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CAMPI ELETTROMAGNETICI
REGGIO DI CALABRIA
Dati Generali
Periodo di attività
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso fornisce le basi teoriche e pratiche per la comprensione, l’analisi e l’applicazione delle tecniche di diagnostica e imaging elettromagnetico. Gli studenti acquisiranno conoscenze sui principi fisici, sui metodi numerici e sugli algoritmi di ricostruzione, sviluppando competenze nell’utilizzo di software di simulazione e nell’elaborazione di dati reali per applicazioni in ambito biomedicale, industriale e della sicurezza.
Prerequisiti
Conoscenze di base di elettromagnetismo, analisi matematica e segnali e sistemi. Familiarità preliminare con i metodi numerici e con i fondamenti di antenne e propagazione elettromagnetica.
Metodi didattici
Lezioni frontali: presentazione e discussione guidata dei contenuti teorici del corso, con stimolo alla partecipazione attiva degli studenti e allo sviluppo della capacità di comprensione, sintesi e rielaborazione critica dei concetti scientifici.
Esercitazioni al calcolatore: attività pratiche di simulazione e analisi dei dati mediante strumenti software dedicati, finalizzate allo sviluppo di capacità di problem solving, utilizzo di strumenti numerici e applicazione operativa delle conoscenze teoriche.
Esercitazioni in laboratorio: attività sperimentali e di simulazione svolte anche in piccoli gruppi, finalizzate allo sviluppo di capacità di collaborazione, autonomia operativa e interpretazione critica dei risultati.
Verifica Apprendimento
L’esame è orale e prevede la preparazione di una tesina, concordata con il docente, inerente uno o più argomenti trattati durante il corso, quali le tecniche di diagnostica e imaging elettromagnetico, i metodi numerici di modellazione e simulazione, i problemi inversi e le applicazioni in ambito biomedicale, industriale o della sicurezza.
La prova orale consiste nella discussione della tesina e in ulteriori domande sugli argomenti del programma, con l’obiettivo di valutare la capacità dello studente di:
- comprendere e applicare i contenuti teorici e metodologici del corso;
- analizzare e interpretare i risultati di simulazioni e procedure di ricostruzione;
- comunicare le conoscenze acquisite utilizzando un linguaggio scientifico appropriato;
- esporre in modo chiaro e rigoroso i contenuti teorici e applicativi del corso.
A ciascuna domanda viene assegnato un punteggio compreso tra 18 e 30. Il voto finale corrisponde alla media aritmetica dei punteggi ottenuti nelle diverse domande. È possibile che una delle risposte venga richiesta in forma scritta durante la prova orale, limitatamente alla discussione di aspetti metodologici o numerici.
Criteri di valutazione
30 – 30 e lode: Conoscenza completa, approfondita e critica degli argomenti del corso, con particolare riferimento alle tecniche di diagnostica e imaging elettromagnetico, ai metodi numerici e ai problemi inversi; eccellente proprietà di linguaggio scientifico; capacità interpretativa originale e approfondita; piena autonomia nell’applicazione delle conoscenze acquisite all’analisi e alla discussione di casi di studio e risultati di simulazione.
26 – 29: Conoscenza completa e approfondita degli argomenti trattati; ottima proprietà di linguaggio scientifico; efficace capacità interpretativa; autonomia nell’applicazione delle conoscenze acquisite per l’analisi dei problemi e delle applicazioni presentate.
24 – 25: Buona conoscenza degli argomenti del corso; buona proprietà di linguaggio scientifico; corretta e sicura capacità interpretativa; capacità di applicare correttamente la maggior parte delle conoscenze acquisite.
21 – 23: Conoscenza adeguata degli argomenti, ma con limitata padronanza di alcuni contenuti; soddisfacente proprietà di linguaggio scientifico; corretta capacità interpretativa; capacità limitata di applicare autonomamente le conoscenze acquisite.
18 – 20: Conoscenza di base degli argomenti principali del corso; comprensione elementare del linguaggio scientifico; sufficiente capacità interpretativa; capacità di applicare le nozioni basilari acquisite.
Insufficiente:Gravi lacune nella conoscenza e nella comprensione degli argomenti trattati durante il corso e incapacità di applicare le conoscenze di base acquisite.
Testi
Giorgio Franceschetti, “Campi Elettromagnetici”, Bollati Boringhieri, 1983.
Constantine A. Balanis, “Advanced Engineering Electromagnetics”, Wiley & Sons.
Richard E. Blahut, “Theory of Remote Image Formation”, Cambridge University Press.
Francesca Vipiana and Lorenzo Crocco, "Electromagnetic Imaging for a Novel Generation of Medical Devices." Cham, Switzerland: Springer (2023).
Matteo Pastorino and Andrea Randazzo, "Microwave imaging methods and applications." Artech House, 2018.
Contenuti
Il corso è finalizzato a fornire una preparazione teorica, metodologica e applicativa avanzata nel campo della diagnostica e dell’imaging elettromagnetico. Il corso introduce i principi fisici e matematici alla base delle principali tecniche di imaging, le metodologie numeriche per la modellazione e la simulazione dei fenomeni elettromagnetici e le tecniche inverse per la ricostruzione dei parametri di interesse. Particolare attenzione è dedicata alle applicazioni biomedicali, industriali e di sicurezza, nonché all’utilizzo di strumenti software avanzati per la simulazione, l’elaborazione dei dati e l’ottimizzazione delle prestazioni dei sistemi di imaging.
Parte I – Principi e metodi della diagnostica e dell’imaging elettromagnetico (3 CFU)
· Fondamenti di diagnostica e imaging elettromagnetico (0.5 CFU): definizione e classificazione delle tecniche di diagnostica; diagnostica non distruttiva; principi generali di imaging elettromagnetico.
· Tecniche di imaging elettromagnetico (1 CFU): principi di imaging radar; imaging tomografico; subsurface imaging e through-the-wall imaging.
· Problemi inversi e ricostruzione dei parametri elettromagnetici (1 CFU): formulazione dei problemi inversi; tecniche di ricostruzione; regolarizzazione; stima dei parametri elettromagnetici.
· Metodi numerici per la modellazione e la simulazione (0,5 CFU): introduzione ai principali metodi numerici: Finite-Difference Time-Domain (FDTD), Method of Moments (MoM), Finite Element Method (FEM).
Parte II – Applicazioni e laboratorio (2.5 CFU)
· Imaging elettromagnetico in ambito biomedico (0,5 CFU): principi di diagnostica biomedicale; tecniche di imaging per monitoraggio, rilevamento e screening.
· Imaging per applicazioni industriali e di sicurezza (0,5 CFU): controllo qualità; imaging per la sicurezza; applicazioni industriali.
· Laboratorio di simulazione e imaging elettromagnetico (1.5 CFU): utilizzo di software CAD e strumenti numerici per la simulazione; elaborazione dei dati; ricostruzione delle immagini; ottimizzazione delle prestazioni dei sistemi di imaging.
Seminari specialistici (0.5 CFU): seminari tenuti da esperti del mondo accademico, della ricerca e dell’industria su applicazioni avanzate della diagnostica e dell’imaging elettromagnetico.
RISULTATI ATTESI:
Conoscenza e comprensione: A seguito del superamento dell’esame, lo studente conosce i principi fisici e matematici alla base della diagnostica e dell’imaging elettromagnetico. Conosce le principali tecniche di imaging radar e tomografico, i fondamenti dei problemi inversi e delle tecniche di ricostruzione dei parametri elettromagnetici, nonché i principali metodi numerici per la modellazione e la simulazione dei fenomeni elettromagnetici e le relative applicazioni in ambito biomedico, industriale e della sicurezza.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: A seguito del superamento dell’esame, lo studente è in grado di applicare le conoscenze acquisite all’analisi, alla modellazione e alla simulazione di sistemi di diagnostica e imaging elettromagnetico, di utilizzare tecniche di imaging radar e tomografico e di impiegare metodi numerici e strumenti software per la ricostruzione dei parametri elettromagnetici e la valutazione delle prestazioni dei sistemi di imaging.
Autonomia di giudizio: Per il superamento dell’esame lo studente deve essere in grado di valutare autonomamente le diverse tecniche di diagnostica e imaging elettromagnetico in funzione del contesto applicativo, dei vincoli fisici e delle prestazioni richieste, nonché di interpretare criticamente i risultati delle simulazioni e delle procedure di ricostruzione.
Abilità comunicative: Il corso e l’esame aiutano lo studente a sviluppare la capacità di comunicare in modo chiaro e rigoroso i principi teorici, le metodologie numeriche e le applicazioni della diagnostica e dell’imaging elettromagnetico, utilizzando una terminologia tecnico-scientifica appropriata.
Capacità di apprendimento: A seguito del superamento dell’esame, lo studente è in grado di aggiornare autonomamente le proprie conoscenze sulle tecniche di diagnostica e imaging elettromagnetico e di applicare le metodologie acquisite a nuovi contesti applicativi e a strumenti numerici e software differenti.
Altre informazioni
Codice Teams: h8jk82k