ANTHEM - AdvaNced Technologies for Human-centrEd Medicine - è un'iniziativa finanziata dal Ministero dell’Università e della Ricerca nell’ambito del “Piano nazionale per gli investimenti complementari al PNRR (PNC - Piano nazionale complementare)".
ANTHEM ha l'obiettivo di colmare, con l’ausilio di tecnologie e percorsi multidisciplinari e innovativi, il gap esistente nell’assistenza sanitaria dei pazienti fragili e cronici all’interno di specifici territori caratterizzati da patologie orfane di terapie.
Il contributo del Dipartimento di Fisica si focalizza nella realizzazione dei alcuni degli obiettivi chiave degli Spokes 1 e 2.

Spoke 1: Data and technology driven diagnosis and therapies
Contributo ai pilots 1.6 e 1.8

La ricerca del Dipartimento è indirizzata allo sviluppo di algoritmi e modelli per estrarre informazioni diagnostiche da dati clinici eterogenei e per ottimizzare e semplificare la terapia di malattie croniche (in particolare oncologiche e cardiache); si occupa inoltre dello sviluppo di prototipi e di tecnologie a supporto della diagnostica, contribuendo alla realizzazione di un sistema avanzato di Positron Emission Tomography ad alta risoluzione spaziale (PET-TOF) ed allo sviluppo dell’ istologia virtuale di tessuti per ampliare e migliorare le capacità diagnostiche dell’istologia convenzionale.

Spoke 2: Connecting patients and therapists through adaptive environments and intelligent sensors to enhance proximity medicine
Contributo ai pilots 2.1, 2.3, 2.4 e 2.5

La ricerca del Dipartimento è focalizzata nello sviluppo di sensori indossabili, (ad es. patch per il controllo di marcatori biochimici misurabili, dispositivi per il controllo del respiro, tecnologie di realtà virtuale/aumentata) portatili e ambientali per monitorare in tempo reale sia i parametri clinici dei pazienti che i rischi ambientali implicati nell'insorgenza di condizioni patologiche in popolazioni fragili e croniche. Nonché di sistemi attivi per la sanificazione e disinfezione dell’aria basati su luce ad ampio spettro e algoritmi AI per il controllo dei processi.
Si esplica inoltre nella generazione di piattaforme tecnologiche per il controllo della contaminazione da rischio biologico (i.e. Luce di ultima generazione - sistemi per sanificare superfici e ambienti contaminati da agenti patogeni microbici) e il loro utilizzo in relazione alle informazioni relative all'intero processo di gestione del paziente (dal triage al piano terapeutico). Infine si occupa dello sviluppo di nanosensori e di innovativi set-up per il rilevamento di agenti patogeni e biologici anche tramite tecniche di imaging label-free.

MUSA - Multilayered Urban Sustainability Action si occupa dello sviluppo sostenibile della principale area metropolitana del paese e tra le prime a livello europeo per prodotto interno lordo, dove si concentra una grande varietà di attività manifatturiere ad alto valore aggiunto, di terziario avanzato e finanziarie.

Perché un ecosistema dell’innovazione? MUSA si propone di creare le condizioni per favorire la transizione dell’ambiente urbano verso un ecosistema dell’innovazione sostenibile attraverso azioni che affrontano diversi fattori di rischio ambientale e sociale, offrendo alle istituzioni locali solide basi per politiche evidence-based.

L’approccio degli ecosistemi tiene conto dell’insieme di conoscenze, competenze, prospettive e interessi di tutti gli attori presenti nel territorio (istituzioni pubbliche, associazioni della società civile, centri di ricerca e imprese) e delle loro relazioni.

La risorsa principale alla base del progetto è un partenariato di eccellenza scientifica e industriale, con conoscenze e competenze complementari che permetteranno di affrontare questo ambizioso percorso.

MUSA è organizzato in SPOKEs come riportato in questo schema.

Il personale del Dipartimento di Fisica è impegnato in 4 SPOKEs: 1, 3, 5 e 6.

Spoke 1 - Urban Regeneration City of Tomorrow

In questo spoke è attivo un Joint Lab con l’industria aerospaziale Thales Alenia Space Italia. Si sviluppano tecnologie spaziali con ricadute multidisciplinari. In particolar modo elettronica digitale (computer di bordo innovativi) e analogica (accelerometri miniaturizzati a tecnologia MEMS) ultrascalata, applicazioni di microfluidica e studi di missione per la calibrazione di radiotelescopi a terra.

Spoke 3 - Deep Tech: Entrepreneurship & Technology Transfer

Due sono i Joint Lab attivati in questo spoke con le società INFINEON e HUAWEI. L’idea è quella di stabilire delle infrastrutture permanenti con questi partner industriali allo scopo supportare da un lato la ricerca accademica e dall’altro la nascita di startup high tech che sviluppino linee di prodotti innovative. Nello specifico, con INFINEON si stanno sviluppando prodotti a semiconduttore che puntano all’alta efficienza allo scopo di ridurre il consumo energetico. Con HUAWEI si vogliono sviluppare dispositivi a microonde e a onde millimetriche. A questo scopo, nel laboratorio WELab, mediante strumentazione dedicata si caratterizzano elementi circuitali ad altissima frequenza per costruire una libreria accurata con cui progettare circuiti integrati sino a 200 GHz.

Spoke 5 – Sustainable Fashion, Luxury and Design

In questo Spoke il Dipartimento di Fisica è attivo tramite le attività connesse al trattamento superficiale al plasma di tessuti speciali per la moda e l’high tech allo scopo di esaltarne il confort, la vestibilità e l’idrorepellenza.

Spoke 6 – Innovation for Sustainable and Inclusive Societies

L’inclusività e la sostenibilità passano anche attraverso le iniziative culturali. In questo senso, nell’ambito di questo SPOKE abbiamo intrapreso un’attività di formazione continua dei docenti delle scuole di ogni ordine e grado (materna->secondaria superiore) sulle discipline STEM (Science, Technology, Engineering, Matematics) grazie al richiamo evocativo del cielo. Questo ha permesso, nella sola rete di Milano ed hinterland di formare più di 200 studenti e 6000 studenti. E’ stata anche realizzata una mostra “Osservatori del Cielo: storie italiane di scienza, tecnologie e persone” in collaborazione con Thales attualmente allestita nello spazio espositivo della biblioteca centrale di ateneo.

Il Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing (ICSC), è stato istituito dal Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR) per il mantenimento e il potenziamento dell’infrastruttura HPC e Big Data italiana, per sviluppare metodi, applicazioni e strumenti software avanzati per integrare il calcolo, la simulazione, la raccolta e l’analisi di dati di interesse per il sistema della ricerca e per il sistema produttivo e sociale, anche attraverso approcci cloud e distribuiti.
Il Centro di supercalcolo è un’aggregazione di università, enti e organismi di ricerca pubblici e privati e di imprese distribuiti sull’intero territorio nazionale che coinvolge e promuove le migliori competenze interdisciplinari delle scienze e dell’ingegneria, favorendo innovazioni sostanziali e sostenibili in campi che vanno dalla ricerca di base alle scienze computazionali e sperimentali per il clima, l’ambiente, lo spazio, dallo studio della materia e della vita alla medicina, dalle tecnologie dei materiali ai sistemi e ai dispositivi per l’informazione. Sostiene l’alta formazione e promuove lo sviluppo di politiche per la gestione responsabile dei dati in prospettiva di open data e open science, coniugando profili di regolamentazione, standardizzazione e compliance. Il Centro Nazionale fornisce un’infrastruttura cloud/HPC condivisa e aperta, che rappresenta un asset strategico unico per l’Italia, ma anche per la comunità internazionale, e ambisce a diventare un ecosistema innovativo al servizio del Paese e attrattivo a livello internazionale, per rafforzare la competitività dell’Italia e contribuire alla leadership europea nel settore.

Nel contesto del programma nazionale NQSTI, l’Università di Milano-Bicocca è capofila dello Spoke 6 “Integration”, dedicato allo sviluppo di sistemi quantistici integrati per quantum computing, simulation e sensing.

All’interno dello Spoke 6, il gruppo del Dipartimento di Fisica è attivo principalmente nella progettazione e simulazione di dispositivi quantistici superconduttivi, nonché nella loro caratterizzazione a bassissime temperature grazie ai refrigeratori a diluizione del Laboratorio di Criogenia, recentemente potenziati anche grazie ai finanziamenti NQSTI. Il gruppo contribuisce inoltre allo sviluppo dell’elettronica di controllo per sistemi quantistici e del relativo firmware.

Per la fabbricazione dei dispositivi progettati, il gruppo collabora con partner strategici come la Fondazione Bruno Kessler (FBK) di Trento e l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) di Torino, oltre a mantenere una collaborazione attiva con il National Institute of Standards and Technology (NIST) di Boulder, Colorado (USA).

Piattaforme superconduttive integrate

In collaborazione con l’INFN e FBK, il gruppo sviluppa piattaforme integrate per il quantum sensing, con applicazioni come la ricerca di assioni. Le attività includono lo sviluppo di qubit superconduttori accoppiati a risonatori planari o 3D, amplificatori parametrici a onda viaggiante (TWPA) per la lettura multiplexata di molti qubit, e sistemi basati su RFSoC con FPGA per la manipolazione e lettura degli stati quantistici.

Grazie alle open call dello Spoke 6, si sono uniti alla collaborazione anche le Università di Salerno, Milano e l’INRIM.

L’obiettivo è la realizzazione di prototipi di sistemi quantistici superconduttivi con TRL 4, orientati ad applicazioni tecnologiche, in linea con le finalità dello Spoke 7 di NQSTI.

Sistemi quantistici cross-platform

Il gruppo partecipa anche allo sviluppo di sistemi ibridi che integrano piattaforme fotoniche e superconduttive, in collaborazione con INFN, CNR, FBK, INRIM e l’Università di Salerno. Tra i risultati attesi vi sono prototipi per la rivelazione di fotoni sia a microonde sia NIR/UV, utilizzando rivelatori superconduttivi con risoluzione del numero di fotoni, e la generazione di stati fotonici non classici tramite TWPA.

In sinergia con il progetto di Eccellenza del Dipartimento Bicoq, il gruppo esplora anche l’integrazione di risonatori meccanici bulk-acoustic wave (BAW) con sistemi superconduttivi, combinando tecniche di quantum sensing e metrologia per superare il limite quantistico standard.

Nuovi materiali superconduttivi

In collaborazione con il Dipartimento di Scienza dei Materiali, il gruppo studia nuovi materiali superconduttivi per la realizzazione di TWPA e qubit, con l’obiettivo di migliorarne le prestazioni e l’affidabilità.

Applicazioni quantistiche nello Spoke 7

Il Dipartimento di Fisica è coinvolto anche nello Spoke 7 di NQSTI, focalizzato sullo sviluppo di sistemi quantistici completi orientati alle applicazioni.

In questo ambito, il gruppo di Biofisica studia l’integrazione di un microscopio a scansione a due fotoni con un rivelatore basato su array di SPAD, per realizzare misure con un approccio “quantum inspired” di Image Scanning Microscopy (ISM). Questo schema consente di ottenere un incremento della risoluzione spaziale di circa il 50%, aprendo nuove prospettive per l’imaging ad alta precisione.