Sintesi del progetto
SPARTAN affronta la ricostruzione accurata delle traiettorie di particelle in ambienti ad alta densità come le missioni spaziali, dove algoritmi tradizionali vanno in crisi quando più tracce attraversano simultaneamente il rivelatore e i vincoli energetici sono stringenti. Il progetto combina simulazioni realistiche, modelli di AI per il tracking e accelerazione su FPGA per abilitare elaborazione in tempo reale affidabile in condizioni estreme.
Obiettivi
Il progetto mira a progettare pipeline compatte e a bassa potenza in grado di processare grandi volumi di dati in tempo reale; migliorare precisione e robustezza della ricostruzione di tracce per raggi cosmici, antimateria e fenomeni fondamentali e preparare il trasferimento su payload spaziali e rivelatori sperimentali di nuova generazione.
Problemi e necessità
I sistemi di bordo delle missioni spaziali l’elevato stream dati deve fare i conti con spazio e potenza limitati. Inoltre, la simultaneità di eventi e i tassi elevati dei segnali rivelati degradano l’efficacia dei metodi classici di elaborazione. Servono quindi modelli più rapidi e precisi, ma anche energeticamente efficienti e tolleranti alle radiazioni, integrabili in elettroniche riconfigurabili.
Soluzioni sviluppate
Nell’ambito di SPARTAN, sono stati creati dataset simulati realistici per il tracking; sono stati progettati e testati algoritmi di Machine Learning per la ricostruzione delle traiettorie, è stata avviata l’ottimizzazione delle reti neurali su FPGA delle reti neurali; e sono state definite procedure di validazione con confronto contro ricostruzioni tradizionali. L’uso di HPC ha consentito la generazione dati, il training di reti profonde e test sistematici di configurazioni in tempi ragionevoli.
Impatti
I risultati ottenuto sono applicabili in missioni spaziali per lo studio e caratterizzazione dei raggi gamma, futuri esperimenti di fisica delle alte energie, imaging medico (PET di nuova generazione), radioprotezione e in acceleratori per AI compatti per elettronica integrata.
Settori di applicazione
Il progetto ha impatti nei domini dell’Astrofisica delle particelle e dei raggi cosmici, della Diagnostica Medica e del Monitoraggio Radiologico, interessando anche l’Industria, per quanto concerne il controllo qualità, grazie a metodologie, framework di simulazione e approcci trasferibili a diversi sistemi rivelatori e domini applicativi.
