Scienze sperimentali e applicate

Ingegneria industriale e dell'informazione

Programma di studio

Titolo

Docente

Ore

CFU

Abstract

Semestre

Programmazione di kernel

Luca Abeni

20 ore

2.0 cfu

 

Vedere versione inglese

 

II semestre

Programmazione OO in C++

Luca Abeni

Tommaso Cucinotta

20 ore

2.0 cfu

 

Vedere versione inglese

 

I semestre

Biomeccanica del movimento

Massimo Bergamasco

20 ore

2.0 cfu

 

Il corso intende presentare una analisi preliminare della biomeccanica del corpo umano allo scopo di identificare i meccanismi anatomici che consentono la postura eretta ed i movimenti di deambulazione. Partendo dalla dimensione anatomica di alcuni distretti quali estensori, flessori, spina dorsale e spalle, si identificano le azioni di cooperazione ed i sistemi di forza necessari per garantire l'equilibrio ed il comportamento del corpo umano. Particolare attenzione verrà portata anche allo studio delle azioni di manipolazione. Il corso offre nozioni preliminari alla progettazione di sistemi robotici bio-inspirati quali, in particolare, robot umanoidi e androidi.

 

II semestre

Fondamenti di Percezione

Massimo Bergamasco

20 ore

2.0 cfu

 

The Programme on Fondaments of Perception provides an introduction to the physiology of human perception. The objective of the course is that of allowing a student to acquire knowledge on the fundamental aspects on how humans acquire, process and utilize multimodal information from the environment. Such a knowledge results to be fundamental not only for achieving a direct comprehension of human behavior but also for the design of advanced intelligent systems.

 

II semestre

Meccanica dei Robot

Massimo Bergamasco

20 ore

2.0 cfu

 

The course will consist in a first part regarding the kinematics and the statics dynamics of robots. As prior skills, basic knowledge of applied mechanics is required.

 

I semestre

Neural Networks

Giorgio Carlo Buttazzo

Valentina Colla

30 ore

3.0 cfu

 

The aim of the course is to provide the basic concepts and methodologies of neural computing systems. It covers models and paradigms of existing neural networks, and explain how to use them for pattern recognition, data classification, signal prediction, system identification, and adaptive control. The course also introduces fundamentals of fuzzy logic, neuro-fuzzy systems, genetic algorithms, and hybrid systems.

 

II semestre

La quarta rivoluzione industriale: una introduzione critica

Maria Chiara Carrozza

20 ore

2.0 cfu

 

The course will introduce to the fourth industrial revolution, its origin and the main technical, scientific, economical and social implications. It will be grounded on engineering and technical bases but will be open to interdisciplinary students in order to involve and include different backgorunds in open dicsussions on critical issues. The course will be interdisciplinary and open to discussions and journal clubs for engaging students in understanding the impact of the fourth industrial revolution.

 

 

 

I semestre

Fondamenti di IP Networking

Piero Castoldi

20 ore

2.0 cfu

 

Il corso si propone di fornire strumenti di base per la progettazione di reti IP, per la configurazione a livello di rete locale e di rete geografica e sui protocolli di routing.

 

II semestre

Fondamenti di Telecomunicazioni

Piero Castoldi

20 ore

2.0 cfu

 

Questo corso introduce alla teoria e alle tecniche dei sistemi e reti di telecomunicazioni a circuito e a pacchetto.

 

I semestre

Fondamenti di Ottica

Ernesto Ciaramella

30 ore

3.0 cfu

 

The course covers first ray optics, then electromagnetic theory of light, and finally quantum optics, with a particular focus onto the main areas of application engineering.

 

II semestre

Introduzione a Matlab

Ernesto Ciaramella

30 ore

3.0 cfu

 

The course provides an introduction to Matlab, Simulink and their applications

 

II semestre

Introduzione alla programmazione di microcontrollori

Christian Cipriani

24 ore

2.0 cfu

 

Obiettivi del corso

Il corso introduce l’architettura e le funzioni del microcontrollore. L'obiettivo è di fornire specifiche metodologie, strumenti e suggerimenti per configurare e testare una scheda elettronica mixed-signal basata su un microcontrollore in grado di: (i) acquisire un segnale da un ingresso fisico (sensore); (ii) elaborare il segnale in maniera analogica e/o digitale al fine di generare/controllare (iii) una apposita uscita (per esempio il segnale di controllo di un attuatore elettromeccanico), e (iv) di comunicare con il mondo esterno.

Durante il corso saranno introdotti il microcontrollore e le sue periferiche (Timers, ADC, etc.) oltre alla programmazione del firmware per applicazioni pratiche, utilizzando il linguaggio C. Gli allievi impareranno ad utilizzare i protocolli di comunicazione seriale (USART, SPI) per consentire la comunicazione tra sistemi o periferiche multiple. Durante il corso, tenuto con un approccio hands-on attraverso la progettazione su bread-board e il confronto di data-sheet, gli allievi esploreranno le funzionalità del microcontrollore collegato con reti di circuiti ad amplificatori operazionali, differenziali, ponti H, etc. Gli allievi impareranno come utilizzare e integrare dispositivi e circuiti allo scopo di acquisire e processare segnali da una moltitudine di sensori analogici/digitali e di pilotare con la tecnica PWM alcuni dei comuni attuatori elettromagnetici (motori DC con spazzole, servomotori, etc).

L’obiettivo è di trasferire un bagaglio tecnico utile per la progettazione di sistemi elettronici e driver per robot. Piuttosto che focalizzare l’attenzione sull’architettura interna e sui registri del microcontrollore (che possono e devono essere studiati su un buon libro di testo), desidero esporre gli allievi a una varietà di circuiti pratici onde dimostrare le meraviglie dell’elettronica e di stimolare negli allievi l’immaginazione e la creatività.

Organizzazione

Il programma prevede 24 ore di lezioni frontali, che comprendono alcune ore di apprendimento hands-on. Durante le lezioni frontali introdurremo e discuteremo un dato argomento, che sarà anche oggetto delle esercitazioni (studenti divisi in gruppetti di 2-3 persone o singolarmente). 

Materiali

Ogni gruppo sarà dotato di un kit di component elettronici che include una scheda di sviluppo creata ad-hoc per il corso e basata sul PIC18F4431, una scheda bread-board e un programmatore. Saranno forniti anche i data-sheet e i software necessari. Il corso si tiene presso l’aula multimediale (Aula 2) dell’Istituto di BioRobotica a Pontedera.

Background necessario

Il corso dovrebbe esser fruibile per qualsiasi laureato in Ingegneria. Gli allievi con background diverso dovrebbero almeno avere una conoscenza di base:

§ di elettrotecnica (analisi circuiti lineari) (che cosa è la corrente, la tensione, la resistenza, la capacità, l’induttanza, la potenza, un amplificatore, etc.).

§ di programmazione in linguaggio C (come è strutturato un programma C e i suoi costrutti);

Chi dovrebbe seguire il corso

Chiunque con un background teorico sufficiente che vorrebbe passare dai sistemi e dalle equazioni su carta ai dispositive reali connessi nel mondo fisico. Sebbene il corso non sia progettato per i laureati in Ingegneria Elettronica (o simile), può fornire validi strumenti a coloro con limitata esperienza pratica che vorrebbero ampliare le proprie capacità progettuali e know-how.

 

II semestre

Progetti di biomeccatronica

Christian Cipriani

100 ore

4.0 cfu

 

Progetti individuali in base al corso di studio dell'Allievo, da concordare con il docente. Frequenza libera presso i laboratori dell'Istituto di BioRobotica. Data di inizio da concordare con il docente. La prova finale consiste nella preparazione di un elaborato scritto in Inglese.

 

I semestre

Cloud Computing & Big-Data

Tommaso Cucinotta

30 ore

3.0 cfu

 

Si veda la versione in lingua Inglese.

 

I semestre

Cloud Computing & Big-Data Lab

Tommaso Cucinotta

10 ore

3.0 cfu

 

Si veda la versione in lingua Inglese.

 

II semestre

Elementi di fotonica: da Maxwell alle Fibre Ottiche

Fabrizio Cesare Filippo Di Pasquale

Philippe Velha

30 ore

3.0 cfu

 

Con l'obiettivo fondamentale di fornire  compresione fisica approfondita dei meccanismi di propagazione in guide e fibre ottiche, il corso fornità una introduzione ai concetti fondamentali della teoria elettromagnetica con particolare attenzione ai meccanismi di propagazione guidata.

 

I semestre

Fondamenti di sensoristica in fibra ottica

Fabrizio Cesare Filippo Di Pasquale

20 ore

2.0 cfu

 

Il corso fornirà i concetti qualitativi  fondamentali alla base della propagazione in fibra ottica e dei componenti optoelettronici utilizzati per sensoristica in fibra ottica. Descriverà successivamente le principali tipologie di sensori in fibra ottica, i loro meccanismi di sensing e le loro principali applicazioni.

 

I semestre

Sistemi di Sensori in Fibra Ottica

Fabrizio Cesare Filippo Di Pasquale

Claudio Jose Oton Nieto

30 ore

3.0 cfu

 

Il corso fornirà inzialmente concetti fondamentali per la comprensione dei meccanismi fisici di funzionamento dei principali componenti opto-elettronici utilizzati per amplificazione ottica e nella sensoristica in fibra ottica. 

L'amplificazione ottica è stata una delle tecnologie abilitanti per lo sviluppo dei sistemi di comunicazione ottica, consentendo lo straordinario aumento delle capacità e distanze di trasmissione a cui si è assistito negli ultimi anni, che hanno portato al presente sviluppo di internet e servizi di rete.

Negli ultimo anni si è assistito inoltre ad un crescente interesse e sviluppo di un settore emergente, la sensoristica in fibra ottica, nel quale la fibra stessa è utilizzata non per comunicare ma per misurare parametri chimico-fisici ed ambientali, con importanti applicazioni in settori quali l'energia, i trasporti ed il monityoraggio infrastrutturale.

In dettaglio il corso fornirà una prima descrizione di base dei meccanismi fisici alla base di componenti optoelettronici quali laser, fotodiodi e componenti passivi. Verranno in seguito descritte in dettablio tecnologie di amplificazione ottica ed infine applicazioni delle fibra ottiche per sensoristica distribuita e concentrata.

 

 

 

II semestre

Elementi di Comunicazioni Ottiche

Enrico Forestieri

20 ore

2.0 cfu

 

Vengono presentati ad un livello introduttivo i più comuni effetti trasmissivi che devono essere presi in considerazione nella progettazione di sistemi ottici ad alta capacità nonché i fondamenti della modulazione e demodulazione ottica. Vengono altresì analizzate le strutture dei trasmettitori e ricevitori ottici e le loro proprietà rispetto al rumore.

 

II semestre

Principi di progettazione funzionale di macchine con applicazioni FEM

Antonio Frisoli

Massimiliano Solazzi

30 ore

3.0 cfu

 

Il corso si pone l'obiettivo di fornire una introduzione alla progettazione funzionale di macchine, con particolare riferimento ai metodi di analisi geometrici e mediante FEM.

 

I semestre

Principi di teoria dell'elasticità non lineare

Antonio Frisoli

20 ore

2.0 cfu

 

Il corso si propone di introdurre gli studenti ai principi dell'elasticità non lineare, con cenni all'algebra tensoriale per lo studio della  cinematica delle deformazioni finite, il comportamento meccanico dei materiali per grandi deformazioni, e lo sviluppo di applicazioni esemplificative FEM mediante piattaforme di simulazione Ansys e Comsol Multiphysics.

 

II semestre

Micro e Nano Robotica

Arianna Menciassi

20 ore

2.0 cfu

 

Il corso introduce i fenomeni e le leggi di scala che sono fondamentali per progettare micro e nano macchine. I principali argomenti di studio riguardano lo scaling delle leggi fisiche con la dimensione delle macchine, la componentistica micro e nano, il design dei microrobot. Alcuni esempi specifici di macchine micro e nano verranno presentati al termine del corso.

 

 

II semestre

Neuromorphic computing Calogero Maria Oddo 30 ore 3.0 cfu Il corso esplorerà modelli computazionali e fisici per emulare la dinamica e l'efficienza dell'attività di neuroni biologici del sistema nervoso periferico e centrale.Una particolare attenzione sarà dedicata all'implementazione in tempo reale di artefatti neuro-robotici basati su logica impulsata e a eventi, integrati in studi neurofisiologici e in sistemi bionici-ibridi a ciclo chiuso finalizzati al recupero di funzioni sensorimotorie, o per la compressione del volume dei dati generati da reti di sensori ad alta densità.Le attività sperimentali del corso utilizzeranno l'ambiente LabVIEW di programmazione grafica, con selezioni degli argomenti dai moduli Core 1, Core 2, Real-time e FPGA. II semestre

Microfabbricazione mediante soft lithography e caratterizzazione SEM e AFM

Leonardo Ricotti

20 ore

2.0 cfu

 

Questo corso mira a fornire agli studenti gli elementi chiave, sia teorici che pratici, per la realizzazione e caratterizzazione di materiali alla micro-scala. Gli studenti impareranno a produrre materiali microstrutturati in ambiente controllato (camera bianca) usando procedure di soft lithography, basate su photoresist spinning, UV exposure, sviluppo chimico e stabilizzazione termica. Gli studenti impareranno inoltre ad eseguire una caratterizzazione morfologica dettagliata di tali materiali, per mezzo di tecniche di imaging basate su scanning electron microscope (SEM) e atomic force microscope (AFM).

 

 

II semestre

Complementi di Fisica 1

Segreteria Scienze Sperimentali

30 ore

3.0 cfu

 

Complementi di meccanica:

dinamica delle rotazioni,

moto in un campo centrale e problema dei due corpi,

moto relativo e trasformazioni fra sistemi di riferimento inerziali e non inerziali,

onde meccaniche e propagazione per onde.

 

Elementi di termodinamica statistica:

richiami di termodinamica macroscopica,

teorema di Carnot ed entropia,

distribuzioni statistiche,

interpretazione microscopica della termodinamica. 

 

II semestre

Matematica 1 - Analisi complessa

Segreteria Scienze Sperimentali

0 ore

2.0 cfu

 

 

Matematica 2 - Calcolo delle variazioni

Segreteria Scienze Sperimentali

0 ore

3.0 cfu

 

i contenuti saranno comunicati dal docente all'inizio del corso

 

 

Orizzonti in Ingegneria

Segreteria Scienze Sperimentali

Da Definire

10 ore

1.0 cfu

 

I semestre

Creative Engineering Design

Cesare Stefanini

20 ore

2.0 cfu

 

L'obiettivo del corso è quello di fornire ai partecipanti la conoscenza applicata dei metodi utilizzati nelle maggiori università internazionali e in particolare nella Silicon Valley, dove operano anche importanti aziende di concezione e sviluppo prodotto, riguardo la progettazione di prodotto orientata all'utente. Il corso si focalizza in particolare sugli stadi iniziali dello svilupo del prodotto, nei quali la sfida maggiore è quella di definire il prodotto stesso.

 

 

II semestre

Introduzione all'utilizzo delle FPGA nelle reti di comunicazioni

Luca Valcarenghi

Da Assegnare

30 ore

3.0 cfu

 

Il corso tratterà dell'impiego delle Field Programmable Gate Arrays nelle reti di telecomunicazioni. Particolare attenzione sarà focalizzata sull'utilizzo delle FPGA per la prototipazione dei dispositivi di rete.

 

II semestre

Simulazione di rete

Luca Valcarenghi

30 ore

3.0 cfu

 

Il corso fornirà i concetti base per effettuare simulazioni di reti di comunicazioni.

 

I semestre

Sensori e attuatori

Nicola Vitiello

30 ore

3.0 cfu

 

Corso di base sull'utilizzo di Labview, Labview RT e Labview FPGA per applicazioni in ambito meccatronico. Programma: Labview Core, Labview RT e Labview FPGA, esercitazioni con schede di sviluppo con architettura SOM (System on Module) con daughter board per imparare a gestire periferiche quali AIO, DIO, encoder incrementali e filtri.

 

I semestre