Dipartimento di Ingegneria, ICT e Tecnologie per l'Energia e i Trasporti

Informatica

fancycrave-530798-unsplash

A) Finalità e Obiettivi

L’area strategica “Informatica” è un macro settore scientifico che comprende al suo interno la ricerca in tutti i campi dell’informatica, ingegneria informatica, sistemi informativi e sistemi intelligenti, sistemi di elaborazione ad alte prestazione, robotica e bioingegneria. Con riferimento ai panels ERC, copre i temi di ricerca dell’intero settore PE6 “Computer Science and Informatics”.

La digitalizzazione è un fenomeno travolgente che sta rivoluzionando ogni ambito della vita familiare e lavorativa. Caratterizzata dall’integrazione tra tecnologie fisiche e digitali e dall’evoluzione dei processi e dei modelli di business, la digital trasformation favorisce la nascita di prodotti e servizi sempre più intelligenti anche in alcuni dei settori tradizionali più consolidati. Tra gli esempi più interessanti ci sono il mobile‐health, branca dell’e‐health che sfrutta le tecnologie dell’ICT per gestire i processi di assistenza, monitoraggio e acquisizione dei dati dei pazienti a distanza; lo sviluppo di auto a guida autonoma e la gestione intelligente della viabilità; l’emergere di smart grid, reti energetiche intelligenti in grado di gestire anche l’immissione nella rete di energia da parte dei prosumer e lo sviluppo del settore manifatturiero in direzione di un coordinamento quasi simultaneo tra approvvigionamento, produzione e consumo di beni. Le piattaforme abilitanti che rendono possibile lo sviluppo e la diffusione di servizi intelligenti in direzione dell’Internet of Things sono costituite dal cloud computing, dalla blockchain, dall’intelligenza artificiale, dai big data e dai servizi di connettività mobile in banda ultra‐larga, con particolare riferimento al 5G. Per quanto concerne l’ultimo punto, l’Italia sembra essersi portata avanti rispetto a gran parte degli altri Paesi europei ed in linea con la 5G Roadmap stilata a livello europeo. Nonostante la digitalizzazione rappresenti un fenomeno di portata globale al quale nessuna realtà nazionale e nessun settore economico può sottrarsi, ciascun Paese sta rivelando un diverso grado di maturità e sensibilità con riferimento alla fruizione dei servizi digitali da parte di cittadini/consumatori, imprese e P.A. In questa corsa verso la digitalizzazione, il dato generale che emerge dall’analisi dei dati relativi ad alcuni tra i più diffusi ed importanti servizi digitali è che il Nord Europa presenta un elevato grado di maturità digitale, guidando la classifica europea, mentre l’Italia si trova in una posizione di ritardo. Il CNR può contribuire a colmare questo ritardo. L’area si interessa all’attività scientifica e divulgativa nei campi della ricerca informatica e della teoria dell'informazione, allo studio dei problemi e, congiuntamente, alla progettazione, produzione e utilizzazione di sistemi informatici per l’innovazione nella società. Particolare attenzione è rivolta al metodo, basato su modellizzazione, formalizzazione e verifica sperimentale. Pertanto l’area comprende, accanto a tutti gli aspetti di base e generali, i fondamenti algoritmici (progettazione e analisi degli algoritmi, computabilità e complessità, teoria dell'informazione, dei codici e crittografia), logici, semantici e metodologici dell'informatica, ivi inclusi i modelli computazionali classici e quantistici; le competenze sistemistiche necessarie a modellare e progettare elaboratori, sistemi distribuiti, reti, sistemi telematici, linguaggi (ambienti e metodologie di programmazione, ingegneria del software), sistemi informativi, basi di dati e sistemi di accesso all'informazione. Infine l’area comprende gli ambiti applicativi e sperimentali relativi agli usi innovativi dell'informatica, quali l’elaborazione di immagini e suoni, il riconoscimento e la visione artificiale, le reti neurali, l’intelligenza artificiale e il soft computing, la simulazione computazionale, la grafica computazionale, l’interazione utente‐elaboratore e i sistemi multimediali. Le competenze dell’area hanno la finalità di fornire metodologie e strumenti dell'informatica, che sono alla base concettuale e tecnologica per la varietà di applicazioni richieste nella società dell'informazione, per l'organizzazione, la gestione e l’accesso a informazioni e conoscenze da parte di singoli, di amministrazioni pubbliche e imprese private.

B) Contenuto Tecnico Scientifico

Le attività tecnico‐scientifiche di quest’area strategica si articolano in 12 Aree Progettuali (AP), che vedono il coinvolgimento di quasi tutti gli Istituti afferenti al Dipartimento. Il quadro complessivo delle aree progettuali afferenti all’area strategica “Informatica”, con l’elenco degli Istituti partecipanti, è riportato nella tabella riportata nel paragrafo di presentazione delle priorità strategiche.

Le attività di ricerca portate avanti nell’area informatica, vero e proprio punto di riferimento per il mondo industriale, strategiche per affrontare le sfide definite dal PNR 2015‐2020, costituiscono la spina dorsale di conoscenze e competenze qualificate rispetto ad alcune dimensioni essenziali di Industria 4.0. Il ruolo emergente dei sistemi informatici in quasi tutti i settori della società e dell’economia, pongono le scienze e le tecnologie dell’informazione al centro dei processi di avanzamento scientifico e tecnologico in grado di contribuire alla costruzione di una politica industriale forte su innovazione e nuove sfide tecnologiche. Guardando al contesto nazionale e internazionale, nei prossimi anni, saremo orientati a raggruppare le nostre attività di ricerca su tre temi, la Next Generation Internet (NGI), la High Performance Computing (HPC) e il Software Engineering (SW). Il tema NGI copre le comunicazioni, il monitoraggio della rete, i nuovi paradigmi Internet e le tecnologie IoT, con particolare attenzione a Internet industriale (Industria 4.0). HPC si occupa di fondamentalmente di cloud e edge computing e di architetture parallele. Il SW copre tutti gli aspetti tipici dell'ingegneria del software, inclusi metodi formali, monitoraggio del software, test e verifica, paradigmi di programmazione come i modelli basati su agenti. In tutte e tre le tematiche, si è perfettamente in linea con le direzioni di ricerca strategica di Internet del futuro, a livello nazionale e internazionale. Per quanto riguarda il 9PQ “Horizon Europe”, due dei tre temi (NGI e HPC) sono "Aree di intervento" per il gruppo "Digitale e industria" nell'ambito del pilastro "Sfide globali e competitività industriale". Il SW non sarà un'area specifica di intervento, ma è indicato in molti altri (ad es. "Tecnologie digitali" e NGI), come tema chiave abilitante. Tutte le attività sono pertinenti anche negli altri pilastri del 9PQ.

Le attività si estendono anche alle infrastrutture di rete, informatica e dati. Le e‐Infrastrutture, vale a dire le infrastrutture ICT necessarie per abilitare la pratica complessa, multidisciplinare e globalizzata della scienza moderna, con le loro risorse e servizi sono al centro degli attuali cambiamenti verso Open Science e Open Innovation. Gli argomenti affrontati e i servizi sviluppati servono molte infrastrutture di ricerca in diversi settori come "Sistema terrestre e scienze ambientali", "Scienze sociali e umanistiche" e "Scienze biomediche". L'obiettivo è coordinare la partecipazione del CNR allo sviluppo di infrastrutture ICT innovative e più potenti a livello nazionale e internazionale, contribuendo all'iniziativa europea per il cloud, basata su due pilastri: l'European Open Science Cloud (EOSC) e l'European Data Infrastructure (EDI), la piattaforma per HPC e connettività ad alta velocità. Un'attenzione specifica è dedicata alla definizione e allo sviluppo di infrastrutture elettroniche che offrono servizi di gestione dei dati che favoriscono la ricerca, l'accessibilità, l'interoperabilità e la riusabilità (FAIR). Si prevede che questi nuovi servizi di infrastruttura faciliteranno i ricercatori e gli innovatori nell'affrontare diverse sfide sociali e nuove opportunità di business. Peraltro, il piano d'azione sui dati FAIR troverà riscontro anche in “Horizon Europe”.

La ricerca in robotica ha lo scopo di sviluppare nuovi sistemi robotici con autonomia decisionale, in grado di operare in ambienti complessi e altamente incerti, cooperando anche con altri robot e umani. Le attività di ricerca sulla robotica sono correlate allo sviluppo del sistema (open source, standard, migliori sistemi e strumenti), all’interazione sicura uomo‐robot (migliore interazione), alla meccatronica (macchine migliori), alle strategie di controllo, percezione, navigazione e cognizione (migliore azione e consapevolezza). La ricerca nei sistemi di controllo è finalizzata allo studio di sistemi complessi, possibilmente interconnessi, non lineari e dipendenti da un gran numero di parametri, la cui gestione richiede la progettazione di algoritmi di controllo sviluppati a partire dai dati misurati sul campo. Le ricerche nei sistemi di controllo sono principalmente dedicati allo sviluppo di nuovi approcci e algoritmi per ideare nuovi sistemi di controllo caratterizzati da proprietà fondamentali, quali stabilità, precisione, scalabilità, ottimalità, robustezza e riduzione dello sforzo computazionale. Le varie attività possono essere catalogate nei seguenti campi principali: 1) controllo, stima e ottimizzazione; 2) modellazione e identificazione; 3) metodi probabilistici e sistemi incerti; 4) reti; 5) strutture al plasma.

Particolarmente rilevanti risultano le tematiche di ricerca orientate allo sviluppo della “Smart City”, che implica e richiede una forte sinergia tra le diverse aree di applicazione. In questo ambito le tematiche comprendono la sostenibilità dei servizi urbani e del miglioramento della qualità della vita dei cittadini, raccogliendo dati da cittadini, luoghi e risorse urbane, elaborando e analizzando questi dati per migliorare i servizi della città. Al centro di questa visione c'è la Smart City IoT Platform, un sistema che abilita la raccolta di dati da sensori connessi integrati con sistemi di monitoraggio in tempo reale, dispositivi personali di crowdsourcing di cittadini e vari tipi di oggetti di uso quotidiano che vengono distribuiti in città. Le informazioni e le conoscenze che possono essere acquisite da questi dati sono essenziali per migliorare le operazioni e i servizi della città. Le ricerche sono concentrate in quattro aree principali: a) Energia, dove una priorità assoluta è lo sviluppo di nuove tecnologie, approcci e strumenti per gestire e controllare i sistemi e le reti energetiche urbane; b) Trasporti, in cui la priorità chiave è progettare sistemi di mobilità urbana efficienti, sicuri e sostenibili, riducendo la dipendenza da un trasporto motorizzato privato inefficiente e mitigando la congestione del traffico e altri costi legati al trasporto; c) Edifici e Costruzioni, non solo per ottimizzare il consumo di energia, ma anche, secondo la prospettiva della costruzione cognitiva, offrire alle persone soluzioni personalizzate con l'obiettivo di migliorare la qualità della vita nei loro ambienti di vita, ricevere feedback e fornire raccomandazioni; d) Comunità di cittadini, perché i cittadini svolgono un ruolo chiave nello sviluppo di città intelligenti e rappresentano gli utenti finali di tutti i servizi. Per le aree tematiche di cui sopra, un elenco sintetico delle ricerche comprende: (i) i sistemi di mobilità connessi, cooperativi e automatizzati; (ii) l’analisi dei dati e dei video per applicazioni di sicurezza negli ambienti urbani; (iii) l’utilizzo di big data analytics, machine learning e intelligenza artificiale per abilitare le città cognitive intelligenti; (iv) l’identificazione e utilizzo di appropriate piattaforme di analisi dei dati che consentono sia l'analisi dei dati storici che l'analisi predittiva; (v) algoritmi e applicazioni per il turismo e l'uso del patrimonio culturale.

C) Infrastrutture di Ricerca

Più di 30 impianti hw / sw, inclusi cluster, server, portali, piattaforme, servizi di abilitazione FAIR, architetture abilitanti in rete e applicazioni, resi disponibili all'interno e all'esterno del CNR. Inoltre, è da segnale la gestione di infrastrutture riconosciute a livello internazionale, come D4Science e OpenAIRE, oltre le strutture nazionali uniche come il “Registro.it” e la catena di elaborazione DInSAR PSBAS (per la protezione civile). Attraverso quest’area, il DIITET partecipa anche a ICDI (infrastruttura informatica e dati italiana), un forum di importanti rappresentanti delle infrastrutture di ricerca italiane, promuovendo sinergie nazionali, armonizzando e facilitando il contributo italiano alle iniziative europee e globali. Da segnalare il laboratorio congiunto IEIIT ‐ Politecnico di Milano "WaveLab", situato presso DEIB‐POLIMI (Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano) con l'obiettivo di fornire un centro di ricerca per applicazioni industriali / scientifiche basate su sistemi wireless. È equipaggiato con diversi analizzatori / generatori di radiofrequenze (RF) e dispositivi radio basati su protocolli diversi (WiFi, BT, Zigbee, NBIoT). Il laboratorio fornisce anche un quadro di misurazione di radiofrequenze basato sull'acquisizione dei dati sul campo.

D) Fonti di Finanziamento

Le aree tematiche e le proposte progettuali afferenti all’area strategica “Informatica”, trovano rispondenza nell’area del programma Horizon 2020 “Leadership industriale” (Leadership in Enabling and Industrial Technologies – LEIT), da cui derivano la maggioranza dei finanziamenti, seguiti dall’utilizzo dei fondi del PON Governance. Nell’intera area, numerosa è la partecipazione e il coordinamento di internazionali e nazionali.