L'attività di ricerca sulla Dinamica dei Sistemi Complessi riguarda diversi aspetti dell’analisi teorica e numerica dei sistemi dinamici non lineari, sia come singole unità che come reti di sistemi interconnessi.
Nel caso dei sistemi isolati, l'attenzione è rivolta all'uso della teoria dei sistemi non lineari, in particolare all’analisi di biforcazione, per classificare i comportamenti del sistema e per comprendere le transizioni critiche che si verificano al variare dei parametri.
Nel caso di reti di sistemi, il focus è sulle interazioni reciproche tra la struttura topologica e le dinamiche collettive emergenti. Sono state sviluppate applicazioni in campi molto diversi, tra cui ad esempio la biologia, l’epidemiologia, le scienze sociali ed economiche, e la dinamica dei veicoli stradali.

Biforcazioni nei sistemi continui e discontinui: teoria e metodi numerici
L'analisi delle transizioni che si verificano nel comportamento di un sistema al variare dei parametri è un passo fondamentale nella comprensione della sua dinamica. Permette infatti di elencare il catalogo di comportamenti qualitativamente simili, fornendo un potente strumento per l'analisi, la progettazione e il controllo. La teoria delle biforcazioni è il principale strumento di indagine. I risultati della ricerca comprendono significativi contributi teorici e implementazioni software di algoritmi numerici.

Modellistica e analisi di processi di innovazione e competizione
I processi di innovazione e di competizione sono presenti in molti campi della scienza. Sono responsabili di dinamiche evolutive influenzate da cambiamenti innovativi nelle caratteristiche dei singoli agenti e dalle interazioni competitive che promuovono le prestazioni migliori.
Le mutazioni genetiche e la selezione naturale svolgono tale ruolo in biologia, ma il campo di applicazione del paradigma evolutivo abbraccia anche le scienze sociali, l’economia, l’ingegneria e l’informatica.
Sono stati dati contributi sia metodologici che applicativi alla teoria della Dinamica Adattativa, uno degli approcci di modellazione più flessibili ai processi di innovazione e di competizione, ed è stato scritto il primo libro completo sul tema.

Interazione di topologia e dinamica in reti complesse
Le dinamiche collettive di sistemi su rete possono essere fortemente influenzate dalla topologia delle interconnessioni. E’ stato ideato un metodo efficace per la ricerca e la classificazione di comunità (sottoreti dense), con applicazioni efficaci in economia e finanza. Interazioni sottili e inaspettate tra topologia e dinamiche sono state studiate in processi di contatto quali, ad esempio, la diffusione di epidemie su reti.

Modellistica e controllo del traffico veicolare
I moderni autoveicoli sono dotati di una varietà di sensori, possono controllare via software i freni, l'acceleratore, e a volte lo sterzo, e sempre più frequentemente possono comunicare con i veicoli vicini e con l'infrastruttura stradale.  La tecnologia ha finalmente reso possibile tentare nuove soluzioni al vecchio problema del traffico cittadino.  Abbiamo sviluppato nuovi metodi di modellistica e controllo per sfruttare questa opportunità, in grado di raccogliere ed aggregare i dati resi disponibili da sensori a bordo dei veicoli e sulla strada e influenzare in maniera opportuna il sistema multiagente, al fine da migliorarne il comportamento. Alcuni dei nostri risultati sono stati testati sul campo, in collaborazione con centri di ricerca nazionali e internazionali.