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Scopo del programma di ricerca dell'Unità di RC-ME è rappresentato dall'implementazione e dimostrazione di fattibilità scientifica di metodi e procedure per la soluzione del problema inverso nonchè lo sviluppo di tecniche di diagnostica elettromagnetica non distruttiva nel settore dell'ingegneria civile. Il programma, strutturato in diverse attività, sarà articolato come segue. La prima, essenzialmente di tipo teorico, sarà dedicata allo studio dei problemi inversi e delle metodologie esistenti in letteratura per la loro risoluzione nonché al processing dei dati. Le tecniche che si studieranno saranno di tipo soft computing. La seconda attività, di laboratorio, sarà votata interamente al reperimento dei dati. Il punto di partenza di questa attività è rappresentato dalle esperienze acquisite e maturate in passato nell'utilizzo e messa a punto di attrezzature e tecniche di acquisizione dati già esistenti presso l'Unità, per le quali si studieranno miglioramenti e approfondimenti per la realizzazione di banche dati di qualità superiore (Progetto "MADEND" citato). Dal 1998 è avviato il laboratorio sperimentale di Elettrotecnica e Prove non Distruttive presso la sede di RC, nell'ambito delle attività del sotto progetto EM-NDT della proposta pb/077 finanziata dal POP Calabria 1994/99 Misura 4.4. L'obiettivo principale del laboratorio è la verifica sperimentale delle prestazioni, delle tecniche e delle tecnologie sviluppate con analisi comparative mediante sensori di tipo "FLUXSET" e di altro tipo. Il laboratorio è attrezzato per effettuare sia esperimenti basati sulla misura di variazione di impedenza sia misure di campo locali per ricostruire la mappa del campo dovuto alle correnti indotte nei campioni ad opera delle bobine di eccitazione. L'ultima attività, la terza, si occuperà delle realizzazioni hardware di quanto implementato in software. Inoltre, per il pre-processing dei dati ottenuti, saranno messe a punto tecniche di filtraggio basate su reti neurali e trasformate wavelet. Parallelamente alle attività previste, sarà svolta un'intensa attività di scambio di informazioni con ricercatori delle sedi associate al presente progetto. Il programma di ricerca comprenderà essenzialmente le seguenti attività: Attività 1 - "Analisi e modellizzazione del problema elettromagnetico inverso"; 1.1 Uso e sviluppo delle procedure già esistenti in letteratura per la soluzione del problema inverso. L'attenzione sarà rivolta prevalentemente allo studio teorico dei problemi inversi in elettromagnetismo con particolare riferimento alle tecniche di tipo stocastico. L'Unità di RC-ME focalizzerà il suo impegno sui metodi per la risoluzione dei problemi inversi mediante approccio di soft computing. In particolare, reti neurali, sistemi di inferenza fuzzy e neuro fuzzy verranno studiati, modificati e sfruttati allo scopo. 1.2 Utilizzo e sviluppo di modelli ibridi di tipo Wavelet-neuro-fuzzy per il filtraggio dei dati. 1.3 Infine, lavorando con segnali provenienti da sensori di diversa natura, verranno utilizzate tecniche di data fusion per la loro combinazione. 1.4 Parallelamente, verranno attivate attività di confronto, verifica e scambi con le Unità di NA, PG-PI. Sarà cura dell'Unità di RC-ME rendere pubblici i risultati ottenuti mediante l'inserimento in rete degli stessi. Attività 2 - "Acquisizione dati e tecniche di processing per la soluzione del problema inverso"; 2.1 Reperimento di dati con relativa costruzione dei database mediante codici di simulazione e dati sperimentali. Inoltre, è previsto l'utilizzo di sonde di diverso tipo (Fluxset, e sue varianti), saranno prodotti differenti database. 2.2 Valutazione della efficacia degli strumenti risolutivi in relazione alle esigenze applicative del progetto attraverso benchmark e confronti con le basi di dati sperimentali. 2.3 L'attività di acquisizione dati, verifica e confronto degli stessi sarà concertata con le altre unità interessate. 2.4 I database ottenuti, saranno disponibili in rete sia per eventuali confronti con altre sedi che per future applicazioni. 2.5 La ricerca, l'identificazione (forma, posizione e volume del difetto) e classificazione di difetti in manufatti sia metallici (elementi di collegamento) che in armature di calcestruzzo armato (elementi trave pilastro e fondazioni) verranno effettuate mediante le metodologie di tipo soft computing di cui all'attività 1. Particolare attenzione verrà rivolta al riconoscimento della crescita dei difetti in seno alle armature sollecitate a trazione mono e bi-assiale. Tale procedura assicura l'analisi dello stato di salute di un manufatto direttamente in situ. 2.6 I difetti riscontrati nei manufatti verranno classificati mediante tecniche innovative di tipo Support Vector Machines (SVMs) e Multi-Support Vector Machines (MSVMs)e tecniche di clustering fuzzy. I risultati ottenuti verranno messi a disposizione delle altre Unità afferenti al presente progetto per le opportune operazioni di verifica e confronto. Attività 3 - "Implementazioni hardware"; L'ultima attività del progetto, riguarda la trascrizione hardware di quanto proposto in software. Il sistema da progettare prevede l'utilizzo di una centralina dotata di scheda neurale, indicativamente composta da un controllore globale, un pool di neuroni bit-seriali, una look-up table ROM based ad attivazione sigmoidale, un insieme di registri di stato e una RAM di pesi sinaptici. Gli ingressi alla rete e le uscite vengono memorizzati in una RAM. Ogni neurone, pilotato da un trigger gestito dal controllore, esegue operazioni di moltiplicazione e accumulazione, riceve in ingresso gli ingressi provenienti da altri neuroni, i pesi sinaptici corrispondenti dalla RAM e le attivazioni dalla look-up table. La rete può implementare regole fisiche di tipo "fuzzy" con opportune modifiche allo schema base. Il sistema neurale va prototipato e ingegnerizzato per essere incluso nella catena di elaborazione a valle della singola scheda. Inoltre, RC-ME provvederà ai relativi adattamenti per sistemi di misura in dotazione dell unità di PG e CX. Attività 4 - "Monitoraggio, supporto e documentazione" L'unità di ricerca di RC-ME parteciperà attivamente alle seguenti attività di supporto: a) Predisposizione ed eventuale primo aggiornamento di un sito web per la diffusione delle informazioni; b) Predisposizione di un sistema di archiviazione e ricerca della documentazione c) Organizzazione di un workshop allafine del primo anno di attività, aperto al mondo esterno per la valutazione dei risultati intermedi e l'aggiornamento del programma della ricerca. Il presente programma di ricerca prevede due fasi consecutive della durata di un anno ciascuna. La prima fase sarà dedicata essenzialmente al reperimento dei dati direttamente in laboratorio come specificato precedentemente, nonché allo studio e all'approfondimento delle tecniche di analisi e modellizzazione del problema elettromagnetico inverso. In particolare, i risultati attesi al termine della prima fase sono i seguenti: Attività 1 - Realizzazione ed implementazione di algoritmi stocastici neurali e neuro-fuzzy e di tecniche di data fusion: validazione mediante confronto con benchmarks numerici. Metodi teorici innovativi e potenziamento dei metodi esistenti per lo studio e l'analisi del problema inverso con particolare riferimento al riconoscimento di forma e volume dei difetti in piastre metalliche di collegamento, nonché in barre di acciaio in sezioni di calcestruzzo armato ordinario per elementi di pilastro trave e fondazione, mediante tecniche di soft computing. Confronto con altre tecniche di tipo stocastico e tecniche sviluppate da altre Unità del progetto. Metodi innovativi ibridi per il filtraggio di dati con particolare riferimento a tecniche di tipo neurale, neuro-fuzzy e Wavelet. Sono previste attività di scambio le verifiche del caso con le unità di CX, PG-PI e UD-PV. Attività 2 - Definizione di procedure e metodologie per l'acquisizione di dati direttamente in laboratorio come riportato in precedenza. Strutturazione database. Metodi innovativi e di potenziamento di quanto già esistente per l'identificazione e classificazioni di difetti su manufatti metallici e in calcestruzzo armato. In particolare, per l'identificazione, tecniche neurali, fuzzy e neuro-fuzzy verranno studiati e implementati allo scopo; mentre, tecniche di fuzzy clustering e approccio con SVM e MSVM saranno impiegati e potenziati per problemi di classificazione dei difetti. Validazione per confronto con altri dati di tipo sperimentale con particolare riferimento a quelli forniti dai centri di ricerca applicata con cui si è in contatto. Aggiornamento ed elaborazione delal documentazione relativa ai codici, ai benchmarks, alle verifiche effettuate e loro diffusione tra le unità interessate. Sarà cura dell'unità di RC-ME di provvedere allo scambio, per le verifiche, con le unità di CX, PG-PI e UD-PV. Attività 3 - Definizione delle metodologie per la trascrizione hardware di quanto progettato in software. La seconda fase del progetto, coincidente grossomodo con il secondo anno di attività, è orientata alle attività di tipo sperimentale e applicativo per la messa a punto e la realizzazione di quanto progettato nella prima fase. In particolare, i risultati attesi per la seconda fase sono i seguenti: Attività 1 - Applicazione sia dei metodi teorici innovativi che del potenziamento dei metodi esistenti per lo studio e l'analisi del problema inverso con particolare riferimento al riconoscimento di difetti di piastre metalliche nonché, in barre di acciaio in sezioni di calcestruzzo armato ordinario, mediante tecniche di soft computing. Attività 2 - Applicazione dei Metodi innovativi e di potenziamento di quanto già esistente per l'identificazione e classificazioni di difetti su manufatti metallici e in calcestruzzo armato. Software specifico in ambiente MatLab® con relativa interfaccia grafica verrà creato e reso disponibile alle altre Unità per le applicazioni nel presente progetto nonché per ricerche future. Attività 3 - Realizzazione hardware di quanto progettato in software. I risultati ottenuti in ciascuna attività saranno pubblicati su riviste scientifiche a diffusione internazionale del settore elettrotecnico in particolare dell'elettromagnetismo e presentati in congressi di rilevante interesse internazionale. L'alta fruibilità dei risultati sarà garantita mediante la creazione di una pagina Web nonché dalla promozione di seminari e relazioni con le altre Unità del presente progetto ed alle aziende e laboratori interessati. A valle dell'immediata verificabilità, si evidenzia che l'Unità di RC-ME ha maturato negli anni una consolidata esperienza nel settore delle prove non distruttive mediante le correnti indotte come testimoniato dalle numerose pubblicazioni nel settore. Inoltre, la realizzazione hardware di quanto progettato in software permette l'immediato utilizzo di un prodotto commerciabile agli interessati.
