ISSIA

Direttore: Dott. Massimo Caccia

Indirizzo: Via Giovanni Amendola, 122/D-I – 70126 Bari BA Puglia
Tel.: +390805929420
Fax: +390805929460
E-Mail: direttore@issia.cnr.it
Sito web dell’Istituto: http://www.issia.cnr.it
Dipartimento di prevista afferenza: Ingegneria, ICT e tecnologie per l’energia e i trasporti

Missione

Studio e sviluppo di sistemi ed agenti intelligenti complessi sulla base, prevalentemente, delle tecnologie informatiche ed elettroniche, della modellistica fisica, delle metodologie computazionali, con ricadute concrete verso l’industria e la pubblica amministrazione (territorio, ambiente, trasporti, salute, e beni culturali).

L’Istituto di Studi sui Sistemi Intelligenti per l’Automazione (ISSIA) nasce nell’Aprile 2002, in seguito alla ristrutturazione nazionale del CNR, ed è organizzato come segue:

-Sede principale di Bari, corrispondente all’ex Istituto Elaborazione Segnali ed Immagini. Tale organo aveva consolidato negli anni alcune linee di ricerca con fondamenti culturali dominanti dell’informatica, della fisica, e della cibernetica, nei campi prevalenti dell’Elaborazione Digitale dei Segnali e delle Immagini. La ricerca in tale settore,che è risultato trasversale a diverse discipline delle scienze, ha consentito di rivoluzionare le modalità di approccio all’analisi dei segnali e delle immagini, consentendo di descrivere fenomeni fisici complessi in termini sempre più quantitativi anziché qualitativi o euristici. Inoltre l’Istituto continua a svolgere un ruolo primario nella gestione e nello sviluppo dell’infrastruttura di rete e dei servizi telematici erogati agli Organi CNR, ponendosi anche come punto di riferimento tecnico nei confronti della rete GARR, per la connettività geografica, e verso il Servizio Reti di Comunicazione dell’Amministrazione Centrale.

-Unità organizzativa di Palermo, corrispondente all’ex Centro di Studi sulla Affidabilità Sicurezza e Diagnostica dei Sistemi Elettrici di Potenza. Tale Organo ha consolidato ricerche nell’ambito degli azionamenti elettrici con particolare riguardo alla Caratterizzazione, Identificazione, Controllo, Diagnostica e realizzazioni prototipali di azionamenti elettrici con motori rotanti e lineari; nell’ambito della ottimizzazione della conversione e dell’utilizzo dell’energia elettrica proveniente da fonti primarie rinnovabili (eoliche e fotovoltaiche) e nell’ambito della Compatibilità Elettromagnetica (EMC) con particolare riguardo alla compatibilità elettromagnetica di dispositivi elettrici ed elettronici; alle interazioni fra campi elettromagnetici e sistemi biologici altre che all’inquinamento elettromagnetico.

-Unità organizzativa di Genova, corrispondente all’ex Istituto di Automazione Navale. Tale Organo ha da tempo consolidato il suo impegno verso i settori tematici dei sistemi marini, marittimi e spaziali, trasferendo l’innovazione prodotta nelle varie applicazioni di: automatica, robotica e telescienza; manipolatori subacquei; tecnologie, strumentazioni e sistemi per il monitoraggio ambientale marino; sistemi di acquisizione e processing di dati da comunicazioni satellitari; telematica marittima, logistica nei trasporti.

Con l’ISSIA l’Ente ha consolidato la forte interdisciplinarità e la complementarietà delle tematiche di ricerca dei tre Organi preesistenti. Il nuovo Istituto si caratterizza per l’avanzamento della conoscenza e le relative ricadute industriali e sociali, nel settore dei Sistemi intelligenti con prevalente interesse alle seguenti aree tematiche di ricerca:
Macrotema_1: Robotica finalizzata allo sviluppo di macchine intelligenti in grado di percepire ed agire autonomamente in ambienti reali poco strutturati e caratterizzati da incertezza.
Macrotema_2: Automazione per l’incremento di prestazioni, produttività e sicurezza di sistemi complessi.
Macrotema_3: Elaborazione di segnali ed immagini nell’ambito di sistemi integrati hardware e software per l’acquisizione ed il trattamento di informazioni multispettrali, multitemporali e multipiattaforma.
Macrotema_4: Sistemi di misura e di supporto alle decisioni basati su tecniche di soft-computing per applicazioni complesse.

PECULIARITA’ dell’ISTITUTO ISSIA
In diversi settori è sempre più crescente lo sviluppo di cosiddetti Sistemi Intelligenti (Agenti Intelligenti), innovativi ed utili per migliorare la qualità della vita, la competitività e le modalità di produzione delle imprese, per monitorizzare e valutare l’impatto ambientale, per rendere più efficiente le attività di servizio e di gestione delle varie amministrazioni pubbliche locali e nazionali.

Un sistema intelligente, indipendentemente dal campo di impiego, può essere schematizzato in tre componenti essenziali dove: il primo interagisce con l’ambiente per l’acquisizione dei dati del dominio di interesse, utilizzando sensori adeguati; il secondo interpreta ed apprende gli oggetti complessi del mondo; ed il terzo sceglie le azioni più appropriate per risolvere il problema.

Lo studio e sviluppo di sistemi intelligenti complessi comporta la nascita di nuove opportunità scientifiche a linee di ricerca interdisciplinari dell’informatica (elaborazione dell’informazione), della fisica (ottica ed interazione luce-materia), della cibernetica (modelli computazionali neurali), dell’ingegneria elettrica ed elettronica (sensori, attuatori e controllo e azionamenti elettrici, elettronica di potenza, compatibilità elettromagnetica) e meccanica, della intelligenza artificiale, della elaborazione digitale dei segnali e delle immagini, della robotica ed automazione, e della ricerca operativa.

Tali opportunità scientifiche si armonizzano in parte con l’attività di ricerca di base, orientata in particolare all’avanzamento della conoscenza ed in parte con l’attività di ricerca applicata, rivolta maggiormente agli aspetti realizzativi e di trasferimento tecnologico per varie applicazioni di interesse sociale ed industriale.

La ricerca di base, con valenza di tipo interdisciplinare, è rivolta ai paradigmi innovativi derivanti: dall’intelligenza artificiale, dalla teoria dell’informazione, dall’automatica, dalle metodologie di controllo e diagnostica di azionamenti elettrici, dalla teoria della probabilità e dalla statistica, dalla teoria della complessità computazionale e dai modelli neurobiologici dell’apprendimento; dai modelli di formazione delle immagini, studiando l’interazione radiazione materia anche in presenza di moto relativo tra lo specifico sensore considerato e la scena; dai metodi basati su regole simboliche, compresa la logica fuzzy, quando i dati del problema risultano vaghi e contraddittori; dallo studio e trattamento dei dati rumorosi; dall’analisi dei meccanismi di generazione e propagazione dei disturbielettromagnetici.

La ricerca applicata utilizza tali paradigmi nella realizzazione e sperimentazione di metodologie di apprendimento per: la guida autonoma di un veicolo (pianificazione e controllo); il controllo autonomo di un braccio robotico; la classificazione automatica di strutture di dati (territoriali e ambientali) da diverse tipologie di immagini; la ricostruzione tridimensionale degli oggetti della scena; l’estrazione automatica di informazioni significative dall’analisi di grosse banche dati settoriali (biomediche, industriali, dei beni culturali, ecc.); la logistica (movimentazione containers, beni e persone, e trasporto intermodale); la diagnosi di guasto di impianti industriali; la conversione energetica elettromeccanica e la compatibilità elettromagnetica.

L’Istituto è coinvolto anche nello sviluppo di Tecnologie Abilitanti, orientate alla realizzazione ed alla sperimentazione di specifici Sistemi Autonomi Intelligenti, che operino nel mondo fisico (come un veicolo o un robot, che si muova, per esempio, in ambiente domestico o dedicato al controllo del territorio o di una cella robotizzata), oppure immersi nel mondo virtuale e rappresentati da un insieme di programmi eseguibili su uno o più calcolatori, tra loro interconnessi e chiamati Agenti Software, come nel caso di un agente dedicato alla ricerca automatica di informazioni da complesse banche dati o da sequenze di immagini multispettrali e multitemporali.

Lo sviluppo di Sistemi Autonomi Intelligenti è stimolato in particolare dalle limitazioni dei sistemi tradizionali, che non operano correttamente quando la conoscenza (dati, regole e modelli) non è esatta oppure è parziale oppure è incerta, quando l’ambiente si modifica ed il sistema si trova in situazioni non previste prima e con una pianificazione non più adeguata, ed infine, soprattutto, quando i dati sensoriali acquisiti sono incompleti e non precisi, con l’impossibilità di predire l’errore associato alle singole misure.

Una sfida della ricerca mondiale per lo sviluppo di sistemi intelligenti è quello di trovare le euristiche adeguate (non necessariamente ottimali) e farle apprendere automaticamente, al fine di associare in modo ottimale i dati sensoriali di input alle possibili soluzioni del problema, di cui non si conosce a priori una soluzione ottimale.
Alcune “Tecnologie Abilitanti” saranno fruibili solo attraverso l’integrazione di competenze interdisciplinari rivolte allo sviluppo e sperimentazione di Metodologie Innovative che dovrebbero tentare di integrare i paradigmi simbolici tradizionali, basati su regole e processi inferenziali, con paradigmi non simbolici in analogia a quanto avviene nel modello neurale naturale, dove la conoscenza è elaborata attraverso i cambi di stato di neuroni che costituiscono la struttura di supporto di un concetto o di un oggetto. Normalmente le soluzioni sono molteplici ed il problema diventa come ricercare la soluzione ottimale nello spazio delle soluzioni possibili.

La chiave del problema di ricerca è affidata alla scelta delle regole euristiche apprese con l’esperienza e la ragionevolezza, specialmente quando non è ben conosciuta una precisa modellistica fisico-matematica. L’approccio euristico non garantisce la selezione della soluzione ottimale ma consente, normalmente, di risolvere il problema in tempi ragionevoli.
Le regole euristiche sono apprese dal sistema intelligente utilizzando dati storici ed esempi di soluzioni che hanno trovato un riscontro positivo nello specifico contesto considerato. Le ricerche orientate mirano a sviluppare metodi di apprendimento delle regole euristiche ed in molte applicazioni può risultare utile cercare anche soluzioni parziali.
L’esistenza di diversi metodi (statistici, fuzzy, neurali, evolutivi, rinforzo) e la loro combinazione, permetterebbe di realizzare vari approcci differenziati di apprendimento, sperimentando in tal modo una diversità di sistemi intelligenti. Per esempio i metodi fuzzy sono idonei a rappresentare l’euristica e le regole del senso comune. I metodi inferenziali fuzzy applicano tali regole ai dati per generare una soluzione. I metodi neurali sono efficienti per apprendere l’euristica dei dati storici se disponibili. I sistemi fuzzy e le reti neurali sono approssimatori universali nel senso che per una data funzione costo, esiste un sistema fuzzy e un sistema neurale che approssimano la soluzione cercata a diversi livelli di accuratezza.

I sistemi intelligenti che, nei laboratori internazionali di ricerca più prestigiosi, si stanno sviluppando riguardano il riconoscimento e la ricostruzione degli oggetti 2D e 3D, la classificazione, l’elaborazione delle immagini, la pianificazione e controllo di un veicolo autonomo, il monitoraggio di parametri ambientali, e diversi altri casi di studio che mirano a risolvere problemi concreti complessi con possibili ricadute tecnologiche innovative.
In tale ambito, le ricerche di maggior rilievo svolte dall’Istituto sono le seguenti:

Sede di Bari
-Modelli di apprendimento automatico per la navigazione autonoma (Controllo adattivo e navigazione reattiva);
-Studio ed implementazione di algoritmi innovativi per i problemi di autolocalizzazione del veicolo, dell’egomotion e dei comportamenti reattivi per l’associazione ottimale sensori-azioni mediante la selezione automatica di regole fuzzy ed i comportamenti adattivi semplici quali evitare ostacoli, inseguire muro, attraversare porta, corridoio, ecc.
-Sperimentazione di algoritmi di comportamento basati su diverse metodologie, quali l’apprendimento neurale e la programmazione genetica, e su paradigmi di apprendimento con rinforzo che realizzano comportamenti con una buona capacità di auto organizzare l’associazione stato-azione;
-Metodologie di apprendimento per lo sviluppo di macchine di visione intelligenti, finalizzate all’ispezionamento di manufatti industriali e non, con algoritmi di visione artificiale e metodologie di analisi di superficie basate sulla classificazione di tessitura (ispezione 2D).
-Analisi di immagini tempo varianti per diverse applicazioni: telesorveglianza di siti civili, ispezioni di condotte sottomarine, ecc.; -Modelli computazionali specializzati al trattamento dei segnali e delle immagini anche nel contesto tempo reale;
-Realizzazione di un sistema automatico di rilevazione del goal reale nel gioco del calcio;
-Sistema intelligente per la sorveglianza ed il monitoraggio dell’Area Archeologica di ARPI;
-Infrastrutture telematiche su larga scala, servizi Internet-based, sicurezza delle reti e dei sistemi;
-Metodologie per l’interferometria SAR e l’interferometria SAR ;differenziale, soprattutto in relazione agli aspetti di integrazione di dati multifrequenza e multibaseline;
-Analisi di sequenze di immagini SAR tempo varianti, per il monitoraggio e la gestione di calamità naturali;
-Definizione e simulazione di sensori a microonde dalle caratteristiche avanzate;
-Calcolo ad alte prestazioni per l’elaborazione del segnale e delle immagini;
-Classificazione supervisionata e non supervisionata con modelli computazionali di soft computing;
-Stima di parametri;
-Metodi per la soluzione di Problemi Inversi;
-Classificazione di dati multispettrali e multitemporali per l’analisi e l’assetto del territorio.
-Analisi di immagini telerilevate: impiego di paradigmi computazionali neurali, tecniche statistiche, tecniche di rilassamento stocastico, tecniche di segmentazione neurofuzzy e processori basati su logica fuzzy;
-Algoritmi di retrieval basati su reti neurali per l’estrazione dei parametri geofisici del terreno da dati SAR;
-Rilievi spettroradiometrici di superfici naturali in Antartide con dati telerilevati;
-Analisi delle potenzialita’ del sistema COSMO SkyMed per il monitoraggio delle frane.

Unità organizzativa di PALERMO
- Sviluppo e implementazione su microprocessore di algoritmi di controllo di tipo sensorless per azionamenti elettrici con motori rotanti tradizionali. – Sviluppo e implementazione di metodologie per la stima del flusso di motori asincroni alimentati a bassa frequenza (tecniche di regressione usate nell’ambito dell’identificazione lineare e non lineare, tecniche basate su osservatori di flusso).
- Sviluppo e implementazione di nuove metodologie basate sul soft-computing e su nuove tecniche matematiche di regressione per la diagnostica di azionamenti elettrici.
- Sviluppo e implementazione di tecniche di controllo di azionamenti elettrici con motori a struttura innovativa per applicazioni specifiche nel campo del trasporto e della movimentazione.
- Sviluppo e implementazione di modelli matematici di motori a struttura non convenzionale
- Realizzazioni prototipali di motori a struttura non convenzionale.
- Sviluppo di tecniche di controllo vettoriale di motori lineari asincroni e verifica sperimentalmente dei risultati ottenuti in simulazione. – Sviluppo di metodologie di prove di EMC dei sistemi di controllo e gestione a microprocessore degli azionamenti per veicoli elettrici.
- Conversione ottimizzata di fonti energetiche primarie rinnovabili in energia elettrica.
- Validazione sperimentale e affinamento dei modelli matematici di EMC degli azionamenti elettrici nei sistemi di trasporto.
- Studio della Compatibilita’ elettromagnetica di apparecchiature elettriche ed elettroniche in presenza di campi elettromagnetici emessi da sorgenti per radiocomunicazione nei sistemi i trasporto.
- Studio delle interazioni fra campi elettromagnetici e organismi biologici

Unità organizzativa di GENOVA
-navigazione ( identificazione di modelli dinamici di navi ); ottimizzazione della rotta di navi; sistemi anticollisione; autopiloti dinamici adattivi; ottimizzazione del punto nave automatico da diversi sistemi di radio – localizzazione;
-applicazioni di sistemi distribuiti a microprocessore ( controllo integrato della nave ); -gestione operativa; gestione operativa della sorveglianza, diagnosi e manutenzione dell’apparato motore;
-telesupervisione navi ( da telecomunicazioni via satelliti Marisat/Inmarsat ); -studio e sviluppo di strumentazione e di sistemi di acquisizione per applicazioni marine e marittime.
-prototipo di un simulatore navale di manovra, per l’addestramento del personale navigante, con immagini generate da computer;
-prototipo di simulatore di navigazione nello Stretto di Messina, per valutare il posizionamento dei piloni del Ponte sullo Stretto, in regime di correnti stagionali, per varie tipologie di navi; -prototipo di sistema di rilevamento del traffico navale, per valutare la visibilità radar da postazione radar mobile a terra, nello Stretto di Messina; -Centro sperimentale di sorveglianza e controllo per la navigazione nell’area del Mediterraneo – Regional Vessel Traffic Services ( MECC ), realizzato nel Porto di Genova, sviluppato con il supporto dell’azione COST 301 della C.E., coordinato da IAN e realizzato in collaborazione con Francia e Spagna; -Sviluppo di tecniche e metodologie di indagine oceanografica nell’ambito del Programma Nazionale di Ricerche in Antartide ( PNRA ).
-Valutazione del rumore di fondo di navi in acque costiere ( in ambito progetto SNECOW – C.E. );
-Veicoli subacquei da ricerca, impiegati anche per prospezione e monitoraggio, per diversi utilizzatori ( ROBY 1, ROBY 2, ROMEO ); -Manipolatore subacqueo elettromeccanico AMADEUS – C.E. con due braccia robotizzate a 7 gradi di libertà, sviluppato nell’ambito di due progetti dell’Unione Europea;
-payload robotizzato intelligente per ricerche bentiche di ROVs, in ambito progetto ARAMIS – C.E.;
-ambiente virtuale di robotica sottomarina;
-boa meteo – oceanografica d’altura, ODAS – Italia 1, operativa al centro del mar Ligure, per rilevamento in continua di parametri ambientali, collegata a stazione a terra presso l’Istituto;
-veicolo da rimorchio strumentato, svolto nell’ambito del progetto MAUVE – C.E., per la mappatura delle caratteristiche del fondo marino e per lo studio dei fondali sotto costa;
-sviluppo di sistemi di acquisizione e filtraggio per segnali da ecoscandaglio;
-sistema prototipale di misura di altezza e direzione del moto ondoso, basato su sensori sonar;
-sistema di acquisizione dati per esperimenti di diagnostica Laser Ultrasonica in condizioni di microgravità ( stazioni spaziali );
-sistemi ad alta dinamica per acquisizione di segnali di debole intensità, in presenza di elevato rumore di fondo;
-analisi dei problemi gestionali nei sistemi di trasporto marittimo, modellistica e loro simulazione mediante sistemi ad eventi discreti.

Attività di ricerca

Le ricerche di base ed applicate dell’Istituto sono orientate all’avanzamento della conoscenza, alla sperimentazione e realizzazione di sistemi intelligenti quali:
-veicoli autonomi di servizio che navigano in ambienti strutturati (quali abitazioni, ospedali, musei, industrie, ecc.), e in ambiente non strutturati (quali ambiente esterni terrestri e sottomarini);
-macchine di visione intelligenti per un largo spettro di applicazioni (telesorveglianza, ispezione di manufatti, controllo di qualità, monitoraggio e localizzazione di difetti dei binari e delle rotaie ferroviarie, ecc.);
-agenti software per una diversità di applicazioni (classificazione di strutture significative presenti nelle immagini telerilevate per l’analisi e l’assetto del territorio, logistica portuale ed economia dei trasporti marittimi);
-metodologie avanzate per l’elaborazione dei segnali e delle immagini;
-la ricostruzione elettronica dai frammenti di opere d’arte;
-modelli di focalizzazione delle immagini ottenute dai sensori radar ad apertura sintetica (SAR);
-metodologie innovative per l’analisi di immagini telerilevate utilizzando paradigmi computazionali diversi(neurali,statistici, neuro-fuzzy;
-la caratterizzazione di prototipo di azionamenti elettrici (con motori rotanti e lineari), che prevedono il controllo basato su algoritmi innovativi neurali e neuro-fuzzy;
-l’analisi dei problemi di compatibilità elettromagnetica nei veicoli con impianti elettrici (dual voltage);
-l’analisi dell’interazione dei sistemi biologici con i campi elettromagnetici a bassa ed alta frequenza;
-lo studio di sistemi di misura dell’inquinamento elettromagnetico ambientale. Nel seguito sono descritti sinteticamente i settori scientifici rilevanti dell’Istituto.

AUTOMATICA. Le attività nel settore dell’Automatica comprendono ricerche sia di base sia applicate. Nell’ambito della ricerca di base, gli argomenti principali sono la stima dello stato e il controllo ottimo per sistemi non lineari. Le applicazioni della stima dello stato hanno come oggetto la diagnosi di guasto per impianti di produzione dell’energia. Il tema del controllo ottimo è stato affrontato mediante le reti neurali, per cui un altro tema di ricerca è rappresentato dalle tecniche di addestramento neurale. I settori applicativi di interesse concernenti le tematiche del controllo ottimo e dell’ottimizzazione riguardano l’economia e il settore dei trasporti.

ELABORAZIONE DEI SEGNALI.
Le principali attività di ricerca in questo campo sono collegate alle maggiori problematiche scientifiche e tecnologiche tipiche degli ambienti subacqueo e spaziale, favorendo gli approcci multidisciplinari e la cooperazione internazionale. I principali obiettivi spaziano dal riconoscimento automatico di forme ( pattern recognition, trainer/classifier ) alla sintesi di modelli lineari e non lineari, utilizzando dati acquisiti dal mondo reale ed immersi in rumore di varia natura. In particolare riguardano: identificazione parametrica e modelli di sistemi dinamici; controllo ottimo; calcolo simbolico; elaborazione di segnali complessi e immagini mediante algoritmi dedicati; tecniche avanzate di trattamento dei dati; metodi di classificazione rivolti alla ricerca di fenomeni doppler nelle immagini tempo/frequenza di rumore acustico; sviluppo di sistemi digitali di lettura e gestione dati di grande capacità, per acquisizione/scarico in continua ad alta velocità, su supporti magneto – ottici ad accesso diretto.

ELABORAZIONE IMMAGINI SAR
Riguarda l’analisi e la ricostruzione di immagini in campo di radiazione coerente per il telerilevamento. Le attività di ricerca di questo settore hanno come obiettivo lo sviluppo di tecniche per l’interferometria SAR e l’interferometria SAR differenziale, soprattutto in relazione agli aspetti di integrazione di dati multifrequenza e multibaseline. L’attività associata all’Interferometria SAR è vista dall’ISSIA con molto interesse, sia per i risvolti in ambito internazionale, dove un grande impegno viene profuso nello sviluppo di questa tecnica, tanto da prefigurare nel prossimo futuro la realizzazione e la messa in orbita di una vera flotta di satelliti SAR, in combinazione con ulteriori satelliti di osservazione in banda ottica, sia perché fondamentalmente la tecnica interferometrica consente: (a) di ottenere la ricostruzione tridimensionale della scena osservata, con un grado di accuratezza dipendente dalla lunghezza d’onda radar utilizzata e dalla linea di base tra le due posizioni di vista; (b) di seguirne l’evoluzione nel tempo con una sensibilità, nell’uso differenziale, agli spostamenti coerenti del suolo, che è dell’ordine di una frazione della lunghezza d’onda, pari a 5 cm circa nella banda C utilizzata per esempio dai satelliti della serie ERS dell’ESA. Le tecniche radar-interferometriche rendono possibile la realizzazione e l’aggiornamento di modelli digitali del terreno (DEM), definiti su un grigliato che attualmente può spingersi fino ai 10m x 10m di risoluzione geometrica (da satellite) ed una accuratezza assoluta sul termine di quota dell’ordine di qualche metro. Misure di fase differenziale, integrate con dati in banda ottica,sono utilizzate, inoltre, per verificare la rilevabilità di fenomeni franosi ed erosivi di pendii a rischio nell’area dell’Appennino meridionale. Della specifica attività di ricerca 2002, di particolare rilevanza è la definizione di un metodo di analisi differenziale della fase interferometrica nel dominio delle frequenze, volta a risolvere i problemi di ambiguità e perdita di coerenza della fase, presenti nelle tecniche interferometriche standard.

OSSERVAZIONE DELLA TERRA
Questo settore di ricerca riguarda gli Approcci connessionistici per l’analisi di dati telerilevati. In tale ambito vengono studiate e sperimentate metodologie innovative per l’analisi di immagini (impiego di paradigmi computazionali neurali, tecniche statistiche, tecniche di rilassamento stocastico, tecniche di segmentazione neurofuzzy e processori basati su logica fuzzy) in tematiche relative all’estrazione e classificazione di patterns, guardando prioritariamente, ma non esclusivamente, all’analisi di immagini telerilevate.
ROBOTICA. Le ricerche riguardano lo studio e la sperimentazione di sistemi robotici complessi, dotati di organi di senso, propulsione e manipolazione, in grado di operare in ambienti caratterizzati da incertezza. Ci si avvale di prototipi, sviluppati in proprio, già impiegati con successo in rilevanti progetti internazionali. Alcuni studi e realizzazioni costituiscono lo stato dell’arte nel settore.
L’attività di produzione scientifica è focalizzata sui seguenti argomenti: navigazione, guida e controllo di veicoli; modellistica ed identificazione di sistemi dinamici complessi; visione ottico/acustica per la ricostruzione dell’ambiente e la navigazione; architetture di controllo in tempo reale; sistemi ad eventi discreti; ambiente di simulazione e sviluppo distribuito in tempo reale; Internet robotics; architetture di controllo della manipolazione e controllo ibrido di posizione/forza; interfaccia uomo – macchina; elaborazione di immagini.
L’avanzamento della ricerca ha riguardato in particolare i modelli di apprendimento automatico dell’ambiente in cui opera il veicolo, capace di navigare imitando alcune funzioni umane che consentono l’apprendimento incrementale di un ambiente che si modifica dinamicamente, senza una conoscenza a priori dello stesso (controllo adattivo), capace di determinare ed evitare gli ostacoli e raggiungere finalmente il goal senza una pianificazione predefinita (navigazione reattiva). L’obiettivo è quello di far apprendere al robot comportamenti che si adattino alla dinamica dell’ambiente, per una data tipologia di sensori ed attuatori, tutto quanto, senza che il robot stesso venga riprogrammato. In tale contesto sono da studiare e sperimentare nuovi algoritmi i comportamenti reattivi per l’associazione ottimale sensori-azioni mediante la selezione automatica di regole fuzzy ed i comportamenti adattivi semplici, quali evitare ostacoli, inseguire un muro, attraversare un porta, ecc. Gli ultimi aspetti citati prevedono lo sviluppo di nuovi algoritmi di comportamento, basati su diverse metodologie quali l’apprendimento neurale, la programmazione genetica, e diversi paradigmi di apprendimento con rinforzo che realizzano determinati comportamenti con una buona capacità di autorganizzare l’associazione stato-azione.

MACCHINE DI VISIONE INTELLIGENTI
Questo settore di ricerca è dedicato allo sviluppo di macchine intelligenti di visione, finalizzate all’ispezionamento di manufatti industriali, al monitoraggio di manufatti industriali durante la loro lavorazione, all’ispezionamento e localizzazione di difetti delle rotaie ferroviarie, alla ricostruzione e tracking di oggetti 3D attraverso l’analisi di sequenze di immagini ad alta frequenza temporale, alla ricostruzione elettronica dei frammenti della vela di S. Matteo della Basilica Superiore di San Francesco in Assisi. Inoltre, sono in studio nuove metodologie per il monitoraggio di scene dinamiche mediante l’elaborazione di sequenze temporali di immagini per applicazioni di telesorveglianza. Si prevede la progettazione di un sistema
per la comprensione delle attività svolte da una o più persone per discriminarne quelle di interesse. A tal fine, sono in sperimentazione tecniche di motion detection, per individuare oggetti in movimento, tecniche di apprendimento da esempi, per il loro riconoscimento, modelli state-space, per rappresentare una sequenza di pose statiche assunte da una persona e predirne l’attività complessiva che questa sta svolgendo (apprendimento di tipologie di comportamenti, in relazione al contesto operativo, per determinare ad esempio comportamenti ostili).

SISTEMI DI MISURA E MONITORAGGIO AMBIENTALE. L’attività di ricerca si articola nelle seguenti linee: sistemi di raccolta dati meteo – marini in mare aperto, mediante boe oceanografiche d’altura; studio delle caratteristiche granulometriche dei primi strati del fondale, mediante tecniche di riflettometria acustica in bassa e media frequenza; studio delle caratteristiche della vegetazione su fondali costieri, con metodologie acustiche ad altissima frequenza. Le problematiche affrontate riguardano in sintesi: gestione remota di sistemi di misura complessi, multifunzionali; sviluppo di procedure di acquisizione dati autoadattive; sviluppo di metodologie acustiche per la misura di parametri ambientali; simulazione del comportamento di piattaforme galleggianti ormeggiate; sviluppo di sistemi di acquisizione e filtraggio per segnali di ecoscandaglio; modellistica di propagazione acustica in bassa frequenza.

TRASPORTI E TELEMATICA MARITTIMA La ricerca è svolta con risultati applicabili nel contesto delle aziende, degli operatori e dei gestori del trasporto marittimo. Si sono studiati e realizzati: sistemi per l’automazione di bordo; sistemi di sorveglianza e controllo di mezzi o flotte navali. Considerevole è stata la partecipazione coordinata a progetti nazionali ed internazionali con valenze applicative di grande impatto. In sintesi riguarda le seguenti problematiche: studio dell’impatto della telematica sulla logistica dei trasporti integrati, studio della sicurezza e dell’efficienza nei sistemi di traffico marittimo, analisi dei problemi gestionali nei sistemi di trasporto marittimo, modellistica di tali sistemi e loro simulazione mediante sistemi ad eventi discreti.

CARATTERIZZAZIONE IDENTIFICAZIONE CONTROLLO DIAGNOSTICA PROTOTIPI DI AZIONAMENTI ELETTRICI CON MOTORI ROTANTI E LINEARI.
Lo studio sugli azionamenti elettrici con motori sia rotanti sia lineari è focalizzato sulle tematiche di controllo, diagnostica e identificazione. Queste tematiche sono affrontate facendo ricorso sia a tecniche tradizionali sia a tecniche di intelligenza artificiale soft-computing (reti neurali artificiali, logica fuzzy, algoritmi genetici). In particolare si effettua attività di ricerca sulle tecniche di controllo dei motori in corrente alternata che garantiscono elevate prestazioni dinamiche (controllo vettoriale e controllo diretto di coppia). Nell’ambito di queste tecniche di controllo sono affrontate le problematiche di controllo sensor-less (stimatori della velocità angolare del motore), di identificazione in linea (per l’adattamento dei modelli di flusso alle variazioni parametriche della macchina) e fuori linea (self-
commissioning dell’azionamento) del motore. Queste problematiche sono affrontate anche in relazione a strutture innovative di convertitori elettronici di potenza (inverter VSI multilivello). Sono inoltre affrontate le tematiche connesse alla utilizzazione ottimale dell’energia assorbita da azionamenti elettrici ad elevate prestazioni dinamiche, sia per veicoli elettrici che per applicazioni industriali. In particolare sono oggetto di ricerca gli algoritmi per l’ottimizzazione del rendimento (minimizzazione delle perdite) di azionamenti elettrici a controllo vettoriale e a controllo diretto di coppia. Infine, di recente interesse grazie a un contratto di ricerca finanziato dal MIUR,la gestione ottimizzata dei flussi di energie elettrica proveniente da fonti primarie rinnovabili.

COMPATIBILITA’ ELETTROMAGNETICA (EMC)
Le attività di ricerca sulla EMC, svolte dalla sezione di Palermo dell’ISSIA – CNR, si articolano nelle seguenti linee:
- Compatibilità elettromagnetica degli azionamenti elettrici;
- Power Quality;
- Compatibilità elettromagnetica biologica.
La prima linea di ricerca è incentrata sullo studio delle emissioni elettromagnetiche condotte e irradiate da azionamenti elettrici con motori a corrente continua e a corrente alternata, rotanti e lineari, per applicazioni industriali, di trazione e automotive. In particolare viene affrontato il problema della modellizzazione in bassa e in alta frequenza dei suddetti azionamenti allo scopo di effettuare previsioni sul relativo comportamento dal punto di vista della EMC. Viene inoltre affrontato il problema della messa a punto di metodologie di misura innovative delle emissioni elettromagnetiche generate da azionamenti di grossa potenza per i quali risultano impraticabili le procedure normalizzate e viene infine affrontato il problema della compatibilità elettromagnetica, in fase progettuale, degli azionamenti impiegati nelle architetture elettriche automotive a doppia tensione di alimentazione (dual voltage). Nell’ambito di questa linea di ricerca i principali risultati ottenuti sono i seguenti:
a. messa a punto di un modello circuitale ad alta frequenza di un azionamento elettrico con motore asincrono rotante alimentato tramite convertitore con inverter PWM, caratterizzato dalla semplicità di implementazione su un simulatore di circuiti di larga diffusione e da tempi di calcolo ridotti;
b. realizzazione di una tecnica di misura innovativa per la determinazione delle emissioni elettromagnetiche condotte di modo comune e di modo differenziale adatta ad azionamenti di alta potenza;
c. caratterizzazione sperimentale di azionamenti per applicazioni automotive dual voltage e sviluppo di tecniche di riduzione dei disturbi elettromagnetici.
La seconda linea di ricerca è incentrata sull’analisi della propagazione delle armoniche immesse in rete da sistemi elettromagneticamente inquinanti attraverso la stima dell’andamento in frequenza dell’impedenza di un sistema elettrico. Nell’ambito di questa linea di ricerca è stato messo a punto un metodo di stima dell’impedenza armonica (nell’intervallo 0 – 1 kHz) di un sistema elettrico di potenza costituito da uno o più carichi lineari alimentati da una linea elettrica.
La terza linea di ricerca è incentrata sullo studio degli effetti dei campi elettromagnetici generati dai sistemi per telefonia cellulare sul sistema uditivo dell’uomo mediante lo studio delle otoemissioni e delle risposte evocate (ABR). Nell’ambito di questa linea di ricerca sono state messe in evidenza le alterazioni della risposta del sistema uditivo, valutate attraverso le otoemissioni, in presenza di campi generati da sistemi di tipo TACS.