• Metodologie, algoritmi ed applicazioni per Grid di collaborazione. Questo modulo è mirato all'utilizzo evoluto di architetture Grid, Peer to Peer e parallele per la progettazione di soluzioni innovative per lo sviluppo di metodologie e di algoritmi rivolti al potenziamento degli strumenti per la collaborazione scientifica (e-science) e per l'apprendimento (e-learning).
• Codifica, elaborazione e restituzione della conoscenza legata a media multidimensionali. Obiettivo della ricerca è lo sviluppo di un approccio alla codifica della conoscenza relativa agli MDM basato sulla realizzazione di strumenti integrati per la formalizzazione, il trattamento, la trasmissione, l'analisi, la visualizzazione e la restituzione della semantica contenuta.
• Tecniche avanzate per l'analisi e la sintesi di forme digitali 3D. Questa ricerca mira all’individuazione di approcci innovativi alla modellazione 3D che prevedano un ampio spettro di strumenti di analisi di forma per estrarre informazioni sul contenuto, identificare sottoparti significative, permettere di comporre nuovi oggetti combinando parti esistenti.
• Modulo: Modellizzazione matematica e la simulazione numerica dei metamateriali. La ricerca si propone, in un primo tempo, di sviluppare modelli e metodi per lo studio delle proprietà elettromagnetiche dei metamateriali mediante simulazione numerica e per la progettazione assistita da calcolatore di dispositivi facenti uso di metamateriali e, successivamente, di utilizzarli per indagare le potenzialità dei metamateriali nello sviluppo di dispositivi a microonde innovativi.

Nel 2008 sono stati attivi 4 progetti internazionali:

• Progetto Europeo Network of Excellence “AIM@SHAPE: Advanced and Innovative Models And Tools for the development of Semantic-based systems for Handling, Acquiring, and Processing knowledge Embedded in multidimensional digital objects”, che si propone di integrare a livello europeo la ricerca di eccellenza sul trattamento della conoscenza associata a forme digitali;
• Progetto Europeo Coordination Action “FOCUS K3D: FOster the Comprehension, adoption and USe of Knowledge intensive technologies for coding and sharing 3D media content in consolidated and emerging application”, orientato a promuovere la comprensione, l'adozione e l'utilizzo di tecnologie basate sulla conoscenza per la codifica e l'interscambio di contenuto digitale 3D;
• Rete tematica del Programma EU eContentplus “eSDI-Net+: European network on Geographic Information Enrichment and Reuse”, rete tematica per la promozione del dialogo transfrontaliero e lo scambio delle best practice sull’Infrastruttura di Dati Territoriali (IDT) per l’arricchimento e il riuso dell’informazione geografica in Europa;
• Progetto nell’ambito del Programma EU eContentplus “Nature-SDIplus: Best Practice Network for SDI in Nature Conservation”, che ha come obiettivo di incrementare ed armonizzare l’utilizzo dell'informazione geografica per la protezione e la conservazione della natura;
• Progetto nell’ambito del Programma di inziativa comunitaria Interreg IIIB Medocc “IDE-Univers: Infrastructure de Données Spatiales entre Universités et Centres de Recherche dans la Mediterranée Occidentale”, che si pone come obiettivo la realizzazione di una Infrastruttura di dati Spaziali (SDI) Tematica che favorirà l’accessibilità e l’interoperabilità di un grande numero di informazioni geografiche prodotte dai Dipartimenti Universitari e dai Centri di ricerca nell’Europa mediterranea.

• Contratto con la Società ELSAG per consulenza nell’ambito del Progetto “Multitrust”;
• Contratto con la Società GECO nell’ambito di un progetto col Parco Tecnologico della Liguria su “Studio di fattibilità relativo ad un sistema per l’ottimizzazione di tagli robotici subacquei supportato da un’ontologia di processo”;
• Contratto con la Scuola di specializzazione dell'Università di Genova su “Introduzione delle tecnologie nei processi di insegnamento/ apprendimento” per la realizzazione di un laboratorio didattico sperimentale, destinato a futuri insegnanti, mirato sull'utilizzo della tecnologia della informazione e della comunicazione;
• Progetto di ricerca “TECnologie Digitali per le Organizzazioni Complesse – TECDOC”, nell’ambito del Distretto Tecnologico Ligure SIIT (Legge 297). Il progetto si propone di studiare modelli, tecnologie di supporto, piattaforme applicative per la gestione di organizzazioni complesse. IMATI contribuisce in particolare all’analisi e selezione di tecnologie abilitanti, soprattutto per quanto riguarda il middleware, e alla definizione di strategie di utilizzo in relazione a specifiche piattaforme architetturali.

L’attività ordinaria riguarda:

• Inferenza statistica parametrica: sviluppo di modelli, metodologie e algoritmi per l’inferenza statistica, con particolare riferimento all’approccio bayesiano, per spazi dei parametri a dimensione finita.
• Inferenza statistica non parametrica: studio di metodi non parametrici per la classificazione di dati multidimensionali, l’inferenza di processi di innovo e la stima di densità di probabilità.
• Calcolo delle probabilità e statistica dei processi stocastici: studio di questioni relative alle equazioni differenziali stocastiche, alla distribuzione di funzionali di misure di probabilità aleatorie, allo sviluppo di nuovi processi di punto e stato-spazio, alla stima di parametri di modelli dinamici.
• Applicazione di metodologie statistiche e probabilistiche: analisi di immagini, di dati di affidabilità in campo industriale e di distribuzione di energia elettrica, di dati sismologici, climatici, farmacologici e di dati clinici longitudinali; modellistica di fenomeni ambientali, della dinamica di popolazioni biologiche e per la valutazione di opzioni in finanza; analisi dei fattori di leggibilità di pagine Web; combinazione di informazioni provenienti da diverse sorgent; analisi di segnali EEG.
• Approssimazione di funzioni: studio di metodologie per la ricostruzione di segnali e di approssimazione multidimensionale, con applicazione alle ricostruzione di superfici geofisiche.
• Documentazione Matematica e Scientifica su Internet: sviluppo di procedure per l'analisi e la generazione di documenti per il Web e di strumenti per il monitoraggio di siti MediaWiki.

ATTIVITA’ SU PROGETTI ESTERNI (2007-2008)

L’attività su progetti esterni presso la Sezione di Milano si è così articolata:

• Progetto congiunto CNR-Regione Lombardia: Nuove tecnologie e strumenti per l'efficienza energetica e l'utilizzo delle fonti rinnovabili negli usi finali civili.
• Sovvenzione Globale Ingenio della Regione Lombardia: Analisi statistica della sopravvivenza.
• Progetto e21: Sviluppo della cittadinanza digitale in Agenda 21, promosso dal Ministero per l'Innovazione e le Tecnologie.
• Convenzione tra Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) e il Dipartimento per la Protezione Civile: Progetto sismologico S1 - Determinazione del potenziale sismogenetico in Italia per il calcolo della pericolosità sismica - Sviluppo e confronto di modelli stocastici per la stima della probabilità di occorrenza di forti terremoti in Italia.
• Convenzione tra Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) e il Dipartimento per la Protezione Civile: Progetto Vulcanologico V4 FLANK, Pericolosità connessa alla dinamica di fianco all'Etna.
• TED - Towards Electronic Democracy: Internet based complex decision support (Finanziato dalla ESF): Sviluppo di metodologie bayesiane e strumenti computazionali per il supporto alla decisioni in situazioni complesse.

ATTIVITA’ DI FORMAZIONE PERMANENTE:

ABS - Applied Bayesian Statistics Summer School, si svolge annualmente dal 2004 con l'obiettivo di presentare recenti sviluppi applicativi dell'approccio statistico bayesiano, invitando ricercatori di riferimento in campo internazionale.

Le attività di ricerca sopra descritte sono state svolte all’interno di diversi Dipartimenti nell’ambito delle seguenti Commesse/Moduli:

• Sviluppo ed applicazione di modelli statistici (Dip. Sistemi di Produzione)
• Modellizzazione di sistemi stocastici (Dip. ICT)
• Modulo: Metodi computazionali e statistici per l'analisi e la visualizzazione di dati telerilevati multidimensionali (Dip. ICT)
• Modulo: Metodi statistici per problemi biomedico (Dip. Medicina)
• Modulo: Analisi di rischi ambientali da eventi catastrofici (Prog. Interdip. Sicurezza)

ATTIVITA’ DI RICERCA DELLA SEDE DI PAVIA

L'attività svolta presso la sede di Pavia si è rivolta prevalentemente allo studio modellistico, dal punto di vista teorico, numerico e computazionale, di numerosi problemi provenienti da diversi settori applicativi. Più in dettaglio le ricerche hanno riguardato:

• Metodi di discretizzazione per il calcolo delle soluzioni di equazioni differenziali alle derivate parziali con elementi finiti, elementi finiti di tipo Discontinuous Galerkin, volumi finiti, wavelets, differenze finite mimetiche, NURBS (Non Uniform Rational B-Splines).
• Metodi di decomposizione di dominio conformi e non conformi.
• Studio di precondizionatori basati su “sotto-strutture” o su metodi di tipo “mortar”.
• Metodi di stabilizzazione multi-scala.
• Analisi dell’errore a posteriori e algoritmi adattivi.
• Studio di approssimazioni compatibili per problemi di diffusione con coefficienti tensoriali e mesh poliedriche.
• Metodi per la risoluzione numerica di problemi applicativi su architetture di calcolo parallelo.
• Metodi di analisi matematica per il trattamento di problemi di evoluzione non lineari con applicazioni ai cambiamenti di fase, a problemi di evoluzione di tipo invariante per riscalamento temporale e all'elettrocardiologia.
• Metodi di analisi e simulazione qualitativa e loro integrazione con metodi classici per l'identificazione e simulazione di sistemi dinamici non lineari. Applicazioni in campo biologico, in particolare nel settore della Systems Biology.
• Metodi di interpretazione qualitativa di campi numerici, con applicazioni allo studio di mappe di attivazione elettrocardiaca.

• Studio di problemi di elettromagnetismo (solutori per il calcolo degli autovalori, utilizzando elementi finiti discontinui e tecniche di completamento singolare). Discretizzazioni compatibili per problemi time-harmonic.
• Studio e approssimazione di nano-dispositivi a semiconduttore (double gate MOSFET).
• Studio e approssimazione di modelli idrogeologici di flusso di acque sotterranee e trasporto di inquinanti, per la gestione ed il recupero di corpi idrici sotterranei.
• Sviluppo di modelli termodinamicamente consistenti per l'asimmetria del comportamento a trazione e compressione nelle leghe a memoria di forma.
• Implementazione e applicazione di tecniche di analisi asintotica per il problema della vibrazione di gusci.
• Assessment di fenomeni di locking di elementi finiti in regime di grandi spostamenti per materiali a comportamento inelastico non lineare.

Le ricerche precedentemente elencate hanno trovato un ulteriore sbocco nei seguenti progetti internazionali:

• Progetto “Innovative compatible discretization techniques for Partial Differential Equations” (GEOPdES), (2008-2012) finanziato dall’European Research Council nell’ambito del prestigioso programma “Starting Independent Research Grant”. Le ricerche riguardano lo studio di schemi di discretizzazione compatibili, cioè schemi che mantengano nei modelli discreti i principi di conservazione del fenomeno fisico sottostante, basate sui NURBS. I principali vantaggi dei metodi basati sui NURBS sono: la rappresentazione esatta del dominio computazionale, l’uso diretto del prodotto CAD senza necessità di remeshing, ed un significativo aumento del rapporto tra accuratezza e costo computazionale.
• Progetto “Mathematics for Shape-Memory Technologies in Biomechanics” (BIOSMA) (2008-2013) finanziato dall’European Research Council nell’ambito del prestigioso programma “Starting Independent Research Grant”. Le leghe a memoria di forma (SMA) sono utilizzate per la realizzazione di dispositivi innovativi che hanno un grande impatto nello sviluppo di strumentazioni biomediche (dagli archetti per ortodonzia agli stents vascolari). Sono in corso studi rivolti ad analizzare le proprietà macroscopiche di questi materiali allo scopo di rendere la simulazione numerica più affidabile e la progettazione più efficace non soltanto in un contesto sperimentale ma anche per problemi reali di ingegneria biomeccanica.
• Progetto "SMARTeR: Shape Memory Alloys to Regulate Transient Responses in civil engineering", finanziato da ESF nell’ambito dei Programmi Eurocores, per ricerche relative allo studio del comportamento termo-elettro-meccanico delle leghe a memoria di forma.

Sono anche stati portati avanti i seguenti progetti nazionali:

• Progetto FIRB “CASHMA Context Aware Security by Hierarchical Multilevel Architectures”, per lo studio delle basi matematiche e degli aspetti algoritmici delle diverse tecnologie disponibili per la progettazione di strumenti per l'elaborazione dell'immagine in vista dell'applicazione nei campi della biometrica e dell'imaging medica.
• Progetto finanziato dalla Regione Lombardia su "Monitoraggio e simulazione delle epidemie di Plasmopara viticola in Lombardia", relativo allo studio modellistico delle dinamiche epidemiche, che derivano da interazioni complesse tra parassita, pianta e clima, per una progettazione razionale e ottimizzata della strategia per la salvaguardia delle coltivazioni.

Le attività di ricerca sopra descritte sono state svolte all’interno di diversi Dipartimenti nell’ambito delle seguenti Commesse/Moduli: