Il DIETI

Progetto Dipartimenti di Eccellenza “ICT for Health”

Il progetto ICT for Health è stato selezionato fra i 180 progetti nazionali dei Dipartimenti di Eccellenza finanziati dal MIUR nel 2017. Il progetto ha una durata quinquennale (2018‒2022) per una quota di finanziamento pari a Euro 9.330.030,00 e una quota di cofinanziamento pari a Euro 2.506.000,00. Il Reponsabile Scientifico del progetto è il Prof. Bruno Siciliano, Direttore del Centro di Chirurgia Robotica ICAROS dell’Ateneo.

Programma di Ricerca

Le tecnologie e i servizi eHealth nei prossimi decenni determineranno profondi cambiamenti nell'organizzazione del sistema sanitario, con l'obiettivo di migliorare la qualità e l'efficienza dell'assistenza e, al contempo, ridurne i costi. Nel breve periodo le nuove tecnologie dovranno integrarsi con le attuali strutture che forniscono l'assistenza sanitaria, ma nel lungo periodo produrranno cambiamenti significativi sia nella organizzazione interna che nell'architettura degli edifici che ospiteranno gli ospedali e le strutture sanitarie del futuro. Tali strutture dovranno essere in grado di garantire ai pazienti terapie personalizzate, che potranno anche essere decentrate o erogate a domicilio e monitorate a distanza. Il progetto dipartimentale ICT for Health, basandosi sull'infrastruttura preesistente dei laboratori del DIETI e sui nuovi laboratori da realizzare, si sviluppa secondo i seguenti pilastri di ricerca scientifica e tecnologica.

Sensing for Health

Saranno sviluppati trasduttori smart per ambiente Internet of Everything, quali per esempio la siringa elettronica, sensori intelligenti per integrare apparati di microchirurgia robotica, strumentazione biomedica avanzata per sistemi di chirurgia automatizzati e robotizzati, e sistemi innovativi per il monitoraggio a distanza dello stato di salute dei pazienti, sia presso le strutture ospedaliere o sanitarie (per esempio, case di riposo per anziani), sia presso le abitazioni private. In particolare, si studieranno soluzioni basate su nuovi sensori e dispositivi indossabili, portabili o impiantabili, che consentiranno di monitorare lo stato di salute anche al di fuori dei tradizionali centri di cura. Particolare attenzione sarà posta alle tecnologie di Exergaming basate su Serious Games, in cui la riabilitazione o la cura avviene mediante applicazioni di Augmented Reality e di Brain Computer Interfaces, a bassi tempi di training e di risposta, e a basso numero di elettrodi, per pazienti con forti tassi di disabilità. Le tematiche si sviluppo di sensori e la loro interazione in sistemi di visione aumentata verranno sviluppate sperimentalmente all'interno del nuovo laboratorio previsto nello svolgimento del programma.

Data for Health

I servizi e le tecnologie eHealth generano enormi moli di dati e di informazioni che, per il loro trattamento, richiedono l'uso di metodologie e tecnologie non tradizionali: il Cloud Computing, l'Internet of Things e i Big Data e l'Analytics sono i nuovi paradigmi fondanti la nuova generazione di sistemi per la gestione delle informazioni nell'eHealth. Le sorgenti dati da considerare, oltre ad avere elevato volume, sono anche eterogenee data la loro differente tipologia ed origine. Tipicamente, inoltre, tali dati sono raccolti e conservati in forma eterogenea e raramente sono riutilizzati in maniera aggregata. La velocità con cui le informazioni vengono prodotte e salvate, assieme ai citati volume e varietà, richiedono sistemi e strumenti per raccogliere, gestire, analizzare i dati e le informazioni prodotte dai sistemi di healthcare, indirizzando la ricerca verso metodologie e tecniche proprie del Big Data Analytics (BDA). Il BDA nell'eHealth abilita la trasformazione di una analisi classica delle informazioni hypothesis driven a una innovativa di tipo data driven, in grado di individuare connessioni non banali tra dati e informazioni eterogenee. Ciò richiede la necessità di investigare: a) nuove architetture cloud-based che permettano l'elaborazione in tempo utile delle informazioni, dall'Ecosistema di Hadoop a quello di Spark; b) nuovi sistema per la gestione delle informazioni che integrano architetture relational (SQL), non relational (NoSQL) e new relational (newSQL); c) uso di tecniche di analisi di tipo descrittivo, diagnostico, prescrittivo e descrittivo; d) uso di strumenti e tecniche di Data Mining su Massive Data Sets, che comprendono l'approfondimento di sistemi basati di Deep Learning. In questo contesto, altrettanto importanti sono le infrastrutture digitali per la circolazione dei dati e l'interconnessione dei dispositivi, seguendo il paradigma dell'Internet of Things.

Logistics for Health

I servizi per la logistica all'interno degli ospedali impattano sul 15-20% dei costi di esercizio. Tali servizi includono lo spostamento dei pazienti, il trasporto di biancheria, pasti, medicinali, apparecchiature e campioni tra cliniche, reparti, camere operatorie, laboratori, magazzini. La digitalizzazione, l'automazione e le tecnologie robotiche possono ottimizzare tali processi attraverso soluzioni che consentano il trasporto automatico di pazienti e di materiali e la gestione automatica del magazzino dell'ospedale. La principale differenza rispetto ai sistemi logistici di fabbrica è la necessità di operare in ambienti antropici. Nel corso del progetto si propone di creare sistemi robotici capaci di interagire con l'uomo (pazienti, personale medico/infermieristico, parenti in visita) in maniera intuitiva e sicura. Nel modello di "Ospedale 4.0" il sistema di automazione per la logistica rappresenta un ulteriore nodo integrato all'interno della rete ICT per la gestione dei servizi, la cui architettura è tipicamente distribuita a sua volta e le cui metodologie di gestione ed analisi sono tipiche della Data Analysis presentata al punto precedente. Estendendo tale integrazione anche ad una "smart grid" per la gestione delle utenze, è possibile incrementare l'efficienza energetica del sistema di logistica. Una tale integrazione consente peraltro di ottenere un notevole contenimento dei picchi di potenza richiesti alla rete ("peak shaving"), con conseguente contenimento della spesa per consumi elettrici. Si vuole valutare l'integrazione di metodologie tipiche dell'ottimizzazione energetica con la gestione dell'automazione della logistica al fine di garantire lo svolgimento in sicurezza di tutte le operazioni critiche controllando e, se possibile, ottimizzando il consumo energetico.

Robotics for Health

Per garantire assistenza continuativa e personalizzata ai pazienti nelle corsie o presso le proprie abitazioni, si studieranno soluzioni che prevedono l'uso di robot-infermieri. Tali macchine intelligenti aiuteranno i pazienti a svolgere semplici azioni quotidiane, faciliteranno il monitoraggio a distanza e la comunicazione con il personale medico o con i parenti, somministreranno semplici terapie, o potranno essere utilizzati per l'intrattenimento (leggere, raccontare storie, giocare). Oltre ai robot infermieri saranno progettati dispositivi e strategie di controllo per la riabilitazione come lo sviluppo di agenti virtuali da realizzare in realtà aumentata che possano interagire con il paziente attraverso tecniche avanzate del controllo automatico e fornire dati in tempo-reale al personale medico attraverso strategie di telemedicina. La robotica è già oggi una realtà diffusa in parecchie specialità medico-chirurgiche. L'utilizzo di macchine tele-operate o guidate da un computer offre numerosi vantaggi quali precisione, ripetibilità, filtraggio del tremore. Robot come il sistema da Vinci per la chirurgia robotica minimamente invasiva consentono di migliorare e ridurre la durata del decorso post-operatorio dei pazienti. In tale ambito si vuole migliorare le capacità dei robot attualmente utilizzati attraverso l'uso di nuovi sensori, di tecniche avanzate di elaborazione delle immagini e di fusione sensoriale, di procedure computerizzate per la pianificazione dell'intervento sulla base di immagini pre-operatorie o per la guida mediante elaborazione di immagini intra-operatorie, di realtà virtuale e realtà aumentata, di nuove interfacce uomo-robot. Tali interfacce, collegate a simulatori analogici o software, verranno utilizzate, grazie alla già strutturata collaborazione del DIETI all'interno del centro ICAROS, per l'addestramento dei chirurghi. Nuovi strumenti chirurgici sensorizzati verranno progettati e controllati ispirandosi alla capacità di manipolazione dell'uomo. Strumenti di presa antropomorfi saranno sviluppati sia per la chirurgia sia per la riabilitazione.

Reclutamento di Personale Docente

È previsto di rafforzare le 4 aree tematiche del progetto ICT for Health attraverso il reclutamento di un Professore Ordinario nel settore della Bioingegneria Elettronica e Informatica, un Professore Associato nel settore delle Misure Elettriche ed Elettroniche, e quattro RTD-B nei settori dell’Automatica, dei Campi Elettromagnetici, dell’Elettronica e dei Sistemi per l’Elaborazione dell’Informazione.

Laboratori

L'investimento in infrastrutture del progetto Dipartimenti di Eccellenza verrà utilizzato per realizzare: 1) un laboratorio di Realtà Aumentata e Virtuale per il monitoraggio 3D del sistema di sensori previsto nel framework "Sensing for Health" ed a servizio delle tecnologie per la riabilitazione e la chirurgia robotica del framework "Robotics for Health"; 2) un laboratorio eHealth Big Data Analytic basato su una infrastruttura Cloud a supporto della ricerca in ambito Data Analysis sviluppata nel framework "Data for Health" e quella sull'automazione della logistica sviluppata nel framework "Logistics for Health". È altresì previsto una ulteriore quota dell'investimento in infrastrutture per acquisire nuova strumentazione al fine di potenziare l'infrastruttura preesistente dei laboratori del DIETI.

ARHeMLab — Augmented Reality for Health Monitoring Laboratory

È prevista la realizzazione di un laboratorio (ARHeMLab — Augmented Reality for Health Monitoring Laboratory) per la progettazione, la prototipazione e la validazione sperimentale di sistemi hardware e software, basati su ambienti immersivi life-size di realtà aumentata, per il monitoraggio di parametri biomedici in tempo reale. Le applicazioni consentiranno di monitorare mediante tecniche di realtà aumentata tutti i dati corporei di atleti, pazienti in riabilitazione, in modo integrato. Attualmente, come caso rappresentativo, sono allo studio presso il DIETI in collaborazione con altri enti di ricerca ed aziende del territorio nuovi concept di sistemi immersivi life-size di realtà aumentata per il monitoraggio dell'interazione motoria tra persone e agenti virtuali per la riabilitazione di malattie mentali quali la schizofrenia e l'autismo. In essi sono combinate le possibilità offerte dai visori VR (Virtual Reality) o dai sistemi di proiezione immersiva 3D, con reti di trasduttori e strumenti di misura per definire in tempo reale i parametri dinamici del movimento umano in 3D. Lo scopo è ricreare delle modalità operative di visualizzazione immersiva che includano il moto all’interno di un ambiente intelligente, popolato da agenti virtuali che possano interagire con i pazienti e tra di loro al fine di monitorare pazienti affetti da problemi psichiatrici e le loro condizioni operative. Attraverso opportune interfacce interattive il medico specialista potrà a sua volta influire o avere immediato riscontro a fini diagnostici e prognostici sul comportamento del paziente. La richiesta di verifica da parte dell’operatore sui parametri del moto in tempo reale costituisce un dato di input utilizzato all’interno della logica di monitoraggio del moto nel suo ambiente finale di utilizzo (per esempio, exergaming per riabilitazione). Gli agenti virtuali del corpo in movimento e del suo ambiente operativo costituiscono avatar movimentati e controllati attraverso luso di opportuni modelli logico-matematici che ne rendono il moto e l’interazione con l’operatore medico quanto più naturale e immediata possibile. Lo scopo del sistema di misura e controllo distribuito in tempo reale, sotteso al sistema AR integrato di monitoraggio e progettazione in un ambiente immersivo life size, è quello di applicare l’Ambient Intelligence alle Health 3D, al fine di migliorare e estendere la fruibilità del monitoraggio 3D, l’interattività con l’ambiente della modellazione motoria, e l’immersione nel mondo 3D di riferimento motorio. Pertanto, il laboratorio si occuperà di prototipare e caratterizzare: reti di trasduttori di misura in tempo reale; augmented haptic trasducers, combinando diversi canali (vibrazioni, effetti termici, e ventilazione) per fornire stimoli visivi, uditivi e feedback tattili di elementi (acqua, fuoco, terra e aria). Svilupperà classificatori multipli di attività ad alberi di decisione in tecnica meta-euristica, per migliorare le prestazioni degli algoritmi di definizione del moto, con un sistema di riconoscimento delle attività basato su più classificatori, per migliorare le prestazioni degli algoritmi di definizione del moto degli arti 3D, nonché una strategia adattativa e distribuita per la realizzazione degli avatar virtuali e la loro interazione in rete con i pazienti e il personale medico. Si avvarrà, inoltre, di un sistema di visione di realtà virtuale integrato in un ambiente immersivo life-size 3D, per sperimentare l’integrazione del sistema di misura e controllo in tempo reale con l’ambiente del moto 3D. Il sistema consente di effettuare tre differenti tipologie di sperimentazione AR: (i) un ambiente sperimentale di AR con visore, completo di telecamere ove si possano sperimentare attività immersive di monitoraggio di produzioni additive 3D; (ii) life size con visori VR (tipo Oculus Rift) in utilizzo combinato con un sistema di tracking e un add-on video che aggiunge la dimensione aumentata al visore Oculus grazie a un plug-in software dedicato; (iii) un ambiente sperimentale di visualizzazione immersiva con proiettore, ove si possa istallare il sistema di proiezione ultrapanoramico video 3D, per sperimentare attività immersive di monitoraggio di produzioni additive 3D life size, adatto alla presentazione a un pubblico più ampio e completo di sistema di multiproiezione software con supporto DMX.

eHBDA Lab — eHealth Big Data Analytics Laboratory

È prevista la realizzazione di un laboratorio di eHealth Analytics basato su tecnologie Big Data per la progettazione e la prototipizzazione di soluzioni architetturali e algoritmiche per la gestione e l’analisi di dati di eHealth. Sintetizzando quanto descritto nelle precedenti sezioni del progetto, l’Ospedale 4.0 è concepito come il luogo nel quale si attuano processi finalizzati a "produrre valore", integrando tecnologia e processi di produzione ed erogazione delle prestazioni sanitarie, cliniche o chirurgiche. Inoltre, esso rappresenta il luogo ove differenti strumenti e device (dai sensori ai medical devices, dagli apparati più o meno complessi legati alla diagnostica alle attrezzature in sala operatoria, sino ad arrivare in reparto e a bordo letto paziente) sono interconnessi in un ecosistema nel quale inviano parametri che possono alimentare in tempo reale il patrimonio di informazioni cliniche di ciascun paziente, informando le persone sul loro stato di salute contribuendo ad innalzare l’aspettativa di una vita sana dal punto di vista fisico e mentale. Partendo da questo punto di vista, il layout architettonico e la progettazione di una infrastruttura di sistema per la gestione delle informazioni devono necessariamente tener conto di nuovi paradigmi e nuovi modelli che permettono di gestire complessità, volume, eterogeneità e velocità dei dati. Questo richiede la necessità di investigare soluzioni basati sul paradigma dell’Internet of Things, per l’interconnessione e l’acquisizione di dati da differenti dispositivi dell’ecosistema, e l’analisi di nuovi paradigmi di elaborazione, in particolare cloud-based. La soluzione che proponiamo è cloud-based, preferibile rispetto a una classica soluzione in-house in quanto permette di risparmiare i costi dovuti al refresh tecnologico (necessario ogni 3-5 anni) oltre che di abbattere i costi di manutenzione, installazione ed esercizio. Data la mole di dati, l’infrastruttura proposta per il laboratorio di Analytics si basa sull’ecosistema di Hadoop e su quello di Spark, prendendo in considerazione nuovi sistemi per la gestione delle informazioni che integrano architetture relazionali (SQL), non relazioni (NoSQL) e new relational (newSQL). Su tali architetture proponiamo ambienti per lo sviluppo e l’integrazione di tecniche di analisi di tipo descrittivo, diagnostico, prescrittivo e descrittivo oltre che sull’utilizzo di strumenti e tecniche di Data Mining su Massive Data Sets, che comprendono anche l’approfondimento di sistemi basati su Deep Learning.

Dottorato di Ricerca

Il Dottorato in ICT for Health si candida alla creazione e formazione su base sistematica e organica della futura classe di protagonisti che in questo settore si dedicheranno alle attività di ricerca e innovazione tecnologica, capaci di operare validamente presso soggetti privati, enti pubblici ed università: potenzialmente ovunque nel mondo. È rivolto a un numero molto selezionato di laureati, dotati di una ottima preparazione, interessati ai temi del dottorato e motivati a migliorare le proprie capacità, competenze e conoscenze in tema di ricerca e innovazione. È concepito per creare un ambito formativo e di ricerca intersettoriale e specifico per docenti e studenti che in relazione al connubio ICT—Health tuttora si riferiscono fino alla Laurea Magistrale insegnando o laureandosi in Ingegneria dell'Automazione, Ingegneria Biomedica, Ingegneria Elettrica, Ingegneria Elettronica, Ingegneria delle Telecomunicazioni, Ingegneria Informatica, Informatica. Inserendosi al terzo e più elevato livello di formazione del DIETI, si offre elettivamente alla platea dei 300 laureati magistrali per anno dei 7 corsi di Laurea Magistrale del DIETI, e può esporre circa 140 docenti universitari. Il Dottorato ICT for Health è concepito per attrarre studenti laureati esternamente dell'Università di Napoli Federico II e all’estero presentandosi con una denominazione innovativa nell’offerta formativa delle università italiane ma, al contempo, riconoscibilissima anche in sede internazionale. Nell’ambito della presente misura è proposto un intero ciclo di accreditamento ANVUR composto da due interi cicli di dottorato (ciascuno con 9 borse finanziate).

Strategie di Sviluppo

Sfruttando i già esistenti legami istituzionali con la Scuola di Medicina (il Centro ICAROS sulla Chirurgia Robotica) si prevede che il DIETI possa incrementare la sua già preminente posizione in Ateneo rafforzando le proprie collaborazioni con altri dipartimenti e mettendo a disposizione dell'intero Ateneo le nuove infrastrutture e l’insieme di competenze sviluppato nel corso del progetto Dipartimenti di Eccellenza. Le tematiche sviluppate nel progetto ICT for Health saranno ulteriormente sviluppate e rafforzate dalla cooperazione con il tessuto imprenditoriale e socio-economico della regione. Numerose aziende attive negli ambiti di interesse del progetto hanno già manifestato interesse alla possibile sinergia con il DIETI. È prevista inoltre la sinergia con strutture divulgative come Città della Scienza per rendere comuni a tutto il territorio regionale le attività sviluppate nel progetto. È previsto di interagire con l'Ufficio di Ateneo per il trasferimento tecnologico per il supporto alla creazione di spin-off e altre attività di impresa sulle tematiche di ICT for Health particolarmente sviluppate nel territorio regionale. La creazione di un polo di eccellenza sulle tematiche ICT for Health renderà possibile la partecipazione alle principali reti di laboratori di ricerca europei in ambito ICT for Health.

Il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e delle Tecnologie dell'Informazione (DIETI) ha sede a Napoli, a Fuorigrotta, in via Claudio, 21. Qui si trovano Direzione, Uffici dell'Amministrazione, Segreteria Didattica, Biblioteca Dipartimentale, Laboratori, Aule didattiche e Aule studio.

Con riferimento ad alcuni Corsi di Studio, lezioni, esercitazioni, attività di laboratorio ed esami vengono tenuti anche presso la sede di via Nuova Agnano, nel Complesso Universitario di Monte Sant'Angelo, in via Cinthia, 21 e nel Polo Universitario di San Giovanni a Teduccio, in corso Nicolangelo Protopisani, 70.

Sede di Via Claudio

Sede di Via Nuova Agnano

Polo di San Giovanni a Teduccio

Complesso di Monte Sant'Angelo

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.