all’attuazione della “Matrice del nuovo sistema industriale ita-liano basato sulla Ricerca” in ordine ai: - prodotti, relativamente alle filiere costi-

tuite dagli attuali 20 settori del mani-fatturiero, delle costruzioni e le relative tecnologie abilitanti;

- processi produttivi, che sostengono il ciclo di vita dei prodotti, dalla conce-zione, alla produzione e, infine, allo smontaggio, riciclo o recupero anche energetico e le relative tecnologie abilitanti.

197

• Lo sviluppo e l’implementazione delle priorità strategiche a medio e lungo termi-ne in una agenda strategica di ricerca (SRA) del Dipartimento coerente a livello nazio-nale con il PNR 2005-2007 e innestata negli

assi tecnologici della SRA della Piattaforma ManuFuture;

• l’implementazione di progetti rilevanti (Roadmap);

• l’avvio del sistema di Governance del Di-partimento e di Project Management dei progetti dipartimentali;

• l’avanzamento delle relazioni con altre en-tità per collaborazioni strutturate nazionali: - all’interno del CNR, mediante proposte

di Progetti Inter-dipartimenti: - Industrial Mutation, con il Diparti-

mento Materiali e Dispositivi; - Sicurezza globale con i Diparti-

menti Materiali e Dispositivi e ICT; - all’esterno del CNR con :

- il Protocollo di Intesa con Comau S.p.A; - la Piattaforma Nazionale Sistemi di

Produzione ManuFuture Italia MIUR, CNR, Regioni, Distretti Tec-nologici, Commissione Euro-pea. La Piattaforma italiana ha un si-stema di Governance im-postato su organi corrispondenti alla Piatta-forma Europea per una reciprocità di rappresentanza (quindi High Level Group e Support Group a guida CNR).

• Relazioni internazionali per l’integrazione di attività di ricerca nello Spazio europeo della Ricerca (SER/ERA), anche bilaterali, con paesi europei nell’area Sistemi di pro-duzione e con paesi extraeuropei (USA, Giappone). In particolare: - con altre Piattaforme nazionali (Spa-

gna, Portogallo, Svizzera, Polonia, etc.) e con la Piattaforma Europea ManuFu-ture.

Le attività del Dipartimento nella program-mazione di breve periodo si articolano nei se-guenti 10 Progetti concentrati sugli assi por-tanti del rinnovamento tecnologico del sistema industriale maturo del Paese, tra cui anche la formazione di risorse preparate per sostenere il cambiamento industriale: • P1. Prodotti e processi industriali high tech; • P2. Microsistemi embedded; • P3. Sistemi integrati di produzione, robot e

componenti high tech; • P4. Tecnologie sostenibili per la costruzione

edile e civile; • P5. Processo di realizzazione e gestione

delle opere edili e civili; • P6. Sistemi di monitoraggio, controllo e si-

curezza nei contesti produttivi;

• P7. Sistemi per movimentazione e lavora-zione in ambienti non strutturati;

• P8. Strumenti per la progettazione ed or-ganizzazione industriale;

• P9. Metodi e strumenti di metrologia, La tabella 8a° riporta l’elenco degli Istituti di prevista afferenza e degli Istituti partecipanti al Dipartimento. Il Dipartimento ha strutturato un sito su cui è disponibile la documentazione sui progetti1 . Il Dipartimento, considerando solo il perso-nale CNR a tempo indeterminato, può contare mediamente nel triennio su 434 unità afferenti alla rete scientifica. A questo si deve aggiun-gere il personale universitario che partecipa al-le attività di ricerca, dottorandi e borsisti che nel 2005 si attesta intorno alle 220 unità. L’impegno del personale (mesi/uomo) nelle attività progettuali è indicato in dettaglio nella parte descrittiva di ciascun progetto.

Risorse finanziarie del Dipartimento nel trien-nio 2005 – 2007

La tabella 8b riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Dipartimento nel triennio 2005-2007. Nella Programmazione di medio periodo, nel caso di disponibilità di risorse interne aggiun-tive, il Dipartimento, coinvolto nella firma di un Protocollo d’Intesa con la COMAU S.p.A. e nella Piattaforma nazionale sistemi di produ-zione Manu uture Italia, si propone di svilup-pare due ulteriori progetti strategici ad alta ri-levanza:

f

Progetto 11 “Sostenibilità di prodotti, processi e sistemi industriali del Manifatturiero”, pro-durrà risultati propedeutici alla prossima pro-grammazione sulle seguenti tematiche strategiche: • eco-efficienza (strategia di manage-ment

che sostiene, con prestazioni ambientali ed economiche, la creazione di valore e ridu-zione di impatto ecologico);

• innovazione e tecnologia (modalità princi-pale per soddisfare esigenze sociali e cre-scita economica proteggendo l’ambiente);

sostenibilità e mercato (un sistema capace di rispondere alla competitività mediante l’eco-efficienza e l’inno-vazione).

198

1 www.dipsdp.it

Tabella 8a -Istituti esecutori

Istituti di prevista afferenza Istituti partecipanti IMAMOTER– Istituto per le Macchine Agricole e Movimento

Terra IAC– Istituto per l’Applicazione del Calcolo “ Mauro Pico-

ne” IMEM– Istituto dei Materiali per l’Elettronica ed il Magne-

tismo IFAC– Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara”

IMGC– Istituto di Metrologia “Gustavo Colonnetti” IMATI– Istituto di Matematica Applicata e Tecnologie Infor-matiche

ISSIA– Istituto di Studi sui Sistemi Intelligenti per l’Automazione

IMCB– Istituto per i Materiali Compositi e Biomedici

ISTEC– Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali Ce-ramici

ISMAC– Istituto per lo Studio delle Macromolecole

ITC– Istituto per le Tecnologie da Costruzione ISTC– Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione ITIA– Istituto di Tecnologie Industriali e Automazione ITM– Istituto per la Tecnologia delle Membrane

IVALSA– Istituto per la Valorizzazione del Legno e delle Spe-cie Alboree

Questo Progetto ha l’obiettivo di ridurre l’impatto dei cicli di vita di prodotti, processi, sistemi industriali in rapporto a sostenibilità economica, sociale e ambientale e di proget-tare e sviluppare, tramite la ricerca: • tecnologie appropriate (tools, metodologie)

di prodotti, processi e sistemi industriali; • capacità di verifica e misurazione di pro-

dotti, processi e sistemi industriali; • linee-guida per favorirne l’introduzione

nel sistema produttivo. Importo: • 1 M Euro (prima annualità: analisi e studio

di fattibilità) • 2 M Euro (seconda annualità: preparazio-

ne competenze interne ed esterne) • 3 M Euro (terza annualità: lancio operativo

delle attività) Progetto 12 “Evoluzione della FABBRICA nella economia globalizzata” ha l’obiettivo strategi-co di sostenere lo sviluppo locale attraverso nuove forme di interazione e cooperazione su scala globale, fra organizzazioni e comunità di business, sviluppare nuovi paradigmi in cui la tecnologia e le organizzazioni siano variabili correlate per supportare modelli di coopera-zione e competizione innovativi. I sottobiettivi del Progetto 12 prevedono: • nuove configurazioni di prodotti e processi

nei settori in via di globalizzazione produt-tiva;

teorie organizzative, modelli di business, poli-tiche e modelli di sviluppo industriale;

• intensive connection di ricerca, sviluppo, produzione, mercato nella Catena del Va-lore Ricerca-Innovazione;

• nuove configurazioni della fabbrica estesa (supply chain globalizzata);

• nuove configurazioni della fabbrica nei contesti avanzati.

Importo: • 1 M Euro (prima annualità: analisi e studio

di fattibilità) • 2 M Euro (seconda annualità: preparazio-

ne competenze interne ed esterne) • 3 M Euro (terza annualità: lancio operativo

delle attività) In relazione al carattere transettoriale e forte-mente interdisciplinare acquisito dalle temati-che di ricerca per i sistemi integrati di manifat-tura, il Dipartimento, in fase di programma-zione interdipartientale, ha elaborato proposte di collaborazioni mirate con altri Dipartimenti. In particolare, si prevede di attivare a livello di Commesse o moduli di attività di progetti del Dipartimento: • nel progetto 1 Prodotti e Processi Indu-

striali High Tech, 2 moduli di attività a ca-rattere scientifico associati a commesse strategiche in collaborazione interdiparti-mentale con il Dipartimento di Medicina;

• nel progetto 2 Produzione di microsistemi in un’ottica di Design for Manu acturablity si propongono attività specifiche che possono inserirsi, come commesse di svi-luppo competenze con riguardo a:

f i-

- realizzazioni di microsistemi integrati nel silicio;

- producibilità di blocchi analogici nel silicio con tecnologie nanometriche;

- terminali a microonde (mobili e/o ri-configurabili).

Queste attività possono inoltre convergere nel Progetto Interdipartimentale multilaterale sul tema della Sicurezza globale di seguito men-zionato.

199

Inoltre a livello Interdipartimenti si intende avviare due Progetti:

Progetto Interdipartimenti Industria Mutation tra il Dipartimento Sistemi di Produzione e il Dipartimento Materiali e Dispositivi per studi e sviluppi con focus strategico su Prodotti e pro-cessi Science&Research based, per la competi-tività nel mercato europeo e internazionale.

l-

Tale Progetto consentirà all’Italia di esplorare congiuntamente, con metodologie di concur-rent/simultaneous engineering per lo sviluppo di nuovi prodotti ad elevate prestazioni capaci di creare nuove filiere e settori manifatturieri totalmente nuovi, l’introduzione di alte tec-nologie abilitanti, processi produttivi High Tech, in modalità convergenza/integrazione tecnologica o combinazioni avanzate nelle tecnologie di processo. Il Progetto per ora bilaterale, offre la possibi-lità di una importante confluenza strategica a carattere sinergico basata sulla selezione di competenze esistenti e programmazione di svi-luppo competenze complementari per i due Dipartimenti. In particolare considerato l’obiettivo proget-tuale, si fa rilevare che l’unione -basata sulla complementarietà di attività avanzate di ri-cerca sul versante di materiali avanzati e pro-cessi produttivi High Tech- costituisce la crea-zione di un asset di conoscenze immediata-mente acquisibili in attività di Fast time to Market di innovazione industriale per PMI al-tamente specializzate e distretti tecnologici. Questo Progetto di ricerca collaborativa Inter-dipartimentale sarà sviluppato in cinque anni:

• primo anno: analisi delle convergenze tecnologiche e studio di fattibilità;

• secondo anno: impostazione della pro-grammazione con metodologia roadmap ;

• terzo, quarto, quinto anno: implemen-tazione dei progetti.

Progetto Interdipartimenti Sicurezza Globale tra i Dipartimenti Sistemi di Produzione, Ma-teriali e Dispositivi e ICT che riguarda settori produttivi ad alto impatto sociale (ambiente, agro-alimentare, sicurezza personale e dei be-ni, sicurezza nei trasporti-aeroporti, pre-venzione da esplosivi, droghe, contaminanti vari, ...) e necessariamente richiede tecnologie e competenze pluri-disciplinari. In particolare si intende favorire e portare allo sviluppo in-dustriale anche nell’ambito dei Protocolli di Intesa firmati, la realizzazione di apparati di sicurezza rilevamento assolutamente non rea-lizzabili con i tradizionali componenti. Il Progetto riguarda: • procedimenti di rilevamento /valutazione

rischi ; • dispositivi di nuova generazione micro e

nano-elettronica • nuova strumentazione di misura sen-

sori/attuatori • nano-composti di nuova concezione e rea-

lizzazione • caratterizzazioni chimico - fisico-biologiche

avanzate. E' pertanto previsto, sin nella prima formula-zione, un significativo contributo delle compe-tenze e delle tecnologie derivanti da nano-scienze, sistemi di produzione e informatica.

Tabella 8b -Risorse e spese del triennio del Dipartimento (M/€)

200

Risorse finanziarie totali allocate di cui Risorse da Terzi Costi Figurativi Valore Effettivoanno

A B C D = A + C 2005 52,40 19,08 4,04 56,44 2006 51,23 16,90 4,04 55,28 2007 49,82 18,08 4,04 53,86

Progetti del Dipartimento Sistemi di Produzione 8.1 P1. Prodotti e processi industriali high tech


0

8.1.1 Cenni allo scenario nazionale e

internazionale e motivazione della presenza del CNR

f i

Il modello industriale emergente per il Manifatturiero è caratterizzato dalla intera-zione tra imprese, università e centri di ricerca stabilmente e sinergicamente integrati nella Catena del Valore Ricerca-Innovazione. Per questa nuova impostazione che vede l’economia della conoscenza evolvere in eco-nomia dell’innovazione, l’analisi di anticipa-zione strategica delle esigenze del Manifattu-riero in termini di tecnologie di produzione ha costituito la base di partenza propedeutica all’avvio di iniziative condivise dai grandi pa-esi industrializzati a livello europeo. A questo scopo, infatti, importanti studi sviluppati in collaborazione tra i Paesi Europei, cui l’Italia ha dato il proprio contributo, sono stati finan-ziati a partire dal 2000 dalla Commissione tra cui FuTman (The Future of Manu actur ng), MANVIS (Manufacturing visions). Questi progetti di foresight hanno contribuito a costruire sce-nari comuni e a far convergere le esigenze del-le imprese europee verso tecnologie di pro-duzione medio-alte espresse da organizzazioni di ricerca competenti. Nella costruzione della strategia di risposta eu-ropea ManuFuture, l’Italia ha fornito un con-tributo rilevante nell’analisi preliminare e il panel (High Level e Expert Group) è costituito e oggi guidato da rappresentanti dell’in-dustria, centri di ricerca come il Fraunhofer Gesellschaft, il CNR, università organizzazioni internazionali di settore come Orgalime e Ce-cimo ed esperti europei e internazionali. Lo sviluppo delle iniziative a sostegno del rilancio del Manifatturiero europeo ha avuto due mo-menti importanti di fondazione del consenso quali: la Conferenza ManuFuture 2003 a Mi-lano, in cui l’azione si è formalizzata con l’istituzione dell’High Level Group sostenuto dalle attività della DG Ricerca, la Conferenza

2004 in Olanda in cui la visione comune è sta-ta ufficializzata unitamente al lancio della Piat-taforma ManuFuture e due ulteriori momenti operativi che hanno portato alla definizione delle aree di ricerca tecnologica per il manifat-turiero e all’analisi delle criticità tecnologiche di natura transettoriale e settoriale. Ciascun Paese europeo svilupperà la propria strategia in coerenza con le indicazioni europee orienta-te verso la definizione programmatica ed eco-nomica del VII Programma Quadro. Per l’Italia i Sistemi di Produzione, con le relative tecnologie, costituiscono il principale settore industriale con un mercato globale, rap-presentato dal settore Beni Strumentali: in ciò si determina la motivazione principale dell’in-tervento pubblico italiano a sostegno della ri-cerca per l’innovazione industriale del Mani-fatturiero. Questa particolare attenzione, si è delineata in un arco decennale con il Pro-gramma del MIUR Sistemi di Produzione In-novativi, e continua identificando nei Sistemi di Produzione una priorità del Programma na-zionale di Ricerca 2004-2006. Con questo Progetto, il Dipartimento intende concorrere a coltivare l’industria italiana del futuro, ponendo fine all’estraneità tradiziona-le tra ricerca scientifica e mondo industriale caratterizzato da innovazione senza ricerca. 8.1.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-


Il CNR, negli ultimi anni, ha dato un notevolis-simo contributo attraverso la RST allo sviluppo di nuovi prodotti e processi industriali nella logica di filiera, interessando all’innova-zione i settori del Made in Italy (calzature, mobili, ce-ramica, tessile, etc.) , dei Beni strumentali e contribuendo a Prodotti science-based.

201

Con riferimento a questi ultimi, le attività di ri-cerca hanno portato alla definizione di pro-dotti fondati su nuovi materiali funzionali e strutturali che possono aprire nuove filiere.

Concentrando l’attenzione sui processi e rela-tivi beni strumentali, i principali risultati – che costituiscono un “first” a livello globale, sono costituiti da: • 3 impianti pilota “research based” per la

concezione e produzione, rispettivamente di calzature, mobili, elettrodomestici che sono esperienze dimostrative prototipali. Questi impianti permettono l’avanza-mento dello stato delle conoscenze e costi-tuiscono laboratori di ricerca unici al mondo. Tali iniziative, a forte potenziale di innovazione, sono state conferite dal MIUR al CNR;

• celle per la produzione di prodotti in plastica; • produzione di componentistica per elet-

trodomestici. Essi vanno visti all’interno di filiere che consi-derano il ciclo integrato del prodotto – dalla concezione al riciclo. L’attività di studio svolta di recente a livello europeo (Iniziativa ManuFuture) e nazionale (PNR e Piattaforma sui Sistemi di Produzione) ha consentito di individuare le nuove esigenze del contesto industriale e le soluzioni tecnolo-giche attese. L’esperienza tecnologica pre-gressa e la conoscenza della domanda indu-striale, di cui dianzi detto, hanno consentito di definire il Progetto 1 e di raccordare le risorse esistenti nel CNR verso gli obiettivi strategici emersi dagli scenari evolutivi elaborati a livello europeo e italiano. 8.1.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento. Il Progetto Prodotti e Processi industriali High Tech ha come obiettivo generale lo sviluppo della “Matrice del Nuovo sistema industriale italiano basato sulla Ricerca”. Gli obiettivi realizzativi del progetto fanno rife-rimento alle tecnologie di: • prodotti (architetture, materiali funzionali

e strutturali, componentistica e tecnologie di prodotto) con riferimento ai settori del manifatturiero;

• processi (progettazione, produzione, di-stribuzione, uso e implementazione, smal-timento e riciclo, con riferimento al loro ci-clo di vita.

La caratteristica particolare e originale del Progetto è nella correlazione che unisce filiere verticali di produzione a tecnologie abilitanti di Prodotto e Processo.

Il Progetto mappa secondo un criterio di orga-nizzazione razionale il complesso rapporto che si è stabilito tra tecnologie medio-alte e settori del Manifatturiero. La distribuzione di Tec-nologie di Prodotto e di Processo per filiera, raggruppa le tecnologie secondo un ordina-mento preciso e instaura relazioni tra le di-verse filiere verticali. Questa impostazione a matrice, che manifesta la ricerca di una nuova sistematicità, è alla base dell’approccio pro-gettuale e consente di riportare, seguendo un principio di sistematicità, la varia casistica del-le 21 commesse coinvolte, di definire nella ma-trice uno spazio ordinato secondo due ingressi fondamentali Filiere e Tecnologie abilitanti, di monitorare in modo dinamico i rapporti intra-commesse per ricadute verso il mondo del manifatturiero. Fatto non meno rilevante, questo approccio permette alle esperienze di ricerca del CNR, che si collocano oggi in modo individualizzato prevalentemente in catene produttive forte-mente verticalizzate, di acquisire, in un piano di sviluppo triennale, una focalizzazione su tecnologie abilitanti frutto di ricerca che ri-guarda Prodotti/Processi proponendo solu-zioni transettoriali con forti influenze interne e da collocare nelle filiere produttive prioritarie per il Paese. Le tre linee programmatiche in cui si artico-lano le Commesse del Progetto sono: • studio, concezione e sviluppo nell’arco

triennale di tecnologie abilitanti di Pro-dotto/Processo per catene produttive da innovare, in cui già si è definita una pre-senza del CNR, con un apporto di compe-tenze di interesse per il settore di riferi-mento. Nel triennio 2005-2007 si intende conseguire i seguenti risultati dimostrabili: - nel campo del Made in Italy per il set-

tore Meccano-calzaturiero, il settore tessile, il settore delle ceramica con ri-ferimento a Commesse rispettivamente di ITIA, ISMAC, ISTEC, IFAC;

- nel settore dei Beni strumentali per stu-dio e concezione di nuove macchine e strumenti avanzati e intelligenti con ri-ferimento a commesse di ITIA, e colla-borazioni con ISMAC e IFAC per il mec-cano-tessile.

202

• Studio e sviluppo di nuovi prodotti con ma-teriali ad elevate prestazioni e con sviluppo di competenze nel settore di materiali fun-zionali con le commesse IMCB e ITM e di

macchine di nuova generazione per nuovi Prodotti/Processi con commesse ITIA;

• sviluppo di apporti trasversali di matema-tica applicata per modellizzazione avan-zata di problematiche legate a complesse situazioni industriali e di informatica le-gata a tecnologie wireless.

Queste linee programmatiche sono raccordate e assistite da studi, analisi e sviluppo di ricerca di tipo foresight con il compito di seguire le di-verse e variegate situazioni pilota. Questa funzione di foresight è determinante in questo progetto per generare una catena pro-duttiva e di valore basata sulla conoscenza senza alienare, ma anzi integrando progressi-vamente le esigenze di tecnologie di Prodotto/ Processo essenziali per la sostenibilità delle fi-liere stesse. 8.1.4. Risorse umane, strumentali e finan-

ziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 1914 per il 2005, nel 2006 e nel 2007 la stima si mantiene media-mente costante. La tabella 8c riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 8.1.5. Competenze interne utilizzate

Le competenze del CNR presenti nel progetto mostrano l’esistere di attività orientate all’industrializzazione. Suddivise in tecnologie abilitanti transettoriali di Prodotto e Processo, le competenze riguar-dano: materiali funzionali, materiali avanzati e intelligenti, metodi e tools per lo sviluppo di prodotti e processi sostenibili, meccatronica, ingegneria digitale e virtuale, tecnologie inte-grazione di prodotto, processi di simulazione, controlli avanzati, automazione adattativi in-telligente e distribuita. Queste competenze si ritrovano nei seguenti Istituti: IAC, IFAC, IMATI, IMCB, ISMAC, ISTC, ISTEC, ITIA, ITM, IVALSA. 8.1.6. Collaborazioni esterne attivate o attivabili Si ritiene utile, per uno sviluppo equilibrato del tema del progetto in esame, considerare at-

tività e competenze, che sono ampiamente esi-stenti, in Italia, in diversi enti pubblici e privati (università ed industrie). Collaborazioni a rete sono, in questo caso, ne-cessarie, con adeguate risorse. Le università coinvolgibili sono diffuse a livello territoriale, specialmente nelle facoltà di In-gegneria (i Politecnici, Pavia, Pisa, Bologna, Roma II, Catania, Napoli) La collaborazione con altre industrie di sistemi e di apparati, anche PMI, nel campo delle tele-comunicazioni, dell’automazione, della stru-mentazione è fondamentale per individuare delle realistiche ed interessanti applicazioni, adeguate a validare le strumentazioni di prova. 8.1.7. Tempi previsti Il Progetto è attivo dal 2005, almeno per al-cune delle linee. La durata prevista, per otte-nere risultati di rilievo, è 5 anni, con l’ottenimento dei primi deliverable, già dal primo anno. Questi risultati frutto del lavoro che si intende impostare con il progetto nel primo anno già forniranno un insieme capace di caratterizzare l’impatto della ricerca CNR verso il sistema produttivo e la filiera di riferi-mento. 8.1.8 Condizioni di fattibilità Per tre dei temi previsti, le cui competenze so-no solo marginalmente presenti nel CNR, il Di-partimento deve coinvolgere adeguate realtà Universitarie ed imprese. Si potranno definire con enti esterni, adeguati programmi di colla-borazione sui temi indicati, con un approccio trasparente e visibile, quanto a risultati previsti e definiti in tempi anche brevi. Nell’intera offerta CNR sono individuabili com-petenze collegate ad attività scientifiche di in-teresse sul versante dell’industrializzazione della ricerca. Alcune di queste competenze af-ferenti ad altri Dipartimenti, potrebbero nel triennio diventare oggetto di collaborazioni in-ter-dipartimentali completando alcuni progetti del Dipartimento già attivati nel 2005. In particolare per il P1 si fa riferimento ad atti-vità che sono individuabili nelle seguenti com-messe dei Dipartimenti ICT, Terra Ambiente, Agro-Alimentare, Patrimonio culturale.

203

IEIIT: Automatica: Identificazione e controllo di sistemi dinamici; Sistemi di supporto alle deci-

sioni; Sistemi innovativi di trasporto; Pro-cedure per la Valutazione di Impatto Ambien-tale. IIA: Cicli ambientali degli inquinanti. IMAA: Sviluppo di metodologie innovative per l'Analisi Ambientale.

IRSA: Trattamento delle acque. ISPA: Postraccolta; Qualità dei Prodotti Agro-alimentari

Tabella 8c -Risorse e spese nel triennio del Progetto (M/€)


A B C D = A + C 2005 13,97 5,04 0,99 14,96 2006 13,66 4,46 0,99 14,65 2007 13,28 4,77 0,99 14,28

204

8.2 P2. Microsistemi embedded


0

8.2.1. Cenni allo scenario nazionale e interna-zionale e motivazione della presenza del CNR

La produzione d’apparati elettronici per di-verse applicazioni richiede, per un efficace successo, un adeguato e rilevante impegno di ricerca industriale; è ciò che si ha, in tutti i pa-esi veramente sviluppati. Le tecnologie di pro-gettazione e produzione di circuiti integrati funzionali caratterizzano i paesi occidentali e, specialmente per gli aspetti produttivi, i paesi dell’estremo Oriente, con un recente impe-tuoso sviluppo anche in Cina. E’ uno dei set-tori che richiede una forte presenza ideativa, progettuale e produttiva, pena la perdita di competitività, anche nell’utilizzo e nelle appli-cazioni della Società dell’Informazione. E’ viva, pertanto, l’esigenza di rafforzare le competenze e di ottenere risultati industrial-mente validi, producibili; forte impegno è ri-chiesto nel campo della progettazione e pro-duzione di apparati e circuiti elettronici. Ciò vale per diverse tecnologie e materiali, funzio-nali per molteplici applicazioni. E’ questo un settore manifatturiero, science based per eccellenza, nel quale i prodotti di e-laborazione di informazione hanno la loro im-plementazione con regole dettate dalla tec-nologia di processo disponibile; dualmente, obiettivi funzionali e prestazionali desiderabili dei nuovi prodotti orientano le nuove tecnolo-gie di processo. Due aspetti distintivi, che ca-ratterizzano il Dipartimento, il “process ed il product driver”, si fondono; ciò realizza il cir-colo virtuoso e l’integrazione tra processi rea-lizzativi e progettazione di prodotti.

8.2.2. Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-mersi e conseguenti aggiornamenti

Una caratteristica distintiva dei microsistemi è l’intreccio tra progettazione e processo pro-duttivo e l’ottimizzazione delle caratteristiche e funzionalità, ottenibile da una considera-zione congiunta e sinergica di varie fasi della catena produttiva e del valore.

E’ questo un settore in cui sono stati conse-guiti buoni risultati, in Italia, presso il CNR, le università e le Industrie, anche se con un ap-proccio a macchia di leopardo. Solo alcuni a-spetti, quelli più legati alla ricerca di base, sui materiali e sulle strutture elementari, sono sta-ti affrontati nel CNR. In numerose università è viva un’attività più diretta alla realizzazione di apparati funzionali, di circuiti integrati. Nell’Industria si realizzano numerosi e diver-sificati microsistemi. Si ritiene particolarmente carente la collabo-razione tra queste tre reti di ricerca. Essa po-trebbe dar luogo a validi risultati, per l’effetto di sinergia dei tre diversi approcci, in modo da non mantenere isolati e sottocritici i pur validi risultati conseguiti in diversi distinti settori (sensori, apparati funzionali, terminali…). Si ritiene che senza uno sforzo coordinato que-sto settore, che attualmente ha in Italia una va-lida presenza industriale, sia destinato ad iste-rilirsi per uno spostamento delle attività verso l’estremo Oriente. 8.2.3. Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento. Si considereranno funzionalità realizzabili con semiconduttori diversi (silicio, semiconduttori composti….), ma anche con altri materiali; esse riguardano l’acquisizione di informazione (sensori, trasduttori), l’elaborazione di segnali in circuiti analogici e digitali, la conversione di energia. La tecnologia di produzione di materiali di-versi d’interesse elettronico, in particolare per sensori, trasduttori e rivelatori, consente di af-frontare applicazioni in molteplici settori, co-stituenti nicchie particolari, ma strategiche, science based e di alta tecnologia. Si conside-reranno, anche, dispositivi per applicazioni di potenza e di segnale.

205

Si svilupperà la progettazione di circuiti inte-grati funzionali in un ottica di Design for pro-cess compatibility e Design for manufactura-bility, con regole di progetto che permettano di

evitare configurazioni critiche dal punto di vi-sta della resa o dell'affidabilita'. Le linee programmatiche in cui si articolano le commesse, sono: • acquisizione di segnali (sensori ambien-

tali); • elaborazione a microonde (dispositivi per

microonde); • conversione e trasporto di energia (conver-

titori termo-fotovoltaici, superconduttori di potenza);

• realizzazione di microsistemi integrati nel silicio, in un ottica di Design For Manu ac-turability;

f

• producibilità di blocchi analogici nel silicio con tecnologie nanometriche;

• terminali a microonde (mobili e/o riconfi-gurabili).

Trattandosi d’ideazione e realizzazione di di-spositivi funzionali la verificabilità delle attività consegue ed è documentata dall’effettiva rea-lizzazione di prototipi funzionanti. I risultati specifici consistono in materiali e dispositivi; le caratteristiche, anche quantitative da conse-guire, sono precisate all’emissione delle com-messe. Esse trovano riscontro in un confronto internazionale, assolutamente importante nei settori high-tech, come è il settore in esame. La verificabilità è diretta essendo legata al conse-guimento ed alla disponibilità di adeguati e ben precisati “deliverable”. 8.2.4. Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 4.587 per il 2005, nel 2006 e nel 2007 la stima si mantiene media-mente costante. La tabella 8d riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. Nel proseguo delle attività il Comitato Ordi-natore ritiene di poter attivare nuove Com-messe. Le risorse sono suddivise come in tabel-la 8e mentre le competenze potrebbero essere rinvenute:

• nel CNR • presso organi esecutoi esterni Tabella 8e- Costi per attivazione di nuove Commesse

Titolo Costo (ME)

Istituto/ Esecutore

esterno Realizzazioni di microsistemi inte-grati nel silicio, in un’ottica di de-sign for manufacturability (svilup-po competenze)

1.5 nd

Producibilità di blocchi analogici nel silicio con tecnologie nanome-triche (sviluppo competenze)

0.9 nd

Terminali a microonde (mobili e/o riconfigurabili) (sviluppo compe-tenze)

1.1 nd

8.2.5 Competenze interne utilizzate. Nell’ambito delle competenze che si indi-viduano all’interno del CNR si fa presente che esiste attualmente una valida attività per le prime tre linee programmatiche sopra indica-te. Le competenze interne riguardano princi-palmente istituti impegnati nelle tecnologie e-lettroniche. Gli Istituti coinvolti sono: Istituto dei Materiali per l'Elettronica ed il Ma-

gnetismo (IMEM) Istituto di Tecnologie Industriali e Auto-

mazione (ITIA) Questo Progetto prevede 2 commesse di svi-luppo competenze relativamente a nuovi si-stemi elettronici ad iperfrequenza e nuove ap-plicazioni di microsistemi in componentistica applicata. 8.2.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili. Si ritiene utile, per uno sviluppo equilibrato del tema del progetto in esame, considerare at-tività e competenze, che sono ampiamente esi-stenti, in Italia, in diversi enti pubblici e privati (università ed Industrie).


206


2005 2,50 0,54 0,26 2,76 2006 2,44 0,47 0,26 2,70 2007 2,38 0,51 0,26 2,63

Collaborazioni a rete sono, in questo caso, ne-cessarie, con adeguate risorse. Le università coinvolgibili sono diffuse a livello territoriale, specialmente nelle Facoltà di In-gegneria (i Politecnici, Pavia, Pisa, Bologna, Roma II, Catania, Napoli). Numerose sono le industrie interessate e coin-volgibili, a partire da STMicroelectronics, Ale-nia e CRF. La collaborazione con altre industrie di sistemi e di apparati, anche PMI, nel campo delle tele-comunicazioni, dell’automazione, della stru-mentazione è fondamentale per individuare delle realistiche ed interessanti applicazioni, adeguate a validare i veicoli di prova. 8.2.7 Tempi previsti. Il Progetto è attivo dal 2005, almeno per al-cune delle linee. La durata prevista, per ot-tenere risultati di rilievo, è 5 anni, con l’otteni-mento dei primi deliverable, già dal primo an-no. 8.2.8 Condizioni di fattibilità. Per tre dei temi previsti, le cui competenze so-no solo marginalmente presenti nel Di-

partimento e nel CNR, occorre coinvolgere a-deguate realtà Universitarie ed imprese. Nell’intera offerta CNR sono individuabili com-petenze collegate ad attività scientifiche di in-teresse sul versante dell’industrializzazione della ricerca. Alcune di queste competenze af-ferenti ad altri Dipartimenti potrebbero nel triennio diventare oggetto di collaborazioni in-ter-dipartimentali completando alcuni progetti del Dipartimento già attivati nel 2005. In particolare nel P2 si fa riferimento ad at-tività che sono individuabili nelle seguenti commesse dei Dipartimento Materiali e Di-spositivi: IMM: Sviluppo di tecniche avanzate di ca-ratterizzazioni; Materiali e processi per la mi-croelettronica Sensori e microsistemi. ISTM: Sistemi Attivi per Catalisi; Nanosistemi e loro applicazioni. IMIP: Preparazione, Trattamento e Carat-terizzazione di Materiali Funzionali. IFN: Dispositivi per Nano e Microelettronica. IMEM: Caratterizzazioni strutturali.

207

8.3 P3. Sistemi integrati di produzione, robot e componenti high tech


0

8.3.1. Cenni allo scenario nazionale e inter-nazionale e motivazione della presenza del CNR

Attualmente il comparto vive sia a livello na-zionale che a livello europeo un momento di crisi enfatizzato anche dalla latente tendenza a sviluppare economie “dematerializzate” fon-date sui servizi e la finanza. Ciò non può far dimenticare che il manifatturiero - di cui il comparto dei sistemi integrati di produzione, macchine, robot, sistemi e componenti High Tech è parte fondamentale – gioca un ruolo importante nella produzione di benessere, creazione di posti di lavoro e qualità della vita. Nella costruzione della strategia europea Ma-nuFuture a supporto dello sviluppo del settore in esame, il modello industriale emergente è caratterizzato dalla interazione tra imprese, università e centri di ricerca stabilmente e si-nergicamente integrati nella Catena del Valore Ricerca-Innovazione. La collaborazione tra i Paesi Europei in pro-getti di Foresight ha contribuito a costruire scenari comuni e a far identificare le esigenze, in termini di tecnologie medio-alte, delle im-prese europee. In particolare sono emersi dif-ferenti domini applicativi, che a vario livello – dai sistemi complessi ai componenti- richie-dono competenze ricorrenti riconducibili alla meccatronica, robotica e automazione. Queste competenze che hanno portato ad acquisire - come già detto - importanti progetti con im-prese industriali, costituiscono un asset di grande rilevanza per il Paese, da rafforzare e spendere in ricerche nell’ambito di domini si-gnificativi. E’ quanto viene fatto in questo progetto che ha come obiettivi realizzativi ap-plicazioni innovative diversificate e partico-larmente strategiche. La concezione e produzione di sistemi inte-grati di produzione, macchine utensili, robot, automazione e sistemi e componenti high-tech per diverse applicazioni richiede, per un effi-cace successo, un adeguato e rilevante poten-ziamento della catena del valore Ricerca-Inno-vazione incrementando sia l’impegno di ri-cerca - sia essa di base o applicata - che

l’impegno di innovazione attraverso un’efficiente attività di trasferimento indu-striale. 8.3.2. Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti I Sistemi integrati di produzione, le macchine utensili, i robot, l’automazione, i sistemi e i componenti High-Tech sono stati soggetto di attività di RST a partire dalla seconda metà de-gli anni ‘80. I risultati conseguiti con i progetti PNR SPI 1997-2001 (Impianto pilota del proget-to Euroshoe) per il settore meccano-cal-zaturiero e le macchine di nuova generazione a cinematica parallela (Celerius) si propon-gono di favorire il riconoscimento dell’utilità e dell’opportunità di un serio e sistematico im-pegno di ricerca e di continuo aggiornamento essenziale alla competitività dei settori del ma-nifatturiero. Le leggi 46/82 e 297/99 hanno consentito, in una logica bottom-up la realiz-zazione di un notevolissimo numero di RST fo-calizzati sui Beni Strumentali. I progetti Om-brello Eureka FAMOSe Factory, il progetto clu-ster Eureka Factory DNA hanno operato siner-gicamente facendo riferimento alla dimen-sione internazionale. 8.3.3. Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Alla luce di quanto dianzi presentato, delle competenze interne e dei potenziali vantaggi competitivi per il Sistema Paese, sono stati de-finiti gli obiettivi programmatici. Ognuna delle attività produrrà un prototipo operativo, non ingegnerizzato, integrato nel contesto speci-fico. Sistemi sensoriali per il controllo di qualità.

208

L’attività fino ad ora sviluppata ha permesso di integrare in mezzi diagnostici ferroviari si-stemi di visione per il monitoraggio dello stato dei binari, dei fermi di fissaggio dei binari e della usura della catenaria. I prototipi svilup-

pati sono stati resi operativi sul treno diagno-stico ARCHIMEDE di RFI ed è in corso l’ingegnerizzazione da parte di una industria nazionale. Il contatto con compagnie ferrovia-rie ed autostradali ha evidenziato l’esigenza di estendere tale controllo di qualità a tutte le componenti infrastrutturali sia ferroviarie che stradali. In campo aeronautico ALENIA ha ri-chiesto lo studio di un sistema di diagnosi non-distruttivo per individuare aree di strutture di aereo lesionate da microimpatti. In ambito produttivo è in corso lo studio di un sistema di visione per il controllo di qualità di pezzi mec-canici da integrare in linea di produzione. In ambito agro-alimentare si è sviluppato un si-stema di visione per la determinazione del gra-do di maturazione di frutta ad elevato de-perimento (pesche) integrato nella linea di pa-ckaging (Assofruit). L’attività da sviluppare nel triennio 2005-2007 riguarda lo studio di sistemi di visione per: • monitoraggio di infrastrutture ferroviarie e

stradali da mezzi mobili ad alta velocità (200 km/h);

• controllo di qualità automatico di cuscinet-ti in linea di produzione;

• controllo di qualità automatico di strutture aeree;

• classificazione automatica di patologie in ambito biomedico attraverso l’utilizzo di microarray.

l

Sistemi robotici autonomi e controllo Le linee fondamentali dell'attività di ricerca sono lo sviluppo di: una piattaforma embed-ded real-time basata su software free; di meto-dologie ed algoritmi di stima del moto, guida e controllo anche tramite tecniche di visione ar-tificiale; di metodologie ed algoritmi per il con-trollo dell'esecuzione di task (integrazione tra sistemi a eventi discreti e sistemi a tempo con-tinuo), e la supervisione, coordinazione e con-trollo di missione. Una parte importante del-l'attività sarà legata alla sperimentazione sul campo ed alle applicazioni per utenti esterni. In tre anni si ritiene ragionevole la realizza-zione di una piattaforma embedded real-time per la robotica e l'automazione industriale ba-sata su free software, integrata con sistemi di acquisizione ed elaborazione dati per visione artificiale, ed un sistema di supervisione e co-ordinazione di task di stima del moto, guida e controllo, con dimostrazioni fornite su robot mobili marini e applicazioni di automazione industriale.

Macchine e robot avanzati Le linee fondamentali dell'attività di ricerca consistono in: concezione, progettazione mec-canica, elettronica e implementazione di mac-chine e sistemi di lavorazione innovativi con particolare riferimento alle PKM e ai loro si-stemi di controllo; concezione, progettazione ed implementazione di sistemi di controllo PC- Based per applicazioni robotiche e su mac-chine speciali; customizzazione di sistemi di controllo di robot industriali e macchine uten-sili sia a livello HMI che a livello kernel rea time; robotica industriale, mobile e di servizio all’utenza; concezione, progettazione e realiz-zazione di sistemi sensoriali intelligenti e loro integrazione in sistemi di automazione; conce-zione, progettazione e realizzazione di sistemi di misura diretta, in-process e senza contatto della posizione e dell’orientazione del Tool Center Point di un generico robot e/o di una generica macchina utensile a controllo nume-rico; approfondimento delle potenzialità del-l’approccio service-based. Le attività da sviluppare nel triennio 2005-2007 saranno finalizzate al raggiungimento dei seguenti obiettivi specifici: • metodologie e strumenti per la condivi-

sione sicura dello spazio operativo tra ro-bot ed operatore;

• strategie di controllo innovative per l’incremento delle prestazioni dinamiche di macchine e robot;

• strategie di controllo e sensoristica innova-tiva per accrescere le potenzialità applica-tive del lavoro cooperativo (robot-robot e robot-operatore).

Soluzioni innovative per la meccanica strumentale. Le competenze maturate in decenni di attività nella ricerca sperimentale, permettono di se-guire l'intero ciclo di sviluppo di componenti-stica innovativa per nuovi processi di lavora-zione o per il miglioramento di processi esi-stenti. Le attività interessano sviluppo integra-to, scelta dei materiali, simulazione, prototipa-zione, brevettazione, industrializzazione e a-deguamento normativo del prodotto. L’aggiornamento della documentazione di supporto viene garantita da continui collega-menti con Organizzazioni Internazionali e non (ISO, IEC, CEN, CENELEC, UNI, CEI).

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Le attività da sviluppare nel triennio 2005-2007 saranno organizzate secondo le seguenti tematiche principali:

• sviluppo e realizzazione di prototipi per l'a-nalisi del sostentamento pneumo\ idrosta-tico;

• ottimizzazione del taglio di materiali lapi-dei, di fili diamantati e di utensili per il ta-glio del legno;

studio di sensori per il controllo di processi di taglio del legno;

• analisi di architetture di diagnosi basate su algoritmi “memory less” e connessioni logi-che di segnali;

• sviluppo di sistemi modulari di teleassi-stenza;

analisi termodeformazionale di strutture di macchine.

Sviluppo di sistemi automatizzati per il settore biomedi-cale Il settore degli strumenti e delle attrezzature dedicate al settore medico ed ospedaliero si sta rapidamente evolvendo ed emerge, da parte del personale medico e paramedico, la neces-sità di avere a disposizione strumenti con pre-stazioni sempre più elevate, e nello stesso tem-po facili da utilizzare. Appare quindi evidente la possibilità di esplorare un settore piuttosto ampio ed articolato, che richiede attrezzature estremamente diversificate. L’automazione nel settore biomedicale può essere suddivisa in: • automazione del laboratorio di analisi bio-

logiche; • sviluppo di nuovi strumenti e metodi di

ausilio al medico per effettuare operazioni di diagnosi e/o terapia, sia invasiva che non invasiva.

Per quanto riguarda il primo punto, nel mo-derno laboratorio di analisi biologiche vi sono numerose operazioni ripetitive che possono essere automatizzate, introducendo numerosi vantaggi. Per quanto riguarda il secondo pun-to vi sono molti settori in cui l’introduzione di tecniche tipiche dell’automazione di altri set-tori, può in molti casi aiutare (e in alcuni caso anche sostituire) il medico nell’effettuare dia-gnosi e/o terapie. Le attività da sviluppare nel triennio 2005-2007 saranno organizzate secondo le seguenti tematiche principali: • esplorazione del settore biomedicale per

individuare le operazioni in cui il valore ag-

giunto dall’automazione può portare bene-fici;

• studio delle metodologie di lavoro utilizza-te attualmente dai medici e dal personale paramedico;

• identificazione dei moduli funzionali ne-cessari al funzionamento delle varie appa-recchiature e relativa specifica dei requisi-ti;

• progettazione, costruzione, verifica e col-laudo dei moduli e delle apparecchiature.

8.3.4. Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 495 per il 2005, nel 2006 e nel 2007 la stima si mantiene mediamente costante. La tabella 8f riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 8.3.5. Competenze interne utilizzate. Le competenze interne riguardano principal-mente, per motivi storici, l’Istituto di Tecnologie Industriali e Auto-

mazione (ITIA); l’Istituto di Studi sui Sistemi Intelligenti

perl’Automazione (ISSIA). Uno sforzo importante di sviluppo competenze dovrà essere fatto nell’ambito degli Istituti del CNR. 8.3.6. Collaborazioni esterne attivate o attivabili Tutte le commesse caratterizzanti questo pro-getto si contraddistinguono per l’esistenza di collaborazioni a rete sia in Italia che all’estero con diversi enti pubblici e privati (università, Centri di Ricerca ed Industrie).

210

Per le varie commesse la situazione è la se-guente: di sicuro interesse le potenziali coope-razioni industriali con Alenia S.p.A., Getronics S.p.A , RFI , Masmec S.r.l., MIUR



2005 4,38 1,77 0,37 4,75 2006 4,28 1,57 0,37 4,66 2007 4,16 1,68 0,37 4,54

Sistemi robotici autonomi e controllo Per lo sviluppo della commessa si ritengono u-tili collaborazioni in ambito nazionale ed in-ternazionale con imprese ed enti di ricerca. Ol-tre alla collaborazione in corso con Green Pro-ject Srl per la realizzazione di una piattaforma embedded real-time per la robotica e l'auto-mazione industriale, con la rete di ricerca po-lare del CNR Polarnet, e con l’Instituto de Si-stemas e Robotica dell’Instituto Superior Tec-nico di Lisbona nell'ambito della robotica ma-rina, si ritiene fondamentale una collabora-zione con l’università di Genova ed il mondo delle imprese anche nell'ambito del Pro-gramma Regionale per le Azioni Innovative nell'ambito del Fondo europeo di sviluppo re-gionale e del Distretto Industriale nel settore dei sistemi intelligenti integrati. Macchine e robot avanzati Le attività saranno sviluppate principalmente nell’ambito dei progetti europei Next e Sme-Robot (durata progetti: 4 anni, con inizio nel 2005) e vedranno la collaborazione di ITIA con università, enti di ricerca (FhG- IPA Stoccarda, università di Lund, DLR, WZL Aachen, IFW Hanno-ver, CRF etc.) e aziende (Comau Robotica, ABB, Kuka, Mecof, Fidia, Prima Industrie, Huller Hille, etc.) di primaria importanza a livello europeo sia nel settore della robotica che nel settore delle macchine utensili. Fondamentali le cooperazioni con Politecnico di Milano, università di Brescia, Scuola Supe-riore S. Anna di Pisa, università di Pavia, con Organizzazioni Internazionali e non (ISO, IEC, CEN, CENELEC, UNI, CEI) attraverso la partecipa-zione a Comitati Tecnici e con associazioni quali CECIMO, UCIMU, SIRI, ASSOMAC etc. Soluzioni innovative per la meccanica strumentale Le attività di ricerca della presente commessa vengono svolte collaborando con centri di ec-cellenza italiani e stranieri del settore presenti presso università, centri di ricerca e diparti-menti R&D industriali. Sviluppo di s stemi automatizzati per il settore biomedicale iSono previste collaborazioni con aziende leader nel settore degli strumenti elettromedi-cali, o in altri settori correlati. Altre collabora-

zioni saranno ricercate in ospedali, cliniche, laboratori di analisi. 8.3.7 Tempi di esecuzione. Il Progetto è attivo dal 2005. La durata previ-sta è 4 anni, con l’ottenimento dei primi deli-verables, già dal primo anno 8.3.8 Condizioni di fattibilità Gli obiettivi prefissati considerano le risorse attualmente certe e la capacità attualmente di-mostrata dai vari attori coinvolti nelle com-messe di reperire finanziamenti complemen-tari sia a livello di commesse industriali che a livello di bandi pubblici di ricerca sia in am-bito nazionale che in ambito internazionale. Il reperimento di maggiori risorse (finanziarie, strumentali ed umane) potrà consentire un maggiore sviluppo dei prototipi e dimostratori dal punto di vista dell'ingegnerizzazione e del-l'affidabilità (prodotti vs. dimostrazioni di con-cetto).Nell’intera offerta CNR sono individuabi-li competenze collegate ad attività scientifiche di interesse sul versante dell’industria-lizza-zione della ricerca. Alcune di queste compe-tenze afferenti ad altri Dipartimenti potrebbe-ro nel triennio diventare oggetto di collabora-zioni inter-dipartimentali completando alcuni progetti del Dipartimento già attivati nel 2005. In particolare per il P3 si fa riferimento ad atti-vità che sono individuabili nelle seguenti commesse dei Dipartimenti ICT, Materiali e Di-spositivi, Medicina IMEM: Caratterizzazioni strutturali IFN: Dispositivi per Nano e Microelettronica IEIIT: Informatica: Stereo Visione Attiva (SVA), Misure Dimensionali e colorimetriche non a contatto, Ricostruzione di scene tridimensio-nali, Estrazione di strutture caratteristiche ISTC: 30% Intelligenza artificiale e vita arti-ficiale

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8.4 P4. Tecnologie sostenibili per la costruzione edile e civile


0


La visione futura di una costruzione sosteni-bile, come processo in cui gli attori coinvolti in-tegrano valutazioni e scelte funzionali, econo-miche, ambientali e relative alla qualità per produrre e rinnovare edifici e ambiente co-struito, confortevole, salubre, efficiente dal punto di vista delle risorse e durevole, è ormai stata acquisita a livello europeo e mondiale sta e diventando parte delle strategie di ricerca ed industriali del settore. Il Conseil International du Batiment ha svolto nel quadriennio 1999-2003 a livello mondiale una azione preliminare di ricerca che ha por-tato a definire l’”Agenda 21 on sustainable construction” che ha avviato una serie di ri-flessioni sulle esigenze di ricerca sull’argo-mento in moltissimi paesi sia occidentali che in via di sviluppo. A livello europeo la neonata European Con-struction Technology Platform (ECTP) ha previ-sto lo sviluppo di quattro progetti di largo re-spiro di cui due Cities and buildings e Quality of life riguardano direttamente la sostenibilità delle costruzioni. Non vanno infine dimenticate iniziative inter-nazionali relative al problema del rating di so-stenibilità degli edifici, quali le iniziative IISBE e il fortissimo interesse nazionale suscitato dal-la Direttiva Europea sul Rating energetico de-gli edifici. 8.4.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti I risultati già conseguiti negli anni precedenti dalle unità che partecipano al progetto si col-locano essenzialmente nello sviluppo di cono-scenze e di soluzioni tecnologiche specializzate relativamente ad alcuni specifici componenti e sistemi per la costruzione e per la messa a pun-to di alcune tecniche di analisi informatizzata di problemi correlati alla morfologia e al con-

tenuto tecnologico a scala variabile fra am-biente costruito e l’edificio. Il progetto introduce una aumentata integra-zione dell’approccio condotto dalle unità coin-volte, derivante dal disegno sistemico di rende-re sostenibile la costruzione, come risultato finale di un processo di progettazione-produzione pensato a tale fine. In tal senso è stata approvata dal CNR la costi-tuzione della società consortile, promossa da ITC, tra il CNR stesso, l’ASSIMPREDIL (Asso-ciazione territoriale dell’ANCE) e l’UNCSAAL, fi-nanziata con fondi della Regione Lombardia e finalizzata allo sviluppo di attività di ricerca e certificazione nel campo delle costruzioni so-stenibili. Si tratta del primo caso che vede coo-perare congiuntamente per la ricerca il mondo delle imprese di costruzione, con il mondo dei produttori di componenti con l’azione di indi-rizzo ed il supporto del CNR. L’operatività completa della società è prevista per la fine 2006. A livello europeo è in divenire l’articolazione delle attività della Piattaforme Tecnologica Europea sulle Costruzione che viene monitorata da vicino nell’ottica della partecipazione al 7 Programma Quadro. 8.4.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento. Le linee programmatiche triennali individuate all’interno del progetto sono sostanzialmente due: • lo studio di nuove soluzioni sostenibili ap-

plicabili a materiali e manufatti semplici destinati alla costruzione;

• lo studio di nuove soluzioni sostenibili ap-plicabili all’intera opera di costruzione o a suoi importanti sotto-sistemi o componenti complessi.

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I contenuti di queste linee permettono di defi-nire già da ora le potenziali collaborazioni con altri nascenti Dipartimenti, ad esempio con il Dipartimento “ Materiali e Dispositivi” per la linea 1 e con il Dipartimento “Energia e Tra-sporti” per la linea 2.

Facendo riferimento alle linee programmati-che definite, essi sono schematizzabili come segue: Per la Linea 1: Tecnologie e materiali da co-struzione non convenzionali per il controllo dell’inquinamento nell’ambiente costruito; Materiali, componenti e tecnologie di nuova concezione per una costruzione sicura e di ele-vate prestazioni; Nuovi utilizzi del legno; Si-stemi di controllo e di visione per il palazzo in-telligente; Per la Linea 2: Individuazione di soluzioni tec-nologiche e metodologie per il miglioramento della sostenibilità energetica, acustica e di uti-lizzo degli edifici; Risparmio energetico e so-stenibilità ambientale degli impianti tecno-logici degli edifici: sistemi di riscaldamento, condizionamento dell’aria e refrigerazione. I criteri di verifica del conseguimento degli o-biettivi generali e specifici del progetto po-tranno essere costituiti dal costante confronto in itinere con strategie e programmi analoghi in essere a livello europeo e di altri paesi; dal trasferimento di conoscenze e metodologie al contesto progettuale e normativo; dal trasferi-mento delle tecnologie sviluppate al contesto produttivo. 8.4.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 6.864 per il 2005, nel 2006 e nel 2007 la stima si mantiene media-mente costante. La tabella 8g riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 8.4.5 Competenze interne utilizzate. Le competenze interne riguardano i seguenti Istituti: • Istituto per le Tecnologie della Costruzione

(ITC); • Istituto per la Valorizzazione del Legno e

delle Specie Arboree (IVALSA); • Istituto di Studi sui Sistemi Intelligenti per

l’Automazione (ISSIA). All’interno di cinque delle sei commesse a ca-rattere strategico (la sesta è devoluta inte-ramente allo sviluppo competenze) che af-feriscono al Progetto è individuabile una quota

di competenze che di fatto verrà sviluppata per il raggiungimento degli obiettivi strategici. Esse riguardano sostanzialmente la acqui-sizione di capacità di utilizzo di specifiche me-todologie di calcolo e di misura connesse con la valutazione in laboratorio ed in opera dell’applicabilità delle nuove metodologie e delle prestazioni dei nuovi prodotti o tecnolo-gie messi a punto. 8.4.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili.

Tra di esse le tipologie e le entità di riferimento più significative sono: collaborazione con l’industria del settore (imprese di costruzione e di produzione, associazioni di categoria) per l’individuazione di strategie, azioni e progetti comuni. Oltre a quelle già segnalate con ANCE ed UNCSAAL per la realizzazione del Centro di Legnano, sono degne di menzione le collabo-razioni previste con ITALCEMENTI nel campo dei materiali fotocatalitici, con le impresi affe-renti a FEDERLEGNO per la valutazione tecnica di sistemi di parete interna, con varie aziende del settore serramentistico (METRA, Hydroal-luminium system , ALL.CO) per la valutazione prestazionale di tipologie diverse di serramenti e facciate, con SIELTE per lo studio e la realiz-zazione prototipale di evacuatori di fumo e ca-lore, e con aziende del comparto del riscalda-mento, refrigerazione e riscaldamento. Inoltre si segnalano collaborazioni con le Pubbliche Amministrazioni centrali e decentrate e con l’UE per lo sviluppo di progetti di ricerca appli-cata nei settori di competenze delle specifiche commesse, tra le quali i progetti con la Provin-cia Autonoma di Trento riguardanti gli utilizzi del legno e con l’UE per il progetto TERIA sulla riduzione attiva del rumore aeroportuale. A li-vello internazionale collaborazioni finalizzate alla cooperazione scientifica e allo sviluppo di progetti con le reti Internazionali di ricerca che operano nel settore (European Network of Bui ding Research Institutes, Conseil International du Batiment, European Construction Technology Pla form, RILEM, La-boratoire Lagrange).

l

t

Nel corso dell’anno e successivamente è previ-sto di sistematizzare i rapporti di coo-perazione, alcuni dei quali già attivi ed esi-stenti, anche nell’ambito delle collaborazioni esterne già stabilite, con i Politecnici e le uni-versità, con lo scopo specifico di il reperire e/o sviluppare specifiche conoscenze di base o specialistiche in alcuni campi del progetto.

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2005 9,96 5,47 0,38 10,34 2006 9,74 4,84 0,38 10,11 2007 9,47 5,18 0,38 9,85

Allo stesso modo saranno avviate collabo-razioni con unità afferenti ad altri Diparti-menti la cui attività ha punti di contatto con l’attività del progetto. 8.4.7 Tempi previsti. La durata prevista del progetto è di 3 anni. Giacchè il Piano Triennale del CNR è ipotizzato scorrevole, una delle risultanze dell’attività del Progetto, naturalmente oggetto di confronto nell’ambito del Dipartimento e degli Organi Competenti, sarà l’effettiva verifica della e-stensione delle attività afferenti alle line e pro-grammatiche descritte e quindi ad eventuali aggiornamenti degli obiettivi specifici e alla proposta di modifiche od integrazioni.

8.4.8 Condizioni di fattibilità.

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La fondamentale condizione di fattibilità per il raggiungimento degli obiettivi del progetto è il mantenimento delle risorse umane disponibili. In tal senso si ritiene stabilizzato il piano 2005. Per gli anni 2006 e 2007 è già stata data indi-cazione delle necessità di integrazione di per-sonale nella maggior parte delle commesse, derivante dalla progressiva diminuzione del personale di ruolo, parte del quale è attual-mente, validamente sostituto da personale con contratto a tempo, in una situazione che ri-chieda tuttavia una indifferibile program-mazione con l’Ente. In alternativa dovranno essere avviate collaborazione certamente posi-tive, ma che dirotteranno su altri operatori competenze oggi già costruite e disponibili, sottraendole alla possibilità che esse perman-gano nel CNR.

8.5 P5. Processo di realizzazione e gestione delle opere edili e civili


0

8.5.1. Cenni allo scenario nazionale e inter-


L’evoluzione economico sociale sia nei paesi industrializzati che in quelli in via di sviluppo conseguente alla globalizzazione ha mutato profondamente il quadro dello sviluppo del settore della costruzione. Questo ha spinto il Conseil International du Batiment, organizza-zione mondiale della ricerca a sviluppare un “ ripensamento della costruzione” inteso come miglioramento del processo di costruzione che ha valore, seppur in forma diversa per tutto il mondo. Su questa base alcune nazioni europee e non (Regno Unito, Olanda, Australia, Nuova Ze-landa, Cina, Hong Kong) hanno avviato una serie di azioni e di analisi per il miglioramento della costruzione. L’Italia ha un forte bisogno di modernizzare il settore, non solo a causa dell’aumentata do-manda interna di qualità, guidata anche da un approccio legislativo europeo, ma anche per riconquistare posizioni su un mercato interna-zionale dove, per alcuni Paesi, il PIL dedicato agli investimenti in costruzioni arriva e supera il 25%. L’obiettivo di miglioramento dell’effi-cienza e dell’efficacia del processo di costru-zioni è infine parte integrante delle visioni 2010-2030 della nascente Piattaforma Tecno-logica Europea sulla Costruzione. 8.5.2. Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Due risultati conseguiti nel corso del 2004, hanno riguardato l’azione iniziata da ITC sulla sensibilizzazione del settore al miglioramento dell’efficienza e dell’efficacia del processo. Nella relazione conclusiva per l’anno 2004 il Presidente di ASSIMPREDIL, Associazione terri-toriale dell’ANCE per Milano e provincia, ha indicato come prioritaria la ricerca indirizzata al miglioramento del processo ed alla mo-dernizzazione del settore, accogliendo lo spi-rito del “Rethinking construction”. Nella rela-

zione viene presentata un’idea di Distretto non convenzionale della Costruzione focaliz-zato sui problemi dell’innovazione, sul quale si lavorerà nel progetto nel 2006-2007. Il secondo risultato consiste nel finanziamento di un progetto MAP di ricerca industriale pro-posto da ITC e da 5 aziende del territorio lom-bardo denominato “Cantiere On Line” della durata di tre anni, mirato al miglioramento dell’integrazione delle attività dei vari opera-tori che intervengono nella fase realizzativa delle opere. 8.5.3. Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento. Gli obiettivi triennali del progetto si inqua-drano nel più ampio obiettivo di migliorare l’efficienza e l’efficacia del processo di costru-zione e gestione delle opere di edilizia e di in-gegneria civile. Il loro sviluppo parte dal presupposto che se-condo stime effettuati da studi condotti in di-versi paesi industrializzati, l’introduzione di elementi di innovazione nel processo di pro-gettazione - costruzione - gestione potrebbe produrre un miglioramento del PIL compreso fra l’1 e l’1.5 % in un periodo stimato di dieci anni, ovviamente in funzione di specifici inter-venti culturali ed economici. Le linee programmatiche che il progetto si è dato sono due: • lo studio e la definizione degli strumenti

informativi, culturali e progettuali a sup-porto della realizzazione di un Piano na-zionale di miglioramento del processo di costruzione;

• la definizione e la validazione di prodotti, metodi e strumenti direttamente applica-bili al miglioramento del processo di co-struzione.

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I contenuti di queste linee, permettono già da ora di definire potenziali collaborazioni con al-tri Dipartimenti, ad esempio del Dipartimento Tecnologie dell’Informazione e delle Comuni-cazioni per entrambe le linee, del Diparti-

mento Identità Culturale per la Linea 1, del Dipartimento Patrimonio Culturale per la Li-nea 2. Facendo riferimento alle linee pro-grammatiche definite, gli obiettivi specifici del progetto sono schematizzabili come segue: Per la Linea 1: Strumenti evolutivi di informa-zione e formazione tecnica nel settore, appli-cazioni informatiche a supporto dell’inno-va-zione di processi/prodotti della costruzione. Per la Linea 2: Nuove metodologie ingegneri-stiche per l’analisi ed il recupero dell’am-biente costruito ivi compresi i beni culturali architettonici, valutazione tecnica di prodotti innovativi per la costruzione e certificazione tecnica. Criteri di verifica del conseguimento degli o-biettivi generali e specifici del progetto po-tranno essere costituiti dal costante confronto in itinere con strategie e programmi analoghi in essere a livello europeo e di altri paesi, dal trasferimento di conoscenze e metodologie al contesto progettuale e normativo, dal trasferi-mento delle tecnologie sviluppate al contesto produttivo. 8.5.4. Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 4.994 per il 2005, nel 2006 e nel 2007 la stima si mantiene media-mente costante. La tabella 8h riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 8.5.5 Competenze interne utilizzate. Le competenze interne utilizzate sono reperite all’interno dell’ITC. Esse riguardano sostan-zialmente la acquisizione di capacità di utilizzo di specifiche metodologie di calcolo e di mi-sura connesse con la valutazione in laborato-rio ed in opera dell’applicabilità delle nuove

metodologie e delle prestazioni dei nuovi pro-dotti o tecnologie messi a punto. Un ulteriore sviluppo di competenze è atteso nel campo dell’analisi dell’impatto economico e del ben-chmarking di soluzioni innovative di progetto-prodotto- applicazione da introdurre nel pro-cesso di costruzione. 8.5.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili. Si ritiene di particolare importanza quella in corso di preparazione con ANCE (Associazione Nazionale dei Costruttori Edili) e FINCO (Fe-derazione delle Associazioni delle imprese di produzione di materiali e componenti edili) per lo sviluppo dello studio coofinanziato su “Ripensare la Costruzione”. Si segnalano inol-tre la collaborazione con l’Impresa Borini per lo sviluppo di interventi di diagnostica presta-zionale ed ambientale di edifici storici, con AI-TEC ed altre associazioni di categoria per la certificazione e prove di prodotto. Con gli enti pubblici si segnala in particolare la collabora-zione con il MAP per iniziative di informazione tecnica a supporto dell’implementazione della direttiva 89/106; con la Regione Lombardia, per una serie di studi relativi ad applicazioni informatiche nel campo dell’archiviazione e ella fruizione dei beni culturali; a livello UE, si segnala la cooperazione al progetto CONNIE dedicato allo sviluppo di servizi europei di in-formazione tecnica on line per il settore della costruzione.Sono in atto collaborazioni con i Politecnici di Bari e Torino per lo sviluppo di conoscenze relative alla diagnostica ed all’utilizzo di sistemi satellitari per l’analisi dell’ambiente costruito. A livello internaziona-le, collaborazioni finalizzate alla cooperazione scientifica e allo sviluppo di progetti interna-zionali con le reti Internazionali di ricerca che operano nel settore (European Network of Building Research Institutes, Conseil International du Batiment; European Construction Technology Platform, European Organization for Tehnical Approval).



2005 5,16 1,85 0,08 5,24 2006 5,05 1,64 0,08 5,13 2007 4,91 1,75 0,08 4,99

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8.5.7 Tempi previsti. La durata prevista del progetto è di 3 anni. 8.5.8 Condizioni di fattibilità. La fondamentale condizione di fattibilità per il raggiungimento degli obiettivi del progetto è il

mantenimento delle risorse umane disponibili. In tal senso si ritiene stabilizzato il piano 2005. Per gli anni 2006 e 2007 è già stata avanzata la proposta di integrazione di personale nella maggior parte delle commesse.

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8.6. P6. Sistemi di monitoraggio, controllo e sicurezza nei contesti produtti-vi


0

8.6.1. Cenni allo scenario nazionale e inter-


Un sistema intelligente, indipendentemente dal campo di impiego, può essere schematiz-zato in tre componenti essenziali dove: il pri-mo interagisce con l’ambiente per l’acquisi-zione dei dati del dominio di interesse, utiliz-zando sensori adeguati (Sensing and Imaging); il secondo interpreta ed apprende gli oggetti complessi del mondo (Computer Vision and Pattern Recognition); ed il terzo sceglie le a-zioni più appropriate per risolvere il problema (Decision Making using Soft-Computing Models). Mentre molto è stato fatto per lo sviluppo delle prime due componenti, molti problemi di ri-cerca sono ancora aperti per lo sviluppo di un sistema autonomo, capace di eseguire anche comportamenti complessi che riguardano la terza componente ossia lo studio dei moduli adeguati per la scelta ottimale delle azioni e come le tre componenti interagiscano (feed-back) tra loro per convergere ad una soluzione accettabile ed in tempi ragionevoli. Lo studio e sviluppo di sistemi intelligenti complessi comporta la nascita di nuove oppor-tunità scientifiche e linee di ricerca interdisci-plinari dell’informatica (elaborazione dell’in-formazione), della fisica (ottica ed interazione luce-materia), della cibernetica (modelli com-putazionali neurali), dell’ingegneria elettrica ed elettronica (sensori, attuatori e controllo) e meccanica, della intelligenza artificiale, della elaborazione digitale dei segnali e delle imma-gini, robotica ed automazione, e ricerca opera-tiva. In accordo all’orientamento del VII Pro-gramma Quadro europeo che sta pianificando una visione a lungo termine (2015) per la mo-dernizzazione ed l’innovazione tecnologica delle industrie europee risultano strategiche alcune Aree di intervento e “Tecnologie Abili-tanti” orientate allo sviluppo ed alla sperimen-tazione di Sistemi Autonomi Intelligenti. Van-no considerati sia sistemi intelligenti immersi nel mondo fisico come celle robotizzate, veicoli

autonomi, interfacce evolute, macchine opera-trici flessibili, capaci di migliorare l’efficienza, l’affidabilità e l’adattabilità dei processi pro-duttivi. Ma vanno considerati anche sistemi immersi nel mondo astratto detti Agenti Sof-tware costituiti da insiemi di programmi ope-ranti su uno o più processori dedicati o su si-stemi embedded, come agenti intelligenti de-dicati alla ricerca automatica di informazioni in banche dati complesse, o all’analisi di se-quenze di immagini multispettrali capaci di migliorare la sicurezza e garantire la rilevazio-ne di eventi strategici. La motivazione allo studio dei Sistemi Intelli-genti è stimolata in particolare dalle limita-zioni dei sistemi tradizionali, che non operano correttamente quando la conoscenza (dati, re-gole e modelli) non è esatta oppure è parziale oppure è incerta, quando l’ambiente o i pro-cessi produttivi si modificano ed il sistema si trova in situazioni non previste prima e con una pianificazione non più adeguata, ed in-fine, soprattutto, quando i dati sensoriali ac-quisiti sono incompleti e non precisi, con l’impossibilità di predire l’errore associato al-le singole misure. Una sfida per la ricerca mondiale è lo sviluppo di sistemi altamente flessibili, capaci di un’alta riconfigurabilità periodica, regolabili in base all’evoluzione dell’ambiente e dei prodotti, dotati di molte-plici modalità sensoriali per facilitare la perce-zione dell’ambiente, migliorarne l’intera-zione, aumentare la sicurezza e l’affidabilità del lavoro stesso e fornire strumenti di suppor-to alle decisioni. 8.6.2. Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-


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Si parte da una fase avanzata delle ricerche in cui ogni settore fondamentale è ben compreso, approfondito e utilizzato in contesti specifici dell’elaborazione dei segnali, della computer vision, dei materiali innovativi, dei sensori in-telligenti. Mancano però approcci allo svi-

luppo di metodologie di progettazione alterna-tive a quelle attuali in grado di rispondere alle esigenze innovative dei contesti applicativi coinvolti. Risultati di partenza: nell’ambito di progetti già avviati sono state già individuate le pro-blematiche strategiche per lo sviluppo di si-stemi di monitoraggio, controllo e la sicurezza in contesti applicativi specifici. 8.6.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento. Principali obiettivi da conseguire: Progettazione e sviluppo di dimostratori per la sicurezza intelligente Nell’ambito di tre contratti attivi di ricerca si studieranno e svilupperanno dei dimostratori di macchina di visione intelligente per la rile-vazione di persone e oggetti in aree controllate, macchina multisensoriale per la tutela di beni culturali; sistema di navigazione autonomo per la fruibilità di una grotta paleolitica non acces-sibile al pubblico. Sistemi sensoriali e di attuazione per l’interazione evolu-ta uomo-macchina Modelli Tridimensionali Aumentati: defini-zione di una rappresentazione della realtà con diversi livelli di dettaglio per le informazioni morfologiche, fisiche e logiche sulla realtà mo-dellata; individuazione e studio di modalità multiple anche ridondanti (visive, uditive, tat-tili) per la restituzione verso l’utente delle in-formazioni incluse nei Modelli Tridimensio-nali Aumentati; realizzazione e verifica speri-mentale di un dimostratore di un sistema di fruizione multi-sensoriale per la restituzione dei Modelli Tridimensionali Aumentati ad u-tenti con preferenze/limitazioni sensoriali; studio, sviluppo e verifica sperimentale di me-todologie per la modellistica di sistemi com-plessi ed il supporto alle decisioni da parte dell’operatore. Sviluppo di strutture meccaniche SMART Si prevede lo sviluppo di strutture meccaniche (telai di macchine) altamente sensorizzate

(SMART STRUCTURES) capaci di compensare in modo autonomo , attraverso attuatori speciali, le variazioni di geometria generate da carichi interni o esterni di tipo termico e/o meccanico. Progettazione e sviluppo di tecnologie avanzate a suppor-to dei non vedenti La ricerca deve evidenziare le tecnologie ne-cessarie e le informazioni da estrarre dall'am-biente al fine di aumentare la percezione con la sostituzione della vista mediante altri organi di senso. Cella robotizzata per serre Sviluppo di un sistema per la distribuzione au-tonoma di sostanze su piante coltivate in serra con elaborazione delle immagini, per aumen-tare la precisione del lavoro e preservare la sa-lute degli operatori del settore. Architetture di controllo per sistemi autonomi mobili Indagine sulle piattaforme tecnologiche po-tenzialmente trasferibili o adattabili a mobilità e lavorazioni autonome per assistere o sosti-tuire l’uomo nel lavoro delle macchine opera-trici e nell’agricoltura di precisione- 8.6.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 558 per il 2005, nel 2006 e nel 2007 la stima si mantiene mediamente costante. La tabella 8i riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 8.6.5 Competenze interne utilizzate Le competenze interne riguardano principal-mente, per motivi storici, l’Istituto di Studi sui Sistemi Intelligenti per l’Automazione (ISSIA) di Bari, con le Sezioni di Palermo e Genova, ol-tre che l’Istituto di Tecnologie Industriali e Au-tomazione (ITIA) e l’Istituto per le Macchine Agricole e Movimento Terra (IMAMOTER).


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2005 1,78 0,63 0,14 1,92 2006 1,74 0,56 0,14 1,88 2007 1,69 0,60 0,14 1,83

Collaborazioni esterne attivate o attivabili Le collaborazioni attualmente attive riguar-dano: università di Torino; Politecnico di To-rino; università di Pavia; università di Lecce; università di Bari; Politecnico di Bari; Mini-stero per i Beni e le Attività Culturali (Istituto Centrale del Restauro); Unione Italiana Ciechi (Consiglio Regionale Pugliese); ARTECO S.p.A.; SEAP S.p.A.; Mermec; Masmec; Pozzo S.p.A./Freud 8.6.6 Tempi di esecuzione Il Progetto è attivato sin dai primi mesi del 2005. La durata prevista è di 3 anni, con l’ottenimento dei primi deliverables già dal 2005.

8.6.7 Condizioni di fattibilità Le condizioni di fattibilità sono molto alte in quanto ci si propone di applicare ed integrare paradigmi e metodologie ben assestate di di-versi settori scientifici per risolvere problemi strategici in contesti applicativi reali. I punti di criticità possono derivare dalla indi-viduazione delle tecnologie sensoriali più ido-nee in termini di costi/prestazioni per i settori specifici che saranno considerati. Una condi-zione critica per il corretto e produttivo svol-gimento delle attività riguarda la visibilità det-tagliata ed attendibile delle risorse su cui il progetto potrà fare affidamento nel tempo e la loro disponibilità tempestiva in funzione degli stati di avanzamento del progetto stesso.

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8.7. P7. Sistemi per movimentazione e lavorazione in ambienti non strutturati


0


In base al paradigma della matrice prodot-ti/processi, le coordinate del Progetto sono (in senso orizzontale) due: (1) l’area internazio-nalmente nota come motion control vista qui in riferimento agli azionamenti oleodinamici – per i quali l’Italia occupa il quarto posto al mondo (dopo USA, Giappone e Germania) con alti tassi di esportazione – ed elettrici (che hanno valenza assoluta in quanto a estensione applicativa); (2) l’area della sicurezza del com-fort e della compatibilità ambientale di parti e sistemi che sintetizza motivazioni tecniche e-conomiche e sociali. In senso verticale, il Pro-getto si inserisce nella filiera che comprende due grandi classi di prodotto: le macchine a-gricole (per cui la produzione italiana è al 50% del mercato dell’Europa occidentale) e le macchine movimento terra (per la quale la produzione italiana si attesta a un sesto del mercato mondiale). 8.7.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Il Progetto presenta quattro valenze positive: il presidio di comparti produttivi importanti per il paese, l’offerta di competenze trasversali e interdisciplinari, la possibilità di attivare solu-zioni innovative tramite l’integrazione di tec-nologie, e non ultima la valorizzazione di risor-se umane e strumentali presenti nell’Ente. 8.7.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Gli obiettivi programmatici del Progetto ri-guardano le seguenti tematiche: (a) sviluppi avanzati delle macchine e delle loro catene di potenza; (b) sviluppo degli azionamenti mecca-tronici e delle relative architetture di controllo (a livello software e hardware); (c) simulazione avanzata di sistemi complessi; (d) sviluppo e applicazione dei requisiti di salute e comfort

sia dal punto di vista ergonomico (rumore) che dal punto di vista della sicurezza attiva e passi-va delle apparecchiature (rischio fisico e EMC); (e) sviluppo dell’impiego delle macchine in di-rezione della compatibilità ambientale e della valorizzazione del territorio (con particolare ri-ferimento locale alla viticoltura); (f) consulenza e supporto alle Pubbliche Amministrazioni. I principali obiettivi realizzativi del Progetto sono i seguenti: • 2005 – Schede digitali per il controllo di

pompe e di trasmissioni idrostatiche (pro-totipi) – Centraline per rete CAN di macchi-na semovente – Braccio robotizzato (dimo-stratore hardware in the loop) – Progetta-zione e prova di componenti oleodinamici (modelli di simulazione e controllo) – Spe-cifiche del controllo attivo di rumore in ca-bina e della psicoacustica associata – Strutture e componenti di sicurezza di macchine operatrici e agricole (verifica e prova) – Prestazioni di macchine in am-biente controllato e in terreno collinare (misure e rilievi) – Metodi prova e norme per macchine e loro parti - Misura e conte-nimento delle vibrazioni (prove di sedili e di utensili manuali) - Software di controllo a intelligenza distribuita – Algoritmi e tec-niche per lo sviluppo di reti neurali e l’identificazione di sistemi – Linee guida sulle metodologie di progettazione e prove EMC di sistemi

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• 2006 – Estensione delle logiche di control-lo delle schede digitali (prototipi) – Imple-mentazione di rete CAN su macchina semo-vente - Braccio robotizzato (generazione di traiettorie) - Progettazione e prova di com-ponenti oleodinamici (rilievi sperimentali) – Emulatore del controllo attivo di rumore in cabina e misure psicoacustiche - Strut-ture e componenti di sicurezza di macchi-ne operatrici e agricole (verifica e prova) – Prestazioni di macchine in ambiente con-trollato e in terreno collinare (misure e ri-lievi) – Metodi di prova e norme per mac-chine e loro parti - Misura e contenimento delle vibrazioni (prove di sedili e di utensili manuali, modelli di simulazione) - Metodi e

sistemi di prova EMC per PMI in situ e a basso costo – Azionamenti elettrici intelli-genti (tecniche di controllo) - Azionamenti di posizione sensorless con motori AC (sof-tware DSP) – Convertitore di potenza inno-vativo con pilotaggio ottimizzato (specifi-che e algoritmi dedicati)

• 2007 – Applicazioni alternative delle sche-de digitali (prototipi) - Braccio robotizzato (dispositivo dedicato al controllo) - Proget-tazione e prova di componenti oleodina-mici (rilievi sperimentali e simulazioni) – Prototipo di controllo attivo di rumore in cabina - Strutture e componenti di sicurez-za di macchine operatrici e agricole (verifi-ca e prova) – Prestazioni di macchine in ambiente controllato e in terreno collinare (misure e rilievi) – Metodi di prova e norme per macchine e loro parti - Misura e conte-nimento delle vibrazioni (prove di sedili e di utensili manuali, modelli vibroacustici) - Macchine elettriche a struttura innovativa (dimostratore) - Azionamenti elettrici intel-ligenti (dimostratore) - Azionamenti di po-sizione sensorless con motori AC (dimo-stratore) - Convertitore di potenza innova-tivo (dimostratore).

Criteri di verifica I criteri di verifica sono collegati al tipo di ri-sultati e si devono basare su tre considerazio-ni: (1) essendo la maggior parte delle attività connesse a rapporti con aziende o partner e-sterni, si giovano di verifiche intrinseche (per le aziende) o verifiche formalizzate in altri mo-di (per enti pubblici e EU); (2) per quanto ri-guarda i prototipi o i dimostratori la loro esi-stenza e funzionalità (in progress o finale) è cri-terio di verifica intrinseca; (3) per quanto ri-guarda i materiali documentali è da conside-rare la loro organicità oltre che (laddove possi-bile) la loro traduzione in pubblicazioni di va-rio tipo. 8.7.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 495 per il 2005, nel 2006 e nel 2007 la stima si mantiene mediamente costante. La tabella 8c riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007.

8.7.5 Competenze interne utilizzate. Le competenze interne riguardano l’Istituto per le Macchine Agricole e Movimento Terra (IMAMOTER) e l’Istituto di Studi sui Sistemi In-telligenti per l’Automazione (ISSIA) ma in se-guito potranno essere attivate forme di colla-borazione con altri Istituti (l’ITIA per i temi del-la meccatronica) con altri Progetti (il Progetto Formazione per i temi di competenza orizzon-tale) e con altri Dipartimenti . In forma complementare con il Dipartimento ITC, il Dipartimento SdP è interessato alle at-tività svolte presso il Laboratorio di acustica della Scuola S. Giorgio di Venezia (nell’ambito di una Convenzione con il CNR) per la parte ri-guardante la misura e l'elaborazione dei pa-rametri fisici dell'intensimetria. 8.7.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Le collaborazioni esterne del Progetto nelle sue varie articolazioni riguardano: • università italiane (Ancona, Bari, Ferrara,

Modena, Palermo, Torino e Torino) e stra-niere (tra cui Aberdeen, Ankara, Bar-cellona, Coimbra, Gijon, Helsinki, Lova-nio, Malta, Nottingham) sia in forma bila-terale che nel contesto di progetti EU

• istituti di ricerca pubblici e privati esterni al CNR (Fraunhofer Institute e ISMA) com-parto delle macchine operatrici e dei loro componenti: dalle grandi aziende (CNH, Fiat-Kobelco, Komatsu, Same) alle PMI (varie decine) anche tramite Associazioni ed enti (UNACOMA, COMAMOTER ed Enama)

• industrie costruttrici di apparecchiature elettroniche ed elettromeccaniche sia na-zionali (Digitek, Elettronica Santerno) che estere (Favi, Cirtem, Tfe)

• Regioni (Emilia-Romagna e Piemonte) ed enti locali (Provincia di Asti)

organismi di Normazione e Certificazione (tra cui ISO, UNI, CUNA, CEI, IMQ) 8.7.7 Tempi di esecuzione Il Progetto è immediatamente cantierabile. La disponibilità dei primi deliverable è da pre-vedere dall’inizio del 2006.

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2005 2,62 0,69 0,27 2,89 2006 2,56 0,61 0,27 2,84 2007 2,49 0,65 0,27 2,77

8.7.8 Condizioni di fattibilità I principali punti critici che possono influire sullo svolgimento efficace del Progetto pur po-tendo trovare soluzioni provvisorie (non sem-pre efficienti) sono i seguenti: (1) manteni-mento a un livello competitivo gli strumenti e

le apparecchiature sia nel numero che nella qualità; (2) compensazione della scarsità di operatori tecnici per la conduzione di attrezza-ture specializzate; (3) svolgimento rapido delle procedure di selezione per assegnisti e simili; (4) snellezza delle procedure amministrative e contabili.

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8.8. P8. Strumenti per la progettazione ed organizzazione industriale


0

8.8.1 Cenni allo scenario nazionale e inter-


L’industria ed, in particolare il settore mani-fatturiero, è la spina dorsale di qualsiasi so-cietà moderna e post-moderna. I paradigmi produttivi si sono evoluti notevolmente dalla prima rivoluzione industriale passando da una semplice industrializzazione dell’artigianato ad una produzione di massa e, attualmente, verso una produzione di beni di consumo sempre più personalizzati (mass customiza-tion) e compatibili con la sostenibilità ambien-tale. La globalizzazione e l’emergere di nuovi paesi in forte espansione industriale costringe inoltre i paesi come l’Italia a trovare nuove so-luzioni per il sistema manifatturiero. L’innovazione è perciò indispensabile non so-lo a livello di “prodotti” ma anche di “pro-cessi” ed “organizzazione e sistemi”. L’accelerazione delle trasformazioni, co-stringe gli attori a prendere decisioni in tempi sempre più brevi e sono necessarie metodolo-gie e strumenti di supporto per la progetta-zione e l’organizzazione industriale. 8.8.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Nell’ambito della commessa “Ambienti vir-tuali di progettazione integrata” le attività av-viate riguardano le quattro principali tecnolo-gie abilitanti (Realtà Virtuale, Simulazione 3D, Simulazione ad Eventi Discreti e Sistemi Ba-sati sulla conoscenza) utilizzate sia a supporto della fase progettuale sia per il supporto alle vendite, all’utilizzo (training) e alla manuten-zione. Per quanto riguarda la commessa “Nuovi pa-radigmi organizzativi e modelli avanzati di col-laborazione aziendale” nell’ambito di progetti di ricerca europea e nazionale ci si è occupati dello sviluppo di metodologie di supporto alle decisioni per la gestione delle attività di ou-tsourcing, modelli per il coordinamento e la

collaborazione in ambito di Impresa Estesa, si-stemi di valutazione dell’innovazione in ottica di co-progettazione di prodotti e servizi, sistemi di supporto alle decisioni in ambito produttivo e logistico, configurazione e implementazione di software gestionali applicati a scenari di mass customization. Nell’ottica di una ge-stione integrata dei processi, emerge l’impor-tanza di avere una visione globale del ciclo di vita del prodotto in cui la struttura collabora-tiva dell’azienda deve essere analizzata e ride-finita nei suoi elementi costitutivi fondamen-tali. Risulta, quindi, di rilevante importanza supportare non solo la ridefinizione degli strumenti ma anche della struttura organizza-tiva tramite l’adozione di infrastrutture coe-renti e adeguate. Nell’ambito della commessa “Metodi quanti-tativi per il manufacturing” sono stati svilup-pati metodi per le seguenti applicazioni: con-trollo di sistemi in tempo continuo e discreto; robotica; computer Vision; scheduling nella produzione e nei progetti; simulazione di si-stemi di produzione per ottimizzare la perfor-mance; teoria delle grandi deviazioni e dell’importance sampling; metodi numerico-statistici di analisi di dati; metodi di ricostru-zione e classificazione di immagini; modelli per la gestione delle emissioni di titoli di stato; simulazione di reti di trasporto; controllo stati-stico della qualità. Le attività in corso nella commessa “Conce-zione e studio di modelli di interazione in am-bienti di fabbrica virtuali” riguardano le tema-tica dell’interazione all’interno delle applica-zioni di fabbrica virtuale, in cui si punta ad ac-crescere le competenze relative a due specifici ambiti: l’interfaccia con l’utente - resa foto-realistica della scena ed interazione multimo-dale appropriata dell’utente, e l’integrazione con le diverse tipologie di simulazione – inte-roperabilità tra i sistemi.

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A seguito dei cambiamenti repentini del mer-cato e delle nuove esigenze delle aziende si è sviluppata una maggiore sensibilità verso que-ste tematiche che saranno ulteriormente inda-gate (e adattate alle nuove esigenze) in progetti

europei quali EUPASS, KOBAS, PROMISE, VRL-KCIP, TWO, COBO, CECmadeShoe. Inoltre alcune delle tematiche innovative che verranno trattate ri-guardano sistemi di supporto alla gestione del ciclo di vita dei prodotti, strumenti knowledge based per gli utenti di beni strumentali a com-pito complesso, sviluppo di materiali, processi e metodologie per una nuova generazione di scarpe fatte su misura e totalmente riciclabili e sistemi per il microassemblaggio di moduli in-tercambiabili e riutilizzabili attraverso banche di componenti distribuiti. 8.8.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Il progetto ha identificato quindi in questo pa-norama alcune linee di ricerca che si possono così sintetizzare: • metodologie e strumenti di progettazione

di sistemi e processi industriali basati su tecnologie abilitanti di simulazione e realtà virtuale al fine di ridurre le fasi di ramp-up dei sistemi di produzione ed accelerare l’immissione sul mercato di nuovi prodotti personalizzati;

• metodologie e strumenti per la gestione e riorganizzazione dei processi industriali (a livello di impresa e di supply chain) a sup-porto di interventi tecnologico-organizza-tivi e sviluppo di nuovi modelli di business in base a meccanismi collaborativi e/o competitivi emergenti;

• metodologie e strumenti per l’ottimiz-zazione dei parametri di produzione indu-striali (tempi, risorse umane, attività e pro-duttività) e per il miglioramento del livello qualitativo dei prodotti e servizi al cliente, nonché gli aspetti quantitativi ;

• sviluppo di competenze per aiutare gli u-tenti degli strumenti precedentemente de-scritti.

Il progetto si propone di perseguire gli obiettivi attraverso due sotto-obiettivi principali: • concezione e realizzazione di ambienti vir-

tuali di supporto dell'analisi dell'intero ci-clo di vita di prodotti e di processi per la

formazione/addestramento in ambito ma-nifatturiero;

• sviluppo e implementazione di nuovi mo-delli organizzativi e di sistemi di supporto alle decisioni per la gestione delle reti di aziende e per l’implementazione di nuovi paradigmi produttivi quali la mass custo-mization, il lifecycle management.

8.8.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 352 per il 2005, nel 2006 e nel 2007 la stima si mantiene mediamente costante. La tabella 8m riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 8.8.5 Competenze interne utilizzate. Le competenze interne riguardano: • l’Istituto di Tecnologie Industriali e Auto-

mazione (ITIA) • l’Istituto per le Applicazioni del Calcolo

“Mauro Picone” (IAC) Nell’ambito della progettazione di sistemi, si assiste alla trasformazione da reale a virtuale sia per la configurazione che la verifica dei si-stemi stessi, al fine di ridurre i costi e velociz-zare lo sviluppo. La commessa di sviluppo competenze del progetto si focalizza sulla Re-altà virtuale e sulla simulazione per lo sviluppo di modelli di interazione sia per l’utente (UI) sia tra i differenti simulatori che costituiscono la fabbrica virtuale (IS). 8.8.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Tutte le commesse caratterizzanti questo pro-getto si contraddistinguono per l’esistenza di collaborazioni sia in Italia che all’estero con diversi enti pubblici e privati (università, Cen-tri di Ricerca ed Industrie).


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2005 3,07 1,00 0,26 3,33 2006 3,00 0,89 0,26 3,26 2007 2,92 0,95 0,26 3,17

In particolare per le varie commesse si può ci-tare a titolo di esempio: Fraunhofer IPA e IAO di Stoccarda, Human Factor Dept dell’università di Nottingham, il centro Olandese TNO, Sztaki di Budapest, LMS dell’università di Patrasso, l’università Catto-lica di Milano, il CCSO di Friburgo, e Unindu-stria. Per quanto riguarda il settore industriale ci sono collaborazioni con Fidia, CRF e una se-rie di SME operanti nel manifatturiero. Altre collaborazioni sono in atto con soggetti internazionali quali: Microsoft Research; IN-RIA; Aalborg University; Poznan University; National Physical Laboratory (UK). Sono in at-to anche collaborazioni con enti pubblici quali il Ministero dell’Economia ed il Ministero dell’Industria e delle Attività Produttive. 8.8.7 Tempi di esecuzione. Il Progetto è attivo dal 2005. La durata previ-sta, per ottenere risultati di rilievo, è di 3,5 an-ni, con l’ottenimento dei primi deliverable, già dal primo anno. 8.8.8 Condizioni di fattibilità Le criticità maggiori che si possono eviden-ziare in nel Progetto sono relative, da una par-te, alla maturità (non sempre raggiunta) delle tecnologie utilizzate e, dall’altra, alla non completa interoperabilità dei diversi sistemi

utilizzati. Tali condizioni porteranno alla con-cezione e realizzazione di ambienti virtuali a supporto dell’analisi e della progettazione guardando all’intero ciclo di vita di prodotti di processi in ambito manifatturiero. Un’altra criticità è rappresentata dall’elevata concorrenza nel mercato e la crescente globa-lizzazione. Tali criticità richiedono di conse-guenza lo sviluppo di metodi, modelli e stru-menti che possano supportare le aziende, so-prattutto le PMI, nella collaborazione in forma di network e nell’applicazione di paradigmi organizzativi emergenti che consentano loro di competere con una massa critica adeguata. Nell’intera offerta CNR sono individuabili com-petenze collegate ad attività scientifiche di in-teresse sul versante dell’industrializzazione della ricerca. Alcune di queste competenze af-ferenti ad altri Dipartimenti potrebbero nel triennio diventare oggetto di collaborazioni in-ter-dipartimentali completando alcuni progetti del Dipartimento già attivati nel 2005. In particolare si fa riferimento ad attività che sono individuabili nelle seguenti commesse del Dipartimento ICT. IASI: Metodi e Sistemi per l' Informazione e la Conoscenza; Informatica, Algoritmi, Ottimiz-zazione e Combinatoria; ICAR: Sistemi Intelligenti Distribuiti; IEIIT: Comunicazioni wireless Informatica;

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ISTI: Demotica; reti wireless; interfacce utenti dei sistemi informativi; sistemi virtuali; Sistemi con garanzia di funzionamento.

8.9. P9. Metodi e strumenti di metrologia


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Poiché non può esserci processo manifattu-riero senza misurazioni affidabili, il progetto, con 8 commesse, risponde alla necessità del Paese di disporre di una efficiente infrastrut-tura metrologica in grado di accrescere la competitività a lungo termine dell’industria nazionale mediante un uso ottimale delle competenze scientifiche e tecniche nel campo delle misurazioni, in termini di servizi di ri-cerca, di consulenza, di taratura di alto livello e di accreditamento di laboratori. Le attività del progetto sono caratterizzate da un elevato grado di collaborazione e integrazione euro-pea e internazionale, e si connotano per uno sviluppo verticale dalla ricerca alla dissemina-zione e al trasferimento tecnologico. 8.9.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi e-

mersi e conseguenti aggiornamenti Lo sviluppo di competenze è un requisito es-senziale affinché la metrologia italiana possa, attraverso l’individuazione di nuove metodo-logie di misura, arrivare alla realizzazione di campioni e dispositivi di misura innovativi e rafforzare il suo ruolo tra i maggiori paesi in-dustrializzati. Produzioni ad alto impatto tec-nologico richiedono capacità di misura di fron-tiera (ad es. per le nanotecnologie e le applica-zioni spaziali) così come nuovi settori di inter-vento quali l’ambientale o i nuovi materiali necessitano di uno sforzo particolare. Le ne-cessità di crescita sono legate principalmente allo sviluppo di: • metodi di misura per la caratterizzazione

di parametri meccanici e fisici connessi al-l'ergonomia delle macchine operatrici e al-la caratterizzazione di sorgenti complesse;

• micro e nano misuratori industriali, me-todi matematici per l’ingegneria, identifi-cazione di modelli e verifica di prestazioni;

• validazione di metodi di misura nell’am-bito dei laboratori di Taratura SIT (Servizio di Taratura in Italia) ;

• nuovi dispositivi e metodi di misura della lunghezza, massa, densità, viscosità, por-tata, forza, vibrazione, pressione, durezza, gravità, temperatura e umidità, oltre che in alcuni campi delle costanti fondamentali, della sensoristica optoelettronica, della mi-croscopia a sonda, delle applicazioni spa-ziali e della metrologia in chimica.


rifica del loro conseguimento Gli obiettivi realizzativi del progetto prevedono lo sviluppo di strumenti e stazioni di misura avanzati, di prototipi innovativi, di nuovi me-todi di misura. Le caratteristiche on-going del-le attività di metrologia consentono il rag-giungimento di risultati verificabili relativa-mente ad attività già in corso, sia su commesse esterne sia quale attività di ricerca di tipo isti-tuzionale, già nel 2005. Diversi deliverable sa-ranno disponibili (criostati, punti fissi termo-metrici, tubi di calore, termometro IR di preci-sione, bilancia di pressione, sistemi di trasla-zione sub-nanometrici) mentre nel corso del triennio dovrebbero completarsi altre realizza-zioni (generatore campione a miscela/ dilui-zione, prototipo di termometro a fluorescenza in fibra ottica, prototipo di “Amplificatore di Temperatura”, banco per misure interferome-triche, comparatore 2-D a lettura ottica/ inter-ferometrica, dispositivo per la misurazione del-le proprietà magnetiche dei campioni di mas-sa, materiali di riferimento per densità, cam-pione nel dominio delle microforze). Nell’attuale fase di transizione dell’IMGC verso l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM), questo Progetto, agirà da ponte fra le attività IMGC come Istituto CNR e le attività IN-RIM, nella prospettiva di una collaborazione 8.9.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie

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L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a 1.144 per il 2005, nel

2006 e nel 2007 la stima si mantiene media-mente costante. La tabella 8n riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. In atto, sono da segnalare le risorse indirizzate a un organismo internazionale (BIPM) per par-tecipare alla produzione di silicio arricchito nel quadro di un importante accordo interna-zionale (progetto Avogadro). Attualmente, le ri-sorse reperite autonomamente da partner di ricerca ammontano a un 15-20%. Si ritiene che le risorse attivabili nel prossimo triennio, a val-le di investimenti strategici del Dipartimento, possano raggiungere l’obiettivo del 20-25%. 8.9.5. Competenze interne utilizzate. Le competenze interne riguardano: • Istituto di Metrologia “Gustavo Colonnetti”

(IMGC) con sede a Torino, • Istituto di Tecnologie Industriali e Automa-

zione (ITIA) con sede a Milano, • Istituto per le Macchine Agricole e Movi-

mento Terra (IMAMOTER) • INRIM. La stessa costruzione del Dipartimento SdP agirà da facilitatore per ulteriori collaborazioni con altri Istituti del Dipartimento. 8.9.6. Collaborazioni esterne attivate o attivabili A livello internazionale, numerose collabora-zioni sono attivate con Istituti Metrologici e or-ganismi scientifici e riguardano essenzial-mente le attività di ricerca volte alla costru-zione di una infrastruttura metrologica euro-pea (ERA). Oltre che per la ricerca, questa atti-vità è di grande importanza per l’eliminazione di barriere allo scambio dei prodotti e per il rafforzamento del sistema produttivo italiano. Le capacità di progettazione e sviluppo di strumentazione e metodi di misura innovativi e

le competenze possedute dai partecipanti al progetto consentono inoltre l’attivazione di numerosi contratti di ricerca nell’ambito di progetti della Commissione Europea e con sin-goli committenti. In ambito nazionale, oltre a varie collaborazioni con istituzioni scientifiche e con il mondo accademico, una particolare at-tenzione viene rivolta al rafforzamento dei col-legamenti con il mondo imprenditoriale per trasferire in modo efficiente le conoscenze ac-quisite e le tecnologie sviluppate. Attualmente sono già attivi numerosi contratti con indu-strie. Si segnalano vari contratti con Alenia Spazio (partecipazioni ai progetti GAIA ed EU-CLID), con erogatori di servizi (SNAM Rete Gas) e con organismi pubblici (APAT, Provincia di To-rino). In particolare, buone opportunità di collabora-zione potranno nascere dalle recenti iniziative in tema di ricerca applicata promosse dalle i-stituzioni pubbliche quali le regioni e le pro-vince. 8.9.7 Tempi di esecuzione. Il Progetto, che comprende una cospicua parte on going, è immediatamente attivabile. La du-rata prevista è di 3 anni, con l’ottenimento e monitoraggio dei primi deliverable su base annuale. 8.9.8 Condizioni di fattibilità I punti critici potenzialmente più pericolosi ri-siedono nella carenza di personale. Gli impe-gni a livello internazionale e nei confronti del sistema produttivo italiano richiederebbero un forte potenziamento del personale ricercatore e tecnico. Le diverse commesse si trovano, in-vece, in grave sofferenza con conseguente di-minuzione delle capacità progettuali e realiz-zative.



2005 8,96 2,09 1,29 10,25 2006 8,76 1,85 1,29 10,05 2007 8,52 1,98 1,29 9,81

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9. Dipartimento Tecnologie dell’Informazione e della Comunicazione L’area delle Tecnologie dell’Informazione e della Comunicazione (Information and Com-munication Technology – ICT) comprende tut-te le industrie manifatturiere e di servizio che producono software ed apparati per il prelie-vo, la memorizzazione, la trasmissione e la presentazione di informazione in forma elet-tronica. Ciò include diversi settori di mercato: computer ed apparati per telecomunicazioni, processi industriali, elettronici di consumo, strumentazione, prodotti software, servizi di CT (Communication Technology) e di IT (Informa-tion Technology). L’integrazione dei diversi settori mira alla fornitura di quei servizi inno-vativi di tipo interattivo multimediale on-line, che sono l’elemento caratterizzante della So-cietà dell’Informazione, e, più in generale, all’integrazione delle tecnologie dell’In-formazione e della Comunicazione. Le tecno-logie ICT sono responsabili della creazione di un nuovo paradigma tecnoeconomico, che è alla base di quella che è chiamata economia basata sulla conoscenza. Il fattore tecnologico fondamentale che ha stimolato questa evolu-zione è stata la trasformazione in forma digita-le di tutti i tipi di segnali (voce, musica, video, immagini, dati, grafici, ecc.): ciò permette di elaborare e trasferire i più svariati tipi di in-formazione in modo uniforme. Inoltre, l’enor-me ed inaspettato successo di Internet ha for-nito il paradigma di riferimento e di conver-genza per trasmettere in modo unificato ogni tipo di informazione, materializzando il con-cetto di rete unificata multiservizio. Il settore ha certamente avuto, nell’ultimissimo perio-do, una frenata sensibile, in particolare nella parte apparati, anche e soprattutto per un ec-cesso di investimenti, ma i servizi continuano a mantenersi a tassi di crescita di sicuro inte-resse. Il mercato ICT a livello mondiale negli ul-timi 25 anni ha goduto di un tasso di crescita medio annuo totale del 9,8%, nel 2002, l’area ICT con il suo valore complessivo di mercato di 2.234 miliardi di dollari ha rappresentato in termini economici ben il 7% del PIL mondiale; il mercato europeo è oggi circa il 30% del mer-cato mondiale per una cifra pari a 641 miliardi di Euro In questo quadro generale purtroppo la situa-zione italiana si presenta molto debole, anche

a causa di un processo di deindustrializza-zione del Paese. Il consuntivo 2002 e il primo trimestre 2003 mostrano una evidente contra-zione, con una decrescita complessiva dell’area ICT tra 2001 e 2003. Il rapporto “Global Information Technology 2003” del “World Economic Forum” (WEF) evidenzia che l’Italia, al settimo posto come PIL pro-capite, si trova nel 2002 solamente al ventiseiesimo po-sto (perdendo una ulteriore posizione rispetto al 2001) nella classifica della “networked rea-diness”. In Italia esistono più di 100.000 imprese nel settore ICT, con una grandissima maggioranza nell’area del software- in prevalenza di piccole dimensioni. L’andamento occupazionale nel settore ha mostrato una contrazione nel bien-nio 2001-2002 attestandosi nel 2002 ad un va-lore di 598.000 addetti. La più grossa realtà industriale nel campo ICT con forte influenza italiana è oggi costituita dalla ST Microelectro-nics, con un fatturato totale di 6.300 milioni di dollari e un organico, in Italia, di 10.000 ad-detti di cui 3000 ricercatori. Il Programma Nazionale di Ricerca del MIUR (PNR) ha tenuto conto di questa realtà nazio-nale individuando alcune aree tematiche su cui concentrare le risorse per la ricerca del set-tore produttivo, dell’università e dei centri di ricerca pubblici. Il punto focale dell’Information Society Te-chnology nel FP6 riguarda la generazione fu-tura di tecnologie per l'integrazione di com-puter e reti nell'ambiente quotidiano, ren-dendo accessibile una moltitudine di servizi e applicazioni attraverso interfacce user frendly.

229

Il CNR è da molti anni presente nel settore della ricerca sulle tecnologie e sulle applicazioni dell’ICT, anche se, l’attenzione che è stata po-sta negli ultimi tempi a questo settore, è stata inferiore alla sua rilevanza. I risultati ottenuti nel corso degli anni da questi istituti del CNR sono sicuramente di grande valore scientifico sia teorico che applicativo, come pure sul ver-sante dello sviluppo delle infrastrutture del Paese. Non bisogna infatti dimenticare che il CNR si è fatto carico della realizzazione della prima rete in tecnologia Internet in Italia, e che ancora oggi il CNR ha grandi responsabili-

tà nella gestione dei servizi per il mondo della ricerca. La nascita del Dipartimento sulle Tecnologie dell’Informazione e della Comunicazione po-trà introdurre un efficace coordinamento delle ricerche di ottima qualità, che già oggi gli isti-tuti conducono, migliorando l’efficienza degli investimenti della ricerca pubblica in questo settore e aumentando il numero di ricercatori impegnati su alcuni temi di particolare rile-vanza per lo sviluppo del Paese. Il Dipartimento ICT si pone come obiettivo lo svolgimento, la promozione, la valorizzazione, la diffusione di attività di ricerca interdisci-plinare nei settori che spaziano dai chip, alle applicazioni telematiche, ai sistemi complessi. Le attività di ricerca nei settori relativi all’ E-lettronica ed alla Fotonica sono complemen-tari a quelle svolte all’interno del CNR nel Di-partimento “Materiali e Dispositivi”, con il quale è necessaria una stretta interazione, e in altre realtà di ricerca a livello industriale ed universitario. Il Dipartimento inoltre potrà: diventare il punto di raccordo tra gli istituti e le Piccole e Medie imprese (PMI), che hanno spes-so bisogno di acquisire competenze di punta per l’innovazione dei propri prodotti e che non hanno una visibilità precisa sulle competenze dei diversi istituti; • presentarsi sulla scena della ricerca inter-

nazionale con la massa critica necessaria per porsi come interlocutore credibile delle principali aziende multinazionali del setto-re ICT, delle più prestigiose università este-re e degli enti di ricerca che in altri paesi operano nel settore;

• presentarsi come interlocutore credibile degli organismi che finanziano la ricerca a livello nazionale ed internazionale, dalle Regioni all’Unione Europea;

• esercitare una azione di stimolo presso la componente industriale del Paese per l’attivazione di Progetti di ricerca di inte-resse congiunto e per il cofinanziamento di ricerche che possano valorizzare i prodotti nazionali ed accrescere la competitività del Paese;

• svolgere azione di raccordo e di coordina-mento nella partecipazione a enti di stan-dardizzazione e forum tecnologici, al fine di accrescere il numero di brevetti frutto della tecnologia sviluppata da imprese, centri di ricerca, e dal CNR stesso, operanti in Italia;

• svolgere una azione di stimolo verso la Pubblica Amministrazione per la defini-zione di piani di sviluppo del settore e di ammodernamento del Paese.

Il programma del Dipartimento si articola in 7 Progetti: P1. Reti in Tecnologia Wireless; P2. Reti in Tecnologia Fotonica; P3. Internet di prossima generazione; P4. Media Multidimensionali; P5. Tecnologia della conoscenza e servizi

avanzati; P6. Software di alta qualità; P7. Modellistica e simulazione di sistemi com-

plessi. La tabella 9a° riporta l’elenco degli Istituti di prevista afferenza e degli Istituti partecipanti al Dipartimento.

Tabella 9a- Istituti esecutori

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Istituti di prevista afferenza Istituti partecipanti IASI–Istituto di Analisi dei Sistemi e di Informatica “An-

tonio Ruberti” IAC–Istituto per le Applicazioni del Calcolo “Mauro Pico-

ne” ICAR–Istituto di Calcolo e Reti ad Alte Prestazioni ICIB–Istituto di Cibernetica Edoardo Caianello” IEIIT–Istituto di Elettronica e di Ingegneria

dell’Informazione e delle Telecomunicazioni IDPA–Istituto per la Dinamica dei Processi Ambientali

IIT–Istituto di Informatica e Telematica IFAC–Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara” IMATI-Istituto di Matematica Applicata e Tecnologie Infor-

matiche ILC–Istituto di Linguistica Computazionale

IREA–Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente IMAA– Istituto per la Metodologia di Analisi Ambientale ISTI–Istituto di Scienza e Tecnologie dell’Informazione “A-

lessandro Faedo” IRPPS–Istituto di Ricerche sulla Popolazione e le Politiche

Sociali ISIB–Istituto di Ingegneria Biomedica ISN–Istituto di Scienze Neurologiche ISSIA–Istituto di Studi sui Sistemi Intelligenti ed Automazione ISTC–Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione ITTIG–Istituto di Teoria e Tecniche dell’Informazione Giuridica

Il Dipartimento, considerando solo il perso-nale CNR a tempo indeterminato, può contare mediamente nel triennio su 400 unità della re-te scientifica. A questo si deve aggiungere il personale universitario che partecipa alle atti-vità di ricerca, dottorandi e borsisti. L’im-pegno del personale (mesi/uomo) nelle attività progettuali è indicato in dettaglio nella parte descrittiva di ciascun Progetto.

Risorse finanziarie del Dipartimento nel trien-nio 2005-2007 La tabella 9b riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Dipartimento nel triennio 2005-2007. Il Dipartimento,qualora potrà disporre di ri-sorse interne aggiuntive, definirà ulteriori pos-sibili Progetti interdipartimentali in collabora-zione con i Dipartimenti MD, ME, SV,BC.



2005 61,48 25,12 4,83 66,31 2006 60,08 20,32 4,83 64,91 2007 58,42 21,71 4,83 63,25

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Progetti del Dipartimento Tecnologie dell’Informa-zione e della Comunicazione P1. Reti in Tecnologia Wireless


6

9.1.1 Cenni allo scenario nazionale e in-ternazionale e motivazione della presenza del CN

I sistemi wireless e le piattaforme tecnologi-che “oltre la terza generazione” costituiscono uno degli obiettivi strategici dell’Unione Eu-ropea nell’ambito delle “Tecnologie per la società dell’Informazione” Le moderne tecnologie wireless devono quin-di consentire la comunicazione tra diverse en-tità (o nodi) che possono essere costituiti da operatori umani, computer oppure dispositivi intelligenti e devono essere in grado di soddi-sfare il nuovo paradigma di riferimento “op-timally connected, anywhere, anytime”. Nei prossimi anni, molti oggetti di uso quotidiano saranno quindi equipaggiati con mini-processori e con apparati di trasmissione ra-dio e consentiranno di realizzare una molte-plicità di funzioni e compiti diversi. Negli ultimi tempi, si sta inoltre affermando un nuovo paradigma architetturale basato sull’utilizzo di “Reti ad hoc”. Ogni nodo di ta-le rete svolge funzioni di terminale ma anche di instradamento (routing) ed il controllo del-la rete risulta distribuito tra i diversi nodi. La topologia di tali reti può quindi cambiare ve-locemente ed in modo non sempre predicibi-le imponendo ai terminali di svolgere sia la funzione di analisi della topologia sia quella di consegna dei messaggi. Le reti ad hoc sono inoltre candidate alla realizzazione di un’infrastruttura di comunicazione che per-metta un sistema di trasporto intelligente con l’obiettivo prioritario della sicurezza stradale. La realizzazione di questa infrastruttura ri-chiede lo studio di tecniche innovative per ga-rantire la comunicazione tra i veicoli in ambi-to stradale ed autostradale. Le attuali reti di telecomunicazione wireless possono essere cosi’ classificate:

• Breve raggio (fino a 100 metri). per Body Area and Personal Area Networks (BAN, and PAN). Le attuali tecnologie di riferi-mento sono: Bluetooth, ZigBee, e Ultra-WideBand (UWB);

• Medio raggio (fino a 100 Km). Che inclu-dono Wireless LAN and MAN (Local and Metropolitan Area Networks) come Wi-Fi e WiMAX;

• Ampio raggio. Tali reti garantiscono una copertura globale e supportano la mobili-tà dei terminali.

Tra le tecnologie che consentono una coper-tura su scala nazionale si ricordano i sistemi radio-mobili di seconda (GSM) e terza genera-zione (UMTS). Le reti di futura generazione (3G) potranno garantire velocità di tra-smissione dell’ordine dei 10 mb/s anche in condizioni di mobilità dei terminali.

232

La progettazione ed il dimensionamento di una moderna rete wireless non può prescin-dere dallo studio dei fenomeni di propaga-zione e compatibilità elettromagnetica, di si-curezza, di analisi del formato del segnale trasmesso, delle tecniche e dei protocolli di accesso multiplo e di quelli per l’instra-damento. In Italia, le competenze necessarie in questo ambito sono prerogativa di alcuni istituti del CNR, e delle università. L’inte-grazione tra CNR e università sta avvenendo con la partecipazione a Progetti nazionali o internazionali comuni o con la parteci-pazione a consorzi, quali ad esempio il Con-sorzio Nazionale Inter-Universitario per le Te-lecomunicazioni (CNIT) ed il Centro Interuni-versitario sulle Interazioni tra Campi Elet-tromagnetici e Biosistemi (ICEmB). La parte-cipazione di alcuni istituti CNR ad alcuni gros-si Progetti nazionali quali il “Virtual Im-mersive Communications” (VICom) e “Piatta-forme riconfigurabili per reti wireless a larga banda” (PRIMO), finanziati dal fondo per gli investimenti della ricerca di base (FIRB) per

circa 9 milioni di euro, testimoniano un inte-resse nazionale ad attività di ricerca inerenti le tematiche wireless. L’esigenza di coordinare ed integrare le di-verse attività di ricerca risulta particolar-mente sentita anche in ambito europeo. In ambito wireless, alcuni istituti CNR afferi-scono direttamente, o ne sono parte tramite il CNIT, a due reti di eccellenza finanziate dalla Comunità Europea: NEWCOM (network of e-xcellence on communications) e SATNEX (sa-tellite network of excellence). Nel CNR il numero degli istituti che svolgono attività di ricerca su questo filone non è eleva-tissimo, ma i gruppi di ricerca sono di ottima qualità e ne sono testimonianza le numerose collaborazioni con enti locali e mondo indu-striale. 9.1.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi

emersi e conseguenti aggiornamenti I risultati conseguiti mostrano che, nono-stante le risorse per questo Progetto siano più limitate di altri nello stesso Dipartimento, le competenze sviluppate dagli istituti coinvolti sono in linea con i recenti sviluppi tecnologi-ci. I risultati ottenuti spaziano da tematiche più orientate al livello fisico, come la caratte-rizzazione di dispositivi e sistemi a microonde e lo sviluppo di metodi numerici per l’analisi elettromagnetica fino allo studio di sistemi trasmissivi per servizi di tipo immersivo, op-pure alla gestione delle risorse in reti in cui la molteplicità delle tecnologie in gioco rende necessaria la ridefinizione dei parametri di qualità di servizio. 9.1.3 Obiettivi programmatici e criteri di

verifica del loro conseguimento Coerentemente con le linee guida europee, il Progetto si propone di sviluppare metodolo-gie innovative per il Progetto e l’analisi di si-stemi di comunicazione wireless. Tali attività verranno portate avanti nell’ambito di Pro-getti finalizzati e attraverso collaborazioni con realtà industriali. Molte delle commesse proposte fanno riferi-mento a tematiche inerenti i Progetti di ri-cerca già avviati. Alcune proposte di com-messa sono “nuove”, nel senso che non fanno riferimento ad attività già parzialmente finan-

ziate, ma che si pongono l’obiettivo di svilup-pare le competenze del CNR. Le commesse presentate si collocano nelle tre aree chiave in cui si suddivide il Progetto wi-reless: a) il livello fisico e gli aspetti di propa-gazione, b) il livello trasmissivo e di elabora-zione numerica dei segnali, c) il livello di rete e l’integrazione tra tecnologie diverse. Alcune commesse del Progetto hanno l’obiet-tivo di determinare sistemi e dispositivi per reti wireless basati su micro e nanotecnologie. L’attività di studio dell’impatto dei campi e-lettromagnetici sul corpo umano e sulla strumentazione elettronica (ad esempio ap-parecchiature biomediche) riveste ovvia-mente un importanza particolare e verrà af-frontata in un’apposita commessa. Per quanto concerne gli aspetti trasmissivi, verrà data enfasi a tecniche che utilizzano an-tenne multiple sia in trasmissione che in rice-zione (MIMO) in quanto sono in grado di forni-re efficienze spettrali elevate. Allo stesso tem-po, verranno studiate tecniche di trasmis-sione multi-salto. Per quanto riguarda lo studio e lo sviluppo di tecnologie abilitanti per reti wireless a carat-tere pervasivo, sono già attivi diversi Progetti nazionali. Particolare riguardo verrà inoltre dato alle prestazioni offerte da reti eteroge-nee, integrate anche con strutture di comuni-cazione industriali e automatizzate, curando gli aspetti di interoperabilità, flessibilità e si-curezza. La gestione di servizi a contenuto multime-diale e l’integrazione di reti di sensori, reti wireless e reti satellitari gioca un ruolo chiave nella progettazione delle moderne reti wire-less. Questo richiede lo studio di algoritmi ot-timizzati di allocazione dinamica delle ri-sorse, tecniche di packet scheduling. Il grado di dettaglio delle attività e dei risultati raggiungibili negli anni 2006-2007 non può essere elevato in quanto, trattandosi di com-messe cofinanziate da Progetti esterni, gli o-biettivi delle attività future saranno guidati dalle esigenze del Progetto e dagli eventuali partners industriali, che saranno coinvolte al-la valutazione dei singoli stati di avanzamento 9.1.4 Risorse umane, strumentali e finan-

ziarie

233

L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a circa 40 persone.

La tabella 9c riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 9.1.5 Competenze interne utilizzate Il Progetto wireless si avvale dell’apporto di diversi istituti CNR: IEIIT – Istituto di Elettronica e di Ingegneria dell’Informazione e delle Telecomunicazioni (sedi di Torino, Milano, Bologna, Pisa) IFAC – Istituto di Fisica Applicata “Nello Car-rara” IIT: Istituto di Informatica e Telematica IMATI – Istituto di Matematica Applicata e Tecnologie Informatiche (sede di Genova) IREA – Istituto per il Rilevamento Elettroma-gnetico dell’Ambiente (sede di Napoli) ISTI – Istituto di Scienza e Tecnologie dell’Informazione “Alessandro Faedo”

9.1.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Allo stato attuale sono in corso e/o saranno previste molte collaborazioni con istituti Ita-liani e stranieri tra cui con: ESA; CNIT; ICemB,

ASI, DLR, MIT, Georgia Institute of Technology, Los Alamos National Labs, DoCoMo Europe Labs, CNES, ONERA, DLR, e varie Universita’ tra cui: Universitè Catholique de Louvain, FOKUS Institut, ENST, e le maggiori università e politecnici italiani. Tra i patner industriali possiamo citare Alenia Spazio; Telecom Italia Lab; Telespazio; TIM, Siemens, Pirelli, Space Engineering 9.1.7 Tempi previsti Le attività previste nell’ambito del Progetto saranno sviluppate nell’arco temporale del triennio 2005-2007. 9.1.8 Condizioni di fattibilità Le risorse-umane (personale a tempo indeter-minato e determinato) delle commesse di svi-luppo competenza sono estremamente limi-tate, la possibilità di raggiungere a tempi lun-ghi risultati tangibili è vincolata all’inseri-mento in organico di nuove risorse umane.

Tabella 9c- Risorse e spese nel triennio del P (M/€)

234


2005 4,66 1,23 0,34 5,00 2006 4,55 0,99 0,34 4,90 2007 4,43 1,06 0,34 4,77

9.2 P2. Internet di prossima generazione


9

9.2.1 Cenni allo scenario nazionale ed in-


Internet è uno dei più grandi contributi che le ICT abbiano dato alla società negli ultimi an-ni. L’architettura di Internet è attualmente messa in discussione a causa della enorme evoluzione sia delle tecnologie sia dei servizi . Questa evoluzione è stata guidata dalla priva-tizzazione di Internet, principalmente per in-tensificare la competizione negli access e ba-ckbone service providers (quali, ISPs, NSPs, hosting, co-location, overlay networks, etc.). In questo modo, l’attuale free best-effort ser-vice model è considerato una grossa limita-zione. Risulta quindi evidente che la Internet futura dovrà essere progettata secondo criteri di af-fidabilità, che è un concetto più ampio del concetto tradizionale di sicurezza, per fron-teggiare possibili abusi o attacchi maliziosi. Peraltro, la proliferazione dei dispositivi in-formatici mobili sta portando il mondo dell’informatica nell’era dell’Ubiquitous Computing, in cui l’utente utilizzerà contem-poraneamente più piattaforme elettroniche per l’accesso a tutte le informazioni necessa-rie. I terminali stanno tramutandosi in gate-ways tra servizi informatici locali (sensori) e quelli mobili globali (e-health, e-education, e-government, etc.). Un altro settore emergente è quello relativo alle reti auto-organizzate ad hoc, formate di-namicamente dai dispositivi portatili senza l’uso di infrastrutture di rete esistenti. Queste tecnologie costituiranno la base per la realiz-zazione di nuovi servizi informatici chiamati nei programmi della Comunità Europea Am-bient Intelligence. Il Sesto Programma Quadro di R&ST rac-chiude l’area tematica prioritaria IST (Infor-mation Society Technologies) che prevede tra i suoi obiettivi quello di realizzare una società basata sulla conoscenza e sul concetto di "Am-bient Intelligence", ovvero garantire un ac-cesso semplificato, interattivo e naturale ai servizi e alle applicazioni, come la creazione

di “overlay autonomic networks” con capa-cità di auto-organizzazione, auto-configura-zione, auto-gestione, che permettano la con-divisione efficiente ed efficace di risorse, ser-vizi e contenuti e che garantiscano al con-tempo le caratteristiche richieste di QoS. Gli aspetti di sicurezza sulla rete sono oggetto di grande attenzione anche da parte della UE, che ha dedicato a questo finanziamenti speci-fici, nei seguenti ambiti: • IST FP6: l’obiettivo strategico 'Towards a

global dependability and security frame-work' fa parte del FP6 ed è stato finanziato con 63ME nel periodo 2004-2005.

• PASR: Preparatory Action in Security rese-arch (40ME), i cui risultati verranno utiliz-zati per delineare lo European Security Research Program in FP7.

Il CNR ha giocato un ruolo molto importante nel settore dei computer e delle reti, ha svi-luppato il primo packet network in Italia, RPCnet, ed attualmente sta gestendo impor-tanti servizi di Internet per la comunità ita-liana ed europea come i registri dei ccTLD.it e ccTLD.eu. 9.2.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi

emersi e conseguenti aggiornamenti L’analisi del settore e delle competenze esi-stenti nel CNR ha portato alla identificazione di tre principali linee di ricerca (Qualità del servizio, Trust: sicurezza e riservatezza, Ubi-quitous Internet) che hanno dato vita ad al-trettante commesse per il piano triennale. I risultati già conseguiti rappresentano una re-altà importante e vedono, all’interno del CNR, punte di assoluta eccellenza nel contesto na-zionale ed internazionale. Sia le nuove tecnologie di rete sia l’evo-luzione della comunità di utenza indicano la necessità di una radicale riprogettazione del-la rete che avrà un grosso impatto sui proto-colli; dovrà inserirsi in modalità nativa; sia meccanismi per la gestione della QoS sia meccanismi per la gestione della sicurezza.

235

9.2.3 Obiettivi programmatici e criteri di verifica del loro conseguimento

Uno dei motivi del successo di Internet è stata la stretta correlazione tra la ricerca e i possi-bili utilizzatori dei risultati di questa ricerca. Proprio questo stretto collegamento ed il lar-go utilizzo della tecnica di “fast prototyping” adottata dall’IETF sono la base del successo di Internet. In questo settore il CNR si trova in una posizione privilegiata, potendo allineare competenze di alto livello nelle tre compo-nenti della filiera: ricerca, sperimenta-zione/sviluppi tecnologici e gestione di servizi per la comunità Internet. Questo è dovuto alla posizione storica ricoperta dal CNR: ha pro-gettato una sua rete a pacchetto negli anni 70, è stato il primo nodo Italiano della rete Arpanet. Il Progetto si propone di mantenere il livello di eccellenza già presente nell’ente; di coordinare queste attività a livello naziona-le e di pianificare gli investimenti scientifici necessari per il triennio 2005-2007 in questo settore. Il Progetto permetterà maggiori sinergie tra le competenze già presenti all’interno dell’ente su: • ricerca di base e applicata; implementazione e sperimentazione di tecno-logie per Internet (Enum, Sistemi di registra-zione automatica, tecnologie VoIP, IPV6); • gestione di servizi per la comunità Inter-

net (Il Registro Italiano per i nomi a do-minio, la gestione della rete del CNR, ecc.).

Il Progetto così organizzato ci consentirà: • avanzamenti delle conoscenze per proget-

tare una rete Internet sicura, ubiquitaria e con garanzie sulla qualità del servizio;

• sviluppo e sperimentazione di nuove tecno-logie;

• introduzione di nuovi servizi per la rete del CNR (IPV6, VoIP e multicast) e per la comunità italiana ed europea (servizi in-novativi per la registrazione di nomi a dominio: .it, .eu, ENUM)

L’aspetto unificante del Progetto è quello di cercare soluzioni che soddisfino le esigenze primarie degli attuali utilizzatori di Internet: accedere ai servizi in modo sicuro, con pre-stazioni soddisfacenti in qualunque luogo essi si trovino. In modo da garantire una ulteriore penetrazione di Internet nella società ed un maggiore utilizzo per la fornitura di servizi di e-business.

Allo stato attuale tutte le commesse (ad ecce-zione di quella di sviluppo competenze) lavo-rano in parallelo (almeno per l’anno 2005) in quanto collegate per circa l’80% ad attività finanziate da terzi, precedenti alla definizione di questo Progetto. Sono previste riunioni di coordinamento, ogni sei mesi, finalizzate an-che alla cross fertilization ed alla predisposi-zione di proposte di partecipazione ai futuri bandi nazionali ed internazionali. La com-messa Autonomic Internet, se finanziata, ve-drà una forte sinergia tra le commesse appar-tenenti al Progetto. La commessa di sviluppo competenze Auto-nomic Internet è una proposta totalmente in-novativa che si propone di promuovere la ri-cerca nell’area dell’Autonomic Internet, cioè dei paradigmi di comunicazione per sistemi che siano autonomamente controllati, auto-organizzanti, fortemente distribuiti, context aware, indipendenti dalla tecnologia e facil-mente estendibili. Il paradigma dell’Autonomic Networking è riconosciuto dalla Unione Europea come la naturale evoluzione delle architetture di rete auto-organizzanti, e come elemento cardine per la realizzazione di una rete Internet “in-telligente”. I criteri di verifica del raggiungimento degli obiettivi programmatici enunciati in prece-denza saranno individuati utilizzando sia cri-teri scientifici (pubblicazioni nelle riviste e negli atti delle conferenze di maggior presti-gio scientifico del settore, presentazioni dei risultati in convegni, organizzazione di con-vegni sponsorizzati dalle principali organiz-zazioni scientifiche internazionali quali IEEE, ACM ed IFIP) sia finanziari (capacità di attrarre finanziamenti esterni) 9.2.4 Risorse umane, strumentali e finan-

ziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a circa 40 persone per il 2005.

236

La tabella 9e riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007.



2005 16,38 11,49 1,27 17,65 2006 16,01 9,29 1,27 17,28 2007 15,57 9,93 1,27 16,84

9.2.5 Competenze interne utilizzate Verranno utilizzate le competenze presenti nei 7 istituti CNR partecipanti. Tre istituti (IIT, ICAR ed IEIIT) contribuiscono con competenze e alto manpower alle commesse del Progetto, 4 istituti (ISIB, ISN, ISSIA ed ISTI) contribuisco-no solamente alla commessa “Progettazione, sviluppo e monitoraggio della rete CNR” gene-rando moduli che sono atipici perché nor-malmente hanno un basso manpower (tipi-camente meno di un anno uomo).


A livello nazionale ed internazionale i gruppi afferenti al Progetto vantano un numero ele-vato di collaborazioni attive sia a livello scien-tifico che industriale. La collaborazione con i privati e la crescita del trasferimento di cono-scenze è particolarmente curata anche dai Progetti nazionali FAR e FIRB Per quanto riguarda le collaborazioni con gli altri Dipartimenti, si può privilegiare la colla-borazione con: • Terra e Ambiente per l’uso esteso di una

infrastruttura di rete di nuova genera-zione per il monitoraggio di fenomeni na-turali e la gestione di emergenze e disastri ambientali

• Medicina per molti dispositivi biomedicali che entreranno a far parte dinamica-mente della rete di comunicazione, anche appartenendo a quella che viene identifi-cata come Body Area Network

• Energia e Trasporti in quanto la loro ge-stione è sempre più strettamente legata al-la rete di comunicazione informatica, che deve rispondere alle specifiche esigenze in situazioni e scenari critici, in rapida evoluzione, di parziali malfunzionamenti ecc.

• Patrimonio Culturale: l’insieme dei beni artistici, reso disponibile in rete, deve es-sere protetto e controllato, garantendo che la rete su cui i dati viaggiano offra a-deguati livelli di affidabilità.

Particolare rilevanza per estese collaborazio-ni interdipartimentali possono assumere le tematiche della sicurezza, che hanno una e-norme valenza nel settore della Internet di nuova generazione, ma che possono essere ampliati a contesti di “global security” per prevenzione di catastrofi di vario tipo (dall’ambiente al terrorismo). 9.2.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali saranno perseguiti al-la fine del triennio di attività 2005-2007.

237

9.3 P3. Media Multidimensionali


12

9.3.1 Cenni allo scenario nazionale e in-


Obiettivi fondamentali della ricerca nel setto-re ICT sono: • lo sviluppo di strumenti avanzati di elabo-

razione di dati multidimensionali nei set-tori dove i sistemi di acquisizione stanno oggi evolvendo verso la multidimensionalità;

• la produzione di sistemi content e context based, per l’acquisizione, l’analisi e la rappresentazione completa della cono-scenza relativa ai media multidimensio-nali;

• lo sviluppo di tecnologie e piattaforme per la diffusione, la gestione remota e la frui-zione dei risultati da parte degli utenti.

Il telerilevamento è un punto cardine dei pia-ni spaziali nazionali ed europei; in tal senso sono già in atto diversi programmi per la rea-lizzazione di piattaforme multiple (TerraSAR X/L, SAR-Lupe e la costellazione CO-SMO/SKYMED). Lo sviluppo di tecniche di ela-borazione di dati multidimensionali teleri-levati per il monitoraggio ambientale, e la sor-veglianza e sicurezza, costituiscono linee per le quali l’UE ha richiesto finanziamenti speci-fici nel 7FP nell’ambito del: Global Mo-nitoring of Environment and Security (GMES, area Aeronautic and Space) e Improving Risk Management (area Information System Te-chnologies). Esistono altri Progetti europei quali EU Craft (per l'analisi di documenti degradati nell'am-bito dei Beni Culturali), EU Brite-Euram (per il controllo non distruttivo nell'analisi di ma-teriale di interesse aereonautico), ESA Planck (nel settore Astrofisica, per lo studio del Co-smic Microwave Background) e le reti di ec-cellenza europee (quali EU Network of Excel-lence AIM@SHAPE e MUSCLE nell'ambito speci-fico della multimedialità per la codifica e rappresentazione di informazioni multime-diali). La rete di eccellenza AIM@SHAPE, di cui l’IMATI del CNR è coordinatore, ha come obiettivo di integrare a livello europeo la ri-cerca di eccellenza nella rappresentazione,

nella modellazione e nell'analisi della cono-scenza associata a media multidimensionali, quali oggetti (shape) visualizzabili in 2, 3 o più dimensioni, quali schizzi, disegni, immagini, modelli 3D, video e animazioni. Infine, le nuove piattaforme previste per le fu-ture call dell’ FP7 sono dedicate alla società della conoscenza quali l’Edu-entertainment (TV interattiva, 3D TV, animazione, video-game, e-learning), la Produzione Industriale (simulazione di processi, design, manifattura di prodotti, ispezione automatica), i Beni Cul-turali (monitoraggio, restauro, cinematografia digitale, ipervideo, museo virtuale), la Medi-cina e Salute (diagnostica per immagini, tele-medicina, chirurgia assistita) e la Sicurezza (monitoraggio ambientale, sorveglianza, si-mulazione). Nel CNR sono da tempo presenti le compe-tenze interdisciplinari necessarie allo svilup-po di questo approccio integrato, con punte di eccellenza e un’ottima presenza nel conte-sto internazionale. L’attività di questi gruppi di ricerca è però frammentata e poco integra-ta (appartenenza a discipline, comitati, istituti diversi) e scarsità di finanziamenti 9.3.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi

emersi e conseguenti aggiornamenti Il settore dei media multi-dimensionali ha portato ad enucleare i seguenti diversi pro-cessi: acquisizione ed elaborazione; interpre-tazione e visione; interazione e visualizzazio-ne; modellazione e rappresentazione della conoscenza. I risultati già conseguiti, da un punto di vista sia algoritmico che metodologico, rappresen-tano una realtà importante e vedono, anche all’interno del CNR, punte di assoluta eccel-lenza nel contesto nazionale ed internaziona-le.

238

Le diverse tematiche di ricerca alla base dei singoli processi devono integrarsi e compene-trarsi in modo sinergico. Le tematiche di inte-razione o visualizzazione di media multi-

dimensionali devono curare opportunamente il processo di acquisizione dei media. Le problematiche generali da affrontare ri-guardano con maggiore urgenza l’enorme quantità di memoria centrale e secondaria necessaria alla rappresentazione, gestione, manipolazione e visualizzazione dei media. Urgenti e crescenti sono le necessità di inte-grare i media multi-dimensionali con la cono-scenza, che va ben oltre le caratteristiche ge-ometriche attualmente esplicitate nel media stesso. 9.3.3 Obiettivi programmatici e criteri di

verifica del loro conseguimento il Progetto prevede lo sviluppo di attività di acquisizione, analisi e sintesi di media multi-dimensionali mediante un paradigma che permetta di unificare l’approccio ai vari processi. La strategia conseguente è quella di defi-nire/integrare le varie attività in modo effi-cace ed efficiente, a differenti livelli di astra-zione e significato. Questo consentirà di con-solidare tecnologie innovative che: • migliorino le capacità di acquisizione,

modellazione, elaborazione e ricostruzio-ne di media multi-dimensionali;

• prevedano nuove forme di contenuto: vi-suale, immersivo, intuitivo, pluridimen-sionale human readable e machine rea-dable;

• consentano nuovi livelli di interpreta-zione, comunicazione e interazione multi-mediale e multimodale, nonché la gestio-ne remota e l’interoperabilità dei sistemi;

• migliorino la capacità di rappresentare e trattare la conoscenza relativa al contesto;

• permettano nuove rappresentazioni mul-timediali di ambienti e fenomeni reali e virtuali a diversi livelli di conoscenza e dettaglio.

I criteri di verifica saranno basati nella messa a punto di altrettanti strumenti hardware/software finalizzati alla soluzione di problemi applicativi; sulla validazione scientifica delle metodologie e tecnologie sviluppate, effettuata mediante l’analisi delle pubblicazioni e dei lavori scien-tifici prodotti; sulla presentazione dei risultati in seminari, convegni o conferenze nazionali ed interna-zionali;

sulla realizzazione di opportuni sistemi pilota application oriented. La verifica dei risultati raggiunti dalla com-messa Media-Net potrà essere effettuata profi-cuamente con mini-simposi dedicati che pos-sano, da una parte, favorire la conoscenza e la diffusione nella comunità culturale, scienti-fica ed industriale degli strumenti offerti e, dall’altra, verificare appunto il livello di inte-grazione raggiunto ed eventualmente pro-muovere eventuali azioni correttive. 9.3.4 Risorse umane, strumentali e finan-

ziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto, è pari a circa 120 unità per il 2005. La tabella 9f riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 9.3.5 Competenze interne utilizzate Verranno utilizzate le competenze di 10 isti-tuti CNR: ICAR– Istituto di Calcolo e Reti ad Alte Pre-stazioni • ICIB – Istituto di Cibernetica “Edoardo

Caianiello” • IEIIT – Istituto di Elettronica e di Ingegne-

ria dell’Informazione e delle Telecomu-nicazioni

• IFAC – Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara”

• IMAA – Istituto per le metodologie di ana-lisi ambientale

• IMATI – Istituto di Matematica Applicata e Tecnologie Informatiche

• IREA – Istituto per il Rilevamento Elettro-magnetico dell’Ambiente (sede di Napoli)

• ISTI – Istituto di Scienza e Tecnologie dell’Informazione “Alessandro Faedo”

• IDPA – Istituto per la dinamica dei pro-cessi ambientali

239

• ISTC – Istituto di Scienze e Tecnologie del-la Cognizione



2005 12,57 3,59 0,85 13,42 2006 12,28 2,91 0,85 13,14 2007 11,94 3,11 0,85 12,80

9.3.6 Collaborazioni esterne attivate o

attivabili Per quanto riguarda il CNR, sono sicuramente attivabili collaborazioni con i Dipartimenti: • Terra e Ambiente, (uso esteso di media

multidimensionali in acquisizione, rapre-sentazione simulazione di fenomeni natu-rali)

• Medicina, (biologia e medicina sono una fonte naturale di immagini 2 e 3D, TAC, radiografie, strutture molecolari, ricostru-zioni, simulazioni, ecc.)

• Patrimonio Culturale, (acquisizione digi-tale di reperti, edifici storici, ricostruzione 3D di ambienti e scene, musei virtuali, ca-talogazione e classificazione del patrimo-nio culturale, ecc.)

• Sistemi di Produzione (acquisizione e pro-duzione di media multidimensionali per il controllo e la simulazione dei vari processi di machining, fusione, stampag-gio e prototipazione, per la definizione di modelli di design a diversi livelli di astra-zione e utilizzo dei prodotti, per la rap-presentazione e il monitoraggio dei diffe-renti aspetti fisici: meccanico, elettroma-gnetico, fluido meccanico, termico, ecc.).

A livello nazionale ed internazionale, i ricer-catori ed i gruppi afferenti al Progetto van-tano un numero elevato di collaborazioni at-tive sia a livello scientifico che industriale.

Le collaborazioni del Progetto con atenei ed enti di ricerca coprono capillarmente il terri-torio nazionale. In ambito internazionale, si distingue la par-tecipazione al Progetto MDM della UE ed in campo internazionale collaborazioni princi-palmente con gli USA. Tutte queste iniziative, si basano su una stretta attività di coopera-zione internazionale con istituti, enti di Ri-cerca ed Industrie. 9.3.7 Tempi previsti I tempi previsti per le attività descritte nell’ambito delle commesse e moduli sono di tipo sia istituzionale, e quindi previste per l’intero triennio 2005-2007, sia progettuale, finanziate da enti esterni al CNR, e quindi ne-cessariamente cadenzati dalle tempistiche previste. Per quanto riguarda la commessa di sviluppo competenze Media-Net, essa ha si-curamente una valenza che va oltre il 2007, in quanto questa azione ha come obbiettivo l’integrazione operativa dei laboratori CNR operanti sui media multi-dimensionali. 9.3.8 Condizioni di fattibilità

240

Il Progetto aggrega competenze e obiettivi de-rivanti da linee di ricerca istituzionali e da un insieme di Progetti esterni.

9.4 P4. Tecnologia della conoscenza e servizi avanzati


10

9.4.1 Cenni allo scenario nazionale e internazionale e motivazione della presenza del CNR

Nel rapporto del 2001 al presidente degli USA da parte del PITAC (President’s Information Technology Advisory Committee) l’accesso universale risulta come uno dei temi critici per il futuro del paese. Il rapporto del PITAC afferma infatti che i nuovi servizi ICT basati sulla conoscenza impatteranno sulle 10 sfide nazionali per l’innovazione: comunicazione, gestione dell’informazione, apprendimento, natura del commercio, natura del lavoro, pro-duzione, ricerca, comprensione dell’am-biente, pratiche nella salute pubblica, servizi di governo. A livello europeo, la costruzione della “società della conoscenza” è considerata la priorità principale nella cosiddetta Strategia di Li-sbona, definita nel 2000. Il Progetto intende contribuire alla costruzione di una “società della conoscenza” in Italia e ad individuare nuovi settori di mercato per prodotti forte-mente innovativi soprattutto per le infrastrut-ture e per il supporto dell’accesso e della fruizione di contenuti semanticamente rile-vanti per le varie comunità di utenti. 9.4.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi

emersi e conseguenti aggiornamenti La tecnologie delle basi di dati e di conoscen-za hanno conseguito risultati sorprendenti negli ultimi anni, ma sorgono nuovi proble-mi, sempre più ambiziosi e con altrettanta maggiore possibilità di contribuire fattiva-mente alla costruzione di una società della conoscenza. Le sfide nei tre temi individuati dall’ERCIM sono le seguenti: Supporto intelligente nell’accesso all’informazione Dovranno essere sviluppati diversi modelli di conoscenza per diversi contesti, tenendo pre-sente la frammentarietà e l’ambiguità dei da-ti originari. Servizi personalizzati universali Gli utenti di sistemi ICT lasciano tracce del lo-ro uso, sistemi automatici (come agenti artifi-

ciali intelligenti), collezionando ed analizzan-do tali tracce. Data mining, correlazione, sommarizzazione ed estra-zione Si dovrà passare a una nuova fase di data mi-ning che sfrutti la conoscenza derivata da at-tività precedenti, da intuizioni dell’utente as-sistite, da tecniche statistiche e di visualizza-zione.Il Progetto intende accogliere molte di queste sfide e pervenire a soluzioni significa-tive tramite un programma pluriennale di at-tività che coinvolga gruppi di ricercatori che hanno acquisito un’elevata esperienza di ri-cerca nel settore e che possano creare una re-te di eccellenza nazionale


Il collo di bottiglia dei sistemi web based non è più solo costituito dal mezzo trasmissivo ma soprattutto dalla difficoltà di estrarre da un insieme ampio e complesso, conoscenza uti-le.Il Progetto si pone come finalità investigare e sviluppare strumenti, algoritmi, linguaggi, modelli e tecnologie per gestire le moli di in-formazioni e risorse disponibili in rete, con l’obiettivo ambizioso di realizzare un sistema di estrazione automatica di regole e significati per produrre nuova conoscenza e servizi. Le attività di ricerca saranno organizzate nel-le seguenti aree tematiche: AT1- Gestione intelligente delle basi di dati AT2- Integrazione semantica di dati e servizi • AT3- Librerie digitali e accesso e filtraggio

di informazioni multimediali • AT4- Scoperta e personalizzazione della

conoscenza • AT5- Agenti cognitivi autonomi

AT6- Interfacce utenti multimediali ubi-que ed adattative Le attività sono complessivamente organizza-te su tre azioni di ricerca:

241

• azione programmatica, svolta da tutte le commesse tranne la ISTI-C5, che perse-guono direttamente gli obiettivi del Pro-getto attraverso un forte coordinamento dei vari gruppi di ricerca;

• azioni progettuali esterne, anch’esse svol-te da tutte le commesse tranne la ISTI-C5, che perseguono indirettamente gli obiet-tivi del Progetto attraverso lo svolgimento di Progetti commissionati dall’esterno (MIUR, Unione Europea, Industrie, Am-ministrazioni, ecc;

• azione innovativa “Infrastrutture basate sulla conoscenza per servizi intelligenti e ubiqui”, svolta dalla sola commessa ISTI-C5, ma con la partecipazione di tutti i gruppi di ricerca, che intende affrontare in maniera fortemente finalizzata il pro-blema della fruizione efficace e rispettosa della privacy;

• criteri di verifica del raggiungimento degli obiettivi sono distinti per tipologie di azioni.

Le verifiche vanno effettuate per aree temati-che attraverso la valutazione dei risultati: • pubblicazioni scientifiche sottoposte agli

usuali processi di valutazione tramite pe-er-review

• potenziale ricaduta industriale dei pro-dotti finiti, ovvero la validazione dei pro-totipi realizzati.

Inoltre saranno sottoposte a verifiche le atti-vità di coordinamento delle varie commesse all’interno della stessa area tematica per in-dividuare sinergie e rimuovere inutili dop-pioni . Per le azioni progettuali esterne, la verifica è effettuata da parte di apposite commissioni di esperti dei deliverable e degli avanzamenti periodici, secondo le procedure in uso. Per quanto riguarda in particolare l’azione innovativa, nel primo anno saranno misurati il grado effettivo di integrazione sia scientifica che strumentale degli istituti CNR aderenti e la capacità di formazione di giovani. Nei due anni successivi, l’azione innovativa sarà sot-toposta alle verifiche tipiche di un Progetto esterno, con opportuni milestone periodici di controllo (due per anno), con un preciso pia-no di revisione dei risultati.

9.4.4 Risorse umane, strumentali e finan-ziarie

L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a circa 120 unità per il 2005. La tabella 9g riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 9.4.5 Competenze interne utilizzate

Il Progetto può contare sulle consolidate e complementari competenze apportate dai ri-cercatoiri e tecnologi partecipanti alle varie commesse e moduli, che coprono tutte le aree tematiche di interesse, ed in particolare, consi-derando gli istituti coinvolti nelle commesse: • IASI – Istituto di Analisi dei Sistemi ed Infor-

matica “Antonio Ruberti” • ICAR– Istituto di Calcolo e Reti ad Alte Pre-

stazioni • ICIB– Istituto di Cibernetica “Edoardo Caia-

niello” • IEIIT– Istituto di Elettronica e di Ingegneria

dell’Informazione e delle Telecomunica-zioni: competenze

• ISTC– Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione

• ISTI–Istituto di Scienza e Tecnologie dell’Informazione “Alessandro Faedo”

• Inoltre sono utilizzate le competenze dei se-guenti istituti coinvolti nei moduli

• ILC- Istituto di Linguistica Computazionale • IRPSS– Istituto di Ricerche sulla Popola-

zione e le Politiche Sociali • ITTIG– Istituto di Teoria e Tecniche

dell’Informazione


242


2005 15,02 5,38 1,08 16,10 2006 14,68 4,35 1,08 15,75 2007 14,27 4,65 1,08 15,35


I gruppi afferenti al Progetto intrattengono una fitta rete di collaborazioni attive sia a livello scientifico che industriale. Le collaborazioni con atenei ed enti di ricerca del Progetto co-prono capillarmente il territorio nazionale. So-no attive inoltre molte collaborazioni con uni-versità estere. A livello industriale sono in esse-re Progetti congiunti e convenzioni. Per quanto riguarda il CNR, esistono strettis-sime sinergie con le commesse proposte all’interno di altri Progetti del Dipartimento. Sono inoltre certamente utili ed auspicabili col-laborazioni inter-dipartimentali, senza esclu-sione di nessuno degli altri dieci Dipartimenti, data appunto la pervasività delle tecnologie della conoscenza. Promettenti collaborazioni sono state avviate con il Dipartimento “Terra ed Ambiente”. 9.4.7 Tempi previsti I tempi previsti per le azioni progettuali e-sterne, sono necessariamente cadenzati dalle tempistiche previste nell’ambito dei Progetti corrispondenti che attualmente cofinanziano in misura notevole il Progetto. Per quanto ri-guarda l’azione programmatica, è prevista la seguente tempistica: 2005: collaborazione delle commesse all’interno delle stesse aree tematiche, conso-lidamento dei gruppi di ricerca, produzione di risultati di aree tematiche ed avvio dell’in-tegrazione tra aree tematiche; 2006: integrazione tra aree tematiche e primo sviluppo di risultati complessivi del Progetto; 2007: revisione ed estensione dei risultati del Progetto e ridefinizione delle aree tematiche

sulla base dei risultati conseguiti e delle nuo-ve sfide tecnologiche. Per quanto riguarda l’azione innovativa, la schedulazione è la seguente: 2005: avvio, ricognizione dell’esistente, re-clutamento e formazione giovani ricercatori; 2006: primo rilascio prototipale della in-frastruttura basata sulla conoscenza per il supporto dell’accesso e della fruizione di contenuti semanticamente rilevanti; 2007: secondo rilascio in stato avanzato, e deployment in vari contesti operativi, quali TV digitale interattiva ed apparecchiature mobili. 9.4.8 Condizioni di fattibilità Per l’azione programmatica è cruciale la pre-disposizione di azioni che permettano la col-laborazione di gruppi di ricerca sul territorio. Le tecnologie della conoscenza oggetto di in-dagine del Progetto possono contribuire alla cooperazione remota. Per le azioni progettuali esterne, allo scopo di evitare la parcellizzazione degli impegni su Progetti di piccole dimensioni è necessario che per il futuro l’attività di acquisizione di finanziamenti esterni sia coordinata a livello di Progetto e, addirittura, del Dipartimento. Per l’azione innovativa, essa è fortemente di-pendente dalla possibilità di acquisire nuovi ricercatori che dovranno essere formati sul campo tramite la partecipazione a un’inizia-tiva di grande rilievo e dimensione. Tali ricer-catori saranno poi adoperati per le azioni programmatiche e contribuiranno al rinno-vamento delle competenze nei gruppi di ri-cerca

243

9.5 P5. Software di alta qualità


9

9.5.1 Cenni allo scenario nazionale e interna-zionale e motivazione della presenza del CNR

La società del futuro prossimo sarà sempre più pervasa da dispositivi sensibili, intelli-genti, interconnessi che governano/facilitano la vita quotidiana in ogni suo aspetto: an-ywhere anytime natural access to IST Services for all recita lo slogan dell’area tematica In-formation Society Technologies della Com-missione Europea. La tecnologia Grid, inizialmente utilizzata per applicazioni scientifiche ad alte prestazioni, comincia oggi ad essere impiegata in applica-zioni industriali e commerciali, grazie alla sua capacità di aggregare risorse di calcolo ad al-te prestazioni, reti a larga banda, strumenta-zione scientifica, basi di dati e basi di cono-scenza eterogenee e distribuite e, soprattutto, risorse umane dislocate in ambito geografico. L’evoluzione del Grid computing riguarda perciò la possibilità di supportare, oltre alle computazioni ad alte prestazioni, applicazio-ni che richiedono l’integrazione e l’intero-perabilità di un numero elevato di risorse di-sponibili in rete.Dall’intersezione dei due set-tori di ricerca nel software e nelle griglie com-putazionali, la grande sfida lanciata in questo Progetto sta dunque nella capacità di proget-tare e gestire sistemi software-intensivi che forniscano caratteristiche di elevata qualità e prestazioni, in combinazione con crescenti requisiti di dinamicità, adattività, inte-roperabilità e mobilità per i prodotti e di ra-pidità di sviluppo a costi ridotti per i processi. La rilevanza di questo obiettivo trova con-ferma nel rapporto (Settembre 2004) del gruppo di lavoro ISTAG della Commissione Europea sulle “Grandi Sfide nell’Evoluzione della Società dell’Informazione”, in cui, sulla base di scenari futuri si ribadisce la sfida principale per la ricerca di capire come pro-gettare e gestire sistemi complessi in rete, formati da migliaia di componenti eterogenei, assicurando al tempo stesso che tali sistemi siano di beneficio alla Società Europea.Anche la seconda edizione del 2004 del documento

“Technology Roadmap for software-intensive systems” a cura di ITEA fornisce un’auto-revole visione d’insieme delle sfide scientifi-che e tecnologiche nell’ICT perfettamente in linea con gli obiettivi progettuali proposti. Il consorzio ERCIM (European Research Con-sortium for Informatics and Mathematics) nel Novembre 2004 ha l’obiettivo principale del-la ricerca Europea in ICT l’ingegnerizzazione di prodotti che forniscano appropriati requi-siti di performance, reliability, flexibility e se-curity. Riguardo alle Tecnologie Grid attualmente, sono in fase di attuazione importanti pro-grammi di ricerca, finanziati sia con fondi pubblici che privati, negli Stati Uniti, in Eu-ropa e nei Paesi del Pacifico (Australia, Corea del Sud e Giappone) e molte aziende ICT (es. Fujitsu, HP, IBM, Microsoft, NEC, Oracle, SUN, ecc) e per quanto riguarda gli USA, la cosid-detta “Cyberinfrastructure”, finanziata dalla National Science Foundation (NSF).In Italia, anche inseguendo i grandi “trend” scientifici e tecnologici internazionali, l’inte-ro settore ICT senza esclusioni viene riconosciuto come una delle maggiori priorità nelle linee guida per la politica scientifica e tecnologica del go-verno illustrate nel PNR. Tutte le tematiche prospettate dal Progetto sono coperte in ma-niera brillante da competenze esistenti all’interno del CNR, con la presenza, di im-portanti Progetti sia in ambito nazionale che internazionale. Citiamo uno fra tutti: l’importante Progetto GRID.IT di recente con-cluso. 9.5.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi

emersi e conseguenti aggiornamenti

244

Sono emerse all’interno degli istituti CNR due grandi aree di ricerca strategica. Una ri-guarda le metodologie di sviluppo di sistemi software complessi, rivolte attualmente verso lo sviluppo di sistemi pervasivi con requisiti di dinamicità, adattività, connettività, mobilità, prestazioni, affidabilità, sicurezza, soprattutto per applicazioni ad elevati requisiti di depen-

dability, attraverso l’utilizzo di metodi e mec-canismi per la fault-tolerance e la riconfi-gurazione dinamica; per la valutazione pre-coce di conformità dell’architettura ai requisiti. La seconda area ricopre il calcolo ad alte pre-stazioni, più recentemente orientato verso le tecnologie delle griglie computazionali, in cui le attività riguardano la progettazione ed uti-lizzazione di una griglia partendo dagli am-bienti hardware/middleware e dai servizi a-vanzati che ne astraggono le funzionalità, fino ai modelli ed ambienti di programmazione ad alto livello. L’obiettivo è quello di far evolvere le attuali Griglie computazionali verso le Gri-glie intelligenti. E’ evidente che tali strumenti possono con-vergere verso un approccio integrato per lo sviluppo di sistemi software-intensivi ad alta qualità ed elevate prestazioni. Il Progetto si propone perciò un’area progettuale forte-mente innovativa, affidandosi alla messa in comune di strumenti e paradigmi laddove nel contesto scientifico nazionale ed internazio-nale questi due domini continuano a proce-dere in maniera parallela. 9.5.3 Obiettivi programmatici e criteri di

verifica del loro conseguimento Sono state proposte 9 commesse della tipolo-gia a carattere strategico. Tutte le commesse e i moduli risultino anche cofinanziati in pro-porzioni diverse da fondi esterni, nazionali ed europei. L’obiettivo a lungo termine del Progetto è quello di far confluire queste attività di ri-cerca, attualmente organizzate in filoni pa-ralleli, verso il comune obiettivo di sviluppare metodologie e strumenti per Sistemi autono-mici, che gestiscono autonomamente le infor-mazioni in base alle esigenze dell’utente. In breve @-SWING consiste in un’azione proget-tuale fortemente innovativa ed unificante per lo studio e la sperimentazione di sistemi auto-nomici software-intensivi basati su tecnologie di griglia. A questo scopo si evidenzia l’esigenza di formare nuovi ricercatori per studiare questa nuova tipologia di sistemi ICT e per realizzare in maniera progressiva un’infrastruttura distribuita su tutti gli istituti CNR afferenti che formino il primo nucleo co-stitutivo di una comunità virtuale autonomica CNR. L’infrastruttura costituirà un laborato-rio virtuale di e-science, e servirà per lo svi-luppo cooperativo di servizi e applicazioni

“open-source” e di corsi per e-learning. @-SWING quindi permetterà di creare un Centro di eccellenza CNR distribuito per lo studio, la realizzazione e le applicazioni di sistemi au-tonomici software intensivi. Criteri di verifica del raggiungimento degli obiettivi programmatici delle commesse di ti-pologia a carattere strategico consistono in: • produzione di pubblicazioni scientifiche

sottoposte agli usuali processi di valuta-zione tramite peer-review

• laddove prevista, la valutazione da parte di apposite commissioni di esperti dei de-liverable e degli avanzamenti periodici, secondo le procedure di revisione dei Pro-getti che vengono co-finanziati con fondi esterni (si veda il punto successivo).

• la potenziale ricaduta industriale dei pro-dotti finiti, ovvero la validazione empirica dei prototipi realizzati

Per quanto riguarda in particolare il Progetto innovativo @-SWING, i fattori di successo sa-ranno misurati nel grado effettivo di inte-grazione sia scientifica che strumentale dei laboratori CNR aderenti e nella formazione di giovani su un comune background dei domi-ni scientifici. Pertanto, qualora le relative commesse e moduli venissero avviati, saran-no previste all’interno del flusso del Progetto opportune milestones periodiche di controllo (due per anno), con un preciso piano di revi-sione dei risultati raggiunti in entrambi gli o-biettivi. 9.5.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a circa 80 persone per il 2005. La tabella 9h riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 9.5.5 Competenze interne utilizzate

245

Come già accennato nel paragrafo 9.6.2, rela-tivamente agli obiettivi progettuali, il Progetto può contare sulle consolidate e complemen-tari competenze apportate dai ricercatori e tecnologi partecipanti al Progetto, che spa-ziano dagli aspetti metodologici tipici dell’Ingegneria del Software alle Tecnologie

Grid, ed in particolare, considerando gli isti-tuti coinvolti: • IAC – Istituto per le Applicazioni del Cal-

colo “Mauro Picone”: • ICAR – Istituto di Calcolo e Reti ad Alte

Prestazioni: • IEIIT – Istituto di Elettronica e di Ingegne-

ria dell’Informazione e delle Tele-comunicazioni:

• IIT – Istituto di Informatica e Telematica • ISTC – Istituto di Scienze e Tecnologie del-

la Cognizione: • IMATI – Istituto di Matematica Applicata e

Tecnologie Informatiche: • ISTI – Istituto di Scienza e Tecnologie

dell’Informazione “Alessandro Faedo 9.5.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili I gruppi afferenti al Progetto mantengono una fitte rete di collaborazioni attive sia a li-vello scientifico che industriale. Le collabora-zioni con atenei ed enti di ricerca coprono capillarmente il territorio nazionale, quali ad es: Univ. della Calabria, Univ. di Roma “Tor-Vergata”; Univ. di Napoli “Federico II”; Univ. di Firenze, Univ. di Genova, Univ. di Lecce, Politecnico di Milano, Univ. di Roma "La Sa-pienza", Scuola S. Anna di Pisa, Univ. di Pisa, Univ. di Pavia, Univ. di Bologna, Univ. di Mo-dena e Reggio Emilia, Politecnico di Torino. Esistono anche collaborazioni con altri enti di ricerca, fra cui IRRE Liguria , CRMPA (SA), RCOST (BN), INFN. A livello industriale sono in essere Progetti congiunti e convenzioni fra gli altri con Eri-csson Lab Italy, Tilab, Think3, ST-Microelec-tronics, IBM, HP, Microsoft, FIAT Auto. In ambito internazionale diversi sono i colle-gamenti con altre strutture come ad esempio: Fraunhofer-Gesellschaft, Inria, EPCC, San Diego Supercomputing Center; Edinburgh Parallel Computing Centre; Joh. Kepler Uni-versity Linz; LIB Université de Franche; Uni-versité de Luminy, SDSC San Diego USA, European Southern Observatory (ESO), Zuse

Institute (ZIB), Melbourne University; Por-tsmouth University; Universidad Com-plutense de Madrid; INRIA, IBM Research Lab, University of Iowa, Toyota Technological In-stitute, Per quanto riguarda il CNR, esistono strettis-sime sinergie con le commesse proposte all’interno di altri Progetti del Dipartimento ICT (in particolare, con le attività previste nel Progetto 5, e della proposta SC SWING con la commessa innovativa su “autonomic Inter-net” del Progetto 3). Sono inoltre certamente utili ed auspicabili collaborazioni inter-Dipartimenti, senza esclusione di nessuno degli altri dieci Dipartimenti, data appunto la pervasività ed il potenziale utilizzo dei sistemi software-intensivi. 9.5.7 Tempi previsti I tempi previsti per le attività descritte nell’ambito delle commesse e moduli, sono necessariamente cadenzati dalle tempistiche previste nell’ambito dei Progetti esterni pre-esistenti al Piano di gestione e che attualmen-te è co-finanziato in misura notevole. Le sca-denze di tali Progetti variano largamente nel triennio. Per quanto riguarda la proposta SC SWING, in-vece, si tratta di un Progetto fortemente inno-vativo e che si baserebbe prevalentemente su risorse “fresche”. Pertanto si può fare una stima per ora di massima nei tre anni come segue: • 2005: avvio, ricognizione dell’esistente,

reclutamento e formazione giovani ricer-catori;

• 2006: primo rilascio prototipale della piattaforma distribuita;

2007: secondo rilascio in stato avanzato, e deployment su domini applicativi (e-science, e-learning). Il Progetto dovrà comunque essere proroga-to, poiché gli obiettivi ambiziosi non sono cer-tamente raggiungibili in maniera completa nell’arco del triennio.



2005 8,52 2,71 0,82 9,34 2006 8,33 2,19 0,82 9,14 2007 8,10 2,34 0,82 8,91

246

9.5.8 Condizioni di fattibilità Tutto il Progetto si basa su due condizioni di assoluta necessità per la propria realizzazione • autonomia dei gruppi di ricerca;

247

• nuove assunzioni: una parte consistente delle attività viene condotta da una schie-ra di giovani ricercatori reclutati in condi-

zioni precarie. Pertanto condizione ne-cessaria per la realizzazione degli obiettivi progettuali, è l’assunzione di un adegua-to numero di giovani ricercatori sia a tempo determinato che a tempo in-determinato.

9.6 P6. Modellistica e simulazione di sistemi complessi


3


L’approccio allo studio di sistemi e processi attraverso la rappresentazione degli stessi con modelli matematici e logici si è esteso nella se-conda metà del secolo scorso dalla fisica ad una sempre crescente area di discipline e di ambienti. Sistemi e processi naturali sono stati studiati attraverso una modellazione quantita-tiva che permetteva la simulazione del loro comportamento, per una migliore scelta delle politiche di controllo, di intervento e di uso delle risorse. E’ in questo contesto che si può collocare l’attenzione dell’ambiente scientifico euro-peo dell’ICT. Nel report dell’ERCIM che deli-nea le linee strategiche per lo sviluppo dell’ICT nello scenario europeo si constata che il gap temporale fra la ricerca di base e le ricadute tecnologiche è molto più breve che in altri ambiti.Nel documento di presentazione del nuovo DFG Research Center MATHEON di Ber-lino si afferma che l’aumento della complessi-tà delle tecnologie e la abbreviazione dei cicli di innovazione richiedono flessibilità e di con-seguenza astrazione. Nel CNR sono da tempo presenti competenze in questo settore, con punte di eccellenza. L’attività di questi gruppi di ricerca è però frammentata e poco integrata sia per appar-tenenza a discipline, comitati, istituti diversi, sia mancanza di Progetti che finanzino atti-vità comuni interne al CNR. La presenza que-sto Progetto dota il CNR di una struttura, uni-ca in Italia, di elevato profilo, che permette di affrontare e risolvere problemi complessi e-mergenti da molteplici settori scientifici e tec-nologici. Per il raggiungimento dei risultati è essenziale un continuo scambio interdiscipli-nare e intersettoriale Il Progetto, incorpora due proposte: sulla Bio-logia Computazionale e su Metodi Innovativi per la Modellistica. Il settore della Biologia Computazionale è nato quindici anni fa negli Stati Uniti. L’area studia modelli matematici ed algoritmi per la rappresentazione di parti-colari problemi che emergono nello studio del

DNA e delle proteine. Un coordinamento su questa tematica dei gruppi presenti sia nelle università Italiane sia nel CNR risulta quindi strategico ed il CNR può candidarsi ad assu-mere questo ruolo. Per quanto riguarda la proposta di sviluppo di conoscenze sui Metodi Innovativi per la Modellistica, questa riguarda principalmente lo studio di modelli finora mai applicati a problemi già modellati con appre-sentazioni tradizionali. 9.6.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi

emersi e conseguenti aggiornamenti I gruppi del CNR hanno un’ottima reputa-zione riconosciuta a livello internazionale e hanno dato contributi fondamentali in molti settori sia metodologici (Ottimizzazione e Ma-tematica Discreta, Teoria del Controllo e Fil-traggio, Analisi Numerica e Calcolo Scienti-fico, Analisi Applicata e Stocastica, Teoria degli Algoritmi) sia applicativi (trasporti e traf-fico, scienze della vita, sistemi di produzione, finanza, elaborazione di immagini e di segna-li, materiali, areospazio). Sono state indivi-duate soluzioni a problemi di significativa complessità fra i quali soluzioni innovative per la lettura di elettrocardiogrammi; nel set-tore aerospaziale, modelli per il controllo del-la dinamica del volo del primo satellite geo-stazionario italiano, il SIRIO. Sono stati pro-gettati codici quali il NOSA che integra modelli ed algoritmi per lo studio del comportamento dei materiali. 9.6.3 Obiettivi programmatici e criteri di

verifica del loro conseguimento

248

Nei primi anni obiettivo primario dei singoli gruppi di ricerca sarà quello di continuare le attività in atto nella messa a punto di meto-dologie e strumenti per la modellistica e si-mulazione di sistemi complessi. Con l’obiet-tivo di integrare le competenze presenti nel CNR, in modo da mettere a sistema in modo innovativo le attività di ricerca in corso.

Il Progetto soffre della difficoltà di identifica-zione di obiettivi puntuali dal momento che è giunto a maturazione in tempi più lunghi ri-spetto agli altri e di conseguenza molti grup-pi, che avrebbero potuto aderire al Progetto, erano ormai stati coinvolti in altri Progetti e Dipartimenti. Le commesse attuali proposte dal Progetto sono relative a linee tematiche a carattere strategico e sviluppo competenze. Le commesse a carattere strategico costitui-scono la naturale evoluzione a medio termine delle attività attualmente in atto presso gli isti-tuti proponenti. Gli obiettivi di queste sono lo sviluppo di metodi e di strumenti in diverse aree metodologiche (ottimizzazione e con-trollo, sistemi dinamici, filtraggio, calcolo scientifico, calcolo distribuito) ed applicative ( trasporti, telecomunicazioni, biomedicina, fisica, economia della finanza, dinamica del volo, meccanica dei solidi, e della ingegneria gestionale, analisi di segnali ed immagini, da-ta mining). La commessa sulla Biologia Computazionale con i relativi 3 moduli associati si propone di costituire una rete operativa dei laboratori che svolgono attività di ricerca sulla modelli-stica nel settore della biologia molecolare e della genetica. La commessa di sviluppo com-petenze su Metodi Innovativi per la Modelli-stica sia deterministica sia stocastica, riguar-da i seguenti problemi: • analisi di sistemi parzialmente noti in cui

il numero delle variabili di stato supera quello delle equazioni dinamiche o nei quali non è univocamente determinata la formulazione esplicita del modello.

• modelli che consentano l'analisi del ri-schio nell’epidemiologia in grado di de-scrivere i processi di assunzione, distri-buzione ed eliminazione delle sostanze tossiche.

descrizione di sistemi fisici eterogenei usati anche in biologia, quando la dimensione delle particelle (le cellule) non è tra-scurabile rispetto a quelle del sistema.

I criteri di verifica del raggiungimento degli obiettivi programmatici enunciati in prece-

denza potranno essere facilmente individuati in base all “l’output” delle diverse attività di ricerca. Essi saranno basati (a) sulla qualità scientifica delle metodologie e tecnologie svi-luppate, validata attraverso l’analisi delle pubblicazioni scientifiche prodotte, e la pre-sentazione dei risultati in seminari, convegni o conferenze nazionali ed internazionali e (b) sulla presenza della realizzazione di strumen-ti software. La verifica dei risultati raggiunti dalla com-messa su Biologia Computazionale, potrà es-sere effettuata proficuamente con mini-sim-posi dedicati che possano, favorire la cono-scenza e la diffusione nella comunità cultu-rale, scientifica ed industriale dei risultati e verificare il livello di integrazione raggiunto e se necessario promuovere azioni correttive. 9.6.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale, in termini di me-si/uomo, per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto è pari a circa 50 unità per il 2005. La tabella 9i riporta le risorse finanziarie a di-sposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 9.6.5 Risorse strumentali L’Istituto Applicazioni del Calcolo, che interviene nel Progetto con competenze sul calcolo scientifico, è dotato di sistemi multiprocessore per il calcolo numerico basati su architettura PowerPC, dischi ad alta velocità di tipo “SSA” e sistema opera-tivo AIX. Sono inoltre disponibili 5 bipro-cessori basati su architettura IA32 e siste-ma operativo Linux. Il ruolo di file server è svolto da un sistema da rack biopro-cessore (sempre ad architettura IA32) con supporto RAID 5 in hardware.



2005 4,33 0,72 0,47 4,80 2006 4,23 0,58 0,47 4,70 2007 4,11 0,62 0,47 4,59

249

I servizi principali di rete (mail server ridonda-to, web ed ftp server) utilizzano PC di ultima generazione con sistema operativo OpenBSD (per aumentare il livello di sicurezza). Esiste un'aula per la didattica con 16 PC con doppio sistema operativo (Win-dows/Linux) connessi da una rete separata da quella principale di I-stituto. Le postazioni utente sono costitute da X-Terminal o PC (desktop o portatili), la mag-gior parte dei quali con sistema operativo Li-nux. La sede di Roma è dotata, oltre che della rete cablata da 100 Mbit/s. (“fully switched”) di una rete 802.11 protetta che copre l'intero edi-ficio. Per quanto riguarda l’ISTI, oltre ai numerosi PC – continuamente aggiornati in termini di prestazioni di calcolo, memoria e capacità di visualizzazione – operanti in ambiente opera-tivo Windows o Linux, vanno menzionati di-versi software specialistici disponibili, sia svi-luppati internamente che acquisiti all’ester-no. In particolare sono disponibili i seguenti codici: • NOSA, codice agli elementi finiti per pro-

blemi lineari e non lineari di statica, dina-mica e propagazione del calore; il codice è stato sviluppato dal Laboratorio di Meccani-ca dei Materiali e delle Strutture dell’ISTI.

• MARC, codice agli elementi finiti per pro-blemi lineari e non lineari di statica, dina-mica, propagazione del calore, acustica, elettromagnetismo e lubrificazione. Il co-dice, prodotto da MSC Software è acquisito in leasing annuale.

• MENTAT II, pre-post processore grafico in-terattivo interfacciato con NOSA e MARC per costruire i file di dati di ingresso ai pro-grammi di calcolo e per visualizzare i risul-tati ottenuti. Il codice, prodotto da MSC Sof-tware è acquisito in leasing annuale.

Per quanto riguarda lo IASI le principali in-frastrutture messe a disposizione per il Pro-getto sono, oltre ai numerosi PC in dotazione dei singoli ricercatori coinvolti, un server per calcolo scientifico che ò in via di aggiorna-mento ed una biblioteca con i testi e le riviste più significativi del settore. 9.6.6 Competenze interne utilizzate Per le commesse di tipo progettuale verranno utilizzate le competenze presenti nei 5 istituti CNR partecipanti:


Per quanto riguarda il CNR, il Progetto intende attivare collaborazioni con i Dipartimenti: • Medicina (modellazione e simulazione di

organi, di metabolismo, di cellule) • Progettazione Molecolare (modelli mate-

matici per la genetica e per la studio delle proteine)

• Sistemi di Produzione (applicazioni della modellistica per la gestione di complessi si-stemi di logistica, supply chain, localizza-zione di servizi, distribuzione ecc).

• Terra e Ambiente (gestione delle risorse, gestione dell’inquinamento)

• Energia e Trasporti (controllo del traffico, gestione dei sistemi di trasporto)

• Patrimonio Culturale (modellazione del comportamento strutturale di edifici in muratura)

Sono già attive collaborazioni con università e istituti di ricerca italiani ed università stra-niere. 9.6.8 Tempi previsti Le attività previste nell’ambito del Progetto saranno sviluppate nell’arco temporale del triennio 2005-2007. 9.6.9 Condizioni di fattibilità

250

Le risorse necessarie per ottenere un effettivo coordinamento dei gruppi di ricerca sono si-gnificative. Vanno sicuramente previsti in-centivi e finanziamenti per promuovere il co-ordinamento fra i gruppi, che potrà dare luogo a risultati positivi nel medio periodo solo in presenza di un adeguato aumento di giovani da formare secondo criteri stabiliti in maniera comune nel Progetto. Condizione necessaria per la realizzazione della rete proposta nella commessa di sviluppo competenze Biologia Computazionale, è l’assunzione di giovani ri-cercatori a tempo determinato, formazione o-rientata verso l’acquisizione di competenze sia nel settore della biologia sia in quello della modellistica matematica e in quello dell’informatica. Altro fattore di fattibilità sarà la possibilità di creare sinergie con i gruppi di biologi del CNR che lavorano da tempo sulla biologia molecolare.

10. Dipartimento Identità Culturale

Il processo d’integrazione che ha condotto all’Unione Europea, con l’abbattimento dei confini statuali ed il superamento dei limiti al-la circolazione di persone, merci e capitali; l’astrazione dalla dimensione spaziale propria della rete informatica, oramai accessibile a tut-ti; i grandi flussi migratori, il confronto, ed an-che lo scontro, con altre identità culturali: so-no questi i fenomeni che hanno fatto ”esplo-dere”, nel comune sentire, il bisogno d’identità. L’obiettivo del Dipartimento Identità Cultu-rale è, quindi, quello di contribuire all’avanza-mento delle conoscenze nei diversi campi di competenza e dare un sostegno decisivo alla formazione stessa della coscienza critica del Paese e della sua identità storica: basti pen-sare alle opportunità fornite dall’offerta di te-sti di cultura che hanno segnato la formazione dell’Europa medievale e moderna, dalla pre-parazione di strumenti di analisi critica, dalla revisione di grandi momenti storiografici, dallo studio dei rapporti interlinguistici e dei pro-blemi giuridici, economici e sociologici imposti dai processi di globalizzazione. Per la sua sto-ria, la sua tradizione e per il contributo dato al-la formazione della civiltà europea e della co-munità internazionale, l’Italia ha, infatti, l’opportunità di svolgere un ruolo centrale nei processi di integrazione in atto: il riferimento a Roma ed al diritto romano può essere una sin-tesi di ciò. In tale ambito, spetta alle scienze umane, soprattutto, il compito di valorizzare la memoria storica e di elaborare i diversi profili delle identità locali, nazionali e sopranazio-nali. Tutto questo nella precisa consapevo-lezza che la stessa identità culturale è frutto di continui scambi fra civiltà e lingue diverse, di traduzioni di esperienza da uno ad un altro contesto culturale. La strategia del Dipartimento sarà quella di costruire quindi un “luogo” in cui gli speciali-sti di ogni settore disciplinare, anche esterni al CNR, possano dialogare e confrontare le loro conoscenze per fornire un’immagine com-pleta di situazioni, aspetti e problemi legati al-la complessità della definizione del termine “i-dentità”. Peraltro, un Dipartimento siffatto, consolida una rete di rapporti del CNR, anch’essa cinquantennale, in cui sono coin-volte le maggiori università, istituzioni culturali e strutture di ricerca del Paese attive nel cam-po delle scienze dell’uomo, con forti agganci

internazionali e uno scambio intenso con gli organismi analoghi che, seppure di di-mensione minore, sono presenti in maniera diffusa nelle Regioni e nel territorio italiano. Inutile ricordare che nell’Area tematica Iden-tità Culturale, all’interno del CNR, sono pre-senti grandi comparti disciplinari che appar-tengono alla nostra migliore tradizione cultu-rale e nei quali l’Italia ha conquistato da tem-po posizioni di primo piano nel panorama in-ternazionale: basterà pensare al campo delle discipline storico-filologiche, alle ricerche sto-rico-filosofiche, storico-artistiche, sociologiche e psicologiche, alla teoria e alla storia del diritto. In un simile contesto, il Dipartimento Identità Culturale trova la sua ragion d’essere e la sua attualità: non solo nell’approfondimento e re-cupero delle radici, nelle sue diverse compo-nenti, ma contributo per il futuro, apporto qualificato alla definizione di quella unione europea, culturale, prima ancora che econo-mica e politica. La valorizzazione delle diffe-renti tradizioni connota il programma ed iden-tifica i criteri da preservare, anche alla luce dell’allargamento da quindici a venticinque membri dell’Unione Europea, ognuno portatore del proprio patrimonio di identità e di valori. Nel solco così tracciato, questa proposta pro-gettuale che cerca di razionalizzare, stimolare e sviluppare il patrimonio delle risorse scienti-fiche contenute all’interno degli Istituti del CNR potrà essere ulteriormente rielaborata, do-tata di maggiore razionalità e coerenza, anche attraverso il collegamento ad altri enti di ricer-ca a livello nazionale e internazionale contri-buendo, così, alla definitiva formulazione e de-finizione, insieme agli Istituti interessati, delle commesse proposte. Il programma del Dipartimento si articola in 9 progetti: • P1. Storia delle idee e della terminologia di

cultura; • P2. Lingua italiana e cultura nella società

della conoscenza: storia, apprendimento, uso, neologia e tecnologie;

• P3. Qualità e identità nei sistemi educativi e nella ricerca;

• P4. Identità mediterranea ed Europa;

253

• P5. Impresa, territorio, innovazione e svi-luppo: il capitalismo italiano dalle aziende familiari alla globalizzazione;

• P6. Lessico giuridico e patrimonio giuri-dico italiano: tradizione, interpretazione, innovazione;

• P7. Unificazione del diritto, integrazioni continentali, cooperazione internazionale;

• P8. “Pluralità di patrie” e di appartenenze, nuovi conflitti: il problema del governo fra trasformazioni istituzionali e sociali;

• P9. Memoria storica, valori, istituzioni. La tabella 10a° riporta l’elenco degli Istituti di prevista afferenza e degli Istituti partecipanti al Dipartimento.

Tabella 10a- Istituti esecutori

Istituti afferenti 1. CERIS - Istituto di ricerca sull’impresa e lo sviluppo; 2. ILC - Istituto di linguistica computazionale; 3. ILIESI - Istituto per il lessico intellettuale europeo e la storia delle idee; 4. IRAT - Istituto di ricerca sulle attività terziarie; 5. IRPPS - Istituto ricerca sulla popolazione e le politiche sociali; 6. IRSIG - Istituto di ricerca sui sistemi giudiziari; 7. ISEM - Istituto per la storia dell’Europa mediterranea; 8. ISGI - Istituto di studi giuridici internazionali; 9. ISPF - Istituto per la storia del pensiero filosofico moderno; 10. ISSIRFA - Istituto sui sistemi regionali federali e sulle autonomie “M.S. Giannini”; 11. ISSM - Istituto di studi sulle società del Mediterraneo; 12. ISTC - Istituto di scienze e tecnologie della cognizione; 13. ITD - Istituto per le tecnologie didattiche; 14. ITTIG - Istituto di teorie e tecniche dell’informazione giuridica; 15. OVI - Istituto opera del vocabolario italiano;

Risorse finanziarie del Dipartimento nel trien-nio 2005-2007 La tabella 10b riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Dipartimento nel triennio 2005-2007. Il Dipartimento, nel caso di disponibilità di ri-sorse interne aggiuntive, intende definire ulte-riori possibili commesse inerenti il Progetto 9 “Memoria storica, valori, istituzioni” per un importo pari a 1,5 milioni di Euro. Il Dipartimento, ritiene, infatti, di elevata at-trattività le seguenti azioni: • creazione di una commessa dal titolo prov-

visorio “I cambiamenti della guerra nel XX secolo”, in collaborazione con il Diparti-mento di Scienze storiche e socio-politiche della Libera università Internazionale di Studi Sociali – LUISS “Guido Carli” di Ro-ma da inserire nel citato Progetto 9. La ri-cerca si propone di indagare i mutamenti della guerra dal 1914 al 2003 ed intende spiegare come si sia passati dal concetto di guerra totale a quello di guerra meccaniz-zata, a quello di guerra fredda sino alle te-orie sulla cosiddetta guerra simmetrica. La ricerca si propone un’indagine tipica-mente interdisciplinare che fa interagire la dimensione storica e quella di teoria politi-

ca e giuridica, fino a considerare i riflessi socio-economici determinati dai differenti conflitti, nonché le loro influenze sulle i-dentità collettive

254

• un Progetto interdipartimentale Identità Culturale (IC) e Tecnologie della Informa-zione e della Comunicazione (ICT) sul tema “Scienze umane e Tecnologie della cono-scenza: per una infrastruttura di cultura e un patrimonio di conoscenza condivisi”. L’insieme di documenti, testi, banche dati, archivi storici, linguistici, giuridici, lettera-ri, artistici, scientifici ecc. che costituisco-no, da una parte, l’oggetto e lo strumento di studio e di ricerca e, dall’altra parte, il risultato delle ricerche compiute nel setto-re delle Scienze Umane costituiscono un patrimonio di conoscenza – e di cultura – che può, con l’aiuto delle nuove tecnolo-gie, essere analizzato, strutturato, rappre-sentato, annotato e distribuito, sulla base delle rispettive strutture semantiche sotto-stanti i diversi tipi di oggetti culturali e scientifici digitali, in modo da costituire una grande infrastruttura di conoscenza. La creazione di una simile infrastruttura può contribuire a formare, attorno ad un obiettivo comune di complessità tale da ri-chiedere una forte concentrazione di risor-

se, un nuovo paradigma di ricerca e svi-luppo, permettendo il confronto, lo sfrutta-mento reciproco, la collaborazione e la combinazione di metodi e approcci diversi. Iniziative di questo genere, del resto, sono considerate prioritarie a livello internazio-

nale, come dimostra il recente Progetto lanciato dal Tokyo Institute of Technology, il programma quinquennale “COE (Center of Excellence) program Framework for Systematization and Application of Large-scale Knowledge Resources”.

Tabella 10b-Risorse e spese nel triennio del Dipartimento (M/€)


A B C D = A + C 2005 33,05 5,41 1,75 34,80 2006 32,31 3,12 1,75 34,06 2007 31,42 3,33 1,75 33,17

255

Progetti del Dipartimento Identità Culturale

10.1 P1. Storia delle idee e della terminologia di cultura


0


ternazionale e motivazione presenza del CNR

La definizione dell’identità culturale dell’Europa moderna è strettamente correlata all’individuazione degli strumenti culturali e linguistici che hanno veicolato le grandi espe-rienze nel mondo mediterraneo. Fa parte della tradizione europea risalire alle radici sotto forma di autori, correnti di pensiero, analisi teoriche e documenti-chiave che ne hanno ca-ratterizzato la formazione in alcuni punti no-dali della sua storia e della sua tradizione. 10.1.2 I risultati conseguiti, i fatti nuovi emer-

si e i conseguenti aggiornamenti Negli ultimi decenni, l’attenzione nei con-fronti della storia del pensiero e delle idee, o-rientata all’analisi lessicografica, filologica, terminologica e critica dei testi, anche attra-verso l’elaborazione di supporti informatici, costituisce un dato acquisito sul piano interna-zionale. Si rende dunque necessario: • approfondire lo studio della tradizione cul-

turale europea e mediterranea, con uno studio articolato sulle varie culture che si sono succedute con continui scambi e pas-saggi: in questo senso, la storia delle idee e della terminologia di cultura costituiscono vie di accesso privilegiate per individuare le componenti essenziali della modernità nei suoi rapporti con la civiltà greca, latina, ebraica, araba;

• offrire strumenti critici per la compren-sione della nascita della modernità, in-sistendo su alcuni autori che meglio la ca-ratterizzano, ponendo particolare at-tenzione ai fenomeni emergenti all’inizio del mondo moderno.


Questi, in sintesi, gli obiettivi specifici delle commesse progettuali: • l’analisi e la pubblicazioni di testi esem-

plari del mondo antico (nuove acquisizioni su Empedocle, lessicografia platonica, l’astronomia nella tradizione platonica, causalità e determinismo in età ellenistico romana, le tradizioni scettiche, l’antropo-logia nello stoicismo) con edizioni digitali (testi dei Presocratici, di Socrate e di Dio-gene Laerzio);

• la pubblicazione in linea di tre lessici filo-sofici del XVII secolo;

• l’edizione del corpus di recensioni che Leibniz pubblicò in vita, l’acquisizione in una banca dati delle Opere francesi di Leibniz e la partecipazione ad un Progetto europeo per la formazione di un portale Hyper Leibniz;

• la pubblicazione di un’edizione critica, cartacea ed elettronica, delle Opere di Giambattista Vico, basata sui manoscritti e sulla collazione di tutti gli esemplari di edi-tiones principes, condotta con criteri ecdo-tici nuovi rispetto all’edizione Croce-Nicolini;

• la pubblicazione di un’edizione critica del corpus dei testi giuridici di Giambattista Vico e ricerche filologiche e storiografiche sul tema del diritto nel pensiero di Vico;

• la pubblicazione di un’edizione critica, cartacea ed elettronica delle Opere di Giro-lamo Cardano;

• la pubblicazione di un’edizione critica, cartacea ed elettronica, delle Opere di An-tonio Vallisneri;

256

• la realizzazione di strumenti per la for-mazione e la specializzazione di giovani studiosi nel settore della lessicografia e del-la terminologia filosofica, anche attraverso l’organizzazione di seminari (ne sono pre-visti su Marsilio Ficino, Pietro Pomponaz-

zi, Girolamo Cardano, Giambattista Della Porta, Tommaso Campanella, Giambatti-sta Vico, Immanuel Kant);

• l’organizzazione di convegni nazionali ed internazionali.

10.1.4 Risorse umane, strumentali e finan-

ziarie L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto, è pari a 248 me-si/uomo per il 2005, 261 per il 2006, 274 per il 2007. La tabella 10c riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 10.1.5 Competenze interne utilizzate Gli Istituti CNR coinvolti nel Progetto sono: I-LIESI e ISPF. 10.1.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili Il Progetto si avvale di una ampia rete di colla-borazioni nazionali ed internazionali: universi-tà La Sapienza di Roma; università di Milano; università di Napoli; università Orientale di

Napoli; Istituto e Museo di Storia della Scienza (Firenze); Istituto Italiano di Studi Filosofici (Napoli); Accademia della Crusca (Firenze); I-stituto di Studi sul Rinascimento (Firenze); So-cietà Internazionale per lo studio del Medioevo latino – Fondazione Ezio Franceschini (Firen-ze); European Science Foundation (Stra-sburgo); Leibniz Archiv (Hannover); Warburg Institut (Londra); Centre “Traditio Litterarum Occidentalium” (Turnhout, Belgio); Trésor de la Langue Francaise (Nancy); CNRS (UPR 76 Vil-lejuif e Centre de Recherches sur la Pensée An-tique “Léon Robin”, Paris); “Kant Index” (A-bteilung Datenverarbeitung und Editionen – Fachbereich dell’università di Trier). 10.1.7 Tempi di realizzazione previsti I risultati progettuali sopra elencati hanno co-me obiettivo il triennio 2005/2007, con una produzione nel corso del 2005 di alcuni pro-dotti sopra elencati o di parti di essi (ad es. i saggi Logica nel pensiero antico, Studi sull’anima in Plotino, Siriano e i principi della scienza, Platon, les démocrates et la démocra-tie, Causa finale sostanza ed essenza in Aristo-tele; l’edizione elettronica del volume Socrate e i Socratici; l’edizione critica delle seguenti opere: di Girolamo Cardano: Contradicentia; De immortalitate, Carcer, Arithmetica, De utili-tate; di Antonio Vallisneri: Consulti, v. I e II).



2005 1,76 0,09 0,03 1,79 2006 1,72 0,05 0,03 1,75 2007 1,67 0,05 0,03 1,70

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10.2 P2. Lingua italiana e cultura nella società della conoscenza: sto-ria, apprendimento, uso, neologia e tecnologie


1



Il rapido sviluppo del lessico delle lingue mo-derne è fenomeno ampiamente studiato e do-cumentato. L’Italia non sfugge a questa di-namica che deve essere oggetto di un attento studio: si tratta di inventariare un patrimonio linguistico che non sempre si afferma dure-volmente, così da essere recepito nei correnti dizionari di lingua, ma che spesso è in rappor-to a particolari evenienze di carattere scientifi-co, storico, politico. In questo contesto si inserisce anche lo studio dei tratti multimodali (acustico-vocali e visivo-gestuali) comuni a diversi linguaggi (parlato, scritto, lingua dei segni). Del resto, lo studio del parlato e della comunicazione multimoda-le ha assunto un ruolo centrale nelle ricerche di linguisti, cognitivisti e tecnologi della Spe-ech Communication. Obiettivo prioritario, a livello internazionale, è poi la gestione e l’accesso intelligente ed age-vole, tramite interfacce user friendly, all’infor-mazione (multilingue) ed ai servizi basati sulla conoscenza. La predisposizione di standards per migliorare la fruizione delle informazioni, è oggetto della Direttiva UE 2003/98 (riutilizzo dei dati del settore pubblico), del FP6 (Citizens and Governance), del Semantic Web, del pia-no nazionale di e-government (Progetto Nor-meinrete). Il Progetto si propone, quindi, di promuovere lo studio e la conoscenza, su scala internazio-nale, della lingua italiana parlata e scritta nella ricchezza e complessità della sua storia, e nei processi che ne governano l’acquisizione e l’uso anche in un’ottica multimodale e di con-fronto interlinguistico. 10.2.2 I risultati già conseguiti, i fatti nuovi

emersi e i conseguenti aggiornamenti Il Progetto intende proseguire:

• nell’avanzamento della sezione antica del Vocabolario Storico Italiano (Tesoro della Lingua Italiana delle Origini) pubblicata on-line, con il connesso sviluppo della banca dati dell’italiano antico;

• nell’avanzamento del Lessico Etimologico Italiano;

• nella realizzazione di una serie di prodotti di ricerca informatica e linguistica: dizio-nari informatizzati on line, banche dati nelle quali raccogliere le neoformazioni linguistiche, repertori neologici, ecc.;

• nello studio e nella descrizione di processi, strutture e variazioni della comunicazione linguistica, sia nella modalità acustico vo-cale, che in quella visivo gestuale, in diver-si contesti socioculturali (varietà regionali, dialetti, lingua dei segni italiana) e in situa-zioni di sviluppo tipico e atipico (balbuzie, ritardi e disturbi di linguaggio, dislessia, sordità e deficit cognitivi);

• nel disegno dei modelli e dei metodi e nello sviluppo dei componenti linguistico-computazionali necessari per diversi livelli di analisi semantico-concettuale (text-to-knowledge), integrati in piattaforme di ela-borazione e comprensione di testi e docu-menti di vario tipo e appartenenti a varie epoche.


rifica del loro conseguimento Gli obiettivi specifici delle commesse pro-gettuali possono essere così sintetizzati: • la redazione di circa seimila nuove voci del

Tesoro della Lingua Italiana delle Origini, nella forma di prima fase;

• il completamento trasversale delle voci A-D, vecchie e nuove;

258

• la programmazione di software per la ban-ca dati locale (Gatto) e in rete (Gattoweb) e per la nuova pubblicazione elettronica del Tesoro della Lingua Italiana delle Origini;

• l’analisi sistematica e comparata, attra-verso la pubblicazione di repertori neolo-gici, saggi e articoli, l’organizzazione e la partecipazione a convegni e giornate di studio, delle neoformazioni linguistiche, in seno al Progetto di ricerca Neorom della Rete panlatina di terminologia, sede di raccordo degli Osservatori neologici nazio-nali di ciascuna lingua neolatina;

• la realizzazione di un modulo integrato di strumenti per il trattamento automatico dell’italiano e di tecniche di Machine Le-arning per l’acquisizione di terminologia di dominio da testi e per l’organizzazione dei termini in una antologia;

• la realizzazione di un modulo per l’anno-tazione semantica;

• lo sviluppo di una interfaccia per l’intera-zione multimodale nell’ambito della do-motica;

• l’aggiornamento del software per bambini Addizionario;

• l’avanzamento e la validazione di stru-menti di osservazione-valutazione della comunicazione del linguaggio per bambini con sviluppo tipico, atipico e sordi - LIS e italiano - (questionari per genitori, prove lessicali);

• la creazione di banche dati sul lessico dei bambini e dell’età di acquisizione;

• l’istallazione del server per l’italiano, nel quadro del servizio multilingue in rete;

• la costruzione di modelli di comunicazione multimodale basati sulla coproduzione di strutture fonetico-fonologiche veicolate da segnali acustico e visivo (lettura labiale, vi-sual prosody e gesti coverbali) anche per l’implementazione di interfacce uomo-macchina nell’e-learning;

• il completamento e l’integrazione del les-sico JurWordNet, lessico per il Diritto col-legato a ItalWorldNet, con l’ontologia CLO ed il collegamento della risorsa con NirEdi-tor, software drafting legislativo standard NIR;

• la rappresentazione e la modellazione on-tologica della conoscenza giuridica (ad es.

riferimenti impliciti, comparazione di isti-tuti, conflitti normativi, responsabilità e causalità giuridiche, ecc.);

• il monitoraggio delle leggi della Regione Toscana in base agli indici di rilevazione della qualità tecnico-redazionale;

• l’organizzazione di convegni e giornate di studio nell’ambito di Ontomos-Gruppo Nazionale di Competenza su Ontologie del Diritto e loro Applicazioni;

• lo sviluppo del sistema DiPhiloS (Digital Philology System) per la gestione delle im-magini nel settore della radiodiagnostica digitale;

• lo sviluppo del software Demotico, pro-gramma di studio paleografico su testi re-datti su ostrakà in scrittura demotica del VI secolo d.C.;

• lo sviluppo del Progetto Biblos, biblioteca virtuale e portale web delle Scienze Umane del CNR;

• lo sviluppo in modalità Open Source del si-stema, brevetto CNR, DBT (Data Base Te-stuale) e dei componenti associati nel si-stema integrato PiSystem;

• lo sviluppo e la progressiva messa in linea di componenti del corpus bilingue arabo-italiano.

10.2.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto, è pari a 636 me-si/uomo per il 2005, 668 per il 2006, 702 per il 2007. La tabella 10d riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 10.2.5 Competenze interne utilizzate Gli Istituti CNR coinvolti nel Progetto sono: ILC, ILIESI, ISTC E OVI.



2005 5,82 0,83 0,27 6,09 2006 5,69 0,48 0,27 5,95 2007 5,53 0,51 0,27 5,80

259

10.2.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili Il Progetto si avvale di una ampia rete di colla-borazioni nazionali ed internazionali: universi-tà del Saarland (Saarbrücken); Accademia del-la Crusca (Firenze); Observatori de Neologia della Universitat Pompeu Fabra di Barcellona (Spagna); Rete Panlatina di Terminologia (Pa-rigi); Dipartimento di Italianistica e Storia del-la Lingua Italiana dell’università degli Studi di Roma La Sapienza. Laboratorio di Ontologia Applicata (Trento); Speech and Multimodal Communication Laboratory (Padova); Di-partimento di Linguistica presso l’università

di Pisa, Laboratorio IN-SAT presso la Scuola Sant’Anna di Pisa; Laboratorio di Linguistica presso la Scuola Normale Superiore di Pisa. 10.2.7 Tempi previsti

260

I risultati progettuali sopra elencati hanno co-me obiettivo il triennio 2005/2007, con una produzione nel corso del 2005 di alcune parti di essi (ad es. circa duemila voci del Tesoro della Lingua Italiana delle Orgini e sistema Gattoweb operativo; organizzazione della giornata di studio dal titolo “Che fine fanno i neologismi?”).

10.3 P3.Qualità e identità nei sistemi educativi e nella ricerca


2



La qualità della vita, lo sviluppo culturale, so-ciale ed economico; la capacità di integrarsi e di operare in una società multiculturale; la capaci-tà di essere protagonisti nella società della co-noscenza; la capacità di essere cittadini consa-pevoli ed attivi nel confronto nazionale ed in-ternazionale sono tutti fattori direttamente lega-ti alla qualità dei sistemi educativi di un paese. Il rinnovamento di tali sistemi ha quindi as-sunto un significato strategico anche per l’Italia, nell’ottica di integrare punti di forza pre-esistenti e nuove potenzialità offerte dall’avanzamento sia teorico che tecnologico. La necessità di adeguare i sistemi formativi, sia dal punto di vista contenutistico che qualitativo, al nuovo contesto che emerge dall’impiego massiccio delle nuove tecnologie e dalle politi-che di sviluppo dell’Unione Europea porta al rinnovamento dei sistemi educativi e all’e-learning un ruolo incisivo nel cambiamento e nella formazione: e chi deve produrre il rinno-vamento (istituzioni, docenti, studenti) ne deve essere consapevole e capace. A livello internazionale, importanti riferimenti del Progetto sono le iniziative promosse dal G8 nella Okinawa Charter on Global Information Society, il piano d’azione della UE eEurope 2005 ed il Programma eLearning. 10.3.2 I risultati già conseguiti, i fatti nuovi

emersi e i conseguenti aggiornamenti Il Progetto ha come presupposti concettuali, da una parte, l’importanza ai fini della qualità, dell’analisi delle relazioni tra processi di svi-luppo e di apprendimento e contesti in cui essi si svolgono e, dall’altra parte, il crescente signi-ficato che le tecnologie dell’informazione e del-la comunicazione stanno assumendo in quanto fattore di innovazione didattica. Il Progetto si propone di approfondire i temi del rapporto tra processi cognitivi e ambiente socia-

le e fisico, nello sviluppo lungo tutto l’arco della vita, e dell’innovazione tecnologica per la qua-lità nei sistemi educativi e della ricerca scientifi-ca, nei suoi molteplici aspetti cognitivi, sociali, organizzativi ed economici. 10.3.3 Obiettivi programmatici e criteri di ve-

rifica del loro conseguimento Gli obiettivi specifici delle commesse pro-gettuali si possono così sintetizzare: • la pubblicazione di studi sui processi di

apprendimento e sull’esperienza cognitiva dei bambini nella scuola dell’infanzia;

• l’attivazione del Laboratorio Roma la Città dei Bambini e del Consiglio dei Bambini decentrato nei Municipi romani;

• lo sviluppo di processi collaborativi per la definizione di un Quadro Europeo sulle competenze degli insegnanti nell’uso di-dattico delle ICT (Information and Com-munication Tecnologies) e di sistemi per il loro aggiornamento;

• l’avvio delle attività del Centro di forma-zione per docenti sul tema delle Tecnologie Didattiche;

• la progettazione e la verifica sperimentale di sistemi software per l’apprendimento scientifico nella scuola dell’obbligo e di percorsi di apprendimento in contesti d’uso che integrano le nuove tecnologie (progetti Telma, Web-Labs, Ari-Lab, Edu Robot);

• la pubblicazione di studi e la creazione di banche dati per l’analisi del sistema pub-blico della ricerca e delle politiche pubbli-che nel settore della diffusione delle cono-scenze scientifiche e tecnologiche al fine di favorire il sistema produttivo;

• la produzione di rapporti in progress e la pubblicazione dei risultati dell’indagine comparativa internazionale sulla didattica della scienza in venti paesi europei e medi-terranei;

261

• la pubblicazione di studi per l’analisi della formazione di dottorato in comparazione

con i sistemi educativi esteri e la produzio-ne di un prototipo di sistema di monito-raggio dei flussi di mobilità dei ricercatori;

• la pubblicazione di studi sui contenuti e sui metodi dei corsi universitari nelle di-verse discipline giuridiche dei vari Stati membri della UE;

• lo sviluppo di modelli, metodi e strumenti per la qualità e l’innovazione nella forma-zione universitaria, con particolare riferi-mento alla creazione di un sistema di e-learning di ateneo;

• la realizzazione di prototipi di corsi uni-versitari basati su metodologie e tecnologie innovative sui contenuti legati allo sviluppo tecnologico;

• l’organizzazione di un convegno inter-nazionale su Methods and Technologies for Learning.


ziarie L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto, è pari a 587 me-si/uomo per il 2005, 617 per il 2006, 647 per il 2007. La tabella 10e riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 10.3.5 Competenze interne utilizzate Gli Istituti CNR coinvolti nel Progetto sono: CE-RIS, IRPPS, ISTC, ITD E ITTIG.


Il Progetto si avvale di una ampia rete di colla-borazioni nazionali ed internazionali: universi-tà di Lecce; università di Messina; università di Verona. università di Palermo; università di Padova; università di Pisa; università di Mila-no Bicocca; università di Firenze; università di Genova; università di Torino; università di Ve-nezia ‘Cà Foscari’; università di Napoli ‘Federi-co II’; università di Utrecht-IVLOS; università di Barcellona; università di Glasgow; università di Londra-Knowledge Lab; Royal Technology Institute (Stoccolma); Ben-Gurion University (I-srael); università di Lisbona; Limburgs Univer-sitari (BE); università di Atene; università di Duisburg; università di Parigi 7; università di Londra-Institut of Education; CNRS-IMAG (Gre-noble). 10.3.7 Tempi previsti I risultati progettuali sopra elencati hanno co-me obiettivo il triennio 2005/2007. Entro il 2005 sono previsti, tra l’altro: la rea-lizzazione di un prototipo di sistema di moni-toraggio dei flussi di mobilità dei ricercatori; l’organizzazione di due cicli formativi per i re-sponsabili dei servizi per l’infanzia (a Pistoia e a Roma); la produzione di CD-rom illustrativo sui processi di apprendimento nel nido; la de-finizione degli strumenti di valutazione dei servizi per l’infanzia; l’attivazione del Labora-torio Roma la Citta dei Bambini e del Consiglio dei bambini decentrato nei Municipi romani.



2005 6,85 1,62 0,36 7,21 2006 6,70 0,93 0,36 7,06 2007 6,51 1,00 0,36 6,88

262

10.4 P4.Identità mediterranea ed Europa


0

10.4.1. Cenni allo scenario nazionale e in-


L’Unione Europea, portata a termine la prima fase di allargamento verso est, si apre con rin-novato slancio al Mediterraneo: un’area se-gnata da elementi identitari comuni e da forti differenze storiche, politiche ed economiche. Assume rilevanza, pertanto, lo studio compa-rato, ed in prospettiva storica, dell’intensa rete di rapporti e di pratiche politiche, sociali, cultu-rali ed economiche che caratterizzano le com-pagini statuali ed i popoli che gravitano nel mondo mediterraneo, dal Medioevo sino all’Età Contemporanea. 10.4.2 I risultati già conseguiti, i fatti nuovi

emersi e i conseguenti aggiornamenti Il Progetto si propone di approfondire lo studio: • dell’organizzazione delle attività economi-

che, delle politiche formative scolastiche, dei saperi tecnico-scientifici;

• della promozione e della valorizzazione del patrimonio storico, archivistico, letterario, archeologico e artistico;

• del pensiero religioso e dell’interazione del-le diverse religioni nel corso dei secoli;

• della formazione e diffusione di miti, tradi-zioni e leggende.


rifica del loro conseguimento Questi, i principali obiettivi delle commesse progettuali: • la pubblicazione di monografie, articoli

scientifici, rapporti e rassegne bibliografi-che, la realizzazione di data-base e di un si-to web in cui far confluire una griglia di conoscenze su: le politiche europee per il Mediterraneo; le identità, il patrimonio culturale e i programmi di formazione per lo sviluppo territoriale; le iniziative di ri-

forma del settore pubblico; il fenomeno migratorio;

• la pubblicazione di monografie e articoli scientifici, la realizzazione di un data-base per l’analisi, in prospettiva storica, delle relazioni politiche, economiche e culturali del Mezzogiorno, ed in particolare sui se-guenti temi di indagine: istituzioni e politi-che fiscali, creditizie, assistenziali e sanita-rie; recupero e valorizzazione del patrimo-nio ospedaliero; le ricadute di breve e di lungo periodo dell’età rivoluzionaria e na-poleonica; il concetto di frontiera: istitu-zioni, organizzazione e prassi nella circola-zione di uomini e merci;

• l’organizzazione di un seminario nell’am-bito del Progetto Energy, Growth, Pollu-tion;

• la pubblicazione del volume La crescita contemporanea;

• il reperimento e la trascrizione di fonti do-cumentarie, la redazione di saggi ed arti-coli scientifici relativi ai temi della storia navale, della produzione di artiglieria e si-derurgia, della conoscenza e dell’uso del territorio, della storia del lessico della scienza e delle tecniche;

• la pubblicazione di fonti documentarie, reperibili presso archivi e biblioteche ita-liane e straniere, e narrative, per lo studio dei rapporti politici, istituzionali e sociali tra gli Stati dell’Europa mediterranea, tra Medioevo ed Età Contemporanea.


ziarie La tabella 10f riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto, è pari a 294 me-si/uomo per il 2005, 308 per il 2006, 324 per il 2007.

263



2005 2,70 0,25 0,25 2,95 2006 2,64 0,15 0,25 2,89 2007 2,57 0,16 0,25 2,82

10.4.5 Competenze interne utilizzate Gli Istituti CNR coinvolti nel Progetto sono: I-SEM e ISSM. 10.4.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Il Progetto si avvale di una ampia rete di colla-borazioni nazionali ed internazionali: universi-tà di Genova, Pisa, Roma, Napoli, della Cala-bria, Palermo, Messina; università di Barcel-lona, Saragozza, Valenza, Malaga Isole Balea-ri; CSIC, Barcellona; Archivio della Corona d’Aragona; Archivio Generale di Simancas; università di Parigi XII, università di Corte; u-niversità di Lisbona, Coimbra, Oporto; univer-sità di Malta; università di Rabat, Marrakech, Orano, Tunisi; Fondazione Ezio Franceschini (F.E.F., Firenze); Società Internazionale per lo Studio del Medioevo Latino (Firenze); Ecole Pratique des Hautes Etudes; università de

Lausanne; Centro Interdipartimentale di Studi sulle Province Romane dell’università di Sas-sari; Istituto di Studi e Programmi per il Medi-terraneo (I.S.P.R.O.M.); Istituto Italiano per l’Africa e l’Oriente (Is.I.A.O.). 10.4.7 Tempi previsti I risultati progettuali sopra elencati hanno co-me obiettivo il triennio 2005/2007. Tra quelli la cui realizzazione è prevista entro il 2005, si possono ricordare, a titolo esempli-ficativo: l’organizzazione del convegno XXVI Conferenza AISRE-Associazione Nazionale per le Scienze Regionali; la pubblicazione di fonti, quali, Breve vita di Villa di Chiesa, Carta de Logu, Carte di Montecassino, Carte Reali, Li-bro Verde di Cagliari, Ordinazione dei Consi-glieri di Cagliari, Protocollo del notaio Stibioto Stibio, Repartimiento de Cerdena (nell’ambito del Progetto FIRB).

264

10.5 P5. Impresa, territorio, innovazione e sviluppo: il capitalismo i-taliano dalle aziende familiari alla globalizzazione


0



Negli anni Novanta si è completata l’integra-zione economica e finanziaria dell’Unione Eu-ropea. Disponendo di serie temporali adegua-te, è ora possibile verificare l’impatto sulle strategie delle imprese di cambiamenti istitu-zionali, quali: la liberalizzazione dei mercati, la privatizzazione dei servizi di pubblica utilità, le modifiche apportate al diritto societario in tema di corporate governance. In Italia, il dibattito sulla competitività è con-centrato sulla necessità di rafforzare il conte-nuto innovativo della produzione con tutte le tematiche di policy correlate. Di qui, l’atten-zione verso gli aspetti territoriali connessi, da una parte, con la devolution e quindi con l’emersione delle regioni come attrici in mate-ria di politica per l’innovazione e, dall’altra parte, con la riscoperta delle potenzialità in-terpretative e operative connesse con il concet-to di distretto economico. Con particolare riferimento al Mezzogiorno, il dibattito istituzionale ed accademico, suppor-tato da riscontri empirici, ha evidenziato come le risorse culturali possano costituire compo-nente di redditività e concept strategico per le economie locali. Anche in un contesto econo-mico-produttivo caratterizzato da una relativa, persistente arretratezza e variabilità endogena, lo sviluppo economico non può prescindere dal perseguimento del vantaggio competitivo, da ricercare anzitutto con la diffusione di in-novazioni indotte dalla creatività e dalle idee e dal contributo di servizi opportunamente defi-niti. 10.5.2 I risultati già conseguiti, i fatti nuovi

emersi e i conseguenti aggiornamenti L’obiettivo del Progetto è quello di appro-fondire lo studio dei fattori che determinano la competitività di un sistema-paese di fronte alle trasformazioni connesse ai processi di innova-zione tecnologica, di globalizzazione dei merca-

ti e di terziarizzazione dell’economia. Saranno esaminati i seguenti aspetti fondamentali, te-nendo conto delle forti interrelazioni esistenti tra loro: • struttura dei mercati, strategie dei settori e

delle imprese; • vincoli (finanziari, tecnologici, culturali e di

mercato) alla nascita e alla crescita dell’im-presa;

• forme e strutture organizzative per il gover-no delle imprese (assetti proprietari, corpo-rate governance);

• formazione, organizzazione ed evoluzione dei sistemi produttivi locali e settoriali (di-stretti industriali, reti tra imprese, cluster) nella competizione globale;

• sistema delle infrastrutture e dei servizi alle imprese (Centri per la produzione della co-noscenza e per il trasferimento dell’inno-vazione al sistema delle imprese, logistica e trasporti, telecomunicazioni, finanza, inter-nazionalizzazione);

• politiche per lo sviluppo locale e nazionale (innovazione tecnologica, sviluppo sosteni-bile, marketing territoriale, management delle risorse culturali);

• ruolo delle tecnologie dell’informazione e della comunicazione e loro influenza nella gestione della conoscenza e della forma-zione nelle imprese.

• lo studio delle dinamiche della popolazione e delle relazioni con lo sviluppo economico e sociale, allo scopo di fornire analisi e strumenti di conoscenza a quanti, ai vari li-velli territoriali, amministrativi e istituzio-nali, si trovano a governare le conseguenze di tali dinamiche.


rifica del loro conseguimento Questi, alcuni degli obiettivi specifici delle commesse progettuali:

265

• lo svolgimento di analisi empiriche e test di ipotesi teoriche, in parte derivate da mo-delli strutturali, al fine di calcolare

l’impatto e le implicazioni quantitative delle riforme di policy sui temi dell’adattamento delle imprese alla inte-grazione economica e della riorganizza-zione nei servizi pubblici;

• la realizzazione di un volume conclusivo ed un workshop all’interno della Triple Helix Conference;

• la formalizzazione di un Progetto europeo sul technology foresight in metrologia;

• l’organizzazione di convegni e la pubbli-cazione di studi sui temi: del recupero del-le aree di antica industrializzazione; delle tecniche di valutazione dei progetti cultu-rali e delle imprese educative (progetti del-la Regione Lombardia); dell’analisi delle caratteristiche quali-quantitative del siste-ma innovativo locale (progetti della Regio-ne Piemonte); della definizione di modelli interpretativi del rischio;

• l’avanzamento di progetti di ricerca già in atto su: politiche dell’efficienza energetica in Lombardia, effetti sul sistema pro-duttivo e sui servizi; analisi degli archivi I-STAT sui gruppi di PMI in Italia; strumenti economici nelle politiche ambientali euro-pee; politiche ambientali urbane in Italia ed efficienza delle città;

• la costruzione di tipologie, review biblio-grafica, banche dati sui risultati di tre Casi Studio in Campania, i cui obiettivi sono: Centro Musei Scienze Naturali: pro-gettazione attività promozionale ed esposi-tiva; Museo Aperto: definizione modello e supporto gestione integrata attività didat-tica per residenti e turisti; Beni Minori: cre-azione itinerari, produzione supporti mul-timediali;

• la realizzazione di una analisi conoscitiva finalizzata a cogliere i connotati evolutivi peculiari dei processi di terziarizzazione in Campania;

• la analisi del ruolo delle piccole imprese logistiche nella supply chain, la messa a punto di un modello descrittivo-interpreta-tivo delle relazioni tra struttura portuale e altri attori della catena logistica e

l’applicazione del modello al porto di Na-poli;

• la descrizione del sistema economico del Parchi Regionali siciliani e la ricognizione dei flussi di emigrazione siciliana;

• la realizzazione di un’indagine empirica su un campione di imprenditori meri-dionali, tesa a verificare il modello teorico sulle relazioni tra imprenditorialità e suc-cesso/insuccesso aziendale;

• l’istituzione di un Osservatorio delle di-namiche della popolazione in relazione al-le loro conseguenze sul sistema produttivo, sulle reti sociali e sulla domanda di gover-nance;

• la revisione di un sistema di previsioni del-la popolazione a livello comunale e sub-comunale;

• lo svolgimento di analisi su: le relazioni tra tendenze demografiche e cambiamenti so-ciali; il comportamento riproduttivo e le politiche di popolazione (Osservatorio sulle intenzioni riproduttive); l’identità di gene-re e le carriere femminili, in particolare nella scienza;

• la pubblicazione dei volumi: Gli at-teggiamenti degli adolescenti milanesi; i Quaderni di Demotrends su Il tempo è dal-la nostra parte e sulle aspettative di fecon-dità;

• la pubblicazione di studi e articoli scienti-fici sui temi: della dinamica migratoria eu-ropea; dell’immigrazione straniera, con riguardo alla dimensione di genere e ai processi di integrazione delle migrazioni ad alta qualificazione; dell’emigrazione i-taliana.


ziarie L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto, è pari a 370 me-si/uomo per il 2005, 389 per il 2006, 408 per il 2007. La tabella 10g riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007.


266


2005 4,18 0,83 0,20 4,38 2006 4,09 0,48 0,20 4,29 2007 3,97 0,51 0,20 4,17

10.5.5 Competenze interne utilizzate Gli Istituti CNR coinvolti nel Progetto sono: CE-RIS, IRAT, IRPPS 10.5.6 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili Il Progetto si avvale di una ampia rete di colla-borazioni nazionali ed internazionali: Dipar-timento di Economia Aziendale dell’università di Pisa; Sophia Antipolis; Associazione Italiana delle Aziende Familiari; Istituto Studi Azienda-li dell’università Parthenope; Dipartimento di Economia Aziendale dell’università di Bre-scia; University of Maryland Baltimore County; University of Central Florida; Politecnico di Mi-

lano; università di Roma La Sapienza (Dipar-timento di Teoria Economica e Metodi Quanti-tativi); università di Torino; Politecnico di Tori-no; università del Piemonte Orientale; universi-tà dell’Insubria; università di Trieste; università di Udine; università di Bari; Scuola S. Anna di Pisa; Tedis – Venice International University; W.Z.B. (Berlino); Lest-Cnrs (Aix-en-Provance); Technical University of Crete; University of Iasi (Iasi-Romania). 10.5.7 Tempi previsti Dei risultati progettuali sopra elencati, calibra-ti sul triennio 2005/2007, molti hanno come obiettivo la fine del 2005.

267

10.6 P6. Lessico giuridico e patrimonio giuridico italiano: tradizione, interpretazione, innovazione


0



La rivoluzione dello scenario tecnologico ed il conseguente processo di globalizzazione in at-to fanno emergere nuovi interrogativi e pro-blemi di ordine, oltre che etico, anche giuridi-co e politico e determinano un’evidente ne-cessità d’innovazione normativa, istituzionale e tecnologica. S’impone così un adeguato impegno scien-tifico, necessario a filtrare nella disciplina dei vari aspetti della società, quei valori co-stituzionali e sociali di cui tradizionalmente la cultura giuridica italiana s’è fatta promotrice. Ma l’Italia è anche il paese che può vantare il più alto numero di condanne dalla Corte di Giustizia dei diritti dell’uomo per i ritardi nelle decisioni giudiziarie. Le molteplici innovazioni introdotte non hanno ancora risolto il proble-ma della crisi della giustizia italiana. Il Proget-to si propone di fornire analisi e strumenti utili al miglioramento delle prestazioni delle am-ministrazioni giudiziarie. 10.6.2 I risultati conseguiti, i fatti nuovi emer-

si e i conseguenti aggiornamenti Il Progetto si propone di individuare elementi utili alla ricostruzione di un percorso in cui il diritto diviene e si consolida come oggetto di conoscenza scientifica e di tecnica concreta, a partire dalla civiltà romana e nel prosieguo della tradizione romanistica, al punto che una delle componenti identitarie della civiltà euro-pea può identificarsi, ancora attualmente e con ragione, in termini di civiltà della regola e del diritto. Il Progetto intende in particolare appro-fondire: • lo studio di quei valori di cui tradizio-

nalmente la cultura giuridica italiana si è fatta portatrice e delle metodologie docu-mentarie ed informatiche per la produ-

zione, l’archiviazione e la diffusione delle informazioni giuridiche;

• lo studio dei processi di innovazione nei si-stemi giudiziari con particolare riferimento allo sviluppo delle tecnologie dell’informa-zione e della comunicazione.


rifica del loro conseguimento In sintesi, gli obiettivi specifici delle commesse progettuali sono: • la realizzazione di una grammatica nor-

mativa per l’informatizzazione del pro-cesso di produzione normativa e di stru-menti per la rilevazione della qualità tec-nico-redazionale delle leggi;

• la messa a punto di principi-guida per la armonizzazione della legislazione italiana in materia di tecnologie dell’informazione in funzione dell’integrazione europea;

• lo sviluppo di moduli informatici per il pro-cesso civile telematico;

• la costruzione di un sistema integrato di acquisizione e gestione della conoscenza giuridica, orientato alla consulenza/de-cisione assistita;

• la creazione di un Indice Lessicale ragio-nato;

• la pubblicazione di studi e applicazioni in materia di amministrazione e democrazia elettroniche (e-government ed e-demo-cracy) ed in particolare di un Repertorio normativo in tema di amministrazione elet-tronica e società dell’informazione fruibile in rete;

• la predisposizione di un prototipo di un nuovo servizio web “IsLaw-Information Society and Law on the Web”;

• l’avvio di un Osservatorio tecnologico sui nuovi modelli di governance tra identità nazionali e integrazione europea;

268

• la predisposizione di nuovi atti regola-mentari per l’organizzazione ed il fun-zionamento della Rete telematica regio-

nale toscana, di cui alla legge della Re-gione Toscana n. 1/2004;

• l’aggiornamento dell’archivio Do.Gi.-Dottrina Giuridica e l’implementazione del prototipo di portale di dottrina giuri-dica italiana con protocollo OAI;

• il completamento dei progetti PAESI (Pub-blica Amministrazione e Stranieri immi-grati) e CASELEX (Case Law Exchange);

• la realizzazione di edizioni digitali di pa-trimoni documentari di particolare inte-resse storico-giuridico;

• la pubblicazione on line di circa duemila testi giuridici in lingua volgare dei secoli x-xx;

• la pubblicazione dei volumi Gride dello Stato di Milano e Bandi toscani;

• l’organizzazione del convegno internazio-nale su Tecnologie e giustizia in Europa;

• la pubblicazione del volume Recruitment and professional evaluation of judges and prosecutors in Austria, France, Germany, Italy, The Nederlands and Spain;

• la progettazione e la realizzazione di un Court Technology Laboratory;

• la progettazione, sperimentazione e valu-tazione di e-services per gli uffici giudiziari;

• la pubblicazione dei risultati, anche par-ziali, delle ricerche condotte nell’ambito dei programmi FIRB: Tecnologie dell’in-formazione e della comunicazione per la giustizia; La qualità nei sistemi giudiziari: politiche pubbliche, risultati e assetti isti-tuzionali; Electronic filing e interscambio elettronico di documenti giudiziari in Eu-ropa: applicazioni, politiche, tendenze.


ziarie L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto, è pari a 291 me-si/uomo per il 2005, 305 per il 2006, 321 per il 2007 La tabella 10h riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 10.6.5 Competenze interne utilizzate Gli Istituti CNR coinvolti nel Progetto sono: IR-SIG e ITTIG.


Il Progetto si avvale di una ampia rete di colla-borazioni nazionali ed internazionali: Dipar-timento di Scienze Giuridiche dell’università di Torino; Centro di ricerca interdipartimenta-le per le Tecnologie informatiche e multime-diali applicate al diritto (TIMAD) dell’università di Catania; Commissione per l’Efficienza della Giustizia del Consiglio d’Europa (Strasburgo); Legal Intersection Research Center - Univer-sity of Wollongong; Faculty of Law - University of Utrecht; National Center for State Courts (Williamsburg); CESROG Centro Studi e Ricer-che sull’Ordinamento Giudiziario dell’u-niversità di Bologna; Direzione generale dei si-stemi informativi automatizzati del Ministero della Giustizia (Roma); Scuola di Formazione della Direzione Generale Personale e Forma-zione del Ministero della Giustizia (Roma); CI-NECA Consorzio Inter-universitario (Casalec-chio); CM Sistemi (Roma); Institute of Judicial Administration (università di Birmingham); Instituto de Estudios sobre la Justicia (Madrid); GRES Grup de Recerca i d’Estudis Socio-juridics - Universitat Autonoma de Barcelona; Centrum voor Beleid and Management - uni-versità di Utrecht; Open Society - Central Eu-ropean University (Budapest); Accademia delle Scienze di Russia; Parlamento Latino-americano; Procuradoria General do Estrado do Rio de Janeiro; CEISAL Consejo Europeo de In-vestigationes Sociales de América Latina (Vienna) Centre d’Etudes Internationales sur la Romanité de l’Université del La Rochelle; Unione dei Romanisti Brasiliani; Centro In-teruniversitario di Bioetica e Diritti umani dell’università di Lecce; centro di Diritto ro-mano dell’università di Novi Sad; Faculté de Droit et des Sciences Politiques de Tunis; Fa-coltà giuridiche di Annaba (Algeria) e Ain Sha-ms (Il Cairo); Sezione di Diritto romano della Facoltà di Giurisprudenza dell’università di Roma La Sapienza. 10.6.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali sopra elencati sono ca-librati sul triennio 2005/2007.

269



2005 2,89 0,44 0,10 2,99 2006 2,83 0,25 0,10 2,93 2007 2,75 0,27 0,10 2,85

Tra quelli realizzabili già entro il 2005 si pos-sono ricordare: lo sviluppo del software per la redazione dell’Indice Lessicale ragionato; la pubblicazione del Repertorio normativo in tema di amministrazione elettronica e società dell’in-formazione fruibile in rete; la predi-sposizione di nuovi atti regolamentari per l’organiz-zazione ed il funzionamento della

Rete telematica della Regione Toscana; l’aggiornamento con circa sedicimila docu-menti dell’archivio Do.Gi.; la messa in linea di duemila testi giuridici in lingua volgare (secoli X-XX); la pubblicazione dei volumi Gride dello Stato di Milano e Bandi toscani e l’organizzazione del convegno internazionale Tecnologia e giustizia in Europa.

270

10.7 P7. Unificazione del diritto, integrazioni continentali, coopera-zione internazionale


0



Un diritto comune di tutti gli uomini, fondato sul-la base unitaria del diritto romano comune, che è elemento costitutivo dell’identità del diritto del nostro Paese, si ripropone sull’orizzonte delle esigenze nella comunità internazionale, soprat-tutto in Europa e in America Latina stimolato dai processi integrativi in atto. In questo contesto, si impone una rigorosa valu-tazione scientifica dei principi emergenti, e del contributo che l’Italia può dare alla loro evolu-zione, con riferimento alle diverse forme della cooperazione internazionale, al diritto dello spa-zio, al debito estero, alle biotecnologie, al forte impatto che le nuove tecnologie hanno avuto ed hanno nel campo della fruizione intelligente dell’informazione giuridica, specialmente quella relativa ai nuovi diritti della persona. 10.7.2 I risultati conseguiti, i fatti nuovi emer-

si e i conseguenti aggiornamenti Il Progetto, come obiettivi di carattere generale, si propone: • attraverso l’approfondimento dello studio

dei principi che costituiscono i cardini dell’identità del sistema giuridico e la rileva-zione della prassi giuridica, di concorrere, nelle più diverse forme, allo sviluppo della unificazione del diritto;

• di approfondire ed incrementare il dialogo italo-Euro-cinese, mediante il rafforzamento di competenze specifiche e la formazione giuridica comune, al fine di contribuire al consolidamento del nuovo ordinamento giu-ridico della Cina radicato nel sistema giuri-dico romanistico;

• di promuovere la creazione e lo sviluppo di centri di documentazione giuridica, indi-spensabili per i cittadini, gli operatori eco-nomici, i giuristi, gli amministratori pubblici.


rifica del loro conseguimento Gli obiettivi specifici delle commesse proget-tuali possono essere così sintetizzati: • la pubblicazione di volumi scientifici sui

seguenti argomenti: riforma delle Nazioni Unite e posizione dell’Italia; recenti svi-luppi del diritto dello spazio e nuove tec-nologie; regime delle biotecnologie nel di-ritto internazionale ed europeo; giurispru-denza italiana in tema di immunità;

• la predisposizione di uno studio di fattibi-lità per la creazione di una banca dati della prassi italiana;

• l’insediamento della Commissione Euro-latinoamericana per il Progetto di Codice-tipo dei contratti per l’America Latina;

• l’organizzazione dei colloqui internazio-nali su: Codice-tipo dei contratti per l’America Latina; Diritto romano e diritto cinese;

• la pubblicazione di studi scientifici sugli sviluppi attuali dell’ordinamento giuridico cinese, di traduzioni in lingua cinese di scritti giuridici italiani, di traduzioni in lin-gua cinese di testi delle fonti del diritto ro-mano;

• la gestione e l’aggiornamento dell’ archi-vio elettronico BIG (Bibliografia dottrinale sul Diritto alla vita);

• la gestione e l’aggiornamento dell’ archi-vio elettronico dell’Osservatorio interna-zionale ELIOS (in materia di Diritto all’ambiente);

• la gestione e l’aggiornamento delle ban-che dati VIPDn, VIPDr, VIPDg (sulla norma-tiva e la giurisprudenza in tema di Vita In-dipendente della Persone con Disabilità);

271

• la ristrutturazione dei Thesauri già avviati (THE/BIG e THES/TDA) e la progettazione di un modello di Thesaurus plurilingue (ita-liano, spagnolo, portoghese) in materia di diritti della Persona;

• la pubblicazione del volume Diritto all’ambiente e nuove tecnologie tra diritti nazionali ed unificazione sovranazionale.

10.7.4 Risorse umane, strumentali e finan-ziarie

L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto, è pari a 110 me-si/uomo per il 2005, 115 per il 2006, 121 per il 2007. La tabella 10i riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 10.7.5 Competenze interne utilizzate Gli Istituti CNR coinvolti nel Progetto sono: ISGI e ITTIG. 10.7.6 Collaborazioni esterne attivate o attiva-

bili Il Progetto si avvale di una ampia rete di colla-borazioni nazionali ed internazionali: univer-sità di Roma Tor Vergata; università della Cina di Scienze Politiche e Giurisprudenza (Pechino); Univ. Externado de Colombia; università di Brasilia, università di San Paolo, università Nazionale Autonoma del Messico; Pontificia università Cattolica del Perù; università di Buenos Aires; università di Bonn (Facoltà di Giu-risprudenza, Istituto di diritto romano); Istituto I-talo-Latino Americano (IILA); università Eu-ropea di Roma; Società italiana per l’organizzazione internazionale; Centro inter-nazionale di studi gentiliani; Unione interna-zionale per la conservazione della natura; Mi-

nistero degli Affari Esteri; Asser Instituut di Den Haag; Agenzia spaziale italiana; Centro Europeo di diritto spaziale; Istituto internazio-nale per l’unificazione del diritto privato UNI-DROIT; Accademia delle Scienze di Russia; Par-lamento Latinoamericano; Procuradoria Ge-neral do Estrado do Rio de Janeiro; CEISAL Consejo Europeo de Investigationes Sociales de América Latina (Vienna) Centre d’Etudes Internationales sur la Romanité de l’Univer-sité del La Rochelle; Unione dei Romanisti Brasiliani; Centro Interuniversitario di Bioeti-ca e Diritti umani dell’università di Lecce; centro di Diritto romano dell’università di No-vi Sad; Faculté de Droit et des Sciences Politi-ques de Tunis; Facoltà giuridiche di Annaba (Algeria) e Ain Shams (Il Cairo); Istituto di Di-ritto romano della Facoltà di Giurisprudenza dell’università di Roma ‘La Sapienza’. 10.7.7 Tempi previsti Alcuni dei risultati progettuali sopra elencati hanno come obiettivo la fine del 2005: la pub-blicazione di studi scientifici sui temi della ri-forma delle Nazioni Unite e la posizione dell’Italia, dei recenti sviluppi del diritto dello spazio e delle nuove tecnologie, del regime del-le biotecnologie nel diritto internazionale ed europeo e della giurisprudenza italiana in te-ma di immunità; la pubblicazione della mo-nografia Diritto all’ambiente e nuove tecnolo-gie tra diritti nazionali ed unificazione sovra-nazionale; la progettazione del Thesaurus multiulingue (italiano, spagnolo, portoghese) in materia di diritti della Persona; l’aggiorna-mento degli archivi elettronici BIG, VIPDn, VIPDr, VIPDg, ELIOS.



2005 1,02 0,09 0,10 1,12 2006 1,00 0,05 0,10 1,10 2007 0,97 0,05 0,10 1,07

272

10.8 P8. “Pluralità di patrie” e di appartenenze, nuovi conflitti: il proble-ma del governo fra trasformazioni istituzionali e sociali


0



Il ruolo sempre più incisivo delle identità e del-le autonomie regionali e locali; la riemersione di macroaree (o macroregioni) transnazionali fondate su un comune patrimonio socio-economico-culturale; l’accresciuta rilevanza delle tematiche dei diritti fondamentali e dell’ambiente; la crisi del modello della co-munità internazionale, intesa come società pa-ritaria di Stati indipendenti (superiorem non recognoscentes); i recenti processi evolutivi del-le società occidentali, caratterizzate dal basso livello della fecondità, dal progressivo invec-chiamento della popolazione, dai cambiamenti nelle relazioni familiari e di genere, dai flussi migratori internazionali ed interni che condi-zionano le scelte di politica sociale e lo stesso processo di integrazione europea; sono questi i fenomeni che impongono l’attivazione ed il consolidamento di una linea di ricerca scienti-fica interdisciplinare per lo studio di forme di governo idonee ad armonizzare la pluralità di patrie e di appartenenze (Cicerone, Delle leggi, 2, 5). 10.8.2 I risultati conseguiti, i fatti nuovi emer-

si e i conseguenti aggiornamenti Il Progetto si propone quattro obiettivi fon-damentali: • lo studio dei profili istituzionali ed econo-

mico-finanziari del federalismo e del re-gionalismo, alle tecniche costituzionali di risoluzione dei conflitti tra livelli territoriali di governo e del principio c.d. di sussidia-rietà, che conferisce nuovo e particolare ri-lievo giuridico alle diverse identità;

• lo studio della multilevel governance in ambito europeo e dei rapporti tra i diversi livelli istituzionali in essa coinvolti;

• lo studio della governance degli apparati giudiziari e dei processi di integrazione per la creazione dell’Area giudiziaria europea;

• culture e identità politiche. Identità locali, nazionali e sopranazionali. Ideologie e sim-boli politici. Identità e identificazione. La rappresentanza politica.


rifica del loro conseguimento Questi, alcuni degli specifici obiettivi delle commesse progettuali: • la pubblicazione di rapporti periodici, stu-

di e approfondimenti sui temi del fe-deralismo, del regionalismo, della mul-tilevel governance in ambito UE, della tute-la giuridica dell’identità culturale, dell’am-biente, dei beni e delle attività cul-turali, del principio di sussidiarietà e di ri-forme costituzionali;

• la pubblicazioni di monografie su: diritto elettorale romano; diritti umani e carcere, formazione del diritto comunitario; natura dei diritti fondamentali; responsabilità del-lo Stato; guerra giusta;

• lo svolgimento di attività di analisi, di si-stemazione organica e di valutazione scientifica del quadro giuridico per la ge-stione sostenibile delle aree protette tran-sfrontaliere (TBPA);

• l’organizzazione di un seminario inter-nazionale sul tema dell’evoluzione del si-stema di tutela dell’ambiente antartico e dell’attuazione della normativa antartica in Italia e Argentina;

• l’organizzazione di un seminario inter-nazionale sui sistemi giuridici di gestione delle Aree Protette in Italia ed Ucraina;

• la pubblicazione di studi sulla Conven-zione di Ramsar in materia di disciplina e tutela delle zone umide;

273

• la formazione di giuristi specializzati negli Studi per la Pace, mediante l’attivazione di un Dottorato di ricerca ad hoc;

• la conclusione delle ricerche su: l’applica-zione della messa alla prova (probation) nel sistema penale minorile italiano; la mediazione penale (victim-offender media-tion) in Italia e in quindici paesi europei; l’intervista del bambino in ambito giudi-ziario;

• la pubblicazione dei volumi: victim-of-fender mediation with youth offenders in Europe; Messa alla prova e minorenni: tra giustizia formale e informale;

• la conclusione delle ricerche su: il fun-zionamento degli organi di autogoverno della magistratura in alcuni paesi della UE; i processi di espansione dell’area giudizia-ria europea e la loro efficacia operativa; i processi di reclutamento e formazione dei magistrati e i loro sistemi disciplinari; l’e-voluzione del ruolo della componente femminile nella magistratura;

• la predisposizione di un CD-rom conte-nente tutte le sentenze disciplinari del CSM, dotato di un programma di ricerca per key-words;

• la redazione del Rapporto sullo stato socia-le in Italia;

• l’analisi dello sviluppo dei sistemi di wel-fare e della articolazione delle politiche so-ciali nei paesi entrati a far parte dell’Unio-ne Europea nel 2004;

• l’analisi dei sistemi di welfare locali; • lo sviluppo del Progetto MIUR Lg. 297 Sce-

nario, volto a realizzare uno strumento per condividere il patrimonio informativo delle amministrazioni e supportarne le decisioni per pianificare gli interventi;

10.8.4 Risorse umane, strumentali e finanziarie L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto, è pari a 658 me-si/uomo per il 2005, 691 per il 2006, 726 per il 2007. La tabella 10l riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 10.8.5 Competenze interne utilizzate Gli Istituti CNR coinvolti nel Progetto sono: IRPPS, IRSIG, ISGI e ISSIRFA.


Il Progetto si avvale di una ampia rete di colla-borazioni nazionali ed internazionali: Dipar-timento di Studi Politici presso la Facoltà di Scienze Politiche dell’università di Roma La Sapienza; Dipartimento di Scienze Giuridiche (Torino), Seminario di Studi Latino-Americani (Sassari); Dipartimento di diritto pubblico dell’università di Roma Tor Vergata; Diparti-mento di studi politici dell’università di Firen-ze; Società italiana di diritto internazionale; Dipartimento di Teoria dello Stato dell’università di Roma La Sapienza; Asso-ciazione italiana per gli studi di politica estera; Ministero degli Affari Esteri; università degli Studi di Napoli L’Orientale; Dipartimento di scienze internazionalistiche dell’università degli Studi di Napoli; Dipartimento per la giu-stizia minorile del Ministero della Giustizia (Roma); Centro per la Giustizia Minorile dell’Emilia-Romagna e Marche (Bologna); Uf-ficio di Servizio Sociale per i Minorenni presso il Tribunale per i Minorenni di Bologna; Cen-tro Studi e Ricerche sull’Ordinamento Giudi-ziario dell’università di Bologna; Center for Social Sciences and the Law dell’University of California a Davis; Management Committee del Progetto europeo COST Action 21 “Resto-rative justice developments in Europe”; IRKS Institut fur Rechts und Kriminalsoziologie (Vienna); OGJC Research Group on Juvenile Criminology, Dept. of Criminal Law and Cri-minology, università Cattolica (Leuven); Car-diff Law School; Max Planck Institut for Fo-reign and International Criminal Law (Fri-burgo); OKRI National Institute of Criminology (Budapest), Garda Research Unit, Garda College (Tipperary); Centre de Mediation (Lus-semburgo); Ministry of justice, Dep. of civil af-fairs (Oslo); Institute of Justice (Varsavia); Mini-stero della giustizia catalano (Barcellona); Na-tional Council for Crime and Prevention (Stoc-colma); Institute of Judicial Administration, università di Birmingham; Instituto de Estu-dios sobre la Justicia (Madrid); GRES Grup de Recerca i d’Estudis Sociojuridics, Universitat Autonoma de Barcelona; Centrum voor Beleid and Management, università di Utrecht; Open Society, Central European University (Buda-pest).

274

10.8.7 Tempi previsti Gli obiettivi progettuali hanno cadenza trien-nale (2005/2007). Tra i risultati raggiungibili nel 2005 si possono indicare: la pubblicazione di rapporti periodici, studi e approfondimenti sui temi del federalismo, del regionalismo, del-la multilevel governance in ambito UE, della tu-tela giuridica dell’identità culturale, dell’ambiente, dei beni e delle attività cultura-li, del principio di sussidiarietà e di riforme co-stituzionali; la pubblicazione di studi sul tema della gestione sostenibile delle aree protette

transfrontaliere (TBPA); la pubblicazione di studi sulla Convenzione di Ramsar in materia di disciplina e tutela delle zone umide; l’organizzazione del seminario internazionale sul tema dell’evoluzione del sistema di tutela dell’ambiente antartico e dell’attuazione della normativa antartica in Italia e Argentina; l’organizzazione del seminario internazionale sui sistemi giuridici di gestione delle Aree Pro-tette in Italia ed Ucraina; lo svolgimento degli incontri del Comitato preparatorio del Dotto-rato di ricerca in Studi per la Pace.



2005 6,24 0,98 0,42 6,66 2006 6,10 0,56 0,42 6,52 2007 5,93 0,60 0,42 6,35

275

10.9 P9. Memoria storica, valori, istituzioni


0



Un programma di ricerca dedicato all’identità culturale non può prescindere da un’indagine sui valori culturali e civili degli italiani conside-rati non solo nella loro dimensione di perma-nenza metastorica, indagando le radici religio-se, culturali e politiche dell’Europa, ma anche nella loro dimensione dinamica, alla luce delle trasformazioni del XX e del XXI secolo. L’Italia può contribuire, grazie a questa ri-cerca interdisciplinare, coinvolgente storici dell’età moderna e contemporanea, filosofi, so-ciologi, economisti, giuristi ed altri specialisti, alla cultura della nuova Europa che, dopo es-sersi allargata a venticinque Stati-membri, si è dotata di un nuovo trattato costituzionale. La memoria storica costituisce un elemento gra-zie al quale l’Europa potrà aprirsi al futuro. 10.9.1 I risultati conseguiti, i fatti nuovi emer-

si e i conseguenti aggiornamenti L’obiettivo del Progetto è lo studio: • della mente, delle dinamiche sociali, dei

modelli culturali dominanti e di modelli dell’agente sociale che integrino le compo-nenti cognitive con quelle motivazionali ed emotive;

• del ruolo della cultura giuridica italiana nel-la definizione dell’identità culturale italia-na, nel quadro del processo di integrazione europea;

• dell’universalismo del sistema giuridico romano, dai punti vista spaziale e tem-porale, rispondente alle grandi aspettative di informazione e formazione provenienti dalle aree che costituiscono oggetto della ricerca (occidentale, orientale, mediterra-nea).


Gli obiettivi specifici delle commesse pro-gettuali possono essere così sintetizzati: • la pubblicazione di articoli scientifici in-

ternazionali sui modelli integrati (agente, dinamiche internazionali e di rete);

• la realizzazione di strumenti di indagine (scale di attaccamento e percezione del ri-schio, laboratorio simulativo on line) e di strumenti di intervento (modelli di valuta-zione di servizi socio-sanitari, manualistica e formazione, rete internazionale sulla va-lutazione delle politiche di welfare) e di un sito internet per la consultazione guidata dei lavori e l’impiego enabling degli stru-menti forniti;

• l’organizzazione di nove Seminari inter-nazionali (in Italia, Russia, Tagikistan, Al-geria, Brasile e Paraguay), di tre Corsi di formazione (in Russia e Brasile) e la pub-blicazione di dieci volumi nell’ambito del-la ricerca sul tema dell’universalismo del sistema giuridico romano;

• l’integrazione (attraverso l’analisi di Studi in onore e/o in memoria e di riviste giuridi-che dei Paesi post-socialisti e socialisti) e l’aggiornamento della seconda edizione dell’archivio elettronico FIURIS.


ziarie L’impegno di personale per lo sviluppo delle attività previste dal Progetto, è pari a 128 me-si/uomo per il 2005, 134 per il 2006, 141 per il 2007. La tabella 10m riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007.

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2005 1,59 0,28 0,02 1,61 2006 1,55 0,16 0,02 1,57 2007 1,51 0,17 0,02 1,53

10.9.4 Competenze interne utilizzate Gli Istituti CNR coinvolti nel Progetto sono: ISTC e ITTIG. 10.9.5 Collaborazioni esterne attivate o atti-

vabili Il Progetto si avvale di una ampia rete di colla-borazioni nazionali ed internazionali: universi-tà di Roma La Sapienza; università Cattolica di Milano; Istituto di Scienze Umane di Firenze; università di Roma LUISS; Cóllege de France; Scuola Superiore della Pubblica Amministra-zione; Istituto Italiano per l’Africa e l’Oriente

(Is.I.A.O.); Accademia delle Scienze di Russia; università di Brasilia. 10.9.6 Tempi previsti La realizzazione degli obiettivi progettuali è ca-librata sul triennio 2005/2007.

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Tra i risultati conseguibili nel 2005, si possono indicare: la creazione del sito internet per la consultazione guidata dei lavori e l’impiego enabling degli strumenti, di indagine e di in-tervento, forniti dalla ricerca cognitiva e socia-le; la pubblicazione di sei testi nell’ambito del-la ricerca sul tema dell’univeralismo giuridico romano.

279

11. Dipartimento Patrimonio Culturale

Obiettivi fondamentali del Dipartimento sono: • sviluppare competenze e ricerche per la

conoscenza, conservazione, fruizione e valorizzazione del patrimonio culturale,

• contribuire, in linea con gli indirizzi Comunitari, allo sviluppo di una politica di integrazione socio-economica dello stesso Patrimonio.

La proposta del Dipartimento si sostanzia con quanto finora realizzato dal CNR: in primo luogo, con la creazione dei primi Organi di ri-cerca a carattere interdisciplinare dedicati al settore e, in seguito, anche attraverso l’attività del Comitato di Consulenza “Scienza e Tec-nologia dei Beni Culturali” (1989-1999), del P.F. “Beni Culturali” (1997-2005) e dei Progetti Eurocare–Eureka. Attraverso la sua rete di strutture e competenze scientifiche, il CNR ha avuto la capacità di inse-rirsi in un contesto internazionale, soprattutto comunitario, che negli ultimi venti anni ha sviluppato, in modo sempre crescente, concen-trazione di interessi e di attività sul tema del Patrimonio. L’UE ha finanziato la ricerca scientifica e tec-nologica applicata al Patrimonio Culturale dal 1984 e nel periodo 1986-2002 l’Italia ha coor-dinato 16 progetti ed è stata leader assoluta nella partecipazione ai progetti comunitari. Nel 5° PQ di Ricerca nell’Azione Chiave “La città del futuro” e il patrimonio culturale sono stati finanziati progetti sul Patrimonio per un totale di 40 milioni di Euro. Durante la Presi-denza italiana del Board dei Progetti Eurocare-Eureka sono stati approvati e finanziati pro-getti per circa 9 milioni di Euro. E’ interessante notare che nell’avvio della di-scussione sul 7 °PQ di ricerca (London Declara-tion, 2/09/04) è stato riconosciuto il ruolo fo-cale che la ricerca scientifica e tecnologica del settore ha nel processo di integrazione euro-pea e nell’impatto in varie aree dello sviluppo socio-economico (turismo, costruzioni, am-biente, occupazione, educazione, innovazione tecnologica e identità sociale). Sono, infine, da segnalare, gli accordi sotto-scritti e/o le collaborazioni avviate dal CNR con Stati Uniti, Francia, Germania, Spagna e Cina e con molti Paesi arabi (Tunisia, Libia, Egitto, Siria e Giordania) nonché l’accordo, cui il CNR ha dato il suo fattivo contributo, tra il Mini-stero degli Affari Esteri e la Banca Mondiale

“Cooperazione allo sviluppo” per interventi nel settore. Il CNR è in grado oggi di definire e predisporre metodologie e tecnologie innovative per un’a-zione strategica ai fini della conoscenza inte-grata e diffusa, della conservazione e fruizione sostenibile e della valorizzazione del Patrimo-nio svolgendo, tra l’altro, il ruolo fondamen-tale di “trait d’union” tra domanda e offerta; tale ruolo può essere estrinsecato nei seguenti compiti:

• individuare le domande prioritarie e proporre tematiche di ricerca in ambito nazionale ed europeo;

• promuovere e sviluppare progetti e con-sorzi di ricerca multidisciplinari

• promuovere progetti partecipati tra enti di ricerca, industrie, PMI e “user” di uno spe-cifico campo applicativo

• effettuare trasferimento tecnologico e di know-how verso aziende e pubbliche am-ministrazioni nazionali, nonché a Paesi Terzi, in particolare a quelli dell’area me-diterranea, dell’Oriente e dell’Est europeo

• sperimentare nuovi percorsi formativi coe-renti con i risultati della ricerca e con l’evolversi della domanda nel settore.

La forte interdisciplinarietà che caratterizza questo Dipartimento consente di prevedere numerosi progetti interdipartimentali da svi-luppare in collaborazione con tutti gli altri Dipartimenti: “Terra e Ambiente”: per lo studio dei rapporti tra ambiente (clima, inquinamento, territorio) e Patrimonio; “Agroalimentare”, “Scienze della Vita” e “Me-dicina”: per lo studio e la descrizione delle attività e testimonianze del passato (studi biologici, etnoantropologici, di reperti antro-pici e di scienza dell’alimentazione); “Materiali e Dispositivi” e “Progettazione Mo-lecolare”: per la predisposizione di strumenti, prodotti, metodologie e tecniche di conserva-zione (diagnosi, interventi, manutenzione ordinaria); “Tecnologie dell’Informazione e della Comu-nicazione” e “Sistemi di produzione”: per lo sviluppo di tecnologie nel settore multi-mediale, della modellistica ed elaborazione numerica, di metodi per la fruizione diretta ed a distanza;

280

“Energia e Trasporti”: per lo sviluppo di metodologie e tecnologie per il trasporto in sicurezza di Beni mobili; “Identità Culturale”: per lo sviluppo di attività sui molti temi scientifici di interesse comune, tra questi “L’Italia nell’Unione Europea e le sue radici nella civiltà mediterranea”. Il Dipartimento risulta articolato nei seguenti 7 Progetti: • P1. Il territorio e gli insediamenti in

Europa e nel Mediterraneo; • P2. Il manufatto come testimonianza

storica e materiale del patrimonio culturale;

• P3. Diagnosi, intervento e conservazione del patrimonio culturale;

• P4. Formazione e creazione del bisogno; • P5. Fruizione e valorizzazione del patri-

monio culturale; • P6. Paesaggio culturale. Si ritiene, inoltre, di notevole importanza promuovere nel triennio un ulteriore Progetto sulla Gestione del Patrimonio Culturale (Modelli, metodi e prodotti per la gestione del Patrimonio Culturale), avendo come riferi-mento il nuovo Codice dei beni culturali e del paesaggio. Questo Progetto, che al momento non è stato sufficientemente promosso, sarà

sviluppato in stretta connessione con i Ministeri competenti, gli Enti Locali, le università, gli Enti pubblici e privati e le imprese operanti nel settore. Le commesse attivate potrebbero fornire le risorse per borse di studio e/o di addestramento, dottorati di ricerca, master ecc. indispensabili per creare operatori qualificati del settore. La tabella 11a° riporta l’elenco degli Istituti di prevista afferenza e degli Istituti partecipanti al Dipartimento. Risorse umane del Dipartimento Il Dipartimento, considerando solo il personale CNR a tempo indeterminato, può contare mediamente nel triennio su 206 unità/anno; a questo si deve aggiungere il personale universitario che partecipa alle attività di ricerca, il personale CNR a tempo determinato, i dottorandi ed i borsisti. E’ inoltre previsto un incremento di personale di circa 20 unità/anno. L’impegno (mesi/uomo) del personale CNR a tempo indeterminato nelle attività progettuali è indicato in dettaglio nella parte descrittiva di ciascun Progetto.


Istituti di prevista afferenza Istituti partecipanti 1. IBAM - Ist. per i beni archeologici e monumentali 1. IA - Ist. sperimentale di acustica 2. ICEVO - Ist. di studi sulle civiltà dell’Egeo e del vicino Oriente 2. IAC - Ist. di applicazione del calcolo “Mauro Picone” 3. ICVBC - Ist. per la conservazione e la valorizzazione dei

beni culturali 3. ICIS - Ist. di chimica inorganica e delle superfici

4. ISCIMA - Ist. di studi sulle civiltà italiche e del Mediterraneo antico

4. ICTP – Ist. di chimica e tecnologia dei polimeri

5. ITABC - Ist. per le tecnologie applicate ai beni culturali 5. IDPA – Ist. per la dinamica dei processi ambientali 6. IENI - Ist. per l'energetica e le interfasi 7. IFAC - Ist. di fisica applicata "N. Carrara" 8. IGAG - Ist. di geologia ambientale e geoingegneria 9. IIA - Ist. inquinamento atmosferico 10. IMAA - Ist. di metodologie per l'analisi ambientale 11. IMATI - Ist. di matematica applicata e tecnologie

informatiche 12. ISTM - Ist. di scienze e tecnologie molecolari 13. ITTIG - Ist. di teoria e tecniche dell'informazione

giuridica 14. IVALSA - Ist. per la valorizzazione del legno e delle

specie arboree 15. INFM - Ist. nazionale di fisica della materia 16. INOA - Ist. nazionale di ottica applicata

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Risorse finanziarie del Dipartimento nel triennio 2005-2007 La tabella 11b riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Dipartimento nel triennio 2005-2007. Qualora fossero disponibili risorse aggiuntive, il Dipartimento svilupperà progetti inter-dipartimentali e progetti “trasversali” che utilizzino le competenze acquisite nelle com-messe attualmente previste nei Progetti “verti-cali”.

In accordo con gli enti locali, le Fondazioni bancarie e le Soprintendenze, potranno essere, acquisite strumentazioni portatili con le quali approntare laboratori mobili di pronto intervento e/o per indagini in situ. Potrebbe essere previsto, in accordo con le Soprin-tendenze, un laboratorio mobile per macro-regione, il cui costo può essere ragione-volmente stimato in 700.000 € a parziale o totale carico di Enti locali e/o Fondazioni.



2005 23,06 4,22 1,47 24,53 2006 22,54 3,29 1,47 24,01 2007 21,92 3,53 1,47 23,39

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Progetti del Dipartimento Patrimonio Culturale

11.1 P1. Il territorio e gli insediamenti in Europa e nel Mediterraneo



2

11.1.1 Cenni allo scenario nazionale e internazionale e motivazione presenza del CNR

Il Progetto intende rispondere all’esigenza prioritaria secondo la quale il Patrimonio Culturale mondiale, materiale ed immateriale, è un bene unico, non rinnovabile, che deve essere innanzitutto studiato e conosciuto in tutti i suoi aspetti per essere conservato e goduto. La conoscenza, oltre che fine primario in sé, è anche elemento essenziale alle azioni di tutela, conservazione e valorizzazione. Vale qui citare alcuni articoli del recente “Codice dei beni culturali e del paesaggio” (Ministero per i beni e le attività culturali, D.L. 22/01/04, n.42) secondo i quali: • Art.2. Il patrimonio culturale è costituito

dai beni culturali e dai beni paesaggistici. • Art.3. La tutela consiste nell’esercizio delle

funzioni e nella disciplina delle attività dirette, sulla base di un’adeguata attività conoscitiva, ad individuare i beni costituenti il patrimonio culturale ed a garantirne la protezione e la conservazione per fini di pubblica fruizione.

• Art.6. La valorizzazione consiste nell’esercizio delle funzioni e nella disciplina delle attività dirette a promuovere la conoscenza del patrimonio culturale e ad assicurare le migliori condizioni di utilizzazione e fruizione pubblica del patrimonio stesso. Essa comprende anche la promozione ed il sostegno degli interventi di conservazione del patrimonio culturale.

Il Progetto, mirando all’elaborazione di nuovi modelli integrati di studio a forte connotazione interdisciplinare, coniuga attività e metodologie di ricerca proprie di ambiti disciplinari diversi (archeologia, fisica, informatica, ingegneria, geologia, storia, topografia, etc.) applicati allo studio dei siti,

degli insediamenti e del territorio nella sua accezione più vasta, considerato cioè quale sede fondamentale di tutte le pregresse attività dell’uomo e area dove nel tempo, e attraverso il tempo, si sono sviluppate le fasi culturali e storiche. L’attività del Progetto è finalizzata allo sviluppo della conoscenza integrata delle fonti storiche, degli aspetti paleo-ambientali, paleo-climatici e bio-archeologici nonché al miglioramento delle tecniche di acquisizione, di modeling multidimensionale, di rappresen-tazione e di gestione dei dati relativi a porzioni di territorio, contenitori di siti archeologici e monumentali. Questa tematica, che negli ultimi anni ha trovato un forte impulso in ambiente scientifico (come testimoniato dalle presenta-zioni nelle Conferenze Internazionali di Archaeo-metry e di Archaeological Prospec-tion) necessita di approfondimenti metodolo-gici relativi sia all’acquisizione integrata dei dati sul campo, che alla loro elaborazione e rappresentazione bi- e tri-dimensionale. Le diverse metodologie di prospezione (topogra-fica, geofisica, archeologica) nel caso specifico delle indagini finalizzate all’individuazione delle testimonianze antropiche, devono essere impiegate in forma integrata per ottenere quell’insieme di informazioni capaci di des-crivere in modo complessivo gli spazi ed i volumi oggetto di indagine. Le prospezioni geofisiche rappresentano, in questo quadro, il principale metodo di controllo sul terreno, arricchendo in modo determinante, sia sul piano qualitativo che quantitativo, l’inter-pretazione dei risultati ottenuti dall’elabora-zione delle immagini da remote-sensing. Il quadro di riferimento di queste attività si è di recente arricchito di un soggetto attivo, di cui si era nel tempo sentita fortemente la mancanza. Tale soggetto è rappresentato dalla ISAP – International Society for Archaeological Prospection (fondata nel Settembre 2003

283

durante il Congresso Internazionale di Archaeological Prospection, tenutosi a Cracovia e con sede presso l’università di Bradford, UK). Tale Società scientifica raccoglie tutti i ricercatori attivi nel settore, provenienti da tutte le nazioni e che negli ultimi 10 anni si sono costantemente confrontati, a livello internazionale, maturando l’esigenza fortemente sentita di costituire una Società che possa interagire con tutte le altre comunità scientifiche del settore, con lo scopo di stimolare le applicazioni nel campo delle prospezioni archeologiche e di sviluppare progetti scientifici comuni. Lo sviluppo di processi innovativi di conoscenza dei sistemi insediativi territoriali potrà costituire la base di politiche di valorizzazione del patrimonio archeologico e monumentale a livello centrale e locale (MBAC, Enti locali) in grado di attivare processi di sviluppo compatibile nel territorio nazionale nonché modelli di intervento trasferibili ai Paesi del Mediterraneo. Il Progetto prevede anche lo sviluppo, in parallelo, di supporti informatici adeguati, in particolare nelle fasi di acquisizione e struttu-razione logica delle informazioni. Sistemi esperti e tecniche di data mining integreranno questi aspetti attraverso l’esplorazione di grandi basi di dati, il reperimento delle infor-mazioni e l’evidenziazione delle loro relazioni. Un’analisi informatizzata di tal genere, attenta a livello programmatico anche ai problemi posti dai flussi di dati da trasmettere, consentirà di affrontare con metodi e tecniche innovativi non solo l’aspetto della descrizione dei dati ma anche quello della loro rappresen-tazione e interpretazione, per giungere alla definizione di modelli per lo studio dei sistemi: territorio-paesaggio-insediamenti. 11.1.2 Risultati conseguiti, fatti nuovi emersi

e conseguenti aggiornamenti I gruppi di ricerca del CNR che partecipano al Progetto sono negli Istituti: per i beni archeologici e monumentali (IBAM), di studi sulle civiltà dell’Egeo e del vicino Oriente (ICEVO), di studi sulle civiltà italiche e del Mediterraneo antico (ISCIMA), di storia dell’Europa mediterranea (ISEM), per le tecnologie applicate ai beni culturali (ITABC). Questi gruppi hanno acquisito notevole esperienza e sviluppato ricerche di valenza

internazionale in molti degli ambiti propri del Progetto 11.1.3 Obiettivi programmatici e criteri di

verifica del loro conseguimento Obiettivo programmatico è lo sviluppo di metodologie, sistemi e tecnologie dedicati a: • conoscenza integrata delle fonti storiche; • indagini paleoambientali, paleoclimatiche

e bioarcheologiche; • telerilevamento e sistemi geofisici integrati; • analisi dei sistemi territoriali: definizione e

applicazione di modelli e sistemi innovativi per una ricostruzione del paesaggio storico.

I prodotti/processi che si intende sviluppare sono: • Data Base su Beni archeologici e

monumentali; • Sistemi Informativi Territoriali; • Cartografie archeologiche numeriche; • Ricostruzioni di insediamenti e di sistemi

territoriali dall’antichità al medioevo; • Studi di contesti di archeologia industriale; • Metodi standard di acquisizione, elabora-

zione e rappresentazione ad alta risolu-zione;

• Cartografie tematiche, Atlanti storico-linguistici e prodotti multimediali;

• Progettazione di itinerari turistico-culturali; • Trasferimento delle procedure agli Enti

pubblici competenti. La verifica del conseguimento degli obiettivi programmatici verrà effettuata mediante il controllo, quali e quantitativo, dei prodot-ti/processi previsti. Il controllo verrà eseguito a scadenze legate allo sviluppo temporale del Progetto e comunque almeno 2 volte l’anno, in date antecedenti e prossime alle Conferenze di Dipartimento previste dal Regolamento. 11.1.4 Risorse umane, strumentali e

finanziarie L’impegno del personale CNR a tempo indeterminato, è pari a 647 mesi/uomo; è inoltre previsto un incremento di personale di: 44 mesi/uomo per il 2005, 33 mesi/uomo per il 2006 e 22 mesi/uomo per il 2007. Il gruppo dispone della maggior parte delle apparecchiature di base per gli scavi archeologici, il rilevamento geofisico, il rilievo

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topografico e l’elaborazione di carte tematiche. Dati di telerilevamento e indagini da osservazioni della terra verranno sviluppati utilizzando satelliti, aerei, elicotteri e strumentazioni a terra messi a disposizione da Enti e/o Organismi con i quali è prevista la collaborazione (es. ASI). E’ previsto l’acquisto delle seguenti apparecchiature: • sistemi di rilevamento, fotogrammetria,

georadar, GPS Geoxt Trimble; • stazione per rilievi topografici; • macchina fotogrammetrica digitale. La tabella 11c riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 11.1.5 Competenze interne utilizzate I gruppi di ricerca impegnati nel Progetto dispongono di molte delle competenze necessarie al conseguimento degli obiettivi previsti. Tali competenze sono prevalente-mente nei settori di: storia, archeologia, orientalistica, filologia informatica, linguistica, epigrafia, archeometria, topografia, ingegne-ria, geologia, geografia, geofisica, paleo-ambientalistica. 11.1.6 Collaborazioni esterne attivate o

attivabili Numerose sono le collaborazioni previste, tra queste quelle con: Ministero per i beni e le attività culturali; ASI Agenzia Spaziale Italiana; università di Roma, Modena, Cagliari, Trieste, Firenze, Pavia, Milano, Palermo, Torino, Udine, Basilicata, Calabria, Tuscia, Pisa,

Bologna, Sassari, Lecce, Bari, Napoli, Venezia, Cosenza, Trento; Politecnico di Torino; LUISS “Guido Carli”; Ministero della cultura di Grecia; Scuola archeologica italiana di Atene; università di Glasgow, Berlino, Strasburgo, Parigi, Lione, Smirne, Istanbul, Tubingen, Munster, Heidelberg, Innsbruck, Cornell, Berkeley, Brighton, Oxford, Barcellona, Valenza, Baleari, Malaga, Siviglia, Aix-en-Provence, Malta, Tunisi, Rabat, Marrakech, Bradford, Birmingham, Southhampton; King’s College London; Accademia nazionale delle scienze di Armenia, Erevan; Akademie der Wissenschaften und der Literatur (Mainz); Deutsches Archaologisches Institut, Abteilungen Berlin, Istanbul, Teheran; Musée du Louvre. 11.1.7 Piano temporale Le attività di ricerca del Progetto si svilupperanno in un arco di 36 mesi come si vede in tabella 11d. 11.1.8 Condizioni di fattibilità La fattibilità del Progetto è condizionata da: • finanziamenti adeguati per la manuten-

zione e il potenziamento della strumenta-zione e l’espletamento delle attività sul campo

• incremento adeguato di personale e giovani ricercatori

stabilizzazione delle condizioni socio-politiche di alcune aree (Algeria, Medio Oriente) nelle quali è previsto lo svolgimento di parte dell’attività.



2005 4,85 0,32 0,20 5,05 2006 4,74 0,25 0,20 4,94 2007 4,61 0,27 0,20 4,81

Tabella 11d- scansione temporale delle attività del Progetto Piano temporale 0 6 12 18 24 36 Conoscenza integrata delle fonti storiche xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Indagini ambientali, paleoclimatiche, ecc. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Telerilevamento e sistemi geofisici integrati xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Metodologie per l’analisi dei sistemi territoriali xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

285

11.2 P2. Il manufatto come testimonianza storica e materiale del patrimonio culturale



L’attività del Progetto è finalizzata all’elabo-razione di nuovi modelli integrati di studio, a forte connotazione interdisciplinare, di singoli manufatti visti nella loro duplice realtà “for-male” e “materiale”, inseriti nei contesti terri-toriali che li esprimono ai fini dell’interpretazione storica globale. Il Progetto prevede l’avanzamento e l’affina-mento di metodologie e tecniche nei seguenti settori: • conoscenza delle fonti e studio storico dei

manufatti. l’obiettivo è l’affinamento me-todologico nello studio dei manufatti, im-mobili e mobili, dal punto di vista storico, culturale e artistico in relazione ai contesti di provenienza;

• tecnologie laser e scansione 3D. Il risultato atteso è l’elaborazione e la sperimenta-zione di nuovi protocolli e metodologie di ripresa 3D caratterizzati da velocità e faci-lità di acquisizione, sia a livello di beni immobili (complessi monumentali, singoli monumenti architettonici, rilievi scultorei, pitture parietali etc.) che di oggetti mobili, piccoli e grandi;

• sperimentazione di sistemi innovativi per il rilievo stereoscopico. L’obiettivo è quello dell’elaborazione di sistemi sostitutivi e/o integrativi della fotogrammetria tradizio-nale, basati sia su nuove tecniche HW e SW che riducano al minimo possibile l’ ap-poggio topografico, sia sulle tecniche della visione attiva (visione artificiale) in grado di operare automaticamente in ambienti multiscala, multirisoluzione e multispet-trali;

• tecniche di caratterizzazione materica e datazione.

Gli obiettivi sono i seguenti: • Affinamento delle metodologie e tecniche

di caratterizzazione dei manufatti, e dalla realizzazione di sistemi integrati prototipali di strumentazione portatile che per-

mettano, attraverso la definizione di op-portuni protocolli, la realizzazione di mi-sure speditive in situ;

• Ottimizzazione e integrazione delle meto-dologie e tecniche di datazione assoluta dei manufatti: - Metodologie innovative di cataloga-

zione dei manufatti. L’obiettivo è quello della realizzazione di sistemi, anche esperti, di organizzazione e di gestione di dati eterogenei relativi a manufatti storici, mobili e immobili, ot-tenuti con le metodologie e tecniche sopra descritte, che dovranno permet-tere la “contestualizzazione” dei manu-fatti nel territorio, produrre cono-scenza aggiunta, inglobare appositi moduli di simulazione di eventi e, in definitiva, restituire un quadro chiaro di conoscenza per lo studioso in gene-rale, per l’opera-tore della tutela, e, a differente livello, per il pubblico di non specialisti.

Tutte le ricerche condotte nell’ambito delle tematiche individuate prevedono casi applica-tivi di studio attraverso i quali le metodologie proposte dovranno essere nel concreto appli-cate e validate. Il Progetto prevede anche lo sviluppo, in parallelo, di supporti informatici adeguati, in particolare nelle fasi di acquisizione e struttu-razione logica delle informazioni. Sistemi esperti e tecniche di data mining integreranno questi aspetti attraverso l’esplorazione di grandi basi di dati, il reperimento delle infor-mazioni e l’eviden-ziazione delle loro relazio-ni. Un’analisi informatizzata di tal genere, attenta a livello programmatico anche ai problemi posti dai flussi di dati da trasmettere, consentirà di affrontare con metodi e tecniche innovativi non solo l’aspetto della descrizione dei dati ma anche quello della loro rappre-sentazione e interpretazione, per giungere alla definizione di modelli per lo studio dei sistemi: manufatto-contesto.

286

11.2.2 Risultati conseguiti, fatti nuovi emersi e conseguenti aggiornamenti

I gruppi di ricerca del CNR che partecipano al Progetto sono negli Istituti: per i beni archeologici e monumentali (IBAM), per la conservazione e valorizzazione dei beni culturali (ICVBC), per le tecnologie applicate ai beni culturali (ITABC). Tali gruppi hanno acquisito notevole esperienza nella ricerca interdisciplinare dei Beni culturali considerati nella loro duplice valenza “storico-formale” e “materiale”. 11.2.3 Obiettivi programmatici e criteri di

verifica del loro conseguimento Obiettivi programmatici del Progetto sono: • conoscenza delle fonti e studio storico dei

manufatti: affinamento metodologico nello studio dei manufatti, immobili e mobili, dal punto di vista storico, culturale e arti-stico in relazione ai contesti di prove-nienza;

• sviluppo di tecnologie laser e scansione 3D: elaborazione e sperimentazione di nuovi protocolli e metodologie di ripresa 3D ca-ratterizzati da velocità e facilità di acquisi-zione;

• sperimentazione di sistemi innovativi per il rilievo stereoscopico: elaborazione di si-stemi sostitutivi e/o integrativi della foto-grammetria tradizionale;

• sviluppo di tecniche di caratterizzazione materica e datazione: affinamento delle metodologie e tecniche di caratterizzazione dei manufatti, e della realizzazione di si-stemi integrati prototipali;

• messa a punto di metodologie innovative di catalogazione dei manufatti: realizzazione di sistemi, anche esperti, di organizzazione e di gestione di dati eterogenei relativi a manufatti storici mobili e immobili.

I prodotti/processi che si intende sviluppare sono: • Informatizzazione delle conoscenze stori-

che raccolte attraverso l’approccio tipolo-gico-classificatorio proposto per i manu-fatti storici e i contesti urbani;

• Modelli digitali informatici per la rappresentazione degli edifici storici e delle tecniche costruttive antiche “VISI-BUILD” (Visual Historical Building);

• Percorsi per la valorizzazione dei manufatti e per il coinvolgimento sociale nella fruizione;

• Data Base di monete antiche; • Prototipi di strumentazione analitica

portatile. La verifica del conseguimento degli obiettivi programmatici verrà effettuata mediante il controllo, quali e quantitativo, dei prodotti/ processi previsti. Il controllo verrà eseguito a scadenze legate allo sviluppo temporale del Progetto e comunque almeno 2 volte l’anno, in date antecedenti e prossime alle Conferenze di Dipartimento previste dal Regolamento. 11.2.4 Risorse umane, risorse strumentali e

finanziarie L’impegno del personale CNR a tempo inde-terminato, è pari a 348 mesi/uomo; è inoltre previsto un incremento del personale di: 44 mesi/uomo per il 2005, 33 mesi/uomo per il 2006 e 33 mesi/uomo per il 2007. Il gruppo dispone della maggior parte della strumentazione di base per la caratterizza-zione materica dei materiali costituenti i ma-nufatti, per la rappresentazione grafica di edi-fici, per l’acquisizione e la ricostruzione 3D di dati di rilievo. Apparecchiature di particolare importanza sono: ESEM (Environmental Scanning Electron Microscope), FT-IR (Fourier Transform-Infra Red), PIXE (Particle Induced X ray Emission), Porosimetri. E’ previsto l’acquisto delle seguenti apparec-chiature: • apparecchiature multifunzionali per

indagini soniche e ultrasoniche; • microdiffrattometro a raggi x; • ICP-MS con ablazione laser; • calorimetria differenziale a scansione

(DSC). La tabella 11e riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 11.2.5 Competenze interne utilizzate I gruppi di ricerca impegnati nel Progetto dispongono di molte delle competenze necessarie al conseguimento degli obiettivi previsti. Tali competenze sono prevalente-

287

mente nei settori: archeologia, architettura, informatica, archeometria, fisica, geologia.

11.2.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Sono previste collaborazioni con: Ministero per i beni e le attività culturali; Musei e Soprintendenze Archeologiche italiane ed estere; università di Roma, Catania, Messina, Napoli, Pisa, Sassari, Lecce Department of Coins and Medals; Scuola di Architettura di Atene; Centro di Archeologia Cretese, università Cattolica Leuven Belgio; Enti di ricerca europei e mediterranei; enti locali; Gruppi di ricerca di Paesi Mediterranei; Ist. di preistoria e Protostoria, Heidelberg e Roma, cooptazione di PMI nel settore del rilevamento e della sensoristica, per il miglioramento di tecniche e procedure di analisi, Istituti CNR, INFN/LNS Catania, NRS - ASCS Atene, CSIC Barcellona, Ist. di Arch. Oxford; Museo Naz. di Copenaghen, Lab. di Archeometria Berlino, American Academy of Rome, The British Museum Londra; Laboratori Nazionali del

Sud, Dipartimenti di chimica, matematica, informatica, di beni culturali 11.2.7 Piano temporale Le attività di Ricerca del Progetto si svilupperanno in un arco di 36 mesi come si vede in tabella 11f 11.2.8 Condizioni di fattibilità La fattibilità del Progetto è condizionata da: • buon coordinamento delle attività dato il

forte carattere interdisciplinare delle stesse;

• compatibilità tra l’erogazione dei finanziamenti e le attività sul campo;

• finanziamenti adeguati per la manuten-zione ed il potenziamento della strumenta-zione;

• incremento adeguato di personale e giovani ricercatori.

.



2005 3,06 0,52 0,14 3,20 2006 2,99 0,41 0,14 3,13 2007 2,91 0,43 0,14 3,05

Tabella 11f- scansione temporale delle attività del Progetto

Piano temporale 0 6 12 18 24 36 Conoscenza delle fonti e storia del manufatto xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Tecnologie laser e scansione 3D xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Sistemi innovativi di rilievo stereoscopico xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Tecniche di caratterizzazione materica e datazione xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Metodi innovativi di catalogazione dei manufatti xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

288

11.3 P3. Diagnosi, intervento conservazione del patrimonio culturale



11

11.3.1 Cenni allo scenario nazionale ed

internazionale e motivazione della presenza

La ricerca nel campo della diagnostica, dell’intervento e della conservazione comprende lo sviluppo delle scienze chimiche, fisiche, biologiche ed ambientali finalizzate ai beni artistici e culturali. Le applicazioni di queste discipline sono ormai considerate prioritarie in ambito nazionale ed europeo. Nei più importanti laboratori internazionali si stanno sviluppando, partendo dalle nuove conoscenze acquisite nel settore della scienza dei materiali, attività sperimentali di laboratorio e sul campo, modellistiche e nuove metodologie per la diagnosi dello stato di conservazione e per la qualificazione e quantificazione del degrado che i manufatti artistici, storici, archeologici e architettonici subiscono per gli effetti diretti ed indiretti esercitati dai fattori ambientali. La risposta dei vari materiali, e delle opere stesse alle forzanti ambientali non è ancora nota e la ricerca internazionale si sta indirizzando in questa direzione cercando di stabilire chiare relazioni di causa-effetto. Il manufatto, il monumento, il sito sono costituiti da oggetti materici ed è questa realtà che, primariamente, occorre caratterizzare attraverso l’analisi della composizione, delle tecniche di esecuzione e delle tipologie spazio-temporali dei singoli manufatti. Da qui la necessità anche di una ricerca indirizzata sia ad una miglior conoscenza delle proprietà e prestazioni dei prodotti in uso sia alla progettazione di nuovi sistemi di intervento. Tale approccio non riguarda solo i singoli manufatti, ma si estende anche ai siti archeologici, ai centri storici, al contesto territoriale e ambientale e necessita di un approccio globale (contesti, cause, effetti, progressione dei fenomeni, possibili sinergismi) e della messa a punto di strumenti (sistemi esperti) che facilitino e favoriscano la

valutazione delle informazioni e dei dati acquisiti a mezzo della diagnostica e del monitoraggio consentendo interventi conservativi efficaci e piani efficienti di manutenzione programmata. Sarà essenziale inoltre sviluppare metodologie di misura sui manufatti che consentano una valutazione in progress e strumentazione ad hoc, portatile o trasportabile in situ. Tale strumentazione è solo in parte esistente, e comunque da ottimizzare, in prevalenza è da progettare ex novo insieme a protocolli di misura da collaudare affinché le metodologie risultino riproducibili e confrontabili.

11.3.2 Risultati già conseguiti, fatti nuovi emersi e conseguenti aggiornamenti

I gruppi di ricerca del CNR che partecipano al progetto sono costituiti non solo negli Istituti fortemente specializzati in queste attività come gli Istituti afferenti al Dipartimento ma, in grande numero, sono presenti competenze e attività all’interno dell’Ente. Tali gruppi hanno acquisito notevole esperienza nelle attività della diagnostica, dell’intervento e del motoraggio: sono stati sviluppati studi sulla descrizione molecolare dei diversi materiali e sui meccanismi fisici, chimici e biologici che intervengono nell’interazione ambiente-patrimonio culturale, sia in ambienti interni che in ambienti esterni; sono state messe a punto metodologie innovative mirate alla descrizione della complessità materica dei costituenti i vari tipi di Bene, alla diagnosi del degrado del Patrimonio ed alla definizione di strategie di mitigazione dei fenomeni di alterazione. In molti casi sono stati individuati inoltre anche i parametri per la valutazione dell’efficacia dell’intervento ed è stato possibile standardizzare le relative metodologie di controllo.

289


Obiettivi programmatici del Progetto sono: messa a punto di metodi diagnostici innovativi prevalentemente portatili e di tipo “microinvasivo” e “non-invasivo” in grado di fornire informazioni qualitative e quantitative direttamente in situ; validazione di metodi diagnostici innovativi non distruttivi; protocolli di integrazione delle metodologie diagnostiche; sviluppo e ottimizzazione di metodi e materiali per gli interventi conservativi su materiali lapidei, pittorici, lignei e metallici; sviluppo di metodi di controllo dell’interazione dei trattamenti conservativi con gli inquinanti atmosferici; sviluppo e messa a punto di strumentazione e protocolli per la caratterizzazione della progressione del degrado e la valutazione delle prestazioni degli interventi conservativi; monitoraggio dei parametri ambientali al fine di pianificare provvedimenti di conservazione preventiva: sviluppo di strumentazione portatile meno invasiva, di costi contenuti, dotata di sistemi di tele-trasmissione, per la rilevazione dei parametri sopra-citati e l’elaborazione di protocolli operativi definizione dei livelli di soglia per la protezione dei beni culturali e lo sviluppo di strumentazione sensoristica per il loro rilievo. attività di pre-normativa al fine di rendere disponibile e fruibile per gli operatori del settore della conservazione l’esperienza acquisita nelle nuove metodologie. I prodotti/processi che si intende sviluppare sono: Protocollo di integrazione di tecniche spettroscopiche non invasive; Data base di variabili climatiche e microclimatiche del patrimonio culturale Sistemi di gestione remota dei dati climatici e microclimatici; Procedure di integrazione tra metodiche diagnostiche diverse: “materiale-struttura” (degrado-dissesto); Nuovi compositi per consolidamento e/o protezione di materiali lapidei, lignei e pittorici; Nuovi metodi di pulitura (chimica e a laser) di superfici lapidee, policrome e bronzee; Procedure standard di acquisizione e restituzione dati 3D;

Banche dati, pubblicazioni e monografie; Linee guida per attività di conservazione programmata. La verifica del conseguimento degli obiettivi programmatici verrà effettuata mediante il controllo, quali e quantitativo, dei prodotti/processi previsti. Il controllo verrà eseguito a scadenze legate allo sviluppo temporale del progetto e comunque almeno 2 volte l’anno, in date antecedenti e prossime alle Conferenze di Dipartimento previste dal Regolamento. 11.3.4 Risorse umane, risorse strumentali e

finanziarie Il gruppo dispone di una consistente e qualificata rete di strumentazione per la diagnostica non-distruttiva, micro-invasiva e distruttiva. In particolare: Sprettoscopi in UV, Visibile e IR; NMR (Nuclear Magnetic Resonance) da laboratorio e portatile; SEM (Scanning Electron Microscope); AAN (Neutron Activation Analysis); XRD (X Ray Diffraction); Spettrometri di massa; Gascromatografi. Di particolare importanza sono: camere climatiche per l’esecuzione di cicli di invecchiamento artificiale; strumentazioni Laser per la pulitura di superfici; TG-DTA (Differential Thermal Analysis); ESR (Electronic Spin Resonance); strumentazione di base per analisi in situ e in laboratorio per la determinazione dello stato di conservazione di varie tipologie di manufatti; per l’acquisizione e l’elaborazione di grandi serie di dati e per le ricostruzioni 3D; per le misure di inquinamento atmosferico. In particolare: XPS (X ray Photoemission Spectroscopy); Auger Spectroscopy; EELS (Electron Energy Loss Spectroscopy). 11.3.5 Competenze interne utilizzate I gruppi di ricerca impegnati nel progetto dispongono di molte delle competenze necessarie al conseguimento degli obiettivi previsti. Tali competenze sono prevalentemente nei settori di: archeologia, architettura, informatica, archeometria, fisica, geologia.

290

11.3.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili

Numerose sono le collaborazioni attivate, tra queste quelle con: Soprintendenza. Patrimonio storico, artistico e demoetnoantropologico delle province di BO, FE, FC e RN, Soprint. Beni Arch. del Lazio, della Sardegna, di Salerno ed Avellino, di Napoli della Basilicata, Diocesi Lucera-Troia; Labor, Centre de Recherches sur la Conservation des Documents Graphiques CNRS Parigi; Ist. Centrale Restauro e Ist. Beni Artistici Culturali Naturali della Regione Emilia Romagna; Università di Roma, Milano, Bari, Siena, Modena, Bologna, Ferrara, Marche, Basilicata, Sassari (Progetto FIRB), Cagliari, Urbino, Padova, Pavia, Napoli, Venezia; Enti locali, Musei italiani ed esteri; Istituti CNR; Stazione Sperimentale del Vetro di Murano; Enti Pubblici e Privati; Università del Belgio, Germania, Francia, Gran Bretagna, Scozia, Svezia, Polonia, Repubblica Ceca, Spagna, Norvegia; Centro di ricerca “Demokritos” Grecia; Istituto Nazionale di Tunisi per le ricerche nel Nord Africa.

Soprintendenze per i Beni Archeologici della Toscana delle Marche, di Venezia, BAAAS di Pisa; Opificio Pietre Dure di Firenze; Opera Metropolitana di Siena, Opera Santa Maria del Fiore di Firenze; Università di Siena, Ferrara, Roma, Genova, Napoli, Molise, Perugia, Ferrara, Firenze, Pisa, Palermo; Università europee Aachen (D), Vienna; Ist. centrale per la Patologia del Libro; Museo naz. Arte orientale di Roma; Industrie: Fonderia Artistica “Venturi Arte” Bruker Biospin Milano, Bruker Biospin Karlsruhe; INFM-Bari con gruppo EL.EN S.p.A.; Soprintendenza dei Beni Architettonici e il Paesaggio della Puglia, della Liguria, della Valle d’Aosta ; Università di Campobasso, Genova, Bologna; Basilicata, Roma, Pavia, Politecnico di Milano, Trieste, Firenze, Palermo, Messina, Torino, Ferrara, Udine, Napoli, Basilicata; Enti locali (Comune di Genova, Roma, Regione Liguria); NERC ARSF University of Leicester; CNR IIA LARA; INFM UdR Napoli; Ohio (Prog. Cirene); Università del Texas, Georgia, Atene, Belfast, Oxford, Dublino, Ankara, Tubingen, Bonn.



2005 9,27 1,87 0,76 10,03 2006 9,06 1,46 0,76 9,82 2007 8,81 1,56 0,76 9,57

Tabella 11h- scansione temporale delle attività del Progetto

Piano temporale 0 6 12 18 24 36 Conoscenza materica del manufatto o monumento

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

Qualificazione e quantificazione del degrado xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Messa a punto di metodi di intervento innovativi xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Validazione dei metodi diagnostici non distruttivi xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Protocolli diagnostici e di intervento xxxxxxxxxxxxxxxx Attività di pre-normativa xxxxxxxx

291

P4. Formazione e creazione del bisogno di patrimonio culturale



3


internazionale e motivazione presenza del CNR

La gestione della ricerca sul Patrimonio culturale esige una strutturazione dei progetti, complessa, elastica e sensibile in ogni sua articolazione ai peculiari meccanismi cognitivi capaci di innescarla e all’intreccio dinamico e scambievole tra momento creativo (invenzione della domanda), esecutivo (individuazione del metodo), applicativo - comunicativo (condi-visione e diffusione della risposta) che la caratterizzano Né si deve dimenticare che, proprio in forza del suo connotato “culturale”, qualsiasi indagine, intervento o riproposizione di tale patrimonio alla collettività è calato nel tempo e nelle culture e si sottrae, quindi, a codificazioni tematico-metodologiche rigide ed onnivalenti. Infine, la ricerca dei grandi flussi di finanziamento legati a temi largamente accreditati a livello internazionale, deve potersi conciliare con il fondamentale connotato “formativo” di una ricerca vera-mente innovativa che consiste nel dare risposte di qualità a nuove domande. Tra i vari media per la trasmissione della conoscenza, le rappresentazioni digitali virtuali (sia di manufatti che del territorio) giocano oggi un ruolo importante ed inno-vativo sia dal punto di vista della tecnologia che degli aspetti cognitivi. Lo studio e lo sviluppo di tecnologie informatiche innovative per una moderna fruizione del Patrimonio culturale è un tema di ricerca di notevole impatto, in quanto può portare a importanti ricadute sia tecnologiche che di miglioramento delle conoscenze, della fruizione remota ed infine di sviluppo del turismo culturale. Le attività di ricerca sviluppate sia in ambito EU (linea IST, a partire dal IV Programma Quadro) che internazionale (tra gli altri, programmi di ricerca dei governi USA e Giapponese) testimoniano l’interesse internazionale a tali temi.

Il sistema paese italiano può annoverare in tale campo alcune specificità importanti: accanto ad una quota di beni culturali non seconda ad alcun altro paese, disponiamo di istituzioni per la conservazione e il restauro di sicura visibilità internazionale e di strutture di ricerca sulle nuove tecnologie anch’esse concorrenziali con i maggiori poli di inno-vazione. Una maggiore sinergia e integrazione tra questi tre poli di conoscenze (conoscenza sul cosa vada fatto, sul come farlo ed infine sul come valutare i risultati) è una peculiarità che può essere messa in campo da pochissimi sistemi paese, tra cui il nostro. La ricaduta di tali attività può essere quindi importante non solo ai fini dell’accrescimento delle cono-scenze, ma anche a fini di possibili creazioni d’impresa (sia manifatturiera che di servizi). 11.4.2 Risultati conseguiti, fatti nuovi emersi

e conseguenti aggiornamenti La recente evoluzione delle tecnologie nel campo della IT (computer graphics, image processing, multimedia, digital libraries, GIS, computer-human interface, etc) permette la creazione e la fruizione di rappresentazioni digitali virtuali ed altamente fedeli di oggetti reali (includendo sia le caratteristiche di forma/colore che il corpus informativo multimediale associato). Utilizzando piatta-forme hardware convenzionali è ormai possibile visualizzare ed esplorare interattivamente oggetti o mondi virtuali, fornendo all'utente una percezione tridimensionale fedele e completa. Numerose attività di ricerca e sviluppo vedono coinvolti istituti di ricerca CNR e istituzioni del settore dei Beni culturali. Sono state sviluppate numerose proposte di strumenti per la ge-stione innovativa e la fruizione del patrimonio culturale, principalmente nel contesto dei programmi di ricerca Europea (ad esempio, progetti EU IST “VIHAP”, NoE “EPOCH”), e del Progetto Finalizzato BBCC del CNR.

292

Un fattore di debolezza di quanto fatto ad oggi e’ forse una mancanza di coordinamento e di integrazione delle molte attività sviluppate. I gruppi di ricerca CNR che partecipano al Progetto sono negli Istituti: per i beni archeologici e monumentali (IBAM), di metodologie chimiche (IMC), per la sintesi organica e la fotoreattività (ISOF), di studi sulle società del Mediterraneo (ISSM), per le scienze e le tecnologie cognitive (ISTC), di scienze e tecnologie dell’informazione (ISTI), per le tecnologie applicate ai beni culturali (ITABC). 11.4.3 Obiettivi programmatici e criteri di

verifica del loro conseguimento Obiettivi programmatici del Progetto sono: • analisi dei bisogni dei fruitori, ovvero delle

modalità e delle potenzialità di apprendimento e di fruizione in relazione a fasce d’età e livello culturale, a portatori di disabilità (deficit sensoriali, visivi e auditivi) ed a fruitori provenienti da altri contesti culturali (ad es. extra comunitari che lavorano in Italia) allo scopo di migliorarne la integrazione culturale;

• sviluppo di strumenti e metodi per l’efficiente gestione digitale dell’infor-mazione (riguardante sia le caratteristiche di forma e colore che il corpus informativo multimediale), sia in ambiente desktop che di rete;

• sviluppo di materiale per edutainment (education-entertainment) adatto sia alla fruizione singola che collettiva;

• trasferimento al largo pubblico del valore delle iniziative di fruizione intraprese, e diffusione dei risultati specifici delle ricerche.

• I prodotti/processi che si intende sviluppare sono:

• modelli di conoscenza nel VR (virtual reality);

• metodi integrati per la realizzazione di modelli tridimensionali a diversa scala;

• programmi open source per la VR e la pubblicazione multimediale di dati spaziali 3D;

• progetti di sistemi di VR desktop; • portali internet. La verifica del conseguimento degli obiettivi programmatici verrà effettuata mediante il controllo, qualitativo e quantitativo, dei pro-dotti/processi previsti. Il controllo verrà ese-

guito a scadenze legate allo sviluppo temporale del Progetto e comunque almeno 2 volte l’anno, in date antecedenti e prossime alle Conferenze di Dipartimento previste dal Re-golamento. 11.4.4 Risorse umane, risorse strumentali e fi-

nanziarie L’impegno del personale CNR a tempo inde-terminato, è pari a 155 mesi/uomo; è inoltre previsto un incremento di personale di: 22 mesi/uomo per il 2006 e 33 mesi/uomo per il 2007. Il gruppo dispone della maggior parte dei dispositivi informatici necessari allo sviluppo delle attività previste: ricostruzioni in Realtà Virtuale, prodotti multimediali, Portali. E’ prevista l’acquisizione delle seguenti principali apparecchiature (utilizzabili anche per lo sviluppo del Progetto n.7 “Tecniche di supporto e modalità innovative per la fruizione e valorizzazione del Patrimonio culturale”): • sistemi per la digitalizzazione automatica; • scanner laser a triangolazione; • scanner ToF (Time of Flight); • 3D printer. La tabella 11g riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 11.4.5 Competenze interne utilizzate I gruppi di ricerca impegnati nel Progetto dispongono di molte delle competenze necessarie al conseguimento degli obiettivi previsti. Tali competenze sono prevalente-mente nei settori di: informatica, archeologia, architettura, lettere. 11.4.6 Collaborazioni esterne attivate o attivabili Tra le collaborazioni previste si citano quelle con: Ministero Beni ed Attività Culturali; Soprin-tendenza Archeologica del Comune di Roma; Dip. Urb. del Comune di Napoli, EGP Regione Campania; Scuola S. Anna di Pisa; università di Pisa, Padova, Roma, Firenze, Lucca, Urbino, Napoli; Istituto Luigi Sturzo di Roma, IMES, “l’Orientale” di Napoli; università di Berkeley (Progetto Tambo Colorado, Perù),

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Los Angeles, UCLA (progetti di mobilità e collab. Bilaterale Italia-USA), della Virginia, Cotsen Institute of Archaeology, UNESCO, World Heritage List, Dip. di Remote Sensing Archaeology, Plan Bleu di Nizza; Fraunhofer Institute for Media Communication Germany, Korea Inst. of Science and Technology Korea, New Media GMBH Germany; ARCUS S.p.A.. 11.4.7 Piano temporale Le attività di Ricerca del Progetto si svilupperanno in un arco di 36 mesi come si vede in tabella 11h

11.4.8 Condizioni di fattibilità La fattibilità del Progetto è condizionata da: • finanziamenti adeguati per la

manutenzione e il potenziamento della strumentazione;

• reclutamento di personale con contratti a termine;

• stabilizzazione del personale esperto precario.



2005 1,39 0,29 0,12 1,51 2006 1,36 0,23 0,12 1,48 2007 1,32 0,24 0,12 1,44

Tabella 11h- scansione temporale delle attività del Progetto

Piano temporale 0 6 12 18 24 36 Analisi dei bisogni dei fruitori xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Metodi per la gestione dell’informazione xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Sviluppo di materiale per edutainment xxxxxxxxxxxxxxxx Trasferimento a largo e diffusione dei risultati xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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11.5 P5. Fruizione e valorizzazione del patrimonio culturale



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internazionale e motivazione presenza del CNR

Il Progetto intende sviluppare tecnologie innovative per la fruizione a distanza e la valorizzazione del Patrimonio, realizzare casi “pilota” di “musealizzazione virtuale” e contribuire alla definizione di metodi di fruizione “sostenibile”. E’ indubbio che l’incremento, in quantità e qualità, delle modalità di fruizione del patrimonio culturale può essere reso possibile da un’ingegnerizzazione delle discipline museologiche e museografiche, che coinvolga appieno sia le nuove tecnologie informatiche e delle telecomunicazioni (ICT) che le scienze della comunicazione. Tale ingegnerizzazione può ottimizzare e sistematizzare il processo culturale, contribuendo ad una nuova tipologia di offerta formativa (scuole, università e formazione permanente), innescando una nuova e più efficace politica di gestione economica del Patrimonio, con ricadute economiche per il paese (creazioni di nuove imprese nel settore delle ICT per i Beni culturali, impatto sul mercato dell’editoria multimediale e della comunicazione, migliore sfruttamento delle potenzialità turistiche) e per la stessa gestione del Patrimonio (incremento di risorse per le attività di tutela e conservazione). Tuttavia, sebbene “fruire” e “valorizzare” siano da considerarsi come azioni in stretta sinergia nasce la necessità di una distinzione tra la così detta “fruizione a distanza” e la fruizione diretta intesa in senso convenzionale. In quest’ultimo caso, infatti, diventa di primaria importanza programmare una fruizione “sostenibile”, soprattutto in termini di conservazione, che preveda strumenti di controllo e riduzione degli inevitabili danni antropici derivanti dall’interazione diretta tra fruitori ed opere.

E’ da notare, infatti, che la valorizzazione di un’opera prevede anche, e nella maggioranza dei casi, un aumento della fruizione diretta della stessa e ciò, a sua volta induce un aumento del rischio di danno antropico. Sebbene queste considerazioni siano ormai diffusamente recepite, anche a livello internazionale, non vi è stato a tutt’oggi un particolare sviluppo di studi sistematici volti alla soluzione del problema. A fronte di interventi episodici realizzati per lo più su singoli manufatti, ambienti museali, e complessi archeologici di grande valenza storico-artistica (ambiente controllato, flusso di visitatori regolato, uso di ripari, teche, vetrine opportunamente progettati, scelta di adeguata illuminazione) non sono stati parallelamente sviluppati studi sistematici di fruizione soste-nibile volti alla messa a punto di strumen-tazioni ad hoc per la valutazione del possibile danno antropico, di soluzioni tecnologiche per la riduzione (e/o l’eliminazione) di questo e di procedure standard applicabili alle diverse tipologie di Beni fruibili (es. in ambiente confinato o in ambiente semi-confinato; musei e chiese; siti archeologici; centri storici; etc.). 11.5.2 Risultati conseguiti, fatti nuovi emersi

e conseguenti aggiornamenti I gruppi di ricerca CNR che partecipano al Progetto sono negli Istituti: per la conservazione e la valorizzazione dei beni culturali (ICVBC), di studi sulle civiltà italiche e del Mediterraneo antico (ISCIMA), di scienze e tecnologie dell’informazione (ISTI). Tali gruppi sono già attivi nel settore di attività del Progetto. In particolare, è stata acquisita una notevole esperienza nel campo della fruizione “sostenibile” con applicazioni su importanti manufatti, siti archeologici, ambienti ipogei, musei, etc.; tra le quali si citano il Museo degli Uffizi a Firenze e la Basilica superiore di Assisi.

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Obiettivi programmatici del Progetto sono: • indicizzazione semi automatica di oggetti

multimediali e gestione di immagini e modelli tridimensionali;

• strumenti per la progettazione e realizzazione di applicazioni in realtà virtuale;

• dispositivi per la fruizione personalizzata del bene culturale e sistemi innovativi di ausilio alla visita;

• sviluppo di sistemi per la progettazione museale a distanza;

• strumenti per la creazione e gestione di archivi multimediali (documenti, immagini, filmati, ecc.);

• messa a punto di metodologie di fruizione “sostenibile” per categorie diverse di Beni (in ambiente confinato, in ambiente semi-confinato, siti archeologici, centri storici);

• applicazioni sperimentali delle Raccomandazioni del Ministero BAC per la qualità dell’aria.

I prodotti/processi che si intende sviluppare sono: • creazione del museo virtuale di Baghdad; • strumentazione di visualizzazione interat-

tiva 3D; • metadata; • strumenti di protezione per la pubbli-

cazione di dati 3D e la visualizzazione in rete;

• tecniche di valutazione del rischio antropico nella fruizione;

• tecniche di mitigazione e controllo del rischio antropico.

La verifica del conseguimento degli obiettivi programmatici verrà effettuata mediante il controllo, qualitativo e quantitativo, dei prodotti/processi previsti. Il controllo verrà eseguito a scadenze legate allo sviluppo temporale del Progetto e comunque almeno 2 volte l’anno, in date antecedenti e prossime alle Conferenze di Dipartimento previste dal Regolamento. 11.5.4 Risorse umane, risorse strumentali e

finanziarie L’impegno del personale CNR a tempo indeterminato, è pari a 148 mesi/uomo; è inoltre previsto un incremento del personale

di: 22 mesi/uomo per il 2005, 11 mesi/uomo per il 2006 e 33 mesi/uomo per il 2007. Il gruppo dispone di apparecchiature e software particolarmente sofisticati per l’elabo-razione di immagini e la modellazione 3D. E’ prevista l’acquisizione delle seguenti principali apparecchiature (utilizzabili anche per lo sviluppo del Progetto n.6 “Analisi del bisogno culturale e diffusione delle cono-scenze”): • sistemi per la digitalizzazione automatica; • scanner laser a triangolazione e scanner

ToF (Time of Flight); • 3D printer. La tabella 11i riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007. 11.5.5 Competenze interne utilizzate I gruppi di ricerca impegnati nel Progetto dispongono di molte delle competenze necessarie al conseguimento degli obiettivi previsti. Tali competenze sono in prevalenza nei settori di: informatica, fisica, archeologia, architettura, storia dell’arte. 11.5.6 Collaborazioni esterne attivate o

attivabili Tra le collaborazioni previste si citano quelle con: università di Roma; IIA-LARA (CNR), Fondazioni Bancarie; TV; UNESCO; Musei; università straniere: California, Berkeley, Los Angeles, Innsbruck, Stanford University, Max Plance, Institute for Informatik, Leila Geosystems Univ. Politecn. di Catalunia, Technical Univ. Braunschweig; Ist. Italo.Iracheno per il restauro; Iraq Museum; State Board of Antiquities and Heritages of Iraq; Cornell University; Soprintendenza Toscana; Opificio delle Pietre Dure, Polo Museale Fiorentino; SBAAAS per Pisa, Livorno, Lucca, Massa Carrara, Opera del Duomo Pisa, DIAPREM Fac. Arch. di Ferrara. 11.5.7 Piano temporale Le attività di Ricerca del Progetto si svilupperanno in un arco di 36 mesi come si vede in tabella 11l.

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11.5.8 . Condizioni di fattibilità La fattibilità del Progetto è condizionata da: • finanziamenti adeguati per la manu-

tenzione e il potenziamento della strumentazione e l’espletamento delle attività sul campo

• incremento adeguato di personale e gio-vani ricercatori

• stabilizzazione delle condizioni socio-politiche in Iraq.



2005 2,27 0,80 0,10 2,37 2006 2,22 0,62 0,10 2,32 2007 2,16 0,67 0,10 2,26

Tabella 11l- scansione temporale delle attività del Progetto

Piano temporale 0 6 12 18 24 36 Indicizzazione e gestione di oggetti multimediali xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Strumenti per la realtà virtuale xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Dispositivi fruizione personalizzata e ausilio alla visita xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Progettazione museale xxxxxxxxxxxxxx Archivi multimediali xxxxxxxxxxxxxx

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11.6 P6. Paesaggio culturale



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internazionale e motivazione della presenza

Il contesto scientifico e culturale di questi studi ha il fine di creare, attraverso molteplici strumenti, una rete di valori culturali e sociali attraverso un legame tra il territorio, i suoi beni monumentali e le sue caratteristiche ambientali. Il Paesaggio italiano, unico al mondo, presenta una lunghissima storia di adattamenti e di armonie che si sono susseguite nel corso del tempo e che anche i recenti sviluppi industriali non sono riusciti a stravolgere. Assistiamo oggi ad un recupero complessivo di aree territoriali che riconquistano faticosamente antichi volti e antiche tradizioni grazie anche ad una più attenta rivisitazione di questi temi e sensibilità anche da parte delle Regioni e degli Enti locali. Più che un progetto dedicato a singoli monumenti o a interventi con obiettivi mirati si tratterà di tracciare all’interno del territorio delle vie o dei percorsi che riescano a valorizzare e a mostrarne i tratti distintivi. Tale progetto verrà elaborato in stretta collaborazione con le Regioni e gli Enti locali che potranno così partecipare da protagonisti al processo di pianificazione, valorizzazione, studio e conservazione per poter ottenere come prodotto finale un insieme di conoscenze fruibili dai cittadini e dai circuiti turistici. Il progettosi avvarrà di contributi di studiosi esterni armonizzando le diverse discipline coinvolte su temi comuni cercando di attrarre energie internazionali sull’argomento.


In un ottica di armonizzazione di questi criteri che coinvolgono molteplici ambiti disciplinari si è concentrata l’attenzione in via provvisoria

su tre obiettivi che sono stati preliminarmente così elaborati: a) La Via Appia: Regina Viarum un percorso dello spazio e della memoria. La commessa si propone di ripercorrere l’intero percorso della Via Appia vista come luogo unico di riferimento per la ricostruzione delle radici e del patrimonio culturale del nostro Paese. L’antico tracciato infatti può essere ricostruito attraverso l’analisi e la descrizione dei seguenti punti fondamentali: Roma - Rappresenta forse il maggiore giacimento culturale archeologico della città con l’articolazione di questo percorso in itinerari storici, archeologici e di riferimenti al mondo romano fino al periodo tardo imperiale e cristiano con la presenza dei luoghi delle catacombe. Lazio - Il percorso della via Appia, rettilineo fino alla città di Terracina, permette di rivalutare una zona della regione che presenta notevoli punti di riferimento al tema della tradizione storico religiosa. Basti ricordare l’abbazia di Fossanova e i porti di Sperlonga e Gaeta con un riferimento puntuale alla difesa costiera delle torri contro i Saraceni Questo percorso interessa anche la Storia contemporanea legandosi ai grandi progetti di trasformazione del territorio come le bonifiche che hanno spostato l’asse viario dell’antico tracciato e che quindi ne ha favorito la conservazione. Campania - Percorso della Via Appia verso Capua e i Campi Flegrei Una delle zone più ricche di giacimenti archeologici e di tradizione storica della Campania viene toccata dal percorso che diviene quindi un punto di approdo per il confronto tra questa parte della regione concentrata sul patrimonio storico culturale della costa fino alle parti montane del Sannio e dell’Irpinia.

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Basilicata/Puglia - La via Appia percorre l’itinerario fino a Taranto toccando anche punti di grande interesse archeologico e storico della zona della Basilicata meridionale fino a Brindisi punto di approdo della Via Appia con riferimento anche alle grandi vie del culto religioso come il Santuario di San Michele Arcangelo b) L’equilibrio tra città e contado come canone del paesaggio italiano. La commessa si ripropone una valorizzazione dell’intimo rapporto tra la costruzione delle città e il loro rapporto con il territorio e il paesaggio circostante. Di fronte allo sviluppo delle metropoli e dei problemi di difficile rapporto tra la città e il suo territorio, la commessa intende sviluppare ed illustrare gli equilibri che la tradizione urbanistica italiana ha mostrato nella costruzione storica dei propri centri urbani. Gli affreschi dei Lorenzetti nel palazzo civico di Siena sono naturalmente un occasione per elaborare un paradigma utile a ripercorrere quel tessuto di città e di campagna che trasforma un territorio in un ambiente esso stesso storico e riesca a costruire non il contado come cornice di un quadro rappresentato dal centro urbano bensì come una simbiosi e uno scambio continuo di sensi e di significati tra l’uno e l’altra componente del paesaggio. Il tessuto comunale prima e lo sviluppo della urbanistica rinascimentale sono il punto di partenza per ricostruire un rapporto tra cittadino, inteso come individuo o famiglia nel suo ambiente sociale e la sua faticosa ricostruzione di armonie e di equilibri tra contesto urbano e paesaggio. La Commessa si articola nei seguenti obiettivi: • il comune italiano: evoluzione

storico/architettonico/lessicale del luogo denominato comune, sua evoluzione e suo collegamento progressivo con il territorio circostante e con gli altri centri urbani limitrofi e lontani;

• il tessuto comunale in Toscana, Marche, Umbria; il tessuto comunale in Lombardia e Veneto; collegamenti e vie di transito negli scambi economici, sociali e culturali;

• l’evoluzione storica del rapporto città campagna: I luoghi della formazione del paesaggio.

c) Terra e acqua: l’evoluzione e la rappresentazione materiale e immateriale del rapporto tra le vie d’acqua e il territorio italiano

La commessa intende mostrare l’intima relazione nel paesaggio italiano tra l’elemento idrico intesa come elemento non solo di trasporto o di approvvigionamento ma di trasformazione dello stesso paesaggio in un contesto completamente nuovo di equilibrio tra risorse naturali e costruzioni urbane. Il fiume, il lago, i bacini naturali o artificiali e le stesse canalizzazioni idriche di approvvigionamento urbano rappresentano dei percorsi sui quali poter far transitare idee, merci e uomini in un rapporto continuo con il paesaggio e con il patrimonio che su questo paesaggio insiste. Elementi caratterizzanti di questa commessa sono: • l’acqua come elemento di costruzione

dell’equilibrio urbano. Da sempre l’intero percorso delle città italiane è stato elaborato attraverso vie d’acqua. L’obiettivo non sarà tanto insistere sul rapporto grandi città fiumi, quanto ritrovare elementi nuovi e di raccordo in percorsi fluviali ed urbani poco conosciuti o da valorizzare e studiare come i canali del Brenta, il Mincio e le vie fluviali Lombarde, i laghi della Lombardia e del Veneto;

• le vie d’acqua e il loro rapporto col territorio. Obiettivo di questa parte della commessa è rintracciare alcuni percorsi fluviali emblematici con la costruzione in essi di percorsi storico paesaggistici peculiari del territorio italiano come le Alpi e le valli dell’Italia nord orientale;

• architettura d’acqua: ville, fontane e giardini nel paesaggio nazionale. Obiettivo di questa parte della commessa è lo studio e la valorizzazione dell’elemento acqua in relazioni a grandi complessi monumentali e a ricostruzioni di questo contesto in un ottica di valorizzazione e fruibilità di questi beni. Esempi in questo senso sono Villa d’Este a Tivoli, il Vittoriale sul Lago di Garda, le ville Palladiane sul Brenta, la reggia di Caserta, Palazzo Farnese a Caprarola.

11.6.3 Competenze interne utilizzate Il progetto intende avvalersi di competenze interne ai gruppi di ricerca del CNR a carattere multidisciplinare e coinvolgere in modo puntuale Istituzioni, Centri di Ricerca e

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Univesità che possano attraverso la loro attività costituire un patrimonio comune da lasciare poi alla gestione e alla cura delle Istituzioni e degli Enti Locali.

11.6.4 Risorse umane, risorse strumentali e finanziarie

La tabella 11m riporta le risorse finanziarie a disposizione per il Progetto nel triennio 2005-2007.



2005 2,22 0,42 0,15 2,37 2006 2,17 0,33 0,15 2,32 2007 2,11 0,35 0,15 2,26