Brochure Barcalab 2012

7/25/2019 Brochure Barcalab 2012

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Marine Research Laboratory

La barca laboratoriothe laboratory boat


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LECCO INNOVATION HUBMARINE RESEARCH LABORATORY

Lecco Innovation Hub un centro di ricercae formazione dedicato alla nautica sortopresso il Polo terriroriale di Lecco del

Politecnico di Milano. Il progetto si collocanellambito delle azioni condivise con ilterritorio per il rilancio delleconomialecchese, con il fine di favorire il trasferi-mento tecnologico da e verso il settore

nautico e il suo indotto.

Il progetto, che si aggiudicato il bandoEmblematico Maggiore 2010 di FondazioneCariplo, creato per finanziare interventicaratterizzati da un alto grado di comples-sit organizzativa, strutturale ed economica,che affrontano problemi specifici di un terri-torio, ha un budget di 5 milioni di Eurograzie anche al contributo del Politecnico edi UniverLecco.

Il Politecnico di Milano il principale attoredel progetto per quel che riguarda le attivitdi ricerca e di coordinamento delle azionistrategiche, ma il territorio ha un ruolo

Lecco Innovation Hub is a dedicated nauticalresearch and training centre at the Leccoterritorial pole of the Milan Polytechnic.

The project is part of a series of activitiesshared with the territory to relaunch theLecco economy, and aims to encouragethe transfer of technology to and from thenautical and related sectors.

The project, which won the 2010Emblematico Maggiore competition ,created by the Cariplo Foundation tofinance operations with a high degree oforganisational, structural and economiccomplexity tackling specific problems ina territory, has a budget of 5 million,thanks also contributions from the MilanPolytechnic and UniverLecco.

The Polytechnic is the main player in theproject as concerns research activities andthe coordination of strategic activities,but the territory has a key role inmanaging, implementing and exploiting


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Lecco Innovation Hub sar costituito da due

entit fondamentali:

La Barca Laboratorio, strumentata perlacquisizione di dati relativi alle variabilidi comportamento dello scafo e dei suoicomponenti; limbarcazione si avvarr diuna struttura galleggiante di supportodurante le campagne di misura.

Il laboratorio sperimentale, proget-

tato in modo da accogliere prontamenteevoluzioni e integrazioni della ricerca incampo nautico.

A queste si aggiungono le infrastrutturedi ricerca presenti nelle altre sedi del Poli-tecnico di Milano, come la Galleria del Vento la pi grande in Europa nel campus diMilano Bovisa.

linfrastruttura di ricercathe RESEARCH infrastructure

Lecco Innovation Hub will consist of two

basic entities:

The Laboratory Boat, fitted withinstruments for acquiring data on thebehavioural variables of the boat and itscomponents; it will use a floating supportstructure during measurement operations.

The experimental laboratory, designedrapidly to embrace evolution and

integration in the nautical field.In addition to these are the researchinfrastructures present in other sites of theMilan Polytechnic, such as the Wind Tunnel Europes largest on the Milan Bovisacampus.


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LECCO INNOVATION HUB6


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La barca laboratoriothe laboratory boat

La realizzazione della Barca Laboratorio

rappresenta un contributo fondamentale asupporto della progettazione nautica e untest-benchquasi unico per lo sviluppo dellemetodologie progettuali e delle tecnologiecostruttive.

Nel panorama mondiale esistono solotre imbarcazioni con funzioni simili; sonopresso il MIT di Boston, lUniversit Tecnicadi Berlino ed il Kanazawa Institute of Tech-

nology in Giappone.

La Barca Laboratorio di estremo interesseanche per lo svolgimento di esperienzedidattiche di eccellenza a supporto delleattivit di formazione in ambito nautico delPolitecnico di Milano.

La sua realizzazione ha rappresentato perciuna sfida per i ricercatori del Politecnico e

rappresenta unincredibile opportunit diinnovazione per i diversi fruitori e fornitoridello Hub.

The creation of the Laboratory Boat is a

fundamental contribution in supportingnautical design and a test benchfor developing design methods andconstruction technologies that is almostunique.

There are only three boats in the worldwith similar functions: at the Boston MIT,the Berlin Technical University and theKanazawa Institute of Technology in Japan.

The Laboratory Boat is also of greatinterest for excellent didactic experiencessupporting the nautical training activities ofthe Milan Polytechnic.

Its creation was a challenge for thePolytechnics researchers and it is anincredible opportunity for innovation bythe various users and suppliers of the Hub.


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Il progetto scientifcothe scientifc project

Il progetto della Barca Laboratorio statointeramente sviluppato da un team di ricer-catori del Dipartimento di Meccanica del

Politecnico di Milano coordinato dal prof.Fabio Fossati.

La progettazione nautica, caratterizzataoriginariamente da metodiche di proget-tazione provenienti dal mondo navale eda approcci sostanzialmente artigianaliper quel che concerne le tecnologie dicostruzione, negli ultimi anni si evoluta

The Laboratory Boat project was developedentirely by a team of researchers in theMechanics Department of the Milan

Polytechnic coordinated by Professor FabioFossati.

Nautical design, which originally useddesign methods coming from the navalsector and basically craft approaches toconstruction technologies, in recent yearshas undergone evolution drawing on theaeronautical, energy and automotive sectors


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attingendo al settore aeronautico,

energetico, dellautomotive e della fluido-dinamica applicata. Gran parte dellattivitdi ricerca svolta dalla comunit scientificanel settore della nautica attualmenteorientata allo sviluppo di metodi che permet-tano di definire i livelli di carico agenti sullediverse strutture dellimbarcazione, con ungrado di accuratezza superiore a quello finoad oggi disponibile. Ci implica importanti

ricadute dal punto di vista costruttivo edelle metodologie di progetto, per mezzodi un pi appropriato utilizzo di materialiinnovativi.

I dati scientifici attualmente a disposizionedei progettisti e dei costruttori derivanoda studi effettuati su modelli in scala, suprototipi o su campioni di materiale analiz-

zati in ambienti artificiali, quali le galleriedel vento, le vasche navali o i banchi diprova. Lambizione della Barca Laboratorio

and on applied fluid dynamics. Most of the

research done by the scientific communityin the nautical sector is currently orientatedtowards developing methods for definingthe loads acting on the various structures ofthe boat, with a degree of accuracy higherthan has so far been available. This impliessignificant spin-offs for construction anddesign methods, with a more appropriateuse of innovative materials.


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quella di consentire la rilevazione di talidati in scala reale e nelle reali condizioni diutilizzo dellimbarcazione.

La Barca Laboratorio concepita perfunzionare come bilancia dinamometricain grado di acquisire dati inediti relativi aicarichi aerodinamici e idrodinamici agenti

sui principali componenti dello yacht. Ilcuore del sistema costituito da un telaiointerno allo scafo che permette di collegarelintero armo e tutta lattrezzatura velica aun sistema di celle di carico per la misuradelle forze e dei momenti globalmentetrasmessi dal piano velico alla barca durantela navigazione.

Il valore aggiunto della Barca Labora-torio dunque la possibilit di effettuaremisure nelle reali condizioni di utilizzo,tenendo conto delle regolazioni impartitedallequipaggio; quando solitamente ci sideve accontentare di prove effettuate inambienti artificiali su modelli in scala.

The scientific data currently available todesigners and builders derive from studieson scale models, prototypes or material

samples analysed in artificial environments,such as wind tunnels, test tanks or testbenches. The ambition of the LaboratoryBoat is to allow these data to be measuredat full-scale and in real boat use conditions.

The Laboratory Boat is designed tofunction as a dynamometric scale thatcan acquire previously unavailable dataon the aerodynamic and hydrodynamic

loads acting on the main components

of the yacht. The heart of the system is aframework inside the hull that allows theentire rig and sail plan to be connected toa system of load cells to measure the overallforces and moments transmitted by the sailplan to the boat when under sail.

The added value of the Laboratory Boat isthus the possibility of taking measurementsin real use conditions, taking account of


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Il progetto prevede inoltre linstallazione di

sistemi di misura diretta nei diversi compo-nenti dellattrezzatura velica (sartiame,verricelli e bozzelli) per ricavare informa-zioni preziose per la loro progettazione.Allinterno dei componenti in materialecomposito saranno annegati sensori afibra ottica per la misura dei carichi e peril rilievo dello stato di sollecitazione. Ci consentito dalla maturit tecnologica dei

sensori basati su celle di Bragg, adatti per unimpiego in campo nautico, grazie allampioventaglio applicativo che consente di effet-tuare misure di spostamento, temperatura,deformazione, inclinazione e accelerazione.

Un altro aspetto del progetto, unico nelsuo genere, la possibilit di rilevare datiriguardanti la forma geometrica assuntadalle vele in navigazione (flying shape)

che differisce in maniera considerevoledalla cosiddetta design shape, la formageometrica ipotizzata dal velaio in fasedi progetto e di realizzazione della vela.

trimming by the crew; usually one has to

make to with tests carried out in artificialenvironments on scale models.

The project also includes the installation ofdirect measurement systems on the variouscomponents of the rig (shrouds, winchesand blocks) to obtain valuable informationfor their design. Optical fibre sensors will beembedded in the components made fromcomposite materials to measure loads and

the degree of stress. This is made possible bythe technological development of sensorsbased on Bragg cells, adapted for use in thenautical sector, thanks to the wide range ofapplications that permit the measurementof movement, temperature, deformation,inclination and acceleration.

Another aspect of the project, uniquein its kind, is the possibility of acquiring

data on the geometric shape assumed bythe sails when under way (flying shape),which differs considerably from the


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Anche in questo caso, i dati attualmente

disponibili per la progettazione derivano daprove in ambienti artificiali o da modelli disimulazione numerica ancora oggi affetti daproblemi di affidabilit dei risultati.

Lesperienza maturata in tale ambito dalDipartimento di Meccanica del Politecnicodi Milano nel corso di diverse campagne dimisura, svolte presso la Galleria del Ventodel Campus di Milano Bovisa per alcuni dei

principali sindacati partecipanti alle edizionidi Coppa America dellultimo decennio, hafornito il know-hownecessario per la realiz-zazione di un sistema di misura utilizzabilein condizioni di navigazione.

Un ambiente completamente destrut-turato come quello lacustre comporta

tuttavia problematiche molto diverse daquelle che si riscontrano in laboratorio.Per questo motivo il progetto prevedeche, in condizioni stazionarie, i dati di

so-called design shape, the geometrical

shape imagined by the sailmaker whendesigning and making the sail. In this casetoo, the data currently available for designcoming from tests in artificial environmentsor from numerical simulation models thatstill today have difficulty providing reliableresults.

The experience built up in this field bythe Department of Mechanics at the

Milan Polytechnic in several measurementprogrammes in the wind tunnel of theMilan Bovisa campus for some of theleading Americas Cup syndicates over thepast decade, has supplied the know-howneeded to create a measurement systemthat can be used when under sail.

However, a completely destructuredenvironment like that on the Lake bringsproblems that are very different fromthose met in the laboratory. For this reason


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forma delle vele vengano acquisiti tramite

laser scanner, caratterizzato da elevataaccuratezza di misura e velocit di rilievodelle informazioni. In situazioni dinamiche,saranno invece impiegati sistemi basati sutecnologia a luce strutturata e su sensori

di distanza a variazione di fase. Il progettoprevede poi lo sviluppo di algoritmi dielaborazione per lutilizzo dei dati intempo reale per controllare i parametri

di regolazione delle vele in relazione allaprestazione dellimbarcazione.

Un aspetto qualificante del progettoriguarda la predisposizione di sistemi per ilrilievo dei carichi agenti sulle vele. La possi-bilit di conoscere leffettiva distribuzionedelle pressioni sul piano velico argomentodi grande interesse per il progetto aero-dinamico e strutturale delle vele, oltre

che per la scelta e limpiego ottimale deimateriali e delle tecniche produttive. Le solegrandezze integrali possono infatti risultareinsufficienti per comprendere come utiliz-

the project will, in stationary conditions,

acquire sail shape data using a laser scannerwhich has great measurement accuracy andspeed. In dynamic situations, systems basedon structured light technology and phasevariation distance sensors will be used.The project will then develop algorithmsfor using the data in real time to comparesail trimming parameters with boatperformance.

An important aspect of the project is theavailability of systems for measuring theloads acting on the sails. The possibility ofknowing the effective pressure distributionover the sailplan is of great interest for theaerodynamic and structural design of sails,and also for the selection and optimal useof materials and production techniques.Integral measurements alone may not be

sufficient for an understanding of howto use a sailplan if it is not possible todetermine the complex interactions theyprovoke. On the Laboratory Boat, the


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zare un piano velico se non si riescono a

determinare le complesse interazioni da cuiesse scaturiscono. Nella Barca Laboratorio,la rilevazione della mappa di pressione sullevele avverr tramite sensori MEMS (ottimocompromesso tra dimensioni, prestazioni,costi e condizioni di operativit) installatisulle vele seguendo linee orizzontali, cosinteressare diverse sezioni del piano velico.

Tutte le informazioni acquisite direttamentein navigazione, siano esse di caratteremeccanico-strutturale o di natura aerodin-amica o idrodinamica, saranno poi correlatecon la dinamica dellimbarcazione allo scopodi valutare lincidenza del movimento delloyacht sulle misurazioni effettuate. La carat-teristica della dinamica dellimbarcazionerappresenta di per s un bagaglio di

informazioni estremamente interessantenellambito dello sviluppo e della vali-dazione delle metodologie numeriche di

distribution of pressure on the sails will be

mapped using MEMS sensors (an excellentcompromise between size, performance,costs and operational conditions) installedon the sails in horizontal lines so as tomeasure different sections of the sailplan.

All the information acquired directly undersail, whether it be mechanical and structural

or aerodynamic and hydrodynamic, will thenbe correlated with the dynamics of the boatto evaluate the incidence of the movementof the yacht on the measurements carriedout. The dynamics of the boat are themselvesan extremely interesting set of informationfor developing and validating numericalmethods of performance prediction. This iswhy the Laboratory Boat will be equippedwith a specially designed and optimised

system for measuring the movements ofthe boat, integrated by a GPS system anda trim measurement system. All this will be


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previsione delle prestazioni. per questoche la Barca Laboratorio sar equipaggiatacon un sistema appositamente progettato

e ottimizzato per il rilievo dei movimentidello scafo, integrato da un sistema GPS eda un sistema di rilievo dellassetto. Il tuttosar completato da sistemi di misura dellealtre grandezze fisiche di interesse gipresenti a bordo. La trasmissione dei datiwireless sar un aspetto fondamentale datele caratteristiche dellambiente di lavoro.

completed by systems for measuring theother physical parameters of interest alreadypresent on board. Wireless transmission of

the data will be a fundamental aspect giventhe characteristics of the work environment.

The Laboratory Boat is a sustainable, non-invasive project that is compatible with theecosystems in which it will operate. For thisreason a zero emission auxiliary propulsionsystem will be used, with a 10 kW brushlesselectric motor powered by batteries. The


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La Barca Laboratorio un progetto sosteni-

bile, non invasivo e compatibile con gliecosistemi in cui destinata a operare. Perquesto si scelta una propulsione au siliariaa emissioni zero istallando un motoreelettrico brushless da 10 kW alimentatoda batterie. Barca Laboratorio sar ancheun banco di prova per gli ulteriori sviluppidella propulsione elettrica in ambitonautico, particolarmente per gli aspetti

legati allimmagazzinamento dellenergiaelettrica e allutilizzo di fonti rinnovabili.

Laboratory Boat will also be a testing ground

for the further development of electricalpropulsion in the nautical sector, especiallyas concerns the storage of electrical energyand the use of renewable sources.


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la costruzionethe boatbuilding

La Barca Laboratorio stata concepitacome una sorta di kit di montaggio perpermettere la realizzazione in parallelo dei

suoi componenti fondamentali, utilizzandosimultaneamente diversi fornitori, per poieseguire la fase di assemblaggio vera epropria utilizzando risorse molto limitatesia dal punto di vista logistico che di quellodelle lavorazioni residue. Le attivit diprogettazione e di costruzione avvenutapresso le strutture del Lecco Innovation Hub sono state eseguite con la supervisione delprof. Carlo Bertorello.

Per limitare i costi di realizzazione si scelto di utilizzare uno scafo di cui fossegi disponibile lo stampo e che potessecomunque garantire unadeguata volu-metria interna per ospitare il telaiostrumentato. La ricerca di una geometriadi carena prevedibile e omogenea in navi-gazione, cos da produrre dati di migliore

The Laboratory Boat has been conceived asa kind of assembly kit, to allow its maincomponents to be manufactured in parallel,

using different suppliers simultaneously,with the assembly phase using very limitedresources both in logistical terms and fromthe point of view of residual work. Designand construction, carried out in LeccoInnovation Hub structures, where under thesupervision of Professor Carlo Bertorello.

To hold down construction costs it was

decided to use a hull for which a mouldwas already available and could guaranteesufficient internal volume to house theinstrumented framework. The search fora hull geometry that was predictable andhomogeneous under sail, so as to producebetter quality data, led to the choice of a35 foot boat built to a design by StudioVallicelli with some modifications to thestern section.


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qualit ha portato alla scelta di uno scafodi 35 piedi realizzato su un progetto delloStudio Vallicelli con alcune modifiche nella

parte poppiera.Per la coperta, dati i vincoli e le specificheesigenze del sistema di misura statonecessario sviluppare un disegno ad hoc,poi realizzato in sandwich di materialicompositi.

La deriva ha caratteristiche peculiari, sia per

For the deck, given the specific requirements

and the limits imposed by the measurementsystem, an ad hoc design had to be de-veloped and built in composite materialsandwich.

The keel has peculiar characteristics, bothin its fixing system and the fact that it canbe moved longitudinally on the basis ofthe different geometries of the sails to betested.


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il sistema di fissaggio che per la possibilit

di essere traslata longitudinalmente infunzione delle diverse possibili geometrie divele da provare.

Il cuore del sistema dinamometrico, chedeve assicurare un ancoraggio per tutte leattrezzature veliche e trasmettere questisforzi allo scafo attraverso le celle di carico, una travatura reticolare di elementitubolari in lega leggera con particolari

caratteristiche di resistenza alla corrosione.Diversamente da altri progetti analoghiin cui la travatura interna stata svilup-pata successivamente ad altri componenti,questo stato il primo elemento ad esseredisegnato e calcolato e ha poi influenzato lealtre parti del progetto, a tutto vantaggiodelle prestazioni del sistema di misura.

The heart of the dynamometric system,

which has to provide an anchorage for allthe sail rig and transmit these forces to thehull via the load cells, is a reticular structureof tubular elements in light alloy with goodresistance to corrosion. Unlike other similarprojects in which the internal structure wasdeveloped after the other components, thiswas the first element to be designed andcalculated and later influenced the other

parts of the project, to the benefit of theperformance of the measurement system.


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LA BARCA E IL TERRITORIOthe boat and the district

La Barca Laboratorio nasce nellambito diun progetto ampio e articolato, profon-damente radicato sul territorio in cui si

sviluppa e opera. Lecco Innovation Hubsi pone lobiettivo di dare un contributosignificativo nel proporre e sostenere azioniad alto contenuto innovativo e strategico,capaci di rilanciare il sistema di Lecco, lesue attivit imprenditoriali e il suo capitaleumano.

La ricchezza tecnologica e innovativadel territorio lecchese, linteresse verso ilprogetto e le competenze specifiche hannofatto si che la gran parte dei componentidellimbarcazione siano stati realizzati daaziende operanti sul territorio, alcune giattive nel settore della nautica altre contecnologie, materiali e processi produttiviutili e riconvertibili allo scopo.

La realizzazione e lassemblaggio dellaimbarcazione di Lecco Innovation Hub sonostati quindi portati a termine affidandosubforniture ad imprese locali; questo hapermesso una riduzione notevole dellerisorse impegnate sia dal punto di vistalogistico che delle lavorazioni residue.

Lindividuazione dei fornitori si avvalsadi una azione sinergica con le associazionidi categoria, possibile unicamente in uncontesto caratterizzato da uno spirito dicollaborazione fra enti, associazioni e centridi ricerca del territorio. Tutte le aziende delterritorio sono state invitate a formulareunofferta relativa a forniture componen-

The Laboratory Boat is part of a broaderand structured project that is deeply rootedin the territory in which it is developing and

operating. Lecco Innovation Hub has theaim of making an important contributionby proposing and sustaining actions witha high innovative and strategic content,capable of relaunching the Lecco system, itsbusiness activities and its human capital.

The technological and innovative richnessof the Lecco territory, the level of interestin the project and specific competenceshave meant that most of the componentsof the boat have been manufactured bycompanies operating in the territory, someare already active in the nautical sector andothers with technologies, materials andproduction processes that are useful for andcan be converted to the purpose.

The manufacture and assembling of theLecco Innovation Hub boat have thus beenaccomplished by entrusting sub-suppliesto local companies; this has permitteda significant reduction in the resourcesemployed both in logistical terms and interms of residual work.

Finding the right suppliers was a joint actionwith category associations, somethingonly possible in a context of collaborationbetween bodies, associations and researchcentres in the territory. All the companiesin the territory were invited to formulatean offer for the supply of components,which had been specified and sent to them,


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tistiche, precedentemente esplicitate e

inviate loro, consentendo la messa in rete dicompetenze e know-howpresenti sul terri-torio non necessariamente votati allambitonautico.

Un modo di investire sulla realt produt-tiva lecchese e soprattutto di coglierne legrandi potenzialit in termini di variet diprodotti e lavorazioni, competenze tecnichee capacit di abbinare un approccio arti-

gianale customizzato allefficienzaproduttiva che si traduce in convenienzaeconomica.

La peculiarit di questa scelta strategica nonha limitato i progettisti, anzi, ha permessoloro di realizzare la barca con tempi e costiassolutamente competitivi.

allowing competences and know-how

present in the territory but not necessarilydedicated to the nautical sector to bebrought into the network.

This was a way of investing in theproductive realities of Lecco and aboveall of exploiting their great potential interms of variety of products and workingmethods, technical competencies and abilityto combine a customised craft approach

with production efficiency. And this led toeconomic convenience.

The peculiar nature of this strategicapproach did not limit the designers. On thecontrary, it allowed them to build the boatwith timing and costs that were absolutelycompetitive.


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i fornitori tecnici della barca laboratoriotechnical suppliers of the laboratory boat

Angelo GandolaMeccanica di precisione


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RESPUL


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il politecnico di milanothe athenaeum

Fondato nel 1863, il Politecnico di Milano riconosciuto oggi come una tra le primeuniversit europee. Secondo la classi-

fica internazionale QS World UniversityRankings 2011-2012, nellarea disciplinaredellEngineering and Technology,lateneo milanese si posiziona al 48 posto,prima universit italiana nella storia delranking QS a entrare tra le 50 migliori univer-sit tecnologiche del mondo. Suddiviso insette Campus (Milano-Leonardo e Milano-Bovisa, Lecco, Como, Cremona, Mantovae Piacenza), organizzato in 16 Dipar-

timenti, ai quali spetta la pianificazionedelle strategie di ricerca, e in 9 Scuole, 6per i differenti settori dellingegneria e 3per le aree dellarchitettura e del disegnoindustriale.

Fortemente orientato verso linternaziona-lizzazione, offre molti programmicompletamente in lingua inglese, cherichiamano un numero in costante ascesa di

brillanti studenti stranieri.

La ricerca sempre pi legata alla didatticae costituisce un impegno prioritario checonsente allAteneo di raggiungere risultatidi alto profilo internazionale e di incontrareil mondo delle imprese.

La ricerca strategica riguarda principal-mente i seguenti ambiti: energia, trasporti,pianificazione, management, design, mate-matica, scienze naturali e applicate, ICT,ambiente costruito e beni culturali.


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Lecco Innovation HubMarine Research Laboratory

Politecnico di Milano

Polo territoriale di LeccoVia Marco dOggiono 18/a23900 Lecco

Tel 0341.48.8700Fax [email protected]

un progetto dia project by

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