Nonlinear / electromagnetic co-simulation and co-design of microwave links in highly polluted and / or strongly inhomogeneous environments

The objective of the Ph.D. thesis is to put the basis of an all-embracing link analysis procedure that may form a general reference scheme for the future state-of-the-art of RF/microwave link design: it is basically meant as a circuit-level simulation of an entire radio link, with – generally multiple – transmitting and receiving antennas examined by EM analysis. In this way the influence of mutual couplings on the frequency-dependent near-field and far-field performance of each element is fully accounted for. The set of transmitters is treated as a unique nonlinear system loaded by the multiport antenna, and is analyzed by nonlinear circuit techniques. In order to establish the connection between transmitters and receivers, the far-fields incident onto the receivers are evaluated by EM analysis and are combined by extending an available Ray Tracing technique to the link study. EM theory is used to describe the receiving array as a linear active multiport network. Link performances in terms of bit error rate (BER) are eventually verified a posteriori by a fast system-level algorithm. In order to validate the proposed approach, four heterogeneous application contexts are provided. A complete MIMO link design in a realistic propagation scenario is meant to constitute the reference case study. The second one regards the design, optimization and testing of various typologies of rectennas for power generation by common RF sources. Finally, the project and implementation of two typologies of radio identification tags, at X-band and V-band respectively. In all the cases the importance of an exhaustive nonlinear/electromagnetic co-simulation and co-design is demonstrated to be essential for any accurate system performance prediction.

Bioinformatic methods in applied genomic research

Here I will focus on three main topics that best address and include the projects I have been working in during my three year PhD period that I have spent in different research laboratories addressing both computationally and practically important problems all related to modern molecular genomics. The first topic is the use of livestock species (pigs) as a model of obesity, a complex human dysfunction. My efforts here concern the detection and annotation of Single Nucleotide Polymorphisms. I developed a pipeline for mining human and porcine sequences. Starting from a set of human genes related with obesity the platform returns a list of annotated porcine SNPs extracted from a new set of potential obesity-genes. 565 of these SNPs were analyzed on an Illumina chip to test the involvement in obesity on a population composed by more than 500 pigs. Results will be discussed. All the computational analysis and experiments were done in collaboration with the Biocomputing group and Dr.Luca Fontanesi, respectively, under the direction of prof. Rita Casadio at the Bologna University, Italy. The second topic concerns developing a methodology, based on Factor Analysis, to simultaneously mine information from different levels of biological organization. With specific test cases we develop models of the complexity of the mRNA-miRNA molecular interaction in brain tumors measured indirectly by microarray and quantitative PCR. This work was done under the supervision of Prof. Christine Nardini, at the “CAS-MPG Partner Institute for Computational Biology” of Shangai, China (co-founded by the Max Planck Society and the Chinese Academy of Sciences jointly) The third topic concerns the development of a new method to overcome the variety of PCR technologies routinely adopted to characterize unknown flanking DNA regions of a viral integration locus of the human genome after clinical gene therapy. This new method is entirely based on next generation sequencing and it reduces the time required to detect insertion sites, decreasing the complexity of the procedure. This work was done in collaboration with the group of Dr. Manfred Schmidt at the Nationales Centrum für Tumorerkrankungen (Heidelberg, Germany) supervised by Dr. Annette Deichmann and Dr. Ali Nowrouzi. Furthermore I add as an Appendix the description of a R package for gene network reconstruction that I helped to develop for scientific usage (http://www.bioconductor.org/help/bioc-views/release/bioc/html/BUS.html).

Studio dei raggi cosmici di altissima energia con il progetto EEE

Lo scopo del Progetto Extreme Energy Events (EEE) e` di studiare raggi cosmici di energia estrema, eventi molto rari ma ricchi di informazioni. La grande difficolta` nell'affrontare la fisica dei raggi cosmici di altissima energia risiede nel flusso estremamente basso con cui tali particelle giungono sulla terra. Si utilizzano infatti reti molto estese di rivelatori: le informazioni che si possono ricavare derivano dalla rivelazione delle particelle secondarie prodotte nello sviluppo di sciami estesi di raggi cosmici primari che interagiscono con l'atmosfera terrestre. Il Progetto EEE prevede di dislocare su tutto il territorio italiano un array di telescopi (costituiti da Multi Gap Resistive Plate Chambers) per raggi cosmici secondari. Il lavoro presentato riguarda la simulazione Monte Carlo degli sciami e lo studio delle loro caratteristiche, la simulazione delle prestazioni di griglie di rivelazione differenti ed infine l'analisi dei primi dati raccolti nei telescopi di Bologna, con il conseguente confronto con la simulazione.

I Responsori della Settimana Santa del Ms 443 dell'Accademia Filarmonica di Bologna

La tesi è dedicata allo studio dei Responsori della Settimana Santa contenuti nel volume manoscritto Musica per la Settimana Santa conservato presso l’Accademia Filarmonica di di Bologna: (I-Baf FA1 443), che la tradizione storiografica fino ad alcuni anni fa attribuiva interamente ad Alessandro Scarlatti. Il volume raccoglie un ampio repertorio di brani musicali appartenenti a generi destinati ai periodi liturgici della Quaresima e del Triduo pasquale. Il lavoro è dedicato ai responsori considerati innanzitutto come progetto compositivo a sé stante e come fonte di rilievo nell’ambito della musica sacra e del genere responsoriale in particolare. Lo studio è suddiviso in due parti: la prima riguarda le ricerche codicologiche sul volume, del quale si riassume anche la storia con nuove ricerche sulla sua acquisizione da parte dell’Accademia Filarmonica. Viene poi esaminato il contesto storico-liturgico della musica per la Settimana Santa e si prendono in esame gli aspetti stilistici del repertorio responsoriale polifonico italiano dalla metà del ‘500 allla prima metà del ’700, in particolare nell’ambito del cosiddetto «stile osservato» del tempo. Nel terzo ed ultimo capitolo della prima parte vengono analizzati nella forma e nello stile i responsori del Ms 443 di Bologna, tenendo conto della teoria musicale e delle consuetudini contrappuntistiche in vigore tra la fine del sec. XVII e l’inizio del sec. XVIII. Nelle rispettive appendici ai capitoli si dànno le Tavole esplicative, con dati di natura codicologica, tecnico-musicale e testuale liturgica e gli elenchi dettagliati delle fonti responsoriali polifoniche rintracciate, manoscritte e a stampa. La seconda parte del lavoro presenta l’edizione critica della musica, con annessa la sua riproduzione in facsimile su CD. Nell’apparato critico la sezione dei Testi restituisce l’edizione filologica dei testi liturgici intonati.

Studio di espressione e funzione della PLCβ1 nucleare in modelli murini ed umani di cellule ematopoietiche mieloidi e linfoidi

The aims of this work were to investigate the role of nuclear Phospholipase C beta 1 (PI-PLCβ1) in human and mouse cell lines and to identify new binding partners of nuclear PI-PLCβ1 to further understand the functional network in which the enzyme acts. The intracellular distribution of PI-PLCβ1 was further investigated in human leukaemia cell lines (NB4, HL60, THP1, CEM, Jurkat, K562). With the exception of HL60, a high endogenous level of PI-PLCβ1 was detected in purified nuclei in each of the cell lines. We found that also in Ba/F3 pro-B cells overexpressing PI-PLCβ1b the protein localize within the nucleus. Although our data demonstrated that PI-PLCβ1b was not involved in cell proliferation and IGF-1 response as shown in other cell lines (FELC and Swiss 3T3), there was an effect on apoptosis. Activation of early apoptotic markers caspase-3 and PARP was delayed in PI-PLCβ1b overexpressing Ba/F3 cells treated with 5 gr/ml mitomycin C for 24h. We performed an antibody-specific immunoprecipitation on nuclear lysates from FELC-PLCβ1b cells. Mass spectrometry analysis (nano-ESI-Q-TOF) of co-immunoprecipitated proteins allowed for identification of 92 potential nuclear PI-PLCβ1b interactors. Among these, several already documented PI-PLCβ1b interacting partners (Srp20, LaminB, EF1α2) were identified, further validating our data. All the identified proteins were nuclear, mostly localized within the nuclear speckles. This evidence is particularly relevant as PI-PLCβ1 is known to localize in the same domains. Many of the identified proteins are involved in cell cycle, proliferation and transcriptional control. In particular, many of the proteins are components of the spliceosome multi-complex, strengthening the idea that PI-PLCβ1b is involved in mRNA processing and maturation. Future work will aim to better characterize the regulatory role of PI-PLCβ1b in mRNA splicing.

Analisi del profilo tossicologico e cancerogeno del particolato atmosferico e identificazione dei rischi per la salute umana correlati all'esposizione

Gli impianti di incenerimento di rifiuti solidi suscitano preoccupazione nella popolazione per i possibili effetti avversi associati all’esposizione. Gli effetti delle polveri sottili (PM2.5), generate dai processi di combustione, sulla salute umana includono l’insorgenza di patologie a carico del sistema respiratorio e cardiovascolare e l’aumento della mortalità per malattie polmonari e probabilmente cancro al polmone. Lo scopo della tesi è quello di valutare il profilo tossicologico e cancerogeno del particolato atmosferico in prossimità dell’inceneritore di Bologna rispetto alle aree adiacenti mediante l’utilizzo di test alternativi alle metodologie in vivo, come il test di trasformazione cellulare e approcci di tossicogenomica (soprattutto trascrittomica) oltre alla valutazione della variazione del rischio cancerogeno indotto dall’esposizione di PM2.5 in diversi siti (massima ricaduta, controllo, fondo urbano e fondo rurale) e in differenti periodi di campionamento (estate 2008 e inverno 2009). Gli estratti di PM2.5 relativi alla stagione invernale sono risultati più tossici rispetto ai campioni estivi, che inducono tossicità soprattutto alle alte dosi. Per i campioni invernali il numero medio di colonie di cellule BALB/c 3T3 A31-1-1 risulta ridotto in modo significativo anche per le dosi più basse saggiate indipendentemente dal sito di provenienza. Tutti i campioni analizzati sono risultati negativi nel test di trasformazione cellulare in vitro. L’analisi dell’espressione genica delle cellule BALB/c 3T3 A31-1-1, in seguito all’esposizione agli estratti di PM2.5, ha mostrato un effetto stagionale evidente. Relativamente ai campioni invernali è stato evidenziato un maggior effetto tossico da parte del sito di controllo rispetto alla massima ricaduta, poiché nel sito di controllo risultano attivati marcatori di morte cellulare per apoptosi. La valutazione del rischio cancerogeno in tutti i siti valutati non mostra situazioni preoccupanti legate alla predizione di eccessi di rischio di tumori imputabili all’attività dell’inceneritore in quanto le stime di rischio non eccedono mai il valore limite riportato in letteratura.

Il "Progetto Bagnacavallo": prevalenza dell'ipertransaminasemia e NAFLD nella popolazione generale

Nel corso degli ultimi due decenni in particolare si è andata evidenziando a livello epatologico una entità definita oggi Non-alcoholic Fatty Liver Disease (NAFLD) che si è andata ad affiancare alle cause in precedenza conosciute, fino a risultare, attraverso il succedersi di riscontri scientifici, la causa prevalente di epatopatia, in particolare nei paesi occidentali e industrializzati. Negli stessi anni un'altra problematica clinica complessa che va sotto il nome di Sindrome Metabolica si è andata via via delineando attraverso le sue molteplici correlazioni con quelle che sono le cause di morbidità e mortalità prevalenti nella nostra realtà, dal diabete alla patologia cardiovascolare e non ultima alla NAFLD stessa. Scopo dello Studio in oggetto a questa tesi era proprio di rivalutare nel territorio italiano la prevalenza di epatopatia in particolare correlabile alla NAFLD e la sua associazione con la Sindrome Metabolica.

Sustainable inorganic Binders and Their Applications in Building Engineering: A Green Alternative to Ordinary Portland Cement

In the last decades, the building materials and construction industry has been contributing to a great extent to generate a high impact on our environment. As it has been considered one of the key areas in which to operate to significantly reduce our footprint on environment, there has been widespread belief that particular attention now has to be paid and specific measures have to be taken to limit the use of non-renewable resources.The aim of this thesis is therefore to study and evaluate sustainable alternatives to commonly used building materials, mainly based on ordinary Portland Cement, and find a supportable path to reduce CO2 emissions and promote the re-use of waste materials. More specifically, this research explores different solutions for replacing cementitious binders in distinct application fields, particularly where special and more restricting requirements are needed, such as restoration and conservation of architectural heritage. Emphasis was thus placed on aspects and implications more closely related to the concept of non-invasivity and environmental sustainability. A first part of the research was addressed to the study and development of sustainable inorganic matrices, based on lime putty, for the pre-impregnation and on-site binding of continuous carbon fiber fabrics for structural rehabilitation and heritage restoration. Moreover, with the aim to further limit the exploitation of non-renewable resources, the synthesis of chemically activated silico-aluminate materials, as metakaolin, ladle slag or fly ash, was thus successfully achieved. New sustainable binders were hence proposed as novel building materials, suitable to be used as primary component for construction and repair mortars, as bulk materials in high-temperature applications or as matrices for high-toughness fiber reinforced composites.

La città che cambia: la diffusione urbana. Mobilità residenziale e stili di vita emergenti nel Comune di Argelato (Bologna)

Il presente lavoro di ricerca ha per oggetto il tema della diffusione urbana. Dopo una breve ricostruzione delle varie definizioni presenti in letteratura sul fenomeno - sia qualitative che quantitative - e una descrizione dei limiti di volta in volta presenti all’interno di tali definizioni, si procede con la descrizione dell’evoluzione storica dello sprawl urbano all’interno del mondo occidentale. Una volta definito e contestualizzato storicamente l’oggetto della ricerca, ne vengono analizzate le cause e il complesso sistema di conseguenze che tale fenomeno urbano porta con sé. Successivamente vengono presentate le principali teorie sociologiche attraverso le quali può essere interpretato il fenomeno dello sprawl urbano e vengono descritte le varie forme con cui si può esprimere lo sprawl urbano: non esiste infatti uniformità tra i vari paesaggi suburbani, ma una grande diversità interna alle varie forme in cui si manifesta il fenomeno della dispersione insediativa. Se quanto finora esaminato, soprattutto a livello bibliografico, è riconducibile alla letteratura nordamericana, arrivati a questo punto del lavoro, l’attenzione viene spostata sul continente europeo, prendendo in esame l’emergere del periurbano all’interno del nostro continente e tentando di descrivere sia le contiguità che le differenze tra il fenomeno dell’urban sprawl e quello del periurbano. Infine, adottando un procedimento “ad imbuto”, il lavoro si sofferma sulla situazione del nostro paese in merito alla tematica in questione. L’ultima sezione della ricerca prevede una parte di lavoro empirico. Se, come è emerso nel quadro teorico, molti sono gli elementi che caratterizzano il tema dello sprawl urbano e del periurbano, si è voluto andare a verificare se, ed eventualmente quali, degli elementi descritti, sono presenti in un’area ben delimitata del territorio bolognese, per cercare di capire se si possa parlare di un “periurbano bolognese” e quali caratteristiche esso presenti.

Reliable and Variation-Tolerant Interconnection Network for Low Power MPSOCS

Multi-Processor SoC (MPSOC) design brings to the foreground a large number of challenges, one of the most prominent of which is the design of the chip interconnection. With a number of on-chip blocks presently ranging in the tens, and quickly approaching the hundreds, the novel issue of how to best provide on-chip communication resources is clearly felt. Scaling down of process technologies has increased process and dynamic variations as well as transistor wearout. Because of this, delay variations increase and impact the performance of the MPSoCs. The interconnect architecture inMPSoCs becomes a single point of failure as it connects all other components of the system together. A faulty processing element may be shut down entirely, but the interconnect architecture must be able to tolerate partial failure and variations and operate with performance, power or latency overhead. This dissertation focuses on techniques at different levels of abstraction to face with the reliability and variability issues in on-chip interconnection networks. By showing the test results of a GALS NoC testchip this dissertation motivates the need for techniques to detect and work around manufacturing faults and process variations in MPSoCs’ interconnection infrastructure. As a physical design technique, we propose the bundle routing framework as an effective way to route the Network on Chips’ global links. For architecture-level design, two cases are addressed: (I) Intra-cluster communication where we propose a low-latency interconnect with variability robustness (ii) Inter-cluster communication where an online functional testing with a reliable NoC configuration are proposed. We also propose dualVdd as an orthogonal way of compensating variability at the post-fabrication stage. This is an alternative strategy with respect to the design techniques, since it enforces the compensation at post silicon stage.

Le reti in Sanità

Il presente lavoro di ricerca intende analizzare l’importanza dei modelli organizzativi a reti per rispondere alla sfida della complessità del momento storico, politico, sociologico, economico; in modo particolare in Sanità per rispondere all’esigenza di mettere al centro la persona nel percorso di cura ed ottenere una migliore integrazione delle cure. Sebbene i vantaggi delle reti siano bene descritti in letteratura sono ancora pochi gli studi nell’ambito della valutazione. Il caso di studio ha riguardato la rete oncologica romagnola così come percepita dagli informatori chiave, dagli operatori (medici, infermieri, amministrativi) e dalle persone con esperienza di tumore. Dall’analisi degli informatori chiave emerge forte che la rete nasce per dare risposte di qualità ai bisogni dei pazienti, mentre per gli operatori quanto sia importante la dimensione delle relazioni umane e avere valori condivisi per raggiungere obiettivi di efficacia e qualità delle cure. Per quanto riguarda invece la percezione delle persone con esperienza di tumore si rileva quanto sia importante l’appropriatezza della traiettoria di cura nonché l’avere continuità in un percorso, già di per sé difficile, oltre all’importanza dell’umanizzazione dei servizi e della corretta comunicazione medico paziente.

Collaborative Change: Environmental Jolt, Network (Re)Design and Firm Performance

Motivated by the need to understand which are the underlying forces that trigger network evolution, we develop a multilevel theoretical and empirically testable model to examine the relationship between changes in the external environment and network change. We refer to network change as the dissolution or replacement of an interorganizational tie, adding also the case of the formation of new ties with new or preexisting partners. Previous research has paid scant attention to the organizational consequences of quantum change enveloping entire industries in favor of an emphasis on continuous change. To highlight radical change we introduce the concept of environmental jolt. The September 11 terrorist attacks provide us with a natural experiment to test our hypotheses on the antecedents and the consequences of network change. Since network change can be explained at multiple levels, we incorporate firm-level variables as moderators. The empirical setting is the global airline industry, which can be regarded as a constantly changing network of alliances. The study reveals that firms react to environmental jolts by forming homophilous ties and transitive triads as opposed to the non jolt periods. Moreover, we find that, all else being equal, firms that adopt a brokerage posture will have positive returns. However, we find that in the face of an environmental jolt brokerage relates negatively to firm performance. Furthermore, we find that the negative relationship between brokerage and performance during an environmental jolt is more significant for larger firms. Our findings suggest that jolts are an important predictor of network change, that they significantly affect operational returns and should be thus incorporated in studies of network dynamics.

Co-simulazione e co-progetto non lineare/elettromagnetico di sistemi wireless non convenzionali

L’attività di ricerca contenuta in questa tesi si è concentrata nello sviluppo e nell’implementazione di tecniche per la co-simulazione e il co-progetto non lineare/elettromagnetico di sistemi wireless non convenzionali. Questo lavoro presenta un metodo rigoroso per considerare le interazioni tra due sistemi posti sia in condizioni di campo vicino che in condizioni di campo lontano. In sostanza, gli effetti del sistema trasmittente sono rappresentati da un generatore equivalente di Norton posto in parallelo all’antenna del sistema ricevente, calcolato per mezzo del teorema di reciprocità e del teorema di equivalenza. La correttezza del metodo è stata verificata per mezzo di simulazioni e misure, concordi tra loro. La stessa teoria, ampliata con l’introduzione degli effetti di scattering, è stata usata per valutare una condizione analoga, dove l’elemento trasmittente coincide con quello ricevente (DIE) contenuto all’interno di una struttura metallica (package). I risultati sono stati confrontati con i medesimi ottenibili tramite tecniche FEM e FDTD/FIT, che richiedono tempi di simulazione maggiori di un ordine di grandezza. Grazie ai metodi di co-simulazione non lineari/EM sopra esposti, è stato progettato e verificato un sistema di localizzazione e identificazione di oggetti taggati posti in ambiente indoor. Questo è stato ottenuto dotando il sistema di lettura, denominato RID (Remotely Identify and Detect), di funzioni di scansione angolare e della tecnica di RADAR mono-pulse. Il sistema sperimentale, creato con dispositivi low cost, opera a 2.5 GHz ed ha le dimensioni paragonabili ad un normale PDA. E’ stato sperimentata la capacità del RID di localizzare, in scenari indoor, oggetti statici e in movimento.

Sulfanyl Radical Addition to Alkynes: Revisiting an Old Reaction to Enter the Novel Realms of Green Chemistry, Bioconjugation, and Material Chemistry

In the last decade considerable attention has been devoted to the rewarding use of Green Chemistry in various synthetic processes and applications. Green Chemistry is of special interest in the synthesis of expensive pharmaceutical products, where suitable adoption of “green” reagents and conditions is highly desirable. Our project especially focused in a search for new green radical processes which might also find useful applications in the industry. In particular, we have explored the possible adoption of green solvents in radical Thiol-Ene and Thiol-Yne coupling reactions, which to date have been normally performed in “ordinary” organic solvents such as benzene and toluene, with the primary aim of applying those coupling reactions to the construction of biological substrates. We have additionally tuned adequate reaction conditions which might enable achievement of highly functionalised materials and/or complex bioconjugation via homo/heterosequence. Furthermore, we have performed suitable theoretical studies to gain useful chemical information concerning mechanistic implications of the use of green solvents in the radical Thiol-Yne coupling reactions.

Sistemi aeroportuali tra concorrenza e complementarietà

Il presente lavoro mira ad analizzare l’organizzazione della gestione aeroportuale come venutasi a delineare a seguito dei processi di privatizzazione nella gestione stessa e di liberalizzazione nella prestazione dei servizi nonché ad esaminare gli effetti di tali processi sulla concorrenza tra aeroporti. Per affrontare tali profili di ricerca, il lavoro è suddiviso in quattro capitoli. Nel primo capitolo viene analizzata l’organizzazione amministrativa dell’aviazione civile e quindi i principali soggetti che operano e/o interagiscono nel mercato aeroportuale e le relative competenze. Nel secondo capitolo si analizza il ruolo del gestore aeroportuale quale soggetto a cui è affidato il compito di amministrare e gestire le infrastrutture aeroportuali e di coordinare e controllare le attività dei vari operatori privati presenti nello scalo. Pertanto si prenderà in esame l’evoluzione dei modelli di gestione aeroportuale, il rapporto tra concessionario e concedente, la qualificazione dell’attività di gestione dell’infrastruttura come servizio pubblico e la regolazione pubblicistica della stessa, volta a correggere le imperfezioni che possono distorcere il normale funzionamento dei meccanismi di mercato e a perseguire il benessere sociale. Nel terzo capitolo, si affronta il tema della liberalizzazione dei servizi, in particolari aerei e c.d. di handling. Infine, nel quarto e ultimo capitolo, si studia la concorrenza tra aeroporti e la sua interrelazione con l’infrastruttura ferroviaria.