Il laboratorio svolge attività di ricerca, sviluppo e trasferimento tecnologico nell’ambito della diagnostica non invasiva e dello studio dei materiali dei beni culturali, attraverso metodologie sperimentali avanzate e modelli teorici. Le attività si basano sull’impiego delle onde elettromagnetiche nelle regioni dell’ultravioletto (UV), visibile (Vis), vicino infrarosso (NIR) e nel dominio dei terahertz (THz), per la caratterizzazione quantitativa delle proprietà fisiche, chimiche e morfologiche dei materiali.
Il laboratorio sviluppa e applica tecniche spettroscopiche e di imaging non invasive. In particolare, utilizza la Fiber Optics Reflectance Spectroscopy (FORS) nell’intervallo UV-Vis-NIR per l’identificazione e la quantificazione di pigmenti e coloranti, nonché per lo studio quantitativo dei processi di degradazione mediante la teoria di Kubelka-Munk. Tale approccio consente di caratterizzare e quantificare i prodotti di degradazione in materiali organici (carta, pergamena, tessili) e di monitorare gli interventi di restauro.
Sono inoltre impiegate tecniche di imaging multispettrale nelle regioni UV, Vis e NIR, incluse modalità Ultraviolet-Induced Luminescence (UVL), Visible-Reflected (VIS) e Infrared-Reflected (IRR), per la mappatura dei fenomeni di degrado, l’identificazione dei materiali e la rilevazione di restauri pregressi.
Un ruolo centrale è svolto dalla spettroscopia e dall’imaging nel dominio THz per la diagnostica non invasiva di materiali storico-artistici, in particolare supporti sottili (carta, tessili, pergamena, dischi fonografici). Il laboratorio sviluppa inoltre metodologie di fotonica THz per imaging tridimensionale (3D), includendo approcci di superrisoluzione per migliorare la capacità di indagine oltre i limiti di diffrazione.
Le attività sono orientate alla comprensione dei fenomeni di degradazione in materiali complessi di origine biologica, in particolare materiali cellulosici. Sono state studiate le correlazioni tra proprietà ottiche (UV-Vis, IR, THz) e degradazione, con risultati sull’identificazione dei composti responsabili dell’ingiallimento. Tali studi sono stati applicati anche a opere di Leonardo da Vinci, tra cui l’Autoritratto e il Codice di volo degli uccelli, conservati presso la Biblioteca Reale di Torino.
Il laboratorio sviluppa inoltre materiali innovativi per il restauro, in particolare sistemi micro e nanostrutturati a base di nanocellulosa e polimeri biocompatibili (hydrogel e microgel), ottimizzandone le caratteristiche (composizione chimica, struttura e proprietà meccaniche) in base alla tipologia di bene culturale su cui può essere applicato, ad esempio materiali cartacei, dove è possibile studiare morfologia delle fibre e la loro evoluzione nei processi di degradazione, con strumenti e metodologie propri della materia soffice e dei sistemi complessi.
Le attività si svolgono nell’ambito di progetti di ricerca nazionali e internazionali, contratti con enti pubblici e privati, collaborazioni con università e istituzioni del Ministero della Cultura, nonché iniziative di formazione e divulgazione.
È disponibile una fotocamera full-spectrum Samsung NX 3300, equipaggiata con sensore CMOS da 21.6 Mpixel (dimensioni 23.5 mm × 15.7 mm). La selezione della banda spettrale avviene mediante un set di filtri fotografici operanti nel visibile e nel vicino infrarosso fino a 1050 nm.
Il laboratorio dispone inoltre di un sistema per spettroscopia nel terahertz nel dominio del tempo (THz-TDS), comprendente un laser a femtosecondi e un emettitore e ricevitore accoppiati in fibra. Il sistema consente misure nell’intervallo spettrale compreso tra 0.1 e 4 THz. Sono inclusi software dedicati all’acquisizione e all’analisi dei dati THz, finalizzati alla determinazione delle caratteristiche morfologiche dei manufatti.L’intera strumentazione è progettata per essere trasportabile, consentendo l’esecuzione di misure direttamente in situ su beni e manufatti.
E’ presente una piattaforma multifunzionale per la fabbricazione di nano e microparticelle colloidali, basate sull’assembly di polimeri o tensioattivi e lipidi, mediante tecnologia microfluidica. Completa la dotazione del laboratorio una strumentazione avanzata per scattering della luce statico e dinamico, multiangolo e con controllo di temperatura (LS Spectrometer II), per lo studio della dimensione (raggio idrodinamico) e della dinamica di particelle colloidali nel range dimensionale 5 nm-5 micron, disperse in soluzione, in condizioni diluite o concentrate e la strumentazione per scattering dinamico e dielettroforetico della luce Nanozetasizer (Malvern, Uk), dotato di controllo in temperatura nel range 5-80 °C, per misure simultanee di raggio idrodinamico e potenziale zeta di particelle colloidali in sospensione.
A supporto delle attività sperimentali, il laboratorio dispone inoltre di competenze avanzate in simulazione computazionale mediante software ad alte prestazioni (Mathematica) per la modellizzazione della propagazione delle onde elettromagnetiche nei materiali. Tali strumenti consentono l’analisi teorica e numerica dei fenomeni di interazione radiazione-materia e l’interpretazione dei dati sperimentali. Parallelamente, vengono impiegati metodi di intelligenza artificiale e machine learning per l’elaborazione e l’analisi dei dati acquisiti, con l’obiettivo di migliorare l’estrazione delle informazioni, la classificazione dei materiali e l’identificazione di pattern complessi nei dataset spettroscopici e multimediali.
Francis Allen Farrelly
Laura Pilozzi
Silvia Gentilini
Centre for the Study of Manuscript Cultures (CSMC), Università di Amburgo, Germania. Studio di manoscritti delle regioni montane e del Sud-Est asiatico.
PNRR M1C3 “Turismo e Cultura 4.0”, Investimento 1.1.12 “Strategie e piattaforme digitali per il patrimonio culturale” . Progetto “Colorizzazione di manoscritti digitalizzati”, coordinamento Biblioteca nazionale centrale di Roma, durata 2025-2026. Sviluppo di tecnologie di computer vision e intelligenza artificiale per la colorizzazione di immagini monocromatiche di manoscritti (microfilm B/N).
M. Missori, C. Casarin, R. Codello, G. Caldarelli, “Remote Reflectance Spectroscopy on the Painting Saints Peter and Stephen Conserved at the Fondazione Giorgio Cini.” Archeologia e Calcolatori, 36(2), 119–130 (2025). https://doi.org/10.19282/ac.36.2.2025.10
M. Missori, R. P. Vicente Rojas, C. Casarin, R. Codello, G. Caldarelli, “Advancing Fiber Optics Reflectance Spectroscopy with Remote Detection.” In: Proceedings of the International Conference Optics for Arts, Architecture, and Archaeology X (O3A), edited by H. Liang and R. Groves, Proc. SPIE 13569, 135690Y (2025). https://doi.org/10.1117/12.3062043
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