Tematiche disponibili per il 40° ciclo

TEMATICHE

Negli ultimi anni si è fatta sempre più impellente la necessità di sviluppare sistemi di propulsione e per la produzione di energia con caratteristiche di elevata efficienza e ingombri estremamente contenuti. A tal fine le soluzioni che si avvalgono di microcamere di combustione e combustibili “puliti”, come idrogeno o metano, sono apparse le più promettenti, prospettando, rispetto ai sistemi tradizionali, delle densità di energia nettamente superiori con ingombri ed impatto ambientale inferiori. In tale contesto, recentemente sono stati proposti prototipi di propulsori innovativi a idrogeno, le cui micro-camere di combustione elicoidale occupano volumi anche inferiori a 6 cm3 e manifestano enormi potenzialità in ambito sia aerospaziale sia terrestre. Nonostante la presenza di studi numerici nella letteratura tecnicoscientifica, proprio la valutazione quantitativa delle suddette potenzialità, attraverso la misura sperimentale delle caratteristiche meccaniche, termiche e funzionali con metodi oggettivi, ripetibili e riproducibili, risulta ancora oggi una sfida impegnativa, dal forte carattere interdisciplinare e innovativo, costituendo di fatto un passo necessario, non solo per la conoscenza approfondita nella gestione ed ottimizzazione dei micro-propulsori sopracitati ma anche per migliorarne le qualità, in vista di applicazioni sempre più articolate e di grande interesse per la collettività, in un settore che risulta una delle frontiere nello scenario tecnologico attuale.

Prof. Salvatore Andrea Sciuto

Con il termine microplastiche si intendono particelle di materiale plastico di dimensioni tra 0.1µm e 5000µm, a loro volta distinte in primarie, prodotte già in forma di piccole particelle (es. da prodotti cosmetici e farmaceutici), e secondarie, derivate dalla disgregazione di rifiuti plastici di maggiori dimensioni. Nonostante le minuscole dimensioni delle singole particelle, le problematiche ad esse associate assumono proporzioni gigantesche, visto che, solo nell’ambiente marino, ad oggi si stima il rilascio di milioni di tonnellate di microplastiche ogni anno. Il primo passo per la gestione ed il contenimento del fenomeno è la misura della quantità di particelle per m3 d’acqua, il che in mare avviene solitamente per mezzo di un campionamento condotto con particolari setacci trascinati da imbarcazioni e un’analisi al microscopio per mezzo di personale specializzato: va tuttavia osservato che tale attività appare dispendiosa in termini di tempo e risorse, inoltre può essere eseguita solo saltuariamente, coinvolgendo aree molto ampie. Costituisce pertanto interesse vivo ed attuale, da parte della comunità tecnico-scientifica e di molte organizzazioni pubbliche e private, lo sviluppo di nuovi metodi e sistemi per la misura continuativa in situ del tenore di microplastiche in ambiente marino, da un lato limitando sia i costi di campionamento e analisi sia l’impatto ambientale, dall’altro assicurando adeguate caratteristiche di ripetibilità, riproducibilità e accuratezza dei risultati.

Prof. Salvatore Andrea Sciuto

Prof. Ambra Giovannelli

Negli ultimi anni, il mercato di dispositivi basati su tecnologia MEMS è cresciuto rapidamente in virtù delle molteplici applicazioni in diversi settori, con particolare riferimento non solo all’industria automobilistica e alle telecomunicazioni ma anche alla biologia e alla medicina, che da più parti appaiono come i segmenti più promettenti per il prossimo futuro. Tra i MEMS per applicazioni biomedicali, i microgripper attualmente costituiscono oggetto di diffuso interesse da parte della comunità scientifica, grazie alle loro potenzialità nella manipolazione di cellule e tessuti su scala micrometrica, consentendo in taluni casi anche la misura di grandezze fisiche, come ad esempio misure di spostamenti e forze di piccolissima entità. Proprio la valutazione quantitativa delle suddette potenzialità, attraverso la misura delle caratteristiche meccaniche e funzionali dei microgripper con metodi oggettivi, ripetibili e riproducibili, è ancora oggi una meta impegnativa e di estremo interesse nonostante la gran profusione di studi su tali dispositivi, costituendo di fatto un passo necessario, non solo per la conoscenza approfondita del loro utilizzo ed ottimizzazione ma anche per migliorarne le qualità, in vista di applicazioni sempre più articolate e di grande interesse per la collettività, in un settore che risulta comunque di frontiera nel panorama tecnologico attuale.

Prof. Salvatore Andrea Sciuto

Grazie alla loro grande utilità e versatilità, i sistemi ad ultrasuoni per la diagnostica clinica ricoprono ad oggi una delle maggiori fette del mercato internazionale dell’imaging medicale, secondo tre segmenti principali: imaging 2D (il segmento più ampio), imaging 3D e 4D, Doppler. Tra essi i sistemi eco-doppler consentono di rilevare la presenza, direzione, velocità e caratteristiche dei flussi sanguigni nei vasi e ad oggi il Color Flow Imaging (CFI) risulta una delle applicazioni più comuni: essa consiste in una rappresentazione duplice, dove alla morfologia dei distretti anatomici vengono aggiunte informazioni sui flussi sanguigni, sovrapponendo all’immagine bidimensionale in livelli di grigio una immagine a colori funzione dei campi di velocità misurati. Nonostante la grande diffusione e la rilevanza sia economica sia diagnostica, ancora oggi non è presente uno standard condiviso a livello internazionale sulla caratterizzazione e verifica prestazionale degli ecotomografi, in particolare per il CFI dove oltre al vuoto normativo si osserva anche una scarsa letteratura scientifica in merito. Tuttavia è diffusa nella comunità scientifica l’opinione che, in virtù dei notevoli progressi cui sta andando incontro tale tecnologia, unitamente alla elevata complessità (superiore ad altre tecnologie ad ultrasuoni, es. Bmode, PW-Doppler), si renda comunque necessario stabilire dei criteri oggettivi per la misura delle prestazioni di tali strumenti, ciò sia ai fini manutentivi sia per lo sviluppo di nuove tecnologie diagnostiche ad ultrasuoni, che per le loro caratteristiche di real-time e innocuità nei confronti della salute del paziente ad oggi spesso non risultano sostituibili.

Prof. Salvatore Andrea Sciuto

Il progetto di ricerca si pone l’obiettivo di sviluppare e mettere a punto modelli multidimensionali da utilizzare sia come supporto alle attività di ricerca sperimentale, sia come strumento di indagine per l’approfondimento di aspetti di particolare importanza come l’insorgenza e lo sviluppo della cavitazione e i transitori meccanico-idraulici. Le attività sono orientate allo sviluppo di strumenti di analisi basati sia sulla fluidodinamica computazionale tridimensionale e sia analisi su approccio a parametri concentrati. Dal punto di vista del metodo, si ritiene inoltre di fondamentale importanza tanto il ricorso agli ambienti di simulazione open-source quanto lo sviluppo di set-up sperimentali ad hoc, per condurre attività di messa a punto e validazione dei modelli sviluppati.

Nell’ambito della produzione di potenza elettrica, stanno riscuotendo interesse cicli innovativi a CO2 trans-critica e supercritica. Tuttavia, lo sviluppo di alcuni componenti fondamentali, quali le turbomacchine per il gruppo di potenza e gli scambiatori di calore, pone ancora notevoli problematiche. Il lavoro dottorale consisterà nella progettazione ed analisi di tali componenti e nell’analisi preliminare in condizioni nominali e fuori progetto dell’intero impianto di potenza.

Prof. Coriolano Salvini

L’obiettivo della ricerca è quello di studiare e sviluppare strumenti e metodi per supportare il progettista nella definizione delle strutture di supporto e nella scelta dell’orientamento delle parti all’interno dell’area di stampa considerando processi additivi da polveri. In particolare, le tecnologie di stampa analizzate saranno Selective Laser Melting, rivolta a parti metalliche, e Selective Laser Sintering, rivolta a parti in materiale plastico e composito. Il dottorando inizierà i propri studi lavorando con software CAD/CAE commerciali per approfondire lo stato dell’arte relativo alla modellazione delle strutture di supporto, alla scelta dell’orientamento di stampa, e per analizzare inoltre i risultati tramite strumenti di simulazioni FEM. Lo stato dell’arte si completerà con lo studio in letteratura relativo al tema del Design for Additive Manufacturing. Successivamente, il dottorando formalizzerà una Knowledge Base di regole per individuare le superfici da supportare, scegliere tipologia e parametri di supporto più adatti, valutare il tempo e costo di stampa, stimare il rischio di eccessive deformazioni sulla parte dovute al processo di stampa. La Knowledge Base studiata sarà poi implementata tramite linguaggio di programmazione in plug-in per software CAD con interfaccia grafica per l’inserimento degli input di progetto. Nell’ultima fase del percorso di ricerca verranno studiati ed introdotti strumenti di ottimizzazione basati su algoritmi genetici per l’ottimizzazione multi-obiettivo sia dei parametri delle strutture di supporto e sia dell’orientamento delle parti durante il processo di stampa. Gli obiettivi di ottimizzazione riguarderanno la riduzione del tempo di stampa, la riduzione del volume di stampa, la riduzione delle deformazioni post-stampa. La validazione degli strumenti e metodi studiati sarà effettuata tramite casi studi relativi a componenti meccanici realizzati tramite processi di stampa additiva partendo da polveri sia metalliche che polimeriche.

La variabilità, intesa come tutto ciò che fa deviare il funzionamento di un sistema rispetto uno stato di riferimento, include sia variazioni prevedibili dello stato del sistema o dell’ambiente circostante, sia fenomeni casuali (variabilità aleatoria), che la incompleta conoscenza dei fenomeni in gioco (incertezza epistemica), inclusi scenari operativi differenti da quanto immaginato in sede di progetto. Tale variabilità è ineliminabile ma causa difficoltà nella progettazione ed esercizio di apparecchiature, impianti e sistemi logistici, che spesso si assume operino in determinate condizioni di regime nel rispetto di specifiche deterministicamente fissate, comportando di conseguenza il rischio che il sistema non si comporti come desiderato. Sebbene diversi approcci operativi siano stati sviluppati per progettare e gestire sistemi industriali in condizioni di incertezza e rischio, questi appaiono spesso orientati a risolvere specifiche questioni progettuali o gestionali e si limitano ad includere solo alcuni elementi di rischio. Il tema di ricerca proposto mira a sviluppare, per quanto possibile, elementi teorici e metodologici di natura unitaria ed ampio spettro di applicabilità, per contrastare le diverse e compresenti situazioni di variabilità, e sviluppare modelli che consentano di analizzare simultaneamente ed in maniera sistemica gli effetti delle diverse cause di variabilità sulle prestazioni tecniche ed economiche di sistemi tecnologici, impianti industriali e supply chain in condizioni di funzionamento reali.

Industria 4.0 rappresenta un cambiamento paradigmatico della produzione industriale basato sull’introduzione su larga scala di sistemi ciberfisici (Cyber-Physical Systems, CPS), cioè sistemi fisici (macchine, robot, prodotti ecc.) interconnessi con sistemi informatici che possono interagire e collaborare con altri CPS adottando in tempo reale logiche decisionali autonome e distribuite, sfruttando le informazioni derivanti dall’elaborazione di ingenti quantità di dati resi disponibili dalla messa in rete di entità fisiche che operano un interscambio massivo di dati. Nell’ambito della produzione l’approccio Industria 4.0 ha l’obbiettivo di realizzare la “smart factory” che consente la collaborazione intelligente tra risorse produttive umane e automatizzate (Smart Production), l’integrazione tra sistemi esterni (es. fornitori e cliente, sistemi di trasporto e altri servizi) mediante infrastrutture informatiche intelligenti (Smart Services), ed un migliore uso dell’energia (Smart Energy). Il modello Industria 4.0 si basa sullo sviluppo di molteplici tecnologie abilitanti sinergiche, che consentano al sistema esteso inglobante il produttore con la sua supply chain, il prodotto e l’utente, di essere più flessibile, reattivo, ed efficiente, incrementando tutte le dimensioni della qualità, della produttività e del livello di servizio. Ciò garantisce maggiore competitività anche grazie alle opportunità di inglobare nuove funzionalità nel prodotto interconnesso, e di sviluppare modelli di business innovativi. Purtroppo in Italia, a causa dell’ampia diffusione di piccole e media imprese, del basso livello di innovazione organizzativo e gestionale e della scarsità di competenze interne specializzate su tali tematiche, il tema Industria 4.0 è compreso in una accezione estremamente riduttiva, il che spesso limita gli interventi al rinnovo di sistemi informativi con soluzioni di informatizzazione tradizionale od il semplice acquisto di apparecchiature predisposte per l’interscambi dati. Scopo del tema di dottorato è quindi l’analisi critica di punti di forza, debolezza, delle problematiche operative e delle opportunità applicative delle tecniche Industria 4.0, al fine di sviluppare in maniera integrata modelli e strumenti per l’analisi, la progettazione e l’implementazione di sistemi ciberfisici nei sistemi manifatturieri, sia sviluppando metodiche generali che analizzando casi di studio specifici, con particolare attenzione alle problematiche specifiche della piccola e media impresa. Ciò consentirebbe di individuare in ciascun contesto l’insieme di interventi più idonei e definire una road map per la pianificazione degli interventi.

Lo sfruttamento del moto ondoso come risorsa energetica rinnovabile sta diventando una concreta opportunità, come testimoniato dalle numerose iniziative sperimentali messe in atto in tutto il mondo. Tra le molteplici tipologie di dispositivi concepiti per la captazione e la conversione dell’energia connessa al moto ondoso, appaiono di particolare interesse i dispositivi giroscopici, in cui si sfrutta la coppia generata dall’oscillazione dell’asse di rotazione di un giroscopio installato a bordo di una piattaforma galleggiante. Tali dispositivi appaiono inoltre particolarmente adatti a mari chiusi ed a scarsa ondosità come il mar Mediterraneo. La ricerca si propone di investigare in dettaglio gli aspetti ancora non adeguatamente approfonditi delle soluzioni progettuali preliminari presentate in letteratura, fornendo strumenti per l’analisi delle prestazioni tecnico-economiche di tali dispositivi nonchè criteri robusti di progettazione estendendo lo studio a tutti gli aspetti di ingegneria di sistema associati a tale tecnologia innovativa. L’analisi includerà anche la valutazione di soluzioni di stoccaggio energetico mediante idrogeno.

Nell’ambito del quadro normativo sempre più stringente nei confronti dell’impatto ambientale dei motori a combustione interna alternativi, riveste particolare interesse la definizione di strategie di riduzione delle emissioni inquinanti in termini di ottimizzazione sia della geometria e dei parametri del motore, sia dei dispositivi di depurazione dei gas combusti. L’impiego di dispositivi quali DPF ed SCR consente di ridurre l’impatto ambientale ed offre il vantaggio di non modificare sostanzialmente l’architettura del motore. La realizzazione di modelli per l’analisi del processo di deposizione del particolato e di rigenerazione nei filtri e per la simulazione del processo di iniezione di reagenti in sistemi di rimozione selettiva catalitica riveste particolare interesse non solo per la definizione dei parametri che influenzano le prestazioni di questi sistemi ma anche per l’interazione che essi hanno con il funzionamento del motore stesso. Il progetto di ricerca riguarda lo sviluppo di un modello di previsione delle prestazioni di tali dispositivi da validare mediante attività sperimentale in laboratorio finalizzato alla messa a punto di sistemi di calibrazione e controllo delle prestazioni del motore.

Algoritmi dedicati al monitoraggio e controllo delle condizioni di funzionamento di motori alternativi a combustione interna sono attualmente oggetto di grande interesse con l’obiettivo di ottimizzare il processo di combustione al fine di ridurre consumi ed emissioni in atmosfera. Sensori quali microfoni ed accelerometri hanno mostrato la loro attitudine a poter essere impiegati per il monitoraggio non intrusivo dell’evoluzione del processo di combustione. L’obiettivo della ricerca è l’implementazione e la sperimentazione di un sistema finalizzato al controllo della combustione in motori pluricilindrici compatibile per affidabilità ed onerosità all’impiego on board.

Le tematiche di ricerca proposte hanno come obiettivo la progettazione e la realizzazione di una nuova generazione di prodotti monouso, destinati all’utilizzo a contatto con gli per alimenti, non presente attualmente sul mercato. La tipologia di prodotti trattata sarà principalmente, ma non esclusivamente, quella delle stoviglie monouso (piatti, bicchieri, posati), consentendo un aumento della produttività e della sostenibilità industriale, oltre ad una riduzione dell’impatto ambientale. Più in particolare la ricerca sarà incentrata sul tema riguardante packaging e nuove tecnologie per la qualità alimentare poiché dedicata allo sviluppo di tecnologie alternative che permettano la produzione e l’adozione di materiali che rispettino e superino le attuali normative in merito alla produzione di materiali e prodotti finiti da utilizzare a contatto diretto con gli alimenti o “MOCA” (descritti nei regolamenti (CE)). Le attività di ricerca previste dalla tematica in oggetto saranno quindi volte all’utilizzo di materiali biodegradabili e compostabili (sia in ambiente industriale che domestico), nonché a materiali biodegradabili in ambiente marino nella realizzazione di prodotti finiti eco-sostenibili. Le caratteristiche dei materiali plastici che verranno utilizzati negli studi sono tali da poter essere definiti “Materiali avanzati” e rientrano nelle tecnologie abilitanti fondamentali (KETs – Key Enabling Technologies). Pertanto, con la presente tematica di ricerca, si propone di dimostrare la possibilità di progettare e realizzare manufatti monouso per il settore alimentare mediante l’uso di bioplastiche ad elevate prestazioni e tecnologie innovative. In questo contesto, il candidato prescelto dovrà orientare le attività di ricerca in accordo con i principi dell’economica circolare, avendo come obbiettivo la riduzione dell’impatto ambientale relativamente al processo di produzione dei prodotti monouso, del loro utilizzo e smaltimento, nonché la creazione di valore attraverso l’applicazione e lo sviluppo di strategie di riutilizzo delle risorse e di limitazione nella generazione degli scarti. In questo contesto, ed alla luce delle recenti direttive in materia di anti-inquinamento divulgate dalla commissione europea (in particolare della COM340/2018 Final), il candidato nello sviluppare le tematiche di ricerca dovrà avere come obiettivo lo sviluppo di tre classi di materiali basate su blende polimeriche con caratteristiche di compostabilità (in ambiente domestico) e su blende con elevata biodegradabilità su suolo ed in ambiente marino.

Le normative ambientali sempre più stringenti stanno spingendo il mercato del film verso la ricerca di soluzioni cosiddette plastic-free. In particolar modo, si cercano materiali che hanno comportamento plastico, filmabilità ed elevate proprietà di drappeggio e che, in tal senso, presintino funzionalità simili alle poliolefine e alle poliesteri da fonte fossle, ma che siano integralmente derivate da materiale biodisponibili non modificato. Ad oggi, esistono molteplici soluzioni che possono consentire di produrre film con materiali biodisponibili, ma i relativi processi di fabbricazione sono sempre afflitti da elevatissimi impatti ambientali (ad. es., il cellophane o la viscosa) oppure dall’esigenze d intervenire con modifiche chimiche (ad. es., le cellulose esterificate). In tale progetto si intende invece studiare un materiale completamente basato su risorse biodisponibili, il cui processo di fabbricazione sia completamente esente da sostanze dannose per l’ambiente e per la salute dell’uomo e che non preveda l’intervento di modifiche chimiche sul materiale. Gli studi vertiranno sulla progettazione e sperimentazione del materiale biodisponibile, sullo studio e la prototipazione del processo di filmatura per estrusione cast e in bolla ed, infine, sulla valutazione delle prestazioni tecnologiche e funzionali dei prodotti finiti.

Le tematiche di ricerca proposte hanno come obiettivo la progettazione e la realizzazione di una nuova generazione di manufatti in materiale bioplastico, anche a geometria complessa, mediante tecnica di prototipazione rapida 3d. In particolare, l’attenzione sarà posta sulle tecniche cosiddette del 4d printing, dove i manufatti acquisiscono una “quarta” dimensione, in quanto prodotti con materiali sensibili a stimoli esterni, quali il calore o l’esposizione a radiazioni luminose o ad altri stimoli esterni, quali ad esempio campi magnetici o impulsi elettrici. Ad oggi, gran parte dei processi produttivi dei materiali plastici si basano su tecnologie consolidate che prevedono l’utilizzo di stampi e beni strumentali (in genere, presse). Tale approccio ha permesso di ridurre significativamente i costi dei manufatti in materiale plastico, tutte le volte in cui è necessario prevedere una produzione di massa al punto di poter ammortizzare gli elevati investimenti in beni strumentali. Tuttavia, tali tecniche di produzione possono subire gli effetti di improvvisi cali del mercato, in quanto non sono flessibili e non sono adattabili a drammatiche riduzioni della domanda di mercato (i.e., la pandemia COVID-19). Inoltre, tali tecniche richiedono continui investimenti in stampi, tutte le volte che il design dei manufatti diventa obsoleto, con nuovi costi necessari per sostenere il ciclo di fabbricazione. La tecnologia di 3D printing permette, invece, di ottenere teoricamente anche un lotto unitario come lotto economico. Pertanto, l’industria ha mostrato un forte interesse verso tale tecnologia, che risponde in maniera ottimale all’esigenze di flessibilità della moderna produzione manifatturiera. Le tecniche 4d printing aggiungendo un grado di libertà alle immense potenzialità dl 3d printing ne estendono il campo di interesse in molteplici settori, incluso il biomedicale, il farmaceutico, lo spazio. Nello specifico, gli studi previsti nel corso del programma di dottorato saranno focalizzati sulla progettazione di compound in materiali bioplastici innovativi idonei alla prototipazione 4D, sullo sviluppo dei processi di produzione del compound e del filamento necessario all’alimentazione delle macchine di prototipazione rapida, sull’identificazione di un’ampia gamma di scenari di potenziale interesse applicativo. Ulteriori studi riguarderanno l’ottimizzazione del processo di prototipazione rapida 3D, la programmazione dei manufatti attraverso stimoli esterni e la valutazione delle prestazioni conseguibili. Le caratteristiche dei materiali bioplastici che verranno utilizzati negli studi sono tali da poter essere definiti “Materiali avanzati” e rientrano, pertanto, nelle tecnologie abilitanti fondamentali (KETs – Key Enabling Technologies).

Nella fase di progettazione delle trasmissioni a cinghie trapezoidali risulta indispensabile conoscere con esattezza il rapporto di trasmissione reale per la corretta progettazione di trasmissioni a variazione continua del rapporto (CVT). Questa conoscenza risulta ancora più importante in quanto il rapporto di trasmissione varia durante il funzionamento. Tuttavia, il rapporto di trasmissione istantaneo non corrisponde nella realtà a quello teorico, ossia al rapporto dei diametri di avvolgimento della cinghia sulle due pulegge. Lo studio si prefigge lo scopo di proporre, raccogliendo un adeguato numero di dati sperimentali, una formulazione analitica che leghi il rapporto di trasmissione teorico a quello reale, tenendo conto, non solo dei fattori costruttivi, ma anche delle condizioni di funzionamento istantanee della trasmissione stessa.

La presente tematica è dedicata alla ricerca e allo sviluppo di un innovativo sistema di smorzamento delle vibrazioni basato sull’utilizzo di smart-material allo scopo di migliorare le prestazioni e il comfort delle racchette da tennis professionali presenti ad oggi sul mercato. In particolare, la ricerca mira allo sviluppo di un sistema in grado di minimizzare le vibrazioni trasmesse al braccio del tennista e ridurne contemporaneamente la velocità di affaticamento muscolare. L’attività di ricerca includerà la modellizzazione, l’analisi, la progettazione e lo sviluppo di un sistema innovativo di smorzamento delle vibrazioni delle racchette da tennis utilizzando i cosiddetti smart-material. E’ di particolare interesse lo sviluppo di un modello analitico, verificato tramite un codice agli elementi finiti (FEM) e campagne sperimentali, per la simulazione del comportamento dinamico del sistema.

Il progetto mira allo sviluppo di tecniche innovative per la progettazione di strutture funzionanti in base al principio della cedevolezza selettiva che possano essere fabbricate con procedimenti basati sulle nanotecnologie. La sintesi cinematica di meccanismi piani infatti può essere applicata a meccanismi pseudo-rigid body equivalent mechanisms (PRBM) che, in una fase successiva, sono riportati su un wafer alla scala micro o nanometrica. L’attività richiede elevate competenze sui metodi di sintesi topologica e cinematica ed anche notevoli conoscenze sui processi di micro e nano fabbricazione, al fine di adattare il meccanismo PRBM ad una geometria consona alla fabbricazione ed alla attuazione alla micro e nano scala. Durante la fase di progetto le strutture possono essere customizzate su specifiche applicazioni biomedicali, chirurgiche, farmaceutiche e biologiche.

Le più recenti applicazioni richiedono ai sistemi di navigazione inerziale una sempre maggiore accuratezza e velocità di risposta alle variazioni di assetto di un corpo nello spazio. Pertanto, si ricerca una soluzione tecnologicamente innovativa in grado di raccogliere i dati provenienti dai vari sensori e di fonderli al fine di fornire una stima rapida e accurata dell’orientamento di un corpo. Tale necessità è sentita in tutte le applicazioni di navigazione come ad esempio la navigazione marina e sottomarina, i ROV e gli AUV, i veicoli terrestri, i velivoli in atmosfera ed i satelliti. L’attività richiede quindi una conoscenza approfondita della meccanica dei sistemi di corpi rigidi nello spazio ed alla simulazione dinamica dei sistemi multibody. In aggiunta, sono anche richieste conoscenze riguardanti l’hardware che compone i sensori inerziali.

Attualmente le tecniche più innovative sono rappresentate dalla radioterapia guidata da immagini e dalla radioterapia adattiva. I sistemi in grado di effettuare contemporaneamente tali trattamenti sono quelli ibridi che integrano un acceleratore lineare con una risonanza magnetica. Le attività di ricerca riguarderanno la caratterizzazione dell’influenza del campo magnetico sulla distribuzione di dose in diverse situazioni cliniche. L’esecuzione delle misure richiederà la gestione di apparecchiature complesse con l’utilizzo delle più moderne tecnologie hardware e software. Altresì sarà necessaria l’elaborazione e/o sviluppo di simulazioni Monte Carlo per la descrizione di fenomeni fisici relativi all’erogazione di un fascio di radiazione in presenza del campo magnetico. Tali attività si avvarranno di metodi matematici e di strumenti di calcolo avanzati, al fine di comprendere gli aspetti del sistema fisico sperimentale ancora non completamente caratterizzati.

Lo sviluppo di sistemi sempre più efficienti per la conversione della radiazione solare e per l’immagazzinamento dell’energia elettrica prodotta da rinnovabili giocheranno un ruolo vitale nei sistemi energetici del futuro. Il concetto proposto integra un sistema solare a concentrazione (CSP) basato su un ricevitore aperto, un sistema di accumulo termico (TES) ed, infine, un sistema CAES (Compressed Air Energy Storage) per l’accumulo di energia elettrica. L’intero sistema è finalizzato alla massimizzazione del rendimento di conversione energetica e della efficienza di gestione delle reti elettriche. Le attività saranno finalizzate alla ottimizzazione tecnico-economica di sistemi CSP-TES-CAES nell’intervallo di potenza 1-50 MW, assumendo condizioni al contorno rappresentative di casi reali.

Prof. Ambra Giovannelli

La ricerca riguarderà la modellizzazione, l’analisi, la progettazione e lo sviluppo di un’innovativa pedana vibrante “multiarmonica” da utilizzarsi in ambito sportivo e riabilitativo. In particolare lo studio si focalizzerà sulle relazioni tra le caratteristiche della vibrazione della piastra (ampiezze, frequenze, ecc.) e gli effetti biologici.

Con il termine Critical Raw Materials (CRM) ovvero materie prime critiche, si intendono quei materiali di importanza strategica per l’economia caratterizzati da un elevato rischio di fornitura, principalmente a causa della loro scarsa reperibilità all’interno dei confini europei e della difficoltà nel poterli sostituire con altri elementi. Questi materiali sono determinanti nella produzione di una vasta gamma di beni ed applicazioni che spaziano dalle tecnologie digitali, alla produzione di accumulatori e motori elettrici, fino ad interessare la produzione di fonti di energia rinnovabile, come i pannelli fotovoltaici e le turbine eoliche. Si prevede che la transizione verso economie digitali, altamente efficienti dal punto di vista energetico e neutrali dal punto di vista climatico, porterà ad una domanda sempre più elevata di CRM nel prossimo futuro. In questo contesto, il parlamento europeo ha esortato gli Stati membri ad incentivare i processi di prospezione e approvvigionamento di CRM nel rispetto dei vigenti standard ambientali e sociali. Alla luce dei recenti ritrovamenti di silicio nel territorio dell’alto Lazio, si propone uno studio riguardante gli aspetti metodologici connessi alla coltivazione di siti estrattivi di questo genere, a partire dall’analisi di sfruttabilità della risorsa mineraria, sia in termini di potenziali ricadute economico/industriali, sia in termini di impatto ambientale nell’ambito territoriale di riferimento. Lo studio intende inoltre approfondire le tematiche legate alle tecniche e tecnologie di coltivazione applicabili, nonché riguardanti i metodi di ripristino e bonifica dei siti industriali ed estrattivi, volti al successivo recupero ambientale. È inoltre di grande interesse lo studio connesso alle problematiche di salute e sicurezza del lavoro, sia nei confronti dei rischi noti e normalmente associati alle attività estrattive, sia per la potenziale presenza di rischi nuovi, legati alle peculiarità del contesto in esame e ad oggi solo parzialmente indagati in Italia, in quanto propri di siti minerari finora inattivi nel nostro Paese.

L’obiettivo del percorso dottorale è quello di mettere a punto un approccio metodologico idoneo a sviluppare il progetto elettromagnetico, termico e meccanico di un generatore elettrico compatto (es. inferiore a circa 5l in volume e 10kg in massa) funzionante con velocità nel campo 100.000-200.000 rpm, erogando potenze attorno ai 100kW. Il candidato dovrà interagire costantemente con il team di progettazione dell’innovativo sistema di generazione di energia elettrica, al fine di contribuire alla relativa realizzazione, assemblaggio e successivi test

Il progetto dottorale verte sull’affrontare, dal punto di vista tecnico-gestionale, le inedite problematiche relative all’integrazione di sistema, alla progettazione di prodotto e alla pianificazione del processo produttivo e del sistema di produzione di un innovativo combustore ad idrogeno destinato sia alla propulsione spaziale che alla realizzazione di una unità compatta di generazione di potenza elettrica per applicazioni spaziali e terrestri. Trattandosi di un concept di prodotto del tutto inedito risultano di fondamentale importanza gli aspetti relativi al project management del processo di innovazione ed il rispetto degli standard europei applicabili (e.g. ECSS) in relazione ai requisiti di qualità e prestazione, ai fini della certificazione del prodotto per l’utilizzo in ambiente spaziale.

Prof. Paolo Cicconi

Il percorso dottorale prevede studi e attività finalizzati al progetto, sviluppo e validazione di un banco prova che possa riprodurre specifiche condizioni di microgravità su suolo terrestre. Tale banco dovrà essere inserito in una camera di vuoto e utilizzato per lo studio delle prestazioni di un propulsore ad elettrolisi di acqua in condizioni di bassa pressione. In particolare, il banco sarà utilizzato per lo studio degli effetti della microgravità e del vuoto sul comportamento del propellente acqua (sloshing e transizione di fase liquido-vapore nel serbatoio, adduzione nei condotti, etc.), sulla produzione dell’idrogeno e ossigeno dall’elettrolisi dell’acqua, e la relativa adduzione in camera di combustione

L’obiettivo del percorso dottorale verte sulla progettazione preliminare e di dettaglio di sistemi turbogas miniaturizzati ad elevato numero di giri, alimentati con miscele di idrogeno, da utilizzare come range extender di sistemi, aerei o terrestri, funzionanti a batteria. In particolare, il candidato dovrà analizzare la microturbina dal punto di vista sistemistico, progettare preliminarmente i componenti ed effettuare analisi fluidodinamiche di dettaglio volte alla comprensione di alcuni aspetti fondamentali di fluidodinamica applicata alle turbomacchine e di cinetica chimica per micro-camere di combustione alimentate con miscele di idrogeno.

Progettazione strutturale di sistemi microturbogas alimentati ad idrogeno e ad altissima velocità di rotazione.

L’obiettivo del progetto è quello di sviluppare un sistema turbogas utilizzando soluzioni progettuali innovative e adeguate ad assicurare la resistenza strutturale delle varie parti. Il progetto di ricerca si concentrerà quindi sulla definizione delle soluzioni costruttive integrando gli aspetti geometrici e di selezione dei componenti con quelli di scelta dei materiali anche considerando le limitazioni legate alle tecnologie realizzative.

Prof. Stefano Marini

Prof. Alessandro Giorgetti

Il progetto ha come obiettivo lo sviluppo di tecniche di indagine e di strumenti di calcolo per la caratterizzazione e la simulazione dei principali processi, stazionari e transitori, propri dei componenti e dei sistemi oleodinamici, nel quadro delle tematiche energetiche, di sostenibilità e di compatibilità ambientale. Tra i diversi aspetti di particolare interesse vi sono: i fenomeni di efflusso attraverso le sezioni pilotanti delle valvole idrauliche, l’innesco e lo sviluppo di cavitazione, l’impiego di fluidi idraulici eco-friendly e innovativi, il rendimento delle pompe e dei motori in funzione della tipologia di fluido impiegato e dei principali parametri operativi, lo sviluppo di logiche di controllo innovative che permettono di innalzare l’efficienza dei sistemi.

Le turbine a gas operanti con syngas o con miscele gas naturale/idrogeno sono, oramai, entrate nello stato dell’arte. La ricerca si concentra sul rendere le macchine flessibili, capaci di un funzionamento stabile e nel rispetto delle emissioni con qualsiasi miscela di gas naturale e idrogeno (fuel-flexibility). In tale ottica, diventa di grande interesse utilizzare nell’impianto turbina a gas una sezione EGR (Exhaust Gas Recirculation) e modificare il compressore in modo tale che possa lavorare efficacemente anche con gas umidi. Il progetto dottorale è focalizzato sullo sviluppo di tali compressori che, al momento, presentano numerose criticità dal punto di vista fluidodinamico e strutturale. Il candidato analizzerà il sistema nel suo complesso e affronterà la progettazione di compressori radiali per miscele in cui sia presente anche il cambiamento di fase e una maggiore variabilità di densità rispetto ai casi convenzionali

Obiettivi del progetto sono la definizione, implementazione, verifica e applicazione di metodi e strumenti di misura volti alla caratterizzazione funzionale di microgeneratori di energia innovativi (MTGs). A tal fine è richiesta la definizione di procedure di misura riproducibili, comprendendo una robusta analisi dell’incertezza, applicate non solo all’identificazione dei parametri e delle grandezze fisiche per la descrizione delle modalità operative e delle prestazioni di uno specifico prototipo ma anche al progetto, realizzazione e verifica di un banco di prova utile alla caratterizzazione di analoghi MTG  eventualmente sviluppati durante il triennio di attività.