Venerdì, 08 Luglio 2011 15:01

Monitoraggio di grandi infrastrutture civili

MonitStrut250Il monitoraggio dell’integrità strutturale di edifici e di grandi infrastrutture di trasporto, come ponti, viadotti e dighe, è un aspetto cruciale per la prevenzione di disastri naturali e garantire la sicurezza di persone e cose. In questo ambito, uno degli obiettivi da perseguire è rendere disponibili strumenti diagnostici non invasivi, capaci di fornire informazioni dettagliate dello stato di conservazione delle strutture monitorate e di rilevare i fattori di rischio, al fine sia di pianificare e guidare le operazioni di consolidamento sia di allertare, con sufficiente tempestività, la popolazione.MonitStrut2_250
A fronte di tale esigenza, tecnologie di imaging elettromagnetico, come i sensori distribuiti in fibra ottica e i sistemi georadar avanzati, ovvero potenziati da innovativi approcci di tomografia a microonde per l’elaborazione dati, sono utili strumenti per effettuare indagini in situ su diverse scale spaziali e temporali. I sensori in fibra ottica basati sul fenomeno fisico dello scattering di Brillouin consentono, infatti, di effettuare un monitoraggio tempo continuo ed a bassa risoluzione spaziale (dell’ordine del metro). D’altra parte i sistemi georadar sono in grado di fornire immagini dello stato interno della struttura ad alta risoluzione spaziale (dell’ordine del centimetro)  ma non di effettuare un controllo tempo continuo.

L’attività di ricerca svolta presso l'IREA riguarda, pertanto, lo sviluppo, la validazione e l’impiego in condizioni reali  di tali tecnologie con l'obiettivo ultimo di produrre immagini e profili che siano di supporto sia per la previsione e prevenzione dei rischi che per il quick damage assessment dopo eventi di crisi naturali, come terremoti, alluvioni e frane. Negli ultimi anni, grazie anche alle competenze acquisite durante il coordinamento del progetto di ricerca FP7 “ISTIMES - Integrated System for Transport Infrastructure surveillance and Monitoring by Electromagnetic Sensing”, (FP7-ICT-SEC-2007-1 – Grant Agreement 225663), l'attività di ricerca è stata estesa all' uso sinergico ed integrato di diverse tecnologie radar (georadar e radar olografici) ed altre tecniche di sensing elettromagnetico (tra cui i sensori distribuiti in fibra ottica) al fine di delineare un approccio integrato e sistemico per il monitoraggio, la diagnostica e la conservazione delle infrastutture.

 

 

 

Pubblicato in Elenco applicazioni
Sabato, 09 Luglio 2011 13:54

Through ed Intra wall imaging

TWI250Vedere attraverso gli ostacoli, come muri, porte e materiali opachi, ottenendo dall’esterno una fotografia dettagliata della scena osservata è una abilità con notevoli benefici sia in ambito militare che civile. Tale capacità è, infatti, un utile strumento a supporto della gestione delle operazioni di sorveglianza e di riconoscimento volte a garantire la sicurezza di persone e cose mediante il rilevamento tempestivo di fattori di rischio, tra cui armi e droghe. D’altra parte, essa è ad elevato impatto nelle azioni di soccorso, in cui è richiesta la disponibilità di tecnologie capaci di individuare e localizzare persone intrappolate in una stanza o sotto le macerie.

Una simile potenzialità sta, oggigiorno, diventando sempre più una reale possibilità grazie allo sviluppo di sistemi diagnostici basati sull’uso di segnali nello spettro delle microonde e dei terahertz. In questo contesto, l'attività di ricerca IREA è focalizzata sullo sviluppo e nella validazione, in casi realistici, di tecniche di elaborazione dati basate sulla tomografia a microonde e radiofrequenza per l'imaging di oggetti e persone in, applicazioni di sicurezza fisica (through- ed inta- wall imaging, il motion tracking e la tunnel detection) Tali  approcci di rivestono il fondamentale ruolo di trasformare, nel più breve tempo possibile, i dati misurati, ovvero il segnale reirradiato da oggetti illuminati da un campo elettromagnetico incidente, in informazioni accurate ed immagini ad alta risoluzione della scena in esame facilmente facilmente fruibili dagli end-users.
 
 
Pubblicato in Elenco applicazioni
Venerdì, 15 Luglio 2011 15:57

Monitoraggio di tubazioni

MonitPipe_250La distribuzione dei servizi, come quelli idrici ed energetici, si basa su complessi sistemi di tubazioni che consentono il trasferimento dei fluidi tra diversi impianti ed il loro trasporto alle utenze finali. Il monitoraggio ed il mantenimento dell’integrità delle tubazioni è, quindi, essenziale al fine di garantire da un lato la continuità del trasporto e dall’altro la prevenzione e la tempestiva riparazione di cedimenti strutturali che, provocando la fuoriuscita di fluidi, possono causare ingenti danni sia economici che ambientali.

I numerosi incidenti che si verificano quotidianamente in tutto il mondo dimostrano la scarsa efficienza dei sistemi di monitoraggio oggi esistenti e ne motivano la ricerca e la realizzazione di nuovi.
 
A tal riguardo, i ricercatori dell’IREA hanno dimostrato che l’uso di sensori in fibra ottica consente un monitoraggio su larga scala sia dell’integrità strutturale delle tubazioni sia delle deformazioni del suolo circostante.

MonitPipe2_250 Sfruttando il fenomeno fisico dello scattering di Brillouin indotto è, infatti, possibile rilevare se la tubazione è sottoposta a tensioni che ne possono causare il danneggiamento e misurare entità e direzione delle deformazioni subite. I sensori distribuiti in fibra ottica costituiscono, pertanto, un tassello importante nella realizzazione di sistemi di monitoraggio intelligenti capaci di rilevare real time eventi critici che possono causare il collasso strutturale.

In aggiunta ai sensori i fibra ottica, utili per un monitoraggio tempo continuo su una larga scala, sono da considerare i sistemi diagnostici puntuali, come il georadar. Sfruttando sofisticate strategie di elaborazione del segnale a microonde, come quelle messe a punto dai ricercatori dell’IREA, è, infatti, possibile ottenere immagini ad alta risoluzione della regione spaziale in cui la tubazione è posizionata, attraverso cui determinare la presenza di perdite e stimarne l’entità.

Pubblicato in Elenco applicazioni
Domenica, 10 Luglio 2011 18:04

Conservazione dei beni culturali

BC Anghiari La conservazione dei beni culturali è un tema particolarmente importante in un paese ricco di storia e monumenti quale è l’Italia; per questo lo sviluppo di tecniche diagnostiche avanzate, come quelle basate sull’imaging elettromagnetico, sono molto preziose per i contributi che possono dare al settore.

Tecnologie radar a microonde (georadar e radar olografico) ed ai Terahertz (THz), eventualmente potenziati da innovative procedure di elaborazione dati, consentono, ad esempio, di effettuare indagini diagnostiche non invasive, non intrusive e tali da non arrecare alcun rischio di deterioramento del bene in esame finalizzate sia a determinare le modalità costruttive delle opere d’arte sia ad acquisire informazioni sul loro stato di degrado, con particolare attenzione alle problematiche legate al normale invecchiamento dei materiali ed agli effetti dovuti all’inquinamento ambientale. Inoltre, tali sistemi di sensing sono sufficientemente flessibili da poter essere impiegati per investigare diverse tipologie di materiali, tra cui marmi, legni, cementi, malte. BC Pompei

In questo ambito l’attività di ricerca svolta presso l'IREA si articola in due princiali filoni.

Il primo riguarda l'uso e lo studio delle potenzialità diagnostiche di sistemi radar a microonde nell’ambito di indagini, prevalentemente di tipo strutturale, finalizzate a fornire informazioni utili per la conservazione programmata ed ottimizzata nonché  il quick damage assessment di sedi museali di valore storico artistico e/o grandi opere d’arte, come ad esempio altari e pareti affrescate.

Il secondo è incentrato sull'uso e definizione delle potenzialità della tecnologia ai THz come strumento diagnostico allo stato dell’arte per analisi stratigrafiche e spettroscopiche finalizzate alla caratterizzazione di manufatti di pregio ed dei materiali che li compongono. Tali analisi mirano a fornire informazioni utili alla caratterizzazione e conservazione di opere d’arte come mosaici, papiri,dipinti su tela, affreschi e reperti archeologici, tra cui ossa e legni antichi.

 

Pubblicato in Elenco applicazioni

MappePermSeno250Secondo  l'Organizzazione Mondiale della Sanità, il cancro è la seconda causa di morte nei paesi economicamente sviluppati e quello al seno è la più diffusa patologia oncologica nella popolazione femminile.

Poiché la diagnosi precoce è oggi considerata un fattore cruciale per aumentare l'efficacia dei trattamenti terapeutici e ridurre il tasso di mortalità, è cresciuto ed è in continuo aumento l'interesse verso lo sviluppo di nuove metodologie diagnostiche in grado di cooperare con quelle esistenti, come la mammografia a raggi X e la risonanza magnetica, riducendone i limiti e le controindicazioni.

Una tecnica potenzialmente in grado di soddisfare tali requisiti è l'imaging a microonde che sfrutta l’interazione tra campi elettromagnetici ed i tessuti biologici. L'idea di impiegare l’imaging a microonde per la diagnostica medica deriva dall'osservazione che a tessuti diversi, o in condizioni funzionali diverse (ad esempio, tessuto sano e canceroso), corrispondono, nella banda di frequenze delle microonde, valori diversi delle proprietà dielettriche. Pertanto, l'impiego di tecniche di diagnostica elettromagnetica consentirebbe, almeno in principio, di recuperare informazioni non solo sulla presenza di una lesione sospetta, ma anche sulla sua natura.

Inoltre, l’imaging a microonde è meno invasiva di altre metodologie diagnostiche in quanto non utilizza radiazioni ionizzanti e richiede dispositivi relativamente economici e poco ingombranti.

Pubblicato in Elenco applicazioni
Mercoledì, 13 Luglio 2011 18:35

Monitoraggio geotermico e di aree vulcaniche

MonitAreaVulcanica250 Identificare e circoscrivere le sorgenti di calore, così come modellare quantitativamente lo stato termico nel sottosuolo e la sua evoluzione temporale, sono aspetti cardini per l’interpretazione delle variazioni geochimiche e geofisiche osservabili in un’area vulcanica attiva che richiedono la definizione delle isoterme, ovvero delle linee che congiungono punti con la stessa temperatura media, ed il monitoraggio delle loro eventuali variazioni temporali. Tale compito trae vantaggio dall’uso dei sensori distribuiti in fibra ottica basati sul fenomeno fisico dello scattering stimolato di Brillouin. Tale sensori consentono, infatti, di determinare la distribuzione tridimensionale di temperatura all’interno di una caldera ed essendo costituiti da una normale fibra ottica il cui ingombro, includendo anche il rivestimento protettivo, è di pochi millimetri offrono il vantaggio di poter essere istallati  anche a posteriori rispetto alla realizzazione del pozzo, senza minimamente perturbare la strumentazione esistente. Inoltre, trattandosi di sensori ottici, eventuali interferenze elettromagnetiche tra il sensore e la strumentazione già installata sono scongiurate.

Pubblicato in Elenco applicazioni
Giovedì, 14 Luglio 2011 17:18

Monitoraggio di inquinanti in acque potabili

jet waveguideSecondo uno studio recentemente svolto dall’Environmental Protection Agency (EPA), un sistema di allarme per il monitoraggio della qualità dell’acqua potabile dovrebbe essere in grado di dare risposte immediate rilevando con elevata sensibilità una vasta gamma di potenziali sostanze inquinanti e minimizzando il numero di falsi positivi e falsi negativi. Tale sistema dovrebbe, anche, presentare un buon livello di automazione e semplicità d’uso.

Ad oggi, un simile sistema non esiste e quelli attualmente in uso monitorizzano la qualità dell’acqua: (i) misurando continuativamente un ridotto numero di parametri fisico/ chimici (pH, eH, temperatura, conduttività, torbidità); (ii) effettuando analisi periodiche in laboratorio su campioni. Non esiste pertanto alcun sistema in grado di fornire allarmi in tempo reale del verificarsi di una contaminazione accidentale o dolosa.

La realizzazione di un sistema innovativo per il monitoraggio capillare ed in tempo reale della qualità dell’acqua potabile, in grado di soddisfare i requisiti delineati EPA, richiede l’integrazione di diverse tipologie di sensori, tra cui sensori ottici ed elettromagnetici. E’, infatti, possibile rilevare sostanze inquinanti organiche e microorganismi tossici sfruttando la loro fluorescenza naturale, emessa quando illuminati da una luce UV (260-400nm), ed usando la tecnologia microfluidica per prelevare in modo attentamente controllato i campioni di acqua. D’altra parte, la presenza di sostanze inquinanti determina un’alterazione delle caratteristiche elettromagnetiche (conducibilità specifica, permittività) del campione, che possono essere rilevate mediante tecniche di diagnostica a microonde.

Tra i sensori optofluidici recentemente progettati e realizzati presso l’IREA, sono da annoverare quelli basati su guide d’onda a getto. In tali dispositivi viene sfruttata la proprietà di guida offerta da un getto liquido per veicolare segnali utili a fini di sensing.

Illuminando in direzione ortogonale il getto d’acqua mediante radiazione UV, la luce fluorescente prodotta dalle sostanze inquinanti resta intrappolata all’interno del getto, per il fenomeno della riflessione interna totale (TIR), e convogliata poi ad una fibra ottica che trasporta il segnale ad un rivelatore. Tale approccio elimina completamente inconvenienti che tipicamente affliggono altre metodologie, dovuti alla presenza di strutture solide in cui inglobare la guide d’onda e la soluzione da esaminare.

Sensori optofluidici basati su guide d’onda a getto, hanno permesso la rivelazione a bassissime concentrazioni di numerose sostanze inquinanti, come idrocarburi aromatici (ad esempio: benzene, toluene, xilene e naftelene) e di batteri, come il Bacillus Subtilis (noto come simulante dell’antrace) o la Microcystis Aeruginosa (legata a fenomeni di eutrofizzazione delle acque).

Nell’ambito del progetto ACQUASENSE, sono state testate differenti versioni di tali dispositivi che hanno poi dato luogo alla realizzazione di un dispositivo portatile.

L’interesse suscitato per le ricerche svolte è testimoniato da diversi importanti media del settore:

Optical Society of America (OSA) (http://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/newsreleases/2013/naked_jets_of_water_make_a_better_pollutant_detect/)

Optics & Photonics News - December 2013 (http://www.opnmagazine-digital.com/opn/december_2013?pg=14#pg14)

Photonics Magazine OPLI (http://www.opli.net/opli_magazine/eo/2013/naked-jets-of-water-make-a-better-pollutant-detector/ )

Science Daily (http://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131003162942.htm )

Photonics Spectra (http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=55429 )

Red Orbit (http://www.redorbit.com/news/science/1112966652/naked-jets-water-better-way-to-detect-pollutants-100413/

Pubblicato in Elenco applicazioni

Il cancro è, oggigiorno, tra le principali cause di morte e la disponibilità di tecniche diagnostiche, capaci di rilevarne la presenza sin dai primissimi stadi di formazione, unitamente a protocolli terapeutici, che agiscano direttamente sulla lesione con ridotto impatto sui tessuti sani circostanti, è alla base sia di una riduzione del tasso di mortalità sia del miglioramento della qualità della vita dei pazienti.

L’importanza di una diagnosi precoce e di un trattamento clinico efficace e con ridotti effetti collaterali motiva la ricerca di nuove e più efficienti strategie. In questo contesto, i ricercatori dell’IREA, grazie alle loro competenze sia in ambito ingegneristico che biologico, sono impegnati nello studio di fattibilità di nuove tecnologie basate sull’uso combinato di campi elettromagnetici a frequenze delle microonde e nano particelle. Queste ultime sono usate come agenti di contrasto che, legandosi selettivamente alle cellule tumorali, da un lato ne incrementano l’individuazione e dall’altro facilitano la localizzazione del trattamento terapeutico.

In particolare, le attività di ricerca svolte presso l’IREA riguardano due aspetti fondamentali e tra loro complementari. Il primo è lo studio delle interazioni tra sistemi biologici, segnali a frequenze delle microonde e nanoparticelle al fine di delineare i protocolli da seguire per massimizzare gli aspetti cooperativi ed al contempo ridurre il rischio di tossicità, dovuto all’uso di determinate tipologie di nanoparticelle. Il secondo è finalizzato alla modellizzazione di tali interazioni ed alla simulazione dello scenario elettromagnetico di riferimento con l’obiettivo di delineare nuove strategie diagnostiche e terapeutiche capaci di migliorare in modo sostanziale le tecnologie già esistenti.
Pubblicato in Elenco applicazioni
Domenica, 16 Febbraio 2014 18:06

Detection dei segni vitali

segnivitaliIl rilevamento della variazione di frequenza o di fase del segnale radar è comunemente usato per diversi fini, come ad esempio la misura della velocità di un veicolo ed il monitoraggio delle tempeste. Lo stesso principio può essere sfruttato per rilevare piccoli movimenti fisiologici causati dalla respirazione e dal battito cardiaco senza la necessità di collegare sensori sul corpo umano. Per questo motivo, i radar a effetto Doppler sono di notevole interesse in applicazioni di soccorso, sicurezza, ed in ambito sanitario. Tali radar possono facilitare la ricerca di persone in situazioni di crisi e catastrofi naturali, ad esempio intrappolate sotto macerie a seguito di un terremoto o sepolte da valanghe. Inoltre, potrebbero essere utili per operazioni militari o di sicurezza in cui si necessita rilevare il movimento di persone nascoste dietro strutture opache come le pareti degli edifici. A parte queste applicazioni, il monitoraggio dell’attività respiratoria e cardiaca mediante il radar Doppler è stato recentemente oggetto di numerosi studi in ambito medico. Un esempio degno di nota è il baby monitor proposto per prevenire la sindrome della morte improvvisa infantile. Esso registra i movimenti dell’infante durante il sonno e fornisce un segnale di allarme se non è rilevato un movimento entro venti secondi. Altre applicazioni interessanti sono la classificazione delle fasi del sonno, il rilevamento di apnee notturne, il tracciamento della posizione di un tumore in movimento durante la radioterapia, e l’imaging del movimento cardiaco.

L'attività svolta dai ricercatori IREA in questo contesto applicativo è incentrata su due diversi aspetti. Il primo riguarda lo sviluppo di efficaci algoritmi di elaborazione per la stima dei parametri vitali (frequenza respiratoria e cardiaca) dal segnale radar. Il secondo, svolto nell’ambito del progetto Amiss e in collaborazione con i ricercatori della Baumann Moscow State Technical University, é incentrato sulla stima delle prestazioni di bioradars mediante strumentazione medica standard. L’attività di ricerca in corso è anche diretta alla realizzazione e la caratterizzazione di sistemi bioradar ed un primo prototipo è stato recentemente sviluppato nel Laboratorio di Diagnostica Elettromagnetica.

Pubblicato in Elenco applicazioni
«InizioPrec.12Succ.Fine»
Pagina 2 di 2