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DIETI Dipartimento di Eccellenza 2023–2027

Sintesi del progetto

Il programma di ricerca può essere sinteticamente riassunto dal seguente titolo: Interaction technologies for smart energy and e-mobility services in the Next Generation Village.
Il tema del progetto è su una delle principali sfide che il mondo dell’Information Technology ha davanti nei prossimi decenni, ossia la tecnologia dell’interazione della macchina con l’ambiente circostante. In particolare, esso sarà focalizzato sullo sviluppo e la dimostrazione di metodologie e tecnologie per abilitare una interazione semplice, efficiente e sostenibile tra i cittadini e i servizi della città del futuro, nel contesto specifico delle energie rinnovabili e della mobilità elettrica.

Il nostro ambizioso obiettivo è quello di mettere in piedi un progetto faro, che indichi la direzione in cui, in un futuro prossimo, si muoverà la tecnologia dell’interazione. In primo luogo il progetto si articolerà in una parte di sviluppo di metodologie e tecnologie innovative relative all’interazione tra macchina e ambiente, specificamente rivolte all’ambito delle smart energy e e- mobility. In secondo luogo, le metodologie e le tecnologie sviluppate verranno implementate in un dimostratore, che verrà realizzato in uno spazio dipartimentale, cosicché il Dipartimento diventi esso stesso un paradigma di come le tecnologie dell’interazione potranno contribuire a realizzare la città del futuro. Infine, la competenza acquisita verrà messa a frutto per lo sviluppo di un case study complessivo che estende le esperienze fatte nel dimostratore su una scala significativa per il Next Generation Village.

Obiettivi complessivi di sviluppo del dipartimento

Il focus del presente progetto è su una delle principali sfide che il mondo dell’Information Technology ha davanti nei prossimi decenni, ossia la tecnologia dell’interazione della macchina con l’ambiente circostante. Recentemente sono stati fatti straordinari passi avanti nella acquisizione, trasmissione e analisi dei dati di sistemi complessi – si pensi alla sensoristica elettronica, la data analytics, l’intelligenza artificiale, il 5G, la robotica etc. Tuttavia, quando occorre affrontare interattivamente e in tempo reale compiti non strutturati e di elevata complessità, i dati non possono essere assunti come disponibili in quantità, qualità e tipologia note a priori, ma devono essere ottenuti autonomamente dal sistema che sta affrontando il compito, attraverso una interazione, autonoma e non preconfigurata, tra il sistema e l’ambiente che lo circonda. Sarà cioè necessario progettare e realizzare una nuova generazione di dispositivi e sistemi in grado di “imparare l’interazione”, ossia collaborare con le persone e interagire tra loro e con l’ambiente, per stabilire un collegamento tra il mondo “fisico” e il mondo “digitale”.

Questa sfida, che chiameremo “InterAction Technology” (IAT nel seguito) è altamente interdisciplinare e quindi rende sostanzialmente inseparabili, da questo punto di vista, tutte le discipline dell’area dell’ICT; anzi, può essere vista come una loro naturale evoluzione, necessaria per arrivare a una vera ed efficace simbiosi macchina-ambiente. La IAT, a sua volta, è la chiave di volta su cui poggia lo sviluppo della città del futuro: profondamente interconnessa, sostenibile dal punto di vista ambientale ed economico, con servizi pubblici ottimizzati e infrastrutture tecnologiche e sociali che interagiscono, con il fine ultimo di garantire un’alta qualità della vita; quella che oggi viene detta smart city, su cui notevole attenzione è appuntata anche in ambito PNRR, e che in questo progetto viene indicata con il termine più visionario di “Next Generation Village”, per sottolineare l’ulteriore salto tecnologico necessario, rispetto allo stato attuale, per arrivare al livello di interazione macchina-ambiente cui si sta pensando nell’ambito del presente progetto.

La rilevanza dal punto di vista scientifico è evidente: la IAT è al cuore del tema generale della “complessità”, ossia la proprietà di un sistema il cui comportamento complessivo emerge come distinto dalla semplice somma dei comportamenti individuali dei singoli componenti, grazie appunto alla loro interazione. Si tratta di uno degli argomenti di punta della ricerca scientifica multidisciplinare da cui si attendono i più straordinari sviluppi nel prossimo futuro. Non a caso, quindi, la IAT è oggetto di approfondimenti dedicati in molte università internazionali (sull’argomento sono recentemente stati attivati numerosi corsi di master in prestigiosi atenei in tutto il mondo), è un punto di attenzione di diverse società scientifiche di assoluto prestigio (ad esempio, lo Italian Institute of Robotics and Intelligent Machines, I-RIM), ed è oggetto di studio riguardo alle tematiche “ELSE” (Ethical, Legal, Societal, Economic issues), ossia le nuove sfide poste a livello etico, legale, sociale ed economico dalle innovazioni indotte dalla IAT. Inoltre, la IAT sarà indubbiamente il motore per la competitività e la flessibilità della industria manifatturiera, che è una delle eccellenze italiane ed è la chiave della resilienza del sistema economico nazionale e di altri settori strategici, come l’energia, l’agricoltura tecnologica, la cura della salute, il monitoraggio ambientale, la sicurezza, i trasporti, le infrastrutture e i servizi pubblici.

Tra tutti questi possibili ambiti di applicazione della IAT, il presente progetto si focalizzerà su quello delle energie rinnovabili e della mobilità elettrica, di straordinaria rilevanza per il Next Generation Village prima menzionato. Queste tecnologie stanno già oggi acquisendo un ruolo preponderante dal punto di vista tecnico, economico, ambientale e sociale; la transizione che già attualmente sta avvenendo si completerà verosimilmente su un orizzonte temporale di pochissimi anni. Nel contempo, le opportunità offerte dai tumultuosi progressi nell’ambito delle tecnologie dell’interazione macchina-ambiente, che si stanno sviluppando su un orizzonte temporale più lungo, offrono delle incredibili e in molti casi imprevedibili prospettive e opportunità.

La visione del progetto è appunto quella di anticipare l’integrazione tra questi due mondi, per proporsi come un esempio delle potenzialità di quanto comunque accadrà inevitabilmente sul lungo periodo.

In sintesi, il programma di ricerca può essere quindi descritto come segue: Interaction technologies for smart energy and e-mobility services in the Next Generation Village. Esso sarà focalizzato sullo sviluppo e la dimostrazione di metodologie e tecnologie per abilitare una interazione semplice, efficiente e sostenibile tra i cittadini e i servizi del Next Generation Village nel contesto specifico delle energie rinnovabili e della mobilità elettrica.
Il nostro ambizioso obiettivo è quello di mettere in piedi un progetto faro, che indichi la direzione in cui, in un futuro prossimo, si muoverà la IAT al servizio del Next Generation Village.
Pertanto, in primo luogo il progetto si articolerà in una parte di sviluppo di metodologie e tecnologie innovative relative all’IAT, specificamente rivolte all’ambito delle smart energy e emobility.
Esse verranno concretamente messe in opera in un dimostratore, da realizzare in uno spazio dipartimentale, in modo che il DIETI diventi esso stesso un esempio tangibile di come le IAT possano contribuire a realizzare il Next Generation Village. Infine, la competenza acquisita verrà messa a frutto per lo sviluppo di un case-study complessivo che estenda le esperienze fatte nel dimostratore su una scala significativa per la città del futuro.
Il dimostratore sarà quindi il luogo dove si sperimentano le interazioni di diverse tecnologie elettriche, elettroniche, robotiche, biomediche, di telecomunicazioni e informatiche, con finalità di ricerca interdisciplinare finalizzata alla IAT. Inoltre, sarà anche un innovativo strumento didattico e metodologico per l’apprendimento teorico-sperimentale interdisciplinare, dove lo studente, insieme al docente, è al centro dell’esperienza didattica interattiva per lo sviluppo di nuovi progetti nell’ambito dei diversi corsi di studio e di dottorato del Dipartimento. Fungerà anche da punto di attrazione per aziende e attori esterni, che potranno toccare con mano le potenzialità applicative della ricerca di punta sviluppata in Dipartimento.

Sulla base delle competenze acquisite nel corso del progetto, il case-study estenderà le esperienze fatte dalla scala del dimostratore a quella del Next Generation Village, rafforzando quindi il legame del Dipartimento con il territorio e accreditando il DIETI come interlocutore imprescindibile per governare gli sviluppi tecnologici del prossimo futuro negli ambiti del progetto. In particolare, verrà proposta una estensione delle metodologie e delle tecnologie riguardanti le IAT applicate a e-mobility e smart energy a due casi complementari, di particolare rilievo: il primo riguarderà l’Ateneo Federico II, paradigmatico di un ente pubblico diffuso sul territorio, il secondo una parte della città di Napoli, esemplificativo di un insediamento urbano densamente abitato e fortemente interconnesso con le realtà circostanti.

Il DIETI è l’unico dipartimento dell’Ateneo Federico II (e uno dei pochi in Italia, all’interno dei grandi atenei) ad avere al suo interno le competenze sia relative all’area delle tecnologie dell’informazione sia relative a una parte significativa dell’ingegneria industriale, specificamente tutta l’area dell’ingegneria elettrica. Quindi, il DIETI è uno dei pochissimi attori del panorama nazionale che può proporsi credibilmente per realizzare un progetto in questo ambito, dal punto di vista dello spettro di competenze possedute e della massa critica di ricercatori qualificati che può mettere in campo, garantendo quindi la fattibilità del progetto in termini di realizzabilità degli obiettivi dichiarati nei tempi previsti.
Per la realizzazione dell’obiettivo generale del progetto, di grande valenza e originalità dal punto di vista scientifico, tecnologico e sociale, verrà indirettamente conseguito anche un grande valore aggiunto per ciò che concerne lo sviluppo complessivo del Dipartimento. In primo luogo, sarà realizzata una fortissima sinergia tra le competenze dell’ICT da un lato e dell’Ingegneria Elettrica dall’altro; ciò consentirà una crescita armonica e bilanciata delle conoscenze di tutte le aree scientifiche di riferimento del Dipartimento. Il secondo valore aggiunto sarà quello di realizzare un dimostratore, a testimonianza delle capacità progettuali e realizzative del Dipartimento, che fungerà da punto di attrazione per studiosi italiani e stranieri, studenti, aziende, facendo così da volano per il miglioramento della qualità delle attività di ricerca, didattica e terza missione del Dipartimento. Infine, lo sviluppo del case-study confermerà la vocazione e la capacità del Dipartimento di proporsi come riferimento per il territorio in cui opera per governare gli sviluppi tecnologici nei propri ambiti di interesse.

L’architettura del progetto è organizzata su quattro livelli:

  1. reti fisiche e digitali, che abilitano la IAT
  2. servizi forniti tramite le reti, che realizzano la IAT
  3. esperienze che combinino l’utilizzo di più servizi, che implementano la IAT
  4. case-study di scalabilità di servizi ed esperienze al Next Generation Village, che estrapolano la IAT

Le reti serviranno per la circolazione di energia, persone, oggetti e informazioni; tramite esse, verranno offerti specifici servizi ai cittadini del Next Generation Village. Questi ultimi, quindi,ricorrendo simultaneamente a diversi servizi offerti, potranno fare delle esperienze di interazione che produrranno valore dal punto di vista sociale, economico e ambientale (qualità della vita, risparmio di tempo, risparmio energetico, efficientamento etc.).
Gli sviluppi di metodologie di base e di tecnologie innovative si riferiranno principalmente ai primi due livelli (reti e servizi) e potranno essere applicati nel contesto generale del Next Generation Village; il terzo livello (esperienze) ospiterà gli sviluppi applicativi e realizzativi, specifici per il dimostratore realizzato in Dipartimento; il quarto livello dimostrerà la esportabilità di quanto sviluppato alla scala del Next Generation Village. Questa architettura consentirà una efficace integrazione delle competenze e dei contributi di tutti i gruppi di ricerca del dipartimento, arrivando a un risultato che sarebbe impossibile conseguire senza la sinergia interdisciplinare di tutti i settori scientifici dell’area dell’Information Technology e dell’area elettrica.

Strategie complessive di sviluppo del progetto

Risorse esistenti, riallocabili e aggiuntive

L'Ateneo mette a disposizione come risorsa certa, per integrare il rafforzamento ottenibile dai fondi ministeriali, due posizioni di RU (1.3 PO).

Il DIETI possiede oltre 50 laboratori, attivi su tematiche della ICT e dell’Ingegneria Elettrica. In tali laboratori troveranno naturale area di espansione, attraverso l'attività degli studenti dei corsi di studio e di dottorato e degli addetti alla ricerca, le metodologie scientifiche sperimentali richieste dal tema della InterAction Techology che si intende sviluppare. Il DIETI inoltre è profondamente inserito nel Centro di Ateneo per i Servizi Metrologici Avanzati (CeSMA), nell’ambito del quale si potranno ulteriormente supportare le attività del presente progetto.

Il DIETI mette a disposizione uno dei propri spazi di maggior pregio per ospitare il dimostratore che è uno dei pilastri del presente progetto. Inoltre, data la elevata capacità di attrarre finanziamenti mostrata nell'ultimo quinquennio, il DIETI prevede di acquisire ulteriori risorse per rafforzare il posizionamento di eccellenza nelle tematiche del’InterAction Technology, le energie rinnovabili e la mobilità elettrica attraverso la partecipazione ai programmi di finanziamento nazionali ed europei, nonché tramite rapporti convenzionali con aziende.

Strategie per l'attrazione di talenti

Il dimostratore che verrà realizzato in Dipartimento fungerà di per sé da fortissimo attrattore di talenti, in termini di studenti e ricercatori. Sarà infatti il luogo in cui si proporranno approcci innovativi e interdisciplinari sia didattici che scientifici che confermeranno il DIETI come riferimento internazionale. Il DIETI si avvarrà degli oltre 20 accordi di cooperazione internazionale (anche in ambito Erasmus Programme) e metterà a disposizione finanziamenti dedicati a mobilità di studenti e docenti, beneficiando della estesa offerta formativa in lingua inglese già disponibile nei propri corsi di laurea.
Il DIETI, su impulso della Commissione Internazionalizzazione di cui si è dotato, in cooperazione con l’Ateneo, farà uso dei programmi già finanziati di Mobilità Internazionale (Visiting Professor, Visiting Researcher) per attrarre presso la propria sede esperti di fama internazionale nel settore della IAT. Il DIETI si impegna a individuare al proprio interno uno spazio dedicato ai Visiting Professor e Researcher e a offrire loro supporto economico e servizi aggiuntivi rispetto a quelli garantiti dall’Ateneo, in modo che la loro integrazione con i ricercatori del DIETI sia la più rapida ed efficace possibile.

Governo del processo di realizzazione del progetto

Al fine di garantire la fattibilità del progetto anche a livello di governance, sarà implementata una struttura di governo condivisa e diffusa ma con responsabilità chiaramente individuate.
La responsabilità dell’attuazione del progetto è in capo al Direttore. Verrà individuato un Board di Progetto, coordinato dal Direttore o suo delegato, per monitorare le attività nella loro evoluzione e per di valutare in itinere la produttività scientifica del personale coinvolto nel progetto.
Le attività svolte verranno sistematicamente riportate nei Consigli di Dipartimento, in maniera che tutto il personale afferente possa essere informato dello stato del progetto e condividerne gli obiettivi.
Verrà identificato uno Steering Committee internazionale, cui verranno periodicamente riportate le azioni intraprese, che avrà il compito di dare suggerimenti e indicazioni su eventuali modifiche al programma di attività.

Strategie di sviluppo e rafforzamento interno/esterno all'Università

Grazie al progetto, il DIETI si affermerà come riferimento per la messa a punto di metodologie e tecnologie nell’ambito dell’IAT, delle energie rinnovabili e della mobilità elettrica, a servizio della città del futuro. Concretamente, questo obiettivo sarà perseguito grazie allo sviluppo, al termine del progetto, di un case-study che permetterà di scalare le metodologie e le tecnologie, implementate nel dimostratore realizzato in Dipartimento, prima a livello di Ateneo e poi a livello degli enti territoriali.
La innovatività del dimostratore e del case-study attirerà l’attenzione delle aziende del settore, operanti nel territorio e a livello internazionale, rafforzando l’interazione già attualmente molto attiva. Si prevede inoltre una significativa attività di divulgazione e di public engagement, al fine di sensibilizzare l’opinione pubblica sulle tematiche del progetto.
Infine, verrà incentivata la creazione di spin-off, brevetti e altre attività di impresa, sulle tematiche del progetto, con il supporto delle strutture di Ateneo per la terza missione e il trasferimento tecnologico. 

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