An New Energetic Approach to the Modeling of Human Joint Kinematics: Application to the Ankle

The objective of this dissertation is to develop and test a predictive model for the passive kinematics of human joints based on the energy minimization principle. To pursue this goal, the tibio-talar joint is chosen as a reference joint, for the reduced number of bones involved and its simplicity, if compared with other sinovial joints such as the knee or the wrist. Starting from the knowledge of the articular surface shapes, the spatial trajectory of passive motion is obtained as the envelop of joint configurations that maximize the surfaces congruence. An increase in joint congruence corresponds to an improved capability of distributing an applied load, allowing the joint to attain a better strength with less material. Thus, joint congruence maximization is a simple geometric way to capture the idea of joint energy minimization. The results obtained are validated against in vitro measured trajectories. Preliminary comparison provide strong support for the predictions of the theoretical model.

Studio Concettuale, Progettazione e Realizzazione di un Nuovo Rotatore Omerale per Protesi Mioelettriche di Arto Superiore

L’attività della tesi riguarda le protesi mioelettriche, gli arti protesici maggiormente diffusi, le quali sono descrivibili come arti robotici in cui i segmenti artificiali sono attuati da giunti elettromeccanici alimentati da batterie ricaricabili ed attivati mediante segnali elettromiografici (segnali elettrici generati dalla contrazione dei muscoli). Tali protesi di arto superiore attualmente disponibili in commercio potrebbero essere inadeguate per una riabilitazione soddisfacente di alcuni pazienti con una amputazione di alto livello che richiedono una elevata funzionalità nella vita quotidiana. In questo contesto si inserisce l’attività di ricerca del Centro Protesi INAIL di Budrio di Vigorso, Bologna, e dell’Università di Bologna i quali stanno sviluppando nuovi arti protesici con il progetto a lungo termine di rendere disponibili svariate soluzioni di protesi di arto superiore in grado di soddisfare la maggior parte delle richieste degli amputati. Lo scopo di questa tesi è l’introduzione di un nuovo rotatore omerale attivo da integrare alla protesi di arto superiore disponibile presso i nostri laboratori. Per ottenere questo risultato è stata utilizzata una procedura di progettazione già consolidata in attività precedenti per lo sviluppo di una protesi di spalla a due gradi di libertà. Differenti modelli cinematici sono stati studiati tramite analisi cinematiche per determinare l’incremento delle prestazioni a seguito dell’introduzione del nuovo rotatore omerale attivo. Sono state inoltre condotte analisi cinetostatiche per definire le specifiche tecniche di riferimento (in termini di carichi agenti sul rotatore omerale) e per guidare il dimensionamento della catena di trasmissione di potenza del nuovo dispositivo protesico. Ulteriori specifiche tecniche sono state considerate per garantire l’irreversibilità spontanea del moto sotto carichi esterni (quando i giunti attivi della protesi non sono alimentati), per salvaguardare l’incolumità del paziente in caso di caduta, per misurare la posizione angolare del rotatore omerale (in modo da implementare strategie di controllo in retroazione) e per limitare i consumi e la rumorosità del dispositivo. Uno studio di fattibilità ha permesso la selezione della architettura ottimale della catena di trasmissione di potenza per il nuovo rotatore omerale. I criteri di scelta sono stati principalmente la limitazione del peso e dell’ingombro del nuovo dispositivo protesico. Si è quindi proceduto con la progettazione di dettaglio alla quale è seguita la costruzione di un prototipo del nuovo rotatore omerale presso i nostri laboratori. La tesi tratta infine una attività preliminare di sperimentazione che ha permesso di fare considerazioni sulle prestazioni del prototipo ed osservazioni importanti per le successive attività di revisione ed ottimizzazione del progetto del rotatore omerale.

Città europee e nuove forme di pianificazione. Il caso di Bologna

Il tema centrale di questo lavoro è costituito dalle nuove forme di pianificazione territoriale in uso nelle principali città europee, con particolare riferimento all'esperienza della pianificazione strategica applicata al governo del territorio, e dall'analisi approfondita delle politiche e degli strumenti di pianificazione urbanistica e territoriale della città di Bologna, dal Piano Regolatore Generale del 1985-'89 al nuovo Piano Strutturale Comunale del 2008. Più precisamente, le caratteristiche, potenzialità e criticità del nuovo strumento urbanistico del capoluogo emiliano-romagnolo, vengono esaminati, non solo, in rapporto alle caratteristiche tipiche dei piani strategici europei, ma anche alle forme tradizionali della pianificazione urbanistica (i piani regolatori generali) di cui il piano strutturale dovrebbe superare i limiti, sia in termini di efficacia operativa, sia per quanto riguarda la capacità di costruire condivisione e consenso tra i diversi attori urbani, sull'idea di città di cui è portatore. The main topics of this research are the new tools for urban planning used by the main European cities - with particular reference to strategic planning applied to the territorial management - and the analysis of Bologna policies and instruments for urban and territorial planning, from the Piano Regolatore Generale '85-'89, to the Piano Strutturale Comunale in 2008. More precisely, the Bologna new planning instrument's characteristics, potentialities and criticalities, are not only investigated in relation to the fundamental characteristics of European strategic plans, but also to the traditional instruments of Italian urbanistic planning (Piani Regolatori Generali), of which the new structural plan should exceed the limits, both in terms of effectiveness; and in terms of ability to build agreement and sharing on its urban project, between different urban actors.

Efficienza energetica dei sistemi acquedottistici: ruolo delle perdite idriche

Il lavoro di ricerca esplora il panorama dell’efficienza energetica dei sistemi acquedottistici, soffermandosi a considerare possibili indicatori che possano valutarla in maniera corretta e completa, in particolare nei confronti della presenza di perdite in rete. Si prendono in considerazione con maggiore attenzione, tra tutte le strategie per aumentare l’efficienza energetica, quelle che contemporaneamente producono anche risparmi idrici, come la riduzione della pressione e la ricerca attiva delle perdite . Dopo un inquadramento internazionale, sono stati analizzati mediante mappe tematiche di intensità energetica, i consumi energetici specifici sui sistemi acquedottistici della regione Emilia Romagna per gli anni 2006 e 2007, si è passati ad una analisi critica degli indicatori attualmente in uso. Inoltre per casi di studio sintetici e tutti i casi di studio proposti, si sono valutate curve di relazione tra percentuale di perdita idrica e aumento del consumo energetico, in grado di dare indicazioni su come ciascun sistema reagisce, in termini di aumento dell’energia consumata, all’aumentare del livello di perdita. Questa relazione appare fortemente influenzata da fattori come la modalità di pompaggio, la posizione delle rotture sulla rete e la scabrezza delle condotte. E’ emersa la necessità solo poter analizzare separatamentel’influenza sull’efficienza energeticadei sistemi di pompaggio e della rete, mostrando il ruolo importante con cui questa contribuisce all’efficienza globale del sistema. Viene proposto uno sviluppo ulteriore dell’indicatore GEE Global Energy Efficiency (Abadia, 2008), che consente di distinguere l’impatto sull’efficienza energetica dovuto alle perdite idriche e alla struttura intrinseca della rete, in termini di collocazione reciproca tra risorsa idrica e domanda e schema impiantistico.Questa metodologia di analisi dell’efficienza energetica è stata applicata ai casi di studio, sia sintetici che reali, il distretto di Marzaglia (MO) e quello di Mirabello (FE), entrambi alimentati da pompe a giri variabili.. La ricerca ha consentito di mostrare inoltre il ruolo della modellazione numerica in particolare nell’analisi dell’effetto prodotto sull’efficienza energetica dalla presenza di perdite idriche. Nell’ultimo capitolo si completa la panoramica dei benefici ottenibili attraverso la riduzione della pressione, che nei casi citati viene conseguita tramite pompe asservite ad inverter, con il caso di studio del distretto Bolognina all’interno del sistema di distribuzione di Bologna, che vede l’utilizzo di valvole riduttrici di pressione. Oltre a stimare il risparmio energetico derivante dalla riduzione delle perdite ottenuta tramite le PRV, sono stati valutati su modello i benefici energetici conseguenti all’introduzione nel distretto di turbine per la produzione di energia

Infortuni sul lavoro e malattie professionali: danno e tutele

La tesi si occupa, con originalità e spunti di innovazione, del tema degli infortuni sul lavoro e tecnopatie, attraverso un'ottica del tutto nuova perchè attenta sia agli aspetti previdenziali (indennizzo Inail) e sia agli aspetti risarcitori (risarcimento dei danni differenziali e complementari). Lo studio, non scevro da analisi critiche, indaga in particolare sulla risarcibiità del danno c.d. differenziale e sperimenta le nuove poste risarcitorie applicabili, alla luce delle più recenti evoluzioni legislative e giurisprudenziali. L'Autore non trascura, infine, i complessi profili processuali a completamento delle tutele e le responsabilità sia del datore di lavoro (obbligato principale) e sia dei terzi.

Ruolo della proteina arginin-metiltrasferasi-5 (PRMT5) nella linfomagenesi B: implicazioni terapeutiche

Numerosi studi hanno mostrato come i meccanismi epigenetici di regolazione della cromatina svolgano un ruolo centrale nel controllare la trascrizione genica. E’ stato infatti dimostrato che complessi inibitori come SWI/SNF e gli enzimi ad esso associati quali istone deacetilasi (HDAC) e protein arginin-metiltrasferasi (PRMT), siano coinvolti nel controllo della crescita, differenziazione e proliferazione cellulare. Diversi studi hanno mostrato come i meccanismi epigenetici di controllo della trascrizione genica svolgano un ruolo di primo piano nel promuovere la sopravvivenza cellulare in leucemie/linfomi di derivazione dai linfociti B come la leucemia linfatica cronica, il linfoma mantellare ed i linfomi associati al virus di Epstein-Barr (EBV). Tuttavia, molto poco e’ conosciuto circa i meccanismi epigenetici di controllo della trascrizione che divengono operativi e che contribuiscono al processo di trasformazione dei linfociti B. PRMT5 e’ un enzima che di-metila specificamente residui argininici sugli istoni (H) 3 (H3R8) ed 4 (H4R3). PRMT5 ed HDAC lavorano in concerto per reprimere la trascrizione di specifici geni oncosoppressori. In questo progetto sono stati studiati i meccanismi e le conseguenze dell’iperespressione di PRMT5 durante il processo di trasformazione dei linfociti B indotto da EBV, e’ stata dimostrata l’importanza di questo enzima nel processo di trasformazione, e sono stati studiati nuovi metodi per inibirne l’espressione/attivita’. In particolare si e’ dimostrato che l’espressione di PRMT5 e’ ridotta o assente in linfociti B normali (o attivati da stimoli fisiologici) ed elevata in linee cellulari linfoblastoidi immortalizzate o completamente trasformate. Elevati livelli citosolici di PRMT5 sono detectabili dopo 4 giorni dall’infezione di linfociti B normali con EBV, PRMT5 e’ detectabile a livello nucleare, dove esercita la sua funzione repressoria la trascrizione, a partire dal giorno 8. L’utilizzo di specifici small interference RNAs (siRNA) in linee cellulari linfoblastoidi ha permesso di dimostrare la riduzione dell’espressione di PRMT5, la riduzione della metilazione degli istoni target di PRMT5, inibizione della proliferazione cellulare e abbassamento della soglia di sensibilita’ cellulare a stimoli pro-apoptotici. Esperimenti di co-immunoprecipitazione cromatinica hanno permesso di evidenziare che in queste cellule PRMT5 e’ parte di un complesso proteico a funzione inibitoria e che questo complesso si lega alla regione promotrice di specifici geni oncosoppressori quali ST7, GAS e NM23, inibendone la trascrizione. Si e’ inoltre provveduto a sviluppare una categoria di inibitori allosterici di PRMT5: l’attivita’ terapeutica/la specificita’ in vitro e la modalita’ di somministrazione ottimale in modelli murini di linfoma non-Hodgkin, sono in corso di valutazione.

Collective effects for the LHC injectors: non-ultrarelativistic approaches

The upgrade of the CERN accelerator complex has been planned in order to further increase the LHC performances in exploring new physics frontiers. One of the main limitations to the upgrade is represented by the collective instabilities. These are intensity dependent phenomena triggered by electromagnetic fields excited by the interaction of the beam with its surrounding. These fields are represented via wake fields in time domain or impedances in frequency domain. Impedances are usually studied assuming ultrarelativistic bunches while we mainly explored low and medium energy regimes in the LHC injector chain. In a non-ultrarelativistic framework we carried out a complete study of the impedance structure of the PSB which accelerates proton bunches up to 1.4 GeV. We measured the imaginary part of the impedance which creates betatron tune shift. We introduced a parabolic bunch model which together with dedicated measurements allowed us to point to the resistive wall impedance as the source of one of the main PSB instability. These results are particularly useful for the design of efficient transverse instability dampers. We developed a macroparticle code to study the effect of the space charge on intensity dependent instabilities. Carrying out the analysis of the bunch modes we proved that the damping effects caused by the space charge, which has been modelled with semi-analytical method and using symplectic high order schemes, can increase the bunch intensity threshold. Numerical libraries have been also developed in order to study, via numerical simulations of the bunches, the impedance of the whole CERN accelerator complex. On a different note, the experiment CNGS at CERN, requires high-intensity beams. We calculated the interpolating Hamiltonian of the beam for highly non-linear lattices. These calculations provide the ground for theoretical and numerical studies aiming to improve the CNGS beam extraction from the PS to the SPS.