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Le macchine che fanno musica. Dai rulli traforati per autopiano alle tecnologie digitali

L’ingegneria al servizio dei beni culturali, al DEI, prende la forma del Centro di Sonologia Computazionale (CSC, per gli amici). Un laboratorio in cui gli algoritmi incontrano l’arte e si mettono al suo servizio.Uno dei principali ambiti di ricerca del CSC è quello della conservazione e promozione di beni musicali e artistici. Uno dei progetti di ricerca del CSC è quello portato avanti, con la supervisione del prof. Sergio Canazza, dal dottorando Pierluigi Bontempi e prevede la digitalizzazione dei rulli per autopiano. Il progetto viene realizzato grazie anche alla fondamentale collaborazione con il Dipartimento di Musicologia e Beni Culturali dell’Università di Pavia e con AMMILAB (il laboratorio tecnico dell’Associazione Musica Meccanica Italiana). Tutti ricordiamo brevi sequenze di film d’epoca in cui un pianoforte suonava “da solo” senza che ci fosse qualcuno a premerne i tasti, un autopiano, appunto: un particolare tipo di pianoforte, dotato di un meccanismo in grado di attivare autonomamente i tasti, che si diffuse tra gli ultimi anni dell’Ottocento e i primi due decenni del Novecento. Il suo funzionamento è basato sull’uso di rulli di carta perforati come supporto per l’informazione musicale. Nei rulli di tipo metronomico, ovvero creati a tavolino, le forature corrispondono alle note da far suonare, e in alcuni casi all’uso del pedale di risonanza o all’accentuazione della metà sinistra o destra della tastiera. Altre indicazioni stampate o scritte sul rullo possono fare riferimento alla velocità di scorrimento dello stesso o all’intensità dei suoni, due parametri che l’autopianista controllava in tempo reale tramite apposite levette, durante la riproduzione. Nei rulli di tipo reproducing, ovvero ricavati a partire da una vera performance pianistica, sono presenti ulteriori forature per il controllo automatico dell’intensità sonora. Anche se oggi la maggior parte di noi sembra non ricordare l’esistenza dell’autopiano, in realtà la loro diffusione fu abbastanza significativa. Non è però facile misurare con precisione le reali dimensioni del fenomeno dei rulli, mancano studi approfonditi in merito all’entità della produzione e della diffusione degli stessi. Sembrerebbe comunque realistico ipotizzare una realizzazione totale approssimativa a livello mondiale di circa 500.000 diversi titoli. Quali sono le attività del CSC relative agli autopiano? Il CSC è impegnato in due progetti di ricerca relativi ai rulli per autopiano:Il primo prevede lo sviluppo di un software basato su tecniche di computer vision per l’estrazione di informazioni e la conversione delle scansioni dei rulli in file MIDI con l’obiettivo è la traduzione delle informazioni ricavate dai rulli in un formato (il MIDI) ottimale per l’ottenimento successivo di file sonori e per specifiche attività di information retrieval. Ci si propone inoltre di estrarre e salvare in apposite basi dati tutte le informazioni non compatibili con il formato MIDI, ma comunque potenzialmente utili a fini scientifici (ad esempio eventuali appunti testuali scritti sul rullo). Il secondo è dedicato alla ricerca computazionale di passaggi espressivi nei rulli metronomici, per indagare le modalità tramite cui i rulli metronomici venivano talvolta resi particolarmente espressivi effettuando forature non perfettamente corrispondenti alla partitura musicale. A questo proposito un primo contributo scientifico è stato recentemente pubblicato sul Journal of Cultural Heritage (Elsevier).  

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Hiroshi Amano, inventore del LED, alla GaN Marathon 2024

Il Nobel che ha illuminato il mondo parla del silicio del futuro Il GaN è un semiconduttore composto dalla combinazione degli elementi chimici azoto e gallio che può garantire alte prestazioni senza produrre eccessivo calore, un mix ideale per i carica-batterie, l’auto elettrica e gli impianti fotovoltaici, visto che consente un corposo passaggio di elettricità con un ingombro limitato. Lunedì 10 giugno alle ore 9.30 all’Hotel Due Torri di piazza Sant’Anastasia 4 a Verona il premio Nobel Hiroshi Amano della Nagoya University aprirà il convegno GaN Marathon 2024 – organizzato con il patrocinio del Comune di Verona, Università di Padova e del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Ateneo – con una relazione dal titolo “Vertical devices on bulk nitride substrates”. Il convegno – da lunedì 10 a mercoledì 12 giugno e presieduto da Matteo Meneghini, Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Padova – vuole approfondire gli usi nel futuro di questo materiale innovativo che potrà essere usato come alternativa al silicio per la realizzazione di sistemi efficienti: diversi settori ne beneficeranno, dal fotovoltaico all’auto elettrica, dalle comunicazioni wireless fino all’internet ad alta velocità. «Utilizzare il GaN permetterà di ridurre le emissioni di CO2 a livello globale; il nostro Ateneo ha da sempre giocato un ruolo fondamentale nello studio di materiali innovativi – commenta Matteo Meneghini, general chair della conferenza –. La collaborazione con il Premio Nobel Amano ha avuto importanti ricadute in termini di innovazione scientifica e visibilità». «Industrie e centri di ricerca si incontreranno per tre giorni in Italia, per discutere delle più importanti novità relative allo sviluppo del nitruro di gallio. Lo studio di questo materiale – sottolinea Enrico Zanoni, che nel 2016 ha organizzato la prima edizione del convegno – avrà importanti ricadute sia a livello scientifico sia occupazionale». «Il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione – conclude Gaudenzio Meneghesso, direttore del Dipartimento – è da sempre attivo nello sviluppo di tecnologie “green” che possano rendere più efficiente la produzione e la conversione dell’energia». Efficienza energetica e sostenibilità sono parole fondamentali, in un periodo di cambiamenti climatici e fluttuazioni del costo dell’energia. La maggior parte dei sistemi che usiamo quotidianamente, dall’auto allo smartphone, dalla lavatrice agli aeroplani, basano il loro funzionamento su complessi sistemi elettronici, basati sul silicio, un materiale altamente disponibile in natura. Tuttavia il costo energetico della tecnologia è esorbitante: si pensi che internet, da sola, consuma il 10% dell’energia elettrica mondiale. Sarebbe possibile realizzare sistemi più efficienti? Vi sono valide alternative? Sarà una vera maratona scientifica, per questo la conferenza è chiamata “GaN Marathon”: interventi di ricercatori di spicco si susseguiranno con un rapido ritmo, per garantire la massima diffusione dei risultati scientifici. Per tutte le informazioni sito web ufficiale.

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[Ing.tonic] Aperitivo e ricerca con il DEI

Alzi la mano chi non sente dire almeno una volta al dì “intelligenza artificiale” o non usa mai un qualche dispositivo elettronico nelle proprie attività quotidiane! Ma chi di noi saprebbe spiegare quanto queste tecnologie facciano già parte della nostra vita quotidiana? E come si evolverà la situazione? Per fare luce su questi argomenti, il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Padova vi invita a quattro incontri informali con i ricercatori che si occupano di queste tematiche. Come? Nel modo in cui si chiacchiera meglio: al bar…Per dilettarsi a parlare di quei “massimi sistemi” che però pervadono la nostra vita di tutti i giorni Si tratterà quindi di quattro chiacchierate su tematiche di cui ci sembra di intuire i meccanismi ma “sarebbe bello saperne di più e meglio”, per scoprire come l’ingegneria non sia poi così distante da noi. Come funziona? L’ingresso è gratuito! GLI APPUNTAMENTI: 16 maggio 30 maggio ore 18:30 @Aperture Cocktail Bar (mappa)Eravamo 4 robot al bar… che volevano cambiare il mondo Se le formiche si mettono d’accordo, possono spostare un elefante (Proverbio del Burkina Faso). Cosa succede se a mettersi d’accordo sono i robot? Azioni coordinate e comportamenti collettivi in grado di cambiare il mondo.Angelo Cenedese e Giulia MichielettoSCOPRI DI PIÚ 6 giugno ore 20:00 @Campo dei Girasoli (mappa)Cogito ergo robot. Assaggi di neurorobotica Cos’è la neurorobotica? È possibile guidare un robot col pensiero? E i robot sono abbastanza intelligenti per capire le intenzioni dell’essere umano? Le sfide della brain-machine interface nella vita di tutti i giorni.Luca Tonin e Francesco BettellaSCOPRI DI PIÚ 12 settembre ore 20:00 @Campo dei Girasoli (mappa)Le dodici fatiche dell’elettrone. Dal gatto di Schrödinger all’intelligenza artificiale La gloriosa storia dell’elettrone (dal muovere i treni ai sistemi di intelligenza artificiale), la trasformazione sociale che ha prodotto, il cambiamento del mondo ad opera della fisica quantistica e impatto sociale ed economico delle nuove tecnologie.Matteo Meneghini e Gaudenzio MeneghessoSCOPRI DI PIÚ 10 ottobre ore 18:30 @ Aperture Cocktail Bar (mappa)Incontri ravvicinati del 4° tipo. Appuntamento nel Metaverso Una caccia al tesoro e un gioco di costruzioni nel Metaverso: capire le sfide con cui le nuove tecnologie immersive rivoluzioneranno le interazioni umane e le comunicazioni in un futuro non così lontano!Federica Battisti e Sara BaldoniSCOPRI DI PIÚ

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Vittoria a Cannes per Audio Innova, spin-off nata all’interno del CSC

Le installazioni artistiche interattive fanno uso di moltissima tecnologia come ad esempio sensoreo strumenti di calcolo. Le opere artistiche non sono eterne: una volta che le tecnologie diventano obsolete e qualcosa che si può vedere in un festival artistico oggi non lo può essere più a distanza di pochi mesi. Proprio lavorando su questo, Audio Innova srl, spin-off del Centro di Sonologia Computazionale del Dipartimento di Ingegneria dell’Università degli Studi di Padova, fondata e diretta dal professor Sergio Canazza, ha vinto il “Neurons Awards Creativity AI Trophy” del World Artificial Intelligence Cannes Festival (WAICF), il maggiore evento sull’Intelligenza Artificiale a livello mondiale. La giornata conclusiva, tenutasi al Palais des Festivals et des Congrés di Cannes in Francia giovedì 8 febbraio e decreterà quella che gli organizzatori definiscono “la prossima superstar dell’intelligenza artificiale”.«La proposta di Audio Innova consiste in una “riattivazione” delle opere d’arte nel metaverso. Quest’anno siamo di nuovo tra i due finalisti del Neurons Awards Creativity AI Trophy con il progetto“Now and then (and tomorrow): preserving, reactivating and sharing interactive multimediaartistic installation creativity by means of AI and Metaverse(s)”, in cui si utilizza l’IA all’interno diMetaversi in comunicazione tra loro per riattivare installazioni artistiche interattive, una forma d’arteche rappresenta un’importante espressione negli ultimi 70 anni e che fa uso di molta tecnologia comesensori o strumenti di calcolo – aveva detto il professor Sergio Canazza pochi giorni prima della vittoria a Cannes.Proprio a causa della rapidissima obsolescenza della tecnologia di cui fa uso, un’installazione artisticainterattiva è afflitta da una aspettativa di vita cortissima, spesso limitata al festival artistico per cui èstata pensata l’opera. Audio Innova riesce a conservare queste opere a scopo di studio e a restituirle al pubblico. Dove? Nel mondo reale oppure in un apposito metaverso, M-Instance, un sistema in grado di prendere dati (audio, video, metadati) dal mondo reale (Universo), elaborarli e combinarli con dati generati internamente per creare ambienti virtuali (Metaversi) in cui gli utenti possono interagire – continua Canazza –. Gli algoritmi di AI utilizzati consentono di eseguire automaticamente molte attività, risparmiando molti mesi-persona e risorse nei data center (alimentazione elettrica, spazio di archiviazione), rendendo il processo molto più sostenibile. La riattivazione innovativa delle opere d’arte nel metaverso permette poi una loro accessibilità inclusiva, anche persone con disabilità possono accedervi facilmente, godendo di un’esperienza naturale e gratificante. È difficile riconfermarsi vincitori, ma già essere tra i due finalisti è una grande soddisfazione. Audio Innova ha già vinto la finale del trofeo nel 2023 con un progetto “Yesterday sounds tomorrow” in cui la IA veniva utilizzata per la digitalizzazione e il restauro dei vecchi documenti sonoro quali dischi a 78 giri, dischi in vinile e soprattutto nastri magnetici – conclude Sergio Canazza –. Questi ultimi erano il supporto audio utilizzato sin dagli anni ‘50 del Novecento per registrare tutti i “master” in campo jazz, classica, pop/rock. La World Artificial Intelligence Cannes Festival (WAICF) è l’evento dedicato all’IntelligenzaArtificiale numero uno al mondo per i centri di ricerca, le imprese e la società. Ha come obiettivoindividuare il luogo in cui nascerà la prossima generazione di artefici del cambiamento legatiall’intelligenza artificiale e scoprire il prossimo unicorno dell’intelligenza artificiale prima dichiunque altro.

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Quando il DEI si eleva al cubo: divulgare l’ingegneria

di Valentina Berengo Il DEI3 è il contenitore dei progetti di Terza Missione del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione: si eleva alla terza potenza la capacità di docenti e studenti di incidere, con il loro operato, sul processo di conoscenza. L’Università è infatti chiamata a istruire e ricercare, ma anche a rendere noti i frutti di queste due prime (e primarie) missioni attraverso un’attività di divulgazione verso un pubblico ampio, non necessariamente formato, o, diversamente, orientato all’attività aziendale. L’ingegneria, più forse di altre discipline scientifiche, è vittima di un pregiudizio “di genere” che si è formato con l’affermarsi della civiltà industriale (e, sull’altro fronte, del Romanticismo) e che ha visto l’ideale dell’uomo rinascimentale frazionarsi in due: da una parte coloro che si occupano di cultura, dall’altra gli uomini e le donne di scienza e tecnica. Le chiamava le “due culture” Percy Snow nella sua lecture del 1959 al Senato dell’Università di Cambridge, e si diceva – giustamente – contrario alla schisi, ma evidenziava come oramai fosse impossibile non incappare nella serrata convinzione che la sapienza stesse da una parte solamente. Lui, fisico di formazione (aveva lavorato con Rutherford e Cavendish), e divenuto poi romanziere di successo, aveva accesso a entrambi i consessi ma riscontrava tra i suoi diretti conoscenti una sorta di rifiuto per la materia “degli altri”. Se voleva sapere dai fisici che libri avessero letto, quelli, senza troppo imbarazzo, ammettevano di aver provato a leggere Dickens come – dice – “se Dickens fosse uno scrittore straordinariamente esoterico”. E quando si provava a fare a quei letterati “che ridacchiano di compatimento allorché sentono dire di scienziati che non hanno mai letto un’opera fondamentale di letteratura inglese” la richiesta di spiegare cosa fosse il secondo principio della termodinamica, quello universalmente noto come principio dell’entropia, otteneva in cambio il silenzio. “Eppure” – spiegava davanti al pubblico l’autore – “chiedevo qualcosa che è pressappoco l’equivalente scientifico di: avete letto un’opera di Shakespeare?”. Pensiamoci su: oggi non è forse ancora così? Chi mai penserebbe di chiedere a un ingegnere ragione della direzione in cui procede il mondo? Eppure l’ingegnere ha contezza dell’esistente tanto quanto un filosofo, un antropologo o un letterato, in modo complementare, forse, ma altrettanto “colto”. I processi e gli schemi con cui analizza i fenomeni l’uomo di scienza sono altrettanto funzionali di quelli con cui lo fa l’uomo di lettere, e danno ragione del procedere del mondo oltre a spiegarci i meccanismi di base con cui un edificio sta in piedi, un cellulare sa dove siamo, un pianoforte può suonare da solo eccetera. Il DEI3 proprio questo vuole fare: trovare le strade per raccontare al pubblico quello che non sa. Cioè che l’ingegneria è molto vicina alla vita di tutti, anzi l’innerva proprio. Manchevolezza degli ingegneri, forse, è stata quello di non peritarsi a parlare davanti al pubblico, ma di restare nei laboratori, dietro ai computer, al limite nelle aule e nei consigli direttivi: a nostro modo, ora, noi vogliamo rimediare. Il primo progetto in questa direzione è la creazione di un palinsesto divulgativo di contenuti video e infografiche divise per aree quelle stesse aree tematiche che potremmo trovare sfogliando un tabloid, una rivista di approfondimento, elencando le rubriche della programmazione radio o tv: “Salute e ambiente”, “Arte e storia”, “Luce e stelle”, “Vita digitale”, “Robot e assistenti digitali”. Docenti e ricercatori del DEI invitano il fruitore a scoprire ciò che non sapeva, invitandolo proprio con questa frase: “Lo sapevi che…?” Dall’inquinamento generato dai cellulari al wi-fi, dalle auto a guida autonoma a quelle che rispondono agli impulsi cerebrali dell’autista, dall’allunaggio grazie al microchip a come vengono generati i suggerimenti di Netflix, dall’influenza dei satelliti nell’esito delle cose terrestri come le elezioni al funzionamento delle tecnologie immersive, il DEI3 vuole portare il suo pubblico – ampio e non necessariamente “preparato” – alla scoperta di un universo: quello che ci lega, tutti, anche se non lo sappiamo, all’ingegneria dell’informazione. Superando così le “due culture”.

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Il dominio degli attosecondi

di Paolo Villoresi I premi Nobel 2023 sono andati a tre scienziati, Pierre Agostini, Ferenc Krausz e Anne L’Huillier, e che hanno contribuito ad affermare il dominio degli attosecondi nel più ampio contesto degli impulsi elettromagnetici e in generale dei fenomeni transitori artificiali. Un atto secondo equivale a 1.000.000.000º di miliardesimo di secondo. La durata di un attosecondo, quindi, è assai lontana da quella che i nostri sensi percepiscono, e infatti si riferisce alla scala dei processi del microcosmo. Come esempio, considerando il moto di un elettrone intorno al nucleo dell’atomo più semplice, l’idrogeno, e sulla base dell’energia di legame si può ricavare che l’equivalente del periodo di rotazione, ossia un’orbita classica, a una durata dell’ordine di 150 attosecondi. La capacità di generare impulsi in questa scala temporale quindi conferisce la possibilità di studiare o di controllare la dinamica intrinseca degli elettroni. In questo modo la nostra capacità di analisi evolve da un’osservazione solo dei valori medi e, in linguaggio tecnico, delle larghezze spettrali delle righe spettroscopiche allo studio dell’evoluzione nel dominio del tempo. Per comprendere questa possibilità possiamo pensare ad un altalena e a nostro desiderio di spingere una persona in modo che possa aumentare le ampiezza dell’oscillazione: affinché la nostra spinta sia efficace questa deve avvenire per un tempo inferiore al periodo di oscillazione, altrimenti bloccheremo l’altalena, e deve essere data anche al momento giusto, con la corretta fase rispetto all’oscillazione. In caso contrario otterremo una decelerazione al posto di una accelerazione. Da questo esempio ricaviamo la necessità di poter generare e utilizzare impulsi della durata di decine o poche centinaia di attosecondi e di poter anche controllare con precisione l’istante di interazione. La tecnica che si è sviluppata per generare e poi misurare questi impulsi si basa sull’interazione di impulsi laser nel vicino infrarosso, come ad esempio i laser a Titanio in zaffiro operanti in agganciamento di modi con lunghezza d’onda centrale di 800 nm. L’uscita di questi laser viene compresa temporalmente con delle tecniche che permettono di arrivare ad un impulso di pochi femtosecondi, ossia 1.000.000º di miliardesimo di secondo. un femtosecondo corrisponde quindi a 1000 attosecondi. Il metodo principale si basa sull’invenzione del professor Orazio Svelto e collaboratori del politecnico di Milano ed è chiamata auto modulazione di fase in fibra cava. Data la brevità dell’impulso, la potenza istantanea assume valori molto elevati, dell’ordine di 1013 W per centimetro quadrato. Questi impulsi, focalizzati in un getto di gas, tipicamente argon o neon, sono tali da indurre una ionizzazione ottica degli atomi, ossia gli elettroni vengono strappati dal nucleo e accelerati nel campo dell’laser. Come ha spiegato lo scienziato canadese Paul Corkum, una possibile evoluzione del moto dell’elettrone consiste nella sua ricombinazione con lo ione del quale proviene, con la conseguente emissione di luce, ossia di un fotone, al quale è conferita molta energia: sia il potenziale ionizzazione che l’energia cinetica conferita nell’accelerazione. In questo modo l’interazione del laser infrarosso con il gas permette di convertire la radiazione dall’infrarosso all’ultravioletto, fino anche alla regione chiamata extreme-ultraviolet, corrispondenti a lunghezze d’onda dell’ordine di poche decine di nanometri. Per ottenere impulsi della durata di pochi decine di attosecondi è necessario comprimere temporalmente la radiazione generata, utilizzando dei dispositivi chiamati compressori ultravioletti. E i tre premiati con il Nobel hanno operato le loro scoperte in Europa tra la fine degli anni 80 e la prima decade di questo secolo. È interessante osservare che i loro contributi hanno avuto luogo in una comunità ristretta ma molto dinamica e determinata. infatti nell’ambito di progetti europei di ricerca e anche di progetti di formazione dottorale di tipo Marie Curie, diversi laboratori di ricerca europei hanno unito le loro diverse competenze allo sforzo di risolvere i problemi nella generazione e nella misura di questo tipo di impulsi. in particolare, la professoressa Anne L’Huillier è stata la coordinatrice del primo dei due network Marie Curie, dal promettente nome Atto, in cui si è rafforzata questa comunità e che è durato da 2000 al 2004. L’Italia ha partecipato a queste ricerche, oltre che a questi network con un team composto dal politecnico di Milano, l’Università di Padova e il CNR Istituto di fotonica e nanotecnologie. In Italia sono stati compiuti passi importanti come lo sviluppo di sistemi ottici nel dominio dell’estremo ultravioletto particolarmente adatti alla generazione e misura degli impulsi ad atto secondi da parte patavina e naturalmente allo sfruttamento delle sorgenti laser ultra veloci ideate al Politecnico di Milano, oltre a unire le forze per la comprensione teorica e ad effettuare gli esperimenti. questa collaborazione, estesa anche all’Università Federico II di Napoli ci ha permesso di ottenere nel 2006 un risultato di particolare rilevanza: la generazione di un impulso isolato della durata di 130 atto secondi. per la prima volta si è scesi al di sotto del tempo di riferimento dell’orbita classica dell’elettrone nell’atomo di idrogeno. Questo è costituito il record mondiale dell’evento artificiale più breve, che è durato circa due anni e mezzo. Le applicazioni di queste tecniche sono continuate in Italia e in collaborazione con molti gruppi. L’attuale limite è stato ridotto, perfezionando le tecniche sopra descritte fino al record attuale di 43 attosecondi.

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