| descrizione: | Il corso di dottorato si prefigge l'obiettivo di formare i futuri dottori di ricerca nelle competenze inerenti alla modellistica e lo sviluppo di metodologie per l'ingegneria proiettata verso le tematiche caratteristiche della transizione energetica e della sostenibilita`. L'ampio spettro di competenze che caratterizzano i docenti appartenenti al Collegio e la loro consolidata esperienza in progetti nazionali ed internazionali sui temi della sostenibilita` ambientale, consentira` di promuovere un ambiente di formazione e di ricerca fortemente multidisciplinare, caratterizzato da una continua e profonda interazione tra i diversi settori. Gli studenti del corso potranno sviluppare progetti di ricerca sulle tematiche proprie degli ambiti disciplinari di scienza e tecnologie dei materiali, fisica della materia, meccanica del volo, fotonica, acustica, la scienza dei sistemi complessi, elettrotecnica, fluidodinamica, conversione statica dell'energia elettrica ed azionamenti elettrici, controlli automatici, bioingegneria, telecomunicazioni, costruzioni e strutture aerospaziali, arricchendo e approfondendo le loro conoscenze anche su argomenti funzionali all'arricchimento delle loro capacita` di sviluppo metodologico, quali l'ottimizzazione multidisciplinare robusta in presenza di incertezze, la fisica matematica, le teoria delle reti e dei sistemi complessi, la computational intelligence applicata all'ottimizzazione e all'identificazione di modelli fisici non lineari. Nell'ambito della sostenibilita`, di interesse per il dottorato sara` anche il tema della mobilita` integrata e delle discipline ad esso collegate, quali, ad esempio, i trasporti e le infrastrutture. L'intensa attivita` di ricerca internazionale svolta dei docenti afferenti al Collegio, testimoniata dalle pubblicazioni e dai numerosi progetti conclusi o in essere con enti di ricerca, aziende e istituzioni accademiche, consentira` ai dottori di ricerca di operare in un contesto di forte internazionalizzazione, tramite il quale potranno creare reti di conoscenza, beneficiare di diversi approcci metodologici, e trarre vantaggio dalla presenza di una rete di laboratori dove poter condurre l'attivita` sperimentale. Il progetto verra` arricchito dalle influenze che proverranno dalle attivita` didattiche e di ricerca svolte in sinergia con Polo di Ostia nel campo delle energie rinnovabili marine, quali a titolo di esempio l'eolico ed il fotovoltaico off-shore e near-shore, gli impianti di generazione che sfruttano maree, correnti marine e moto ondoso e i veicoli marini autonomi per il monitoraggio ambientale o il supporto a operazioni di soccorso. |
| title: | Models and Methods for the Sustainable Engineering |
| description: | The PhD course aims at training the future PhDs in the development of advanced modeling and methodologies in engineering with focus on energy transition and sustainability. The wide spectrum of skills of then members of the PhD Board and their consolidated experience in national and international projects focused on environmental sustainability, will allow the promotion of a highly multidisciplinary training program and research environment, characterized by a continuous and deep interaction between the different sectors. The students of the course will be able to develop research projects on topics pertaining to the disciplinary fields of science and technology of materials, physics of matter, flight mechanics, photonics, acoustics, complex systems, electrotechnics, fluid dynamics, static conversion of electric energy, electric power drives, automatic controls, bioengineering, telecommunications, aeronautical structures, aerospace design. The students’ cultural growth will be enriched and deepened by advanced methodological development skills, such as robust multidisciplinary optimization in the presence of uncertainties, mathematical physics, computational intelligence applied to the optimization and identification of nonlinear physical models. Topics related to integrated mobility, such as transport systems and infrastructures, will be also of interest to the doctorate. The intense international research activity carried out by the teaching staff of the PhD program, evidenced by the substantial track record of publications and the great number of projects in collaboration with research bodies, companies and academic institutions, will make the students operate in a highly international. This working environment will promote the students’ capability in establishing their own research networks and enriching their knowledge by comparing different methodological approaches. Furthermore, being part of an international web of connected laboratories will strongly enhance their chances to conduct experimental activities having access to a wide variety of tools and instrumentations. . The project will be enriched by the influences that will come from the educational and research activities carried out in synergy with the Ostia Center in the field of marine renewable energy sources, such as wind power, off-shore and near-shore photovoltaics, energy production from tides, sea currents and wave motion, and autonomous marine vehicles for environmental monitoring or in support of rescue operations. |
- Architetture di conversione e controllo per la stima in frequenza deIl'impedenza in media tensione
L'obiettivo del progetto è l'individuazione di architetture di conversione della potenza elettrica e del relativo controllo per la stima on-line di impedenza fino a tensioni dell'ordine degli 11kV. La stima deIl'impedenza dovrà avvenire in un range di frequenze che verrà identificato in base ai requisiti delle correnti normative nei rispettivi campi applicativi.
L'attività triennale produrrà come output un prototipo del sistema, completo sia nelle componenti hardware e che del relativo software di controllo e analisi.
L'attività ricade all'interno delle missioni PNRR: M2C2 Energia rinnovabile, Idrogeno, rete e mobilità sostenibile, M4C2 Dalla ricerca all'impresa.
Si prevede per il futuro dottore di ricerca un iniziale periodo di permanenza presso il C-PED (Center for Power Electronics and Drives) del Dipartimento di Ingegneria Civile, Informatica e delle Tecnologie Aeronautiche, per l'acquisizione delle competenze teorico-pratiche necessarie e per l'avvio dell'analisi teorica oggetto della presente domanda. La capacità dl utilizzo di toolchain software/hardware farà parte integrante del percorso formativo iniziale, includendo ad esempio software di modellazione, simulazione e sviluppo di algoritmi di controllo (Matlab/Simulink, LabVlEW, C/C++), e l'impiego di simulatori Real-Time Digital Twin di tipo Hardware-In-the-Loop (National Instruments, Typhoon e OPAL-RT). La capacità di eseguire verifiche sperimentali in autonomia sarà parte integrante del presente progetto formativo. Il periodo presso la E.D. Elettronica Dedicata Srì consentirà allo studente di interagire ed integrarsi con il personale presente acquisendo competenze e metodologie di Iavoro da impiegare per la realizzazione del prototipo.
- Control and conversion architectures for frequency domain estimate of mid voltage impedance
An initial period of stay at the C-PED (Center for Power Electronics and Drives) of the Department of Civil Engineering, Computer Science and Aeronautical Technologies is expected for the future PhD, for the acquisition of the necessary theoretical-practical skills and for the start of the theoretical analysis which is the subject of this application. The ability to use software/hardware toolchains will be an integral part of the initial training path, including for example modeling, simulation and control algorithm development software (Matlab/Simulink, LabVlEW, C/C++), and the use of Real simulators - Hardware-In-the-Loop Time Digital Twin (National Instruments, Typhoon and OPAL-RT). The ability to carry out experimental checks independently will be an integral part of this training project. The period at the E.D. Elettronica Dedicata Srì will allow the student to interact and integrate with the staff present, acquiring work skills and methodologies to be used for the realization of the prototype.
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- Architetture di conversione statica per applicazioni industriali: produzione di idrogeno e applicazioni a bordo treno
Lo scopo dell’attività di ricerca è lo sviluppo di architetture di conversione statica di potenza per il settore industriale, con riferimento ai sistemi di alimentazione sia per impianti di produzione di idrogeno che per l'alimentazione degli ausiliari e dei servizi a bordo di convogli ferroviari. Partendo da un'analisi dello stato dell'arte per le applicazioni di interesse, verranno individuate e proposte possibili configurazioni innovative che presentino miglioramenti in termini di efficienza, affidabilità, tolleranza ai guasti e costi di realizzazione.
Il futuro dottorando opererà a stretto contatto con l'azienda proponente e con il gruppo di ricerca universitario.
L'attività ricade all'interno delle missioni PNRR: M2C2 Energia rinnovabile, Idrogeno, rete e mobilità sostenibile, M4C2 Dalla ricerca all'impresa.
Si prevede per il futuro dottore di ricerca un iniziale periodo di permanenza presso il C-PED (Center for Power Electronics and Drives) del Dipartimento di Ingegneria Civile, Informatica e delle Tecnologie Aeronautiche, per l'acquisizione delle competenze teorico-pratiche necessarie e per l'avvio dell'analisi teorica oggetto della presente domanda. La capacità di utilizzo di toolchain software/hardware farà parte integrante del percorso formativo iniziale, includendo ad esempio software di modellazione, simulazione e sviluppo di algoritmi di controllo (Matlab/Simulink, LabVlEW, C/C++), e l'impiego di simulatori Real-Time Digital Twin di tipo Hardware-In-the-Loop (National Instruments, Typhoon e OPAL-RT). La capacità di eseguire verifiche sperimentali in autonomia sarà parte integrante del presente progetto formativo. Il periodo presso la MESAR Srl consentirà allo studente di interagire ed integrarsi con il personale presente acquisendo competenze e metodologie di lavoro da impiegare per la co-progettazione e realizzazione dei prototipi.
- Static conversion architectures for industrial applications: hydrogen production and on-board train applications
An initial period of stay at the C-PED (Center for Power Electronics and Drives) of the Department of Civil Engineering, Computer Science and Aeronautical Technologies is expected for the future PhD, for the acquisition of the necessary theoretical-practical skills and for the start of the theoretical analysis which is the subject of this application. The ability to use software/hardware toolchains will be an integral part of the initial training path, including for example software modeling, simulation and development of control algorithms (Matlab/Simulink, LabVlEW, C/C++), and the use of Real simulators - Hardware-In-the-Loop Time Digital Twin (National Instruments, Typhoon and OPAL-RT). The ability to carry out experimental checks independently will be an integral part of this training project. The period at MESAR Srl will allow the student to interact and integrate with the staff present, acquiring skills and working methods to be used for the co-design and creation of prototypes.
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- Materiali innovativi “green” per emissione/assorbimento del suono
Il progetto riguarda lo sviluppo di materiali innovativi atti a favorire emissione ed abbattimento sonoro in modo spazialmente controllato e non convenzionale. Lo sviluppo di questi materiali “green” di nuova generazione permetterà di favorire processi di decarbonizzazione, di riduzione di consumi energetici e più in generale un miglioramento dell’impatto ambientale. Il progetto sarà svolto in collaborazione con l’azienda K-Array, leader internazionale per prodotti di eccellenza nel settore acustico.
- Innovative "green" materials for sound emission/absorption
The project deals with the development of innovative materials aimed at favoring noise emission and reduction in a spatially controlled and unconventional way. The development of these new generation "green" materials will make it possible to promote decarbonisation processes, reduce energy consumption and, more generally, improve the environmental impact. The project will be carried out in collaboration with the K-Array company, an international leader for excellent products in the acoustic sector.
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- Caratterizzazione avanzata multiscala di nuovi strati metallici sottili per imballaggi
In questo programma di dottorato, lo studente svilupperà nuove procedure ad alta risoluzione per la caratterizzazione avanzata di strati metallici sottili, da utilizzare in campi rilevanti per la transizione verde, incluso l'imballaggio sostenibile. In particolare, lo studente concentrerà le azioni sulla microscopia a fascio ionico focalizzato (FIB) combinata con la mappatura di nanoindentazione ad alta velocità per stabilire le relazioni struttura-proprietà in questi materiali avanzati. Inoltre, la microscopia correlativa sarà utilizzata anche per lo studio avanzato delle microstrutture: in questo caso, l'Electron Back Scattered Diffraction (EBSD) avanzato sarà utilizzato in combinazione con la tomografia FIB. Infine, lo studente interagirà continuamente con l'azienda per sviluppare materiali rilevanti per l'applicazione in servizio.
- Multi-scale advanced characterisation of novel thin metal layers for packaging
In this PhD program, the student will develop novel high-resolution procedures for the advanced characterisation of thin metallic layers, to be used in relevant fields for the green transition, including sustainable packaging. In particular, the student will focus the actions on Focused Ion Beam (FIB) microscopy combined with high-speed nanoindentation mapping for the establishment of the structure- property relations in these advanced materials. In addition, correlative microscopy will also be used for the advanced study of the microstructures: in this case, advanced Electron Back Scattered Diffraction (EBSD) will be used in combination with FIB tomography. Finally, the student will interact continuously with the company to develop relevant materials for in-service application.
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- PICUS-PRO. Diagnostica, monitoraggio e stima dell’integrità strutturale di beni artistici ed architettonici mediante sensori e reti di sensori intelligenti.
Il progetto proposto ha come obiettivo quello di formare ricercatori di elevata qualificazione scientifica in grado di recepire, applicare e sviluppare l'innovazione nel campo delle metodologie di indagine, dell'analisi e della modellistica delle problematiche relative ai beni artistici ed architettonici, dalla previsione dei rischi ambientali alla sensoristica nonché all'adozione e allo sviluppo di strategie ed interventi intesi alla loro prevenzione, mitigazione e risoluzione. Le applicazioni prevedono la progettazione e lo sviluppo di uno o più dispositivi intelligenti che oltre alle elaborazioni prevedano la validazione sperimentale e test dal vivo. Verrà inoltre analizzata la progettazione di una rete di sensori intelligenti integrati in una toolchain IoT e una rete di sensori wireless connessa a un framework AI (intelligenza artificiale) per la valutazione strutturale basata sulle vibrazioni.
- PICUS-PRO - Diagnostics, monitoring and estimation of the structural integrity of artistic and architectural heritage using sensors and intelligent sensor networks.
The proposed project aims to train highly qualified scientific researchers capable of transposing, applying and developing innovation in the field of investigation methodologies, analysis and modeling of problems relating to artistic and architectural heritage, from forecasting environmental risks to sensors as well as the adoption and development of strategies and interventions aimed at their prevention, mitigation and resolution. The applications involve the design and development of one or more intelligent devices which, in addition to processing, provide for experimental validation and live tests. You will also explore the design of a smart sensor network integrated into an IoT toolchain and a wireless sensor network connected to an AI (artificial intelligence) framework for vibration-based structural assessment.
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- DROPSIC - Aerodinamica, aeroacustica e psicoacustica di sistemi multipli a propulsione distribuita
L’uso di sistemi a propulsione elettrica distribuita ha introdotto una serie di nuove possibilità per il futuro della mobilità aerea. Questi sistemi si basano sull’utilizzo di propulsori azionati da un motore elettrico collegato ad una sorgente di potenza. Il risultato è la grande flessibilità con cui è possibile progettare l’aeromobile incrementando le performance rispetto a configurazioni più classiche. Recentemente è stata sviluppata una serie di prototipi che utilizzano la propulsione distribuita. Sebbene possano apportare significativi miglioramenti nel progetto e nelle performance, ci sono una serie di problematiche che dovranno essere risolte prima che i prototipi possano essere messi in produzione. Una delle maggiori sfide per la comunità scientifica riguarda l’abbattimento e la valutazione soggettiva delle emissioni rumorose provenienti dal sistema propulsivo. In particolare, l’aspetto più importante coinvolto nella generazione del rumore riguarda le caratteristiche non stazionarie del flusso e l’interazione tra i propulsori ad elica al variare dei parametri di interesse e le configurazioni di installazione. Lo scopo di questo tema di dottorato è quello di approfondire sperimentalmente la conoscenza della complessa fisica del flusso derivante dall'interazione tra sistemi di propeller in diverse configurazioni di installazione correlandola con il campo acustico in prossimità delle sorgenti. Parte integrante dello studio sarà la valutazione percettiva dell'uomo con particolare riguardo alla psicologia della percezione. In particolare, il dottorando svilupperà un set-up sperimentale in grado di catturare le caratteristiche del flusso in prossimità delle sorgenti cercando di riprodurre configurazioni di interesse per l’indagine psicoacustica. Effettuerà l'analisi del campo aeroacustico ed aerodinamico utilizzando tecniche di post-processing avanzate. Creerà un database che possa essere utilizzato per la validazione di simulazioni numeriche. Effettuerà una indagine psicoacustica su un campione rappresentativo di popolazione accuratamente scelto utilizzando metriche acustiche convenzionali e non convenzionali con il fine di valutare l’impatto sull’uomo dei singoli parametri e configurazioni.
- DROPSIC - Aerodynamics, aeroacoustics and psychoacoustics of distributed propulsion multiple systems
The use of distributed electric propulsion systems has introduced a number of new possibilities for the future of air mobility. These systems are based on the use of thrusters driven by an electric motor connected to a power source. The result is the great flexibility with which it is possible to design the aircraft, increasing performance compared to more classic configurations. A number of prototypes using distributed propulsion have recently been developed. While they can bring significant improvements in design and performance, there are a number of issues that will need to be resolved before prototypes can be put into production. One of the major challenges for the scientific community concerns the abatement and subjective evaluation of noise emissions from the propulsion system. In particular, the most important aspect involved in the generation of noise concerns the non-stationary characteristics of the flow and the interaction between the propeller thrusters as the parameters of interest vary and the installation configurations. The aim of this PhD theme is to experimentally deepen the knowledge of the complex physics of the flow deriving from the interaction between propeller systems in different installation configurations by correlating it with the acoustic field in the vicinity of the sources. An integral part of the study will be the perceptive evaluation of man with particular regard to the psychology of perception. In particular, the PhD student will develop an experimental set-up capable of capturing the characteristics of the flow near the sources, trying to reproduce configurations of interest for psychoacoustic investigation. It will perform the aeroacoustic and aerodynamic field analysis using advanced post-processing techniques. It will create a database that can be used for validation of numerical simulations. It will carry out a psychoacoustic investigation on a carefully selected representative sample of the population using conventional and unconventional acoustic metrics with the aim of evaluating the impact of individual parameters and configurations on humans.
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- Decoder d'informazione ottimali per le telecomunicazioni ottiche quantistiche
Lə candidatə avrà l’opportunità di svolgere ricerca nel campo dell'informatica quantistica, con l’obiettivo di studiare la decodifica d’informazione trasmessa attraverso sistemi quantistici. Oltre all’interesse teorico intrinseco, la ricerca ha una forte motivazione pratica: la scoperta di algoritmi di decodifica quantistica realizzabili con le tecnologie ottiche porterebbe ad un significativo miglioramento della comunicazione su fibra ottica e nello spazio, con potenziali ricadute sulla sicurezza e sulla trasmissione dati assistita dall’entanglement quantistico.
- Optimal information decoders for optical communication at the quantum limit
The prospective candidate will have the opportunity to do research in quantum information theory, with the objective of studying the decoding of information transmitted using quantum systems. Apart from the intrinsic theoretical interest, such objective comes with a strong practical motivation: the discovery of a decoder design that can be built with current optical technology would significantly improve current optical-fiber and free-space communication rates, as well as impact security and entanglement-assisted transmission.
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- Machine Learning e Intelligenza Artificiale per la progettazione multidisciplinare in ambito aerospaziale
Obiettivo della ricerca è sviluppare metodologie efficienti per la progettazione multidisciplinare in ambito aerospaziale. In particolare, il focus sarà sull’impiego di reti neurali capaci di integrare ed usare modelli fisici (Physics-informed neural networks) o in grado di emulare operatori differenziali non lineari. Si studierà anche l’integrazione di tali reti neurali in algoritmi di ottimizzazione a livelli di fedeltà multipli. Si compareranno gli algoritmi sviluppati al corrente stato dell’arte dell’ottimizzazione multidisciplinare sia in termini di efficienza computazionale che di capacità di esplorare in modo efficace lo spazio dei parametri di progetto.
- Machine Learning and Artificial Intelligence for multidisciplinary design in the aerospace field.
The aim of the research is to develop efficient methodologies for multidisciplinary design in the aerospace field. In particular, the focus will be on the use of neural networks capable of integrating and using physical models or capable of emulating nonlinear differential operators. The integration of such neural networks in optimization algorithms at multiple levels of fidelity will also be studied. Algorithms developed at the current state of the art of multidisciplinary optimization will be compared both in terms of computational efficiency and ability to effectively explore the design parameter space.
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- Studio delle caratteristiche acustiche e fluido dinamiche del getto di un motore integrato in un generico Blended Wind Body UCAV, al fine della riduzione delle emissioni acustiche
Obiettivo della ricerca è mettere a punto un set up sperimentale per investigare le condizioni operative di un motore integrato all’interno di un Blended Wind Body al fine di studiarne le emissioni acustiche e le caratteristiche fluidodinamiche, in particolare i livelli di turbolenza del getto cercando una correlazione con le misure acustiche. La ricerca sarà mirata allo sviluppo di innovativi sistemi di analisi dei dati sperimentali applicabili sia ai campi fluidodinamici, che alle misure anemometriche e alle misure acustiche al fine di correlare i diversi database.
- Study of the acoustic and fluid dynamics characteristics of an engine jet integrated in a generic Blended Wind Body UCAV, finalized to the reduction of the acoustic emissions
The aim of the research is to develop an experimental set up to investigate the operating conditions of an engine integrated inside a Blended Wind Body in order to study its acoustic emissions and fluid dynamic characteristics, in particular the turbulence levels of the jet, looking for a correlation with acoustic measurements. The research will be aimed at the development of innovative experimental data analysis systems applicable to both fluid dynamic fields, anemometric measurements and acoustic measurements in order to correlate the different databases.
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- Tecniche di reverse engineering per il controllo del rumore generato da propulsori ad elica
Obiettivo dell’attività di ricerca è l’analisi ed il controllo del rumore (in campo vicino e lontano) generato da propulsori ad ala rotante di nuova generazione mediante tecniche di reverse engineering applicabili a configurazioni navali ed aeronautiche di interesse industriale. Nello specifico, l’attività proposta si focalizza sullo sviluppo di metodologie per la predizione e il controllo delle emissioni acustiche di configurazioni aeronautiche e navali propulse ad elica, verso l’ambiente esterno e in cabina. L’obiettivo è lo sviluppo di modelli teorico-numerici, accurati ed efficienti, volti alla progettazione di veicoli marini e/o aeronautici ecosostenibili, low-noise engineered, tramite l’utilizzo di formulazioni in grado di catturare effetti di interazione fluido-struttura e caratterizzare le sorgenti di rumore di natura fluidodinamica coinvolte nel fenomeno.
- Reverse engineering techniques for the control of the noise generated by propellers
The objective of the research activity is the analysis and control of the noise (in the near and far field) generated by new generation rotary wing thrusters by means of reverse engineering techniques applicable to naval and aeronautical configurations of industrial interest. Specifically, the proposed activity focuses on the development of methodologies for the prediction and control of acoustic emissions of propeller-propelled aeronautical and naval configurations towards the external environment and in the cabin. The objective is the development of theoretical-numerical, accurate and efficient models, aimed at the design of eco-sustainable, low-noise engineered marine and/or aeronautical vehicles, through the use of formulations capable of capturing fluid-structure interaction effects and characterize the sources of noise of a fluid dynamic nature involved in the phenomenon.
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- Tessuti piezoelettrici nanostrutturati per l’analisi delle malattie renali in relazione al sesso
Attività di ricerca cofinanziata dal’Università di Firenze nell’ambito del progetto SIMPOSION (Sexual dimorphIsM in renal PrOgenitors to explain gender- Specificity In kidney physiOlogy aNd diseases) ERC-2020-ADG.
- Nanostructured piezoelectric fabrics for the analysis of kidney diseases in relation to gender
Research activity co-funded by the University of Florence within the framework of the SIMPOSION project (Sexual dimorphIsM in renal PrOgenitors to explain gender- Specificity In kidney physiOlogy aNd diseases), ERC-2020-ADG.
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