In situ real-time investigation of Organic Ultra-Thin-Film transistors: growth, electrical properties and biosensing applications

Organic electronics has grown enormously during the last decades driven by the encouraging results and the potentiality of these materials for allowing innovative applications, such as flexible-large-area displays, low-cost printable circuits, plastic solar cells and lab-on-a-chip devices. Moreover, their possible field of applications reaches from medicine, biotechnology, process control and environmental monitoring to defense and security requirements. However, a large number of questions regarding the mechanism of device operation remain unanswered. Along the most significant is the charge carrier transport in organic semiconductors, which is not yet well understood. Other example is the correlation between the morphology and the electrical response. Even if it is recognized that growth mode plays a crucial role into the performance of devices, it has not been exhaustively investigated. The main goal of this thesis was the finding of a correlation between growth modes, electrical properties and morphology in organic thin-film transistors (OTFTs). In order to study the thickness dependence of electrical performance in organic ultra-thin-film transistors, we have designed and developed a home-built experimental setup for performing real-time electrical monitoring and post-growth in situ electrical characterization techniques. We have grown pentacene TFTs under high vacuum conditions, varying systematically the deposition rate at a fixed room temperature. The drain source current IDS and the gate source current IGS were monitored in real-time; while a complete post-growth in situ electrical characterization was carried out. At the end, an ex situ morphological investigation was performed by using the atomic force microscope (AFM). In this work, we present the correlation for pentacene TFTs between growth conditions, Debye length and morphology (through the correlation length parameter). We have demonstrated that there is a layered charge carriers distribution, which is strongly dependent of the growth mode (i.e. rate deposition for a fixed temperature), leading to a variation of the conduction channel from 2 to 7 monolayers (MLs). We conciliate earlier reported results that were apparently contradictory. Our results made evident the necessity of reconsidering the concept of Debye length in a layered low-dimensional device. Additionally, we introduce by the first time a breakthrough technique. This technique makes evident the percolation of the first MLs on pentacene TFTs by monitoring the IGS in real-time, correlating morphological phenomena with the device electrical response. The present thesis is organized in the following five chapters. Chapter 1 makes an introduction to the organic electronics, illustrating the operation principle of TFTs. Chapter 2 presents the organic growth from theoretical and experimental points of view. The second part of this chapter presents the electrical characterization of OTFTs and the typical performance of pentacene devices is shown. In addition, we introduce a correcting technique for the reconstruction of measurements hampered by leakage current. In chapter 3, we describe in details the design and operation of our innovative home-built experimental setup for performing real-time and in situ electrical measurements. Some preliminary results and the breakthrough technique for correlating morphological and electrical changes are presented. Chapter 4 meets the most important results obtained in real-time and in situ conditions, which correlate growth conditions, electrical properties and morphology of pentacene TFTs. In chapter 5 we describe applicative experiments where the electrical performance of pentacene TFTs has been investigated in ambient conditions, in contact to water or aqueous solutions and, finally, in the detection of DNA concentration as label-free sensor, within the biosensing framework.

L'eredità di Aldo Rossi nella Penisola Iberica. La costruzione della città e il progetto contemporaneo

Descrizione, tema e obiettivi della ricerca La ricerca si propone lo studio delle possibili influenze che la teoria di Aldo Rossi ha avuto sulla pratica progettuale nella Penisola Iberica, intende quindi affrontare i caratteri fondamentali della teoria che sta alla base di un metodo progettuale ed in particolar modo porre l'attenzione alle nuove costruzioni quando queste si confrontano con le città storiche. Ha come oggetto principale lo studio dei documenti, saggi e scritti riguardanti il tema della costruzione all'interno delle città storiche. Dallo studio di testi selezionati di Aldo Rossi sulla città si vuole concentrare l'attenzione sull'influenza che tale teoria ha avuto nei progetti della Penisola Iberica, studiare come è stata recepita e trasmessa successivamente, attraverso gli scritti di autori spagnoli e come ha visto un suo concretizzarsi poi nei progetti di nuove costruzioni all'interno delle città storiche. Si intende restringere il campo su un periodo ed un luogo precisi, Spagna e Portogallo a partire dagli anni Settanta, tramite la lettura di un importante evento che ha ufficializzato il contatto dell'architetto italiano con la Penisola Iberica, quale il Seminario di Santiago de Compostela tenutosi nel 1976. Al Seminario parteciparono numerosi architetti che si confrontarono su di un progetto per la città di Santiago e furono invitati personaggi di fama internazionale a tenere lezioni introduttive sul tema di dibattito in merito al progetto e alla città storica. Il Seminario di Santiago si colloca in un periodo storico cruciale per la Penisola Iberica, nel 1974 cade il regime salazarista in Portogallo e nel 1975 cade il regime franchista in Spagna ed è quindi di rilevante importanza capire il legame tra l'architettura e la nuova situazione politica. Dallo studio degli interventi, dei progetti che furono prodotti durante il Seminario, della relazione tra questo evento ed il periodo storico in cui esso va contestualizzato, si intende giungere alla individuazione delle tracce della reale presenza di tale eredità. Presupposti metodologici. Percorso e strumenti di ricerca La ricerca può quindi essere articolata in distinte fasi corrispondenti per lo più ai capitoli in cui si articola la tesi: una prima fase con carattere prevalentemente storica, di ricerca del materiale per poter definire il contesto in cui si sviluppano poi le vicende oggetto della tesi; una seconda fase di impronta teorica, ossia di ricerca bibliografica del materiale e delle testimonianze che provvedono alla definizione della reale presenza di effetti scaturiti dai contatti tra Rossi e la Penisola Iberica, per andare a costruire una eredità ; una terza fase che entra nel merito della composizione attraverso lo studio e la verifica delle prime due parti, tramite l'analisi grafica applicata ad uno specifico esempio architettonico selezionato; una quarta fase dove il punto di vista viene ribaltato e si indaga l'influenza dei luoghi visitati e dei contatti intrattenuti con alcuni personaggi della Penisola Iberica sull'architettura di Rossi, ricercandone i riferimenti. La ricerca è stata condotta attraverso lo studio di alcuni eventi selezionati nel corso degli anni che si sono mostrati significativi per l'indagine, per la risonanza che hanno avuto sulla storia dell'architettura della Penisola. A questo scopo si sono utilizzati principalmente tre strumenti: lo studio dei documenti, le pubblicazioni e le riviste prodotte in Spagna, gli scritti di Aldo Rossi in merito, e la testimonianza diretta attraverso interviste di personaggi chiave. La ricerca ha prodotto un testo suddiviso per capitoli che rispetta l'organizzazione in fasi di lavoro. A seguito di determinate condizioni storiche e politiche, studiate nella ricerca a supporto della tesi espressa, nella Penisola Iberica si è verificato il diffondersi della necessità e del desiderio di guardare e prendere a riferimento l'architettura europea e in particolar modo quella italiana. Il periodo sul quale viene focalizzata l'attenzione ha inizio negli anni Sessanta, gli ultimi prima della caduta delle dittature, scenario dei primi viaggi di Aldo Rossi nella Penisola Iberica. Questi primi contatti pongono le basi per intense e significative relazioni future. Attraverso l'approfondimento e la studio dei materiali relativi all'oggetto della tesi, si è cercato di mettere in luce il contesto culturale, l'attenzione e l'interesse per l'apertura di un dibattito intorno all'architettura, non solo a livello nazionale, ma europeo. Ciò ha evidenziato il desiderio di innescare un meccanismo di discussione e scambio di idee, facendo leva sull'importanza dello sviluppo e ricerca di una base teorica comune che rende coerente i lavori prodotti nel panorama architettonico iberico, seppur ottenendo risultati che si differenziano gli uni dagli altri. E' emerso un forte interesse per il discorso teorico sull'architettura, trasmissibile e comunicabile, che diventa punto di partenza per un metodo progettuale. Ciò ha reso palese una condivisione di intenti e l'assunzione della teoria di Aldo Rossi, acquisita, diffusa e discussa, attraverso la pubblicazione dei suoi saggi, la conoscenza diretta con l'architetto e la sua architettura, conferenze, seminari, come base teorica su cui fondare il proprio sapere architettonico ed il processo metodologico progettuale da applicare di volta in volta negli interventi concreti. Si è giunti così alla definizione di determinati eventi che hanno permesso di entrare nel profondo della questione e di sondare la relazione tra Rossi e la Penisola Iberica, il materiale fornito dallo studio di tali episodi, quali il I SIAC, la diffusione della rivista "2C. Construccion de la Ciudad", la Coleccion Arquitectura y Critica di Gustavo Gili, hanno poi dato impulso per il reperimento di una rete di ulteriori riferimenti. E' stato possibile quindi individuare un gruppo di architetti spagnoli, che si identificano come allievi del maestro Rossi, impegnato per altro in quegli anni nella formazione di una Scuola e di un insegnamento, che non viene recepito tanto nelle forme, piuttosto nei contenuti. I punti su cui si fondano le connessioni tra l'analisi urbana e il progetto architettonico si centrano attorno due temi di base che riprendono la teoria esposta da Rossi nel saggio L'architettura della città : - relazione tra l'area-studio e la città nella sua globalità, - relazione tra la tipologia edificatoria e gli aspetti morfologici. La ricerca presentata ha visto nelle sue successive fasi di approfondimento, come si è detto, lo sviluppo parallelo di più tematiche. Nell'affrontare ciascuna fase è stato necessario, di volta in volta, operare una verifica delle tappe percorse precedentemente, per mantenere costante il filo del discorso col lavoro svolto e ritrovare, durante lo svolgimento stesso della ricerca, gli elementi di connessione tra i diversi episodi analizzati. Tale operazione ha messo in luce talvolta nodi della ricerca rimasti in sospeso che richiedevano un ulteriore approfondimento o talvolta solo una rivisitazione per renderne possibile un più proficuo collegamento con la rete di informazioni accumulate. La ricerca ha percorso strade diverse che corrono parallele, per quanto riguarda il periodo preso in analisi: - i testi sulla storia dell'architettura spagnola e la situazione contestuale agli anni Settanta - il materiale riguardante il I SIAC - le interviste ai partecipanti al I SIAC - le traduzioni di Gustavo Gili nella Coleccion Arquitectura y Critica - la rivista "2C. Construccion de la Ciudad" Esse hanno portato alla luce una notevole quantità di tematiche, attraverso le quali, queste strade vengono ad intrecciarsi e a coincidere, verificando l'una la veridicità dell'altra e rafforzandone il valore delle affermazioni. Esposizione sintetica dei principali contenuti esposti dalla ricerca Andiamo ora a vedere brevemente i contenuti dei singoli capitoli. Nel primo capitolo Anni Settanta. Periodo di transizione per la Penisola Iberica si è cercato di dare un contesto storico agli eventi studiati successivamente, andando ad evidenziare gli elementi chiave che permettono di rintracciare la presenza della predisposizione ad un cambiamento culturale. La fase di passaggio da una condizione di chiusura rispetto alle contaminazioni provenienti dall'esterno, che caratterizza Spagna e Portogallo negli anni Sessanta, lascia il posto ad un graduale abbandono della situazione di isolamento venutasi a creare intorno al Paese a causa del regime dittatoriale, fino a giungere all'apertura e all'interesse nei confronti degli apporti culturali esterni. E' in questo contesto che si gettano le basi per la realizzazione del I Seminario Internazionale di Architettura Contemporanea a Santiago de Compostela, del 1976, diretto da Aldo Rossi e organizzato da César Portela e Salvador Tarragó, di cui tratta il capitolo secondo. Questo è uno degli eventi rintracciati nella storia delle relazioni tra Rossi e la Penisola Iberica, attraverso il quale è stato possibile constatare la presenza di uno scambio culturale e l'importazione in Spagna delle teorie di Aldo Rossi. Organizzato all'indomani della caduta del franchismo, ne conserva una reminescenza formale. Il capitolo è organizzato in tre parti, la prima si occupa della ricostruzione dei momenti salienti del Seminario Proyecto y ciudad historica, dagli interventi di architetti di fama internazionale, quali lo stesso Aldo Rossi, Carlo Aymonino, James Stirling, Oswald Mathias Ungers e molti altri, che si confrontano sul tema delle città storiche, alle giornate seminariali dedicate all’elaborazione di un progetto per cinque aree individuate all’interno di Santiago de Compostela e quindi dell’applicazione alla pratica progettuale dell’inscindibile base teorica esposta. Segue la seconda parte dello stesso capitolo riguardante La selezione di interviste ai partecipanti al Seminario. Esso contiene la raccolta dei colloqui avuti con alcuni dei personaggi che presero parte al Seminario e attraverso le loro parole si è cercato di approfondire la materia, in particolar modo andando ad evidenziare l’ambiente culturale in cui nacque l’idea del Seminario, il ruolo avuto nella diffusione della teoria di Aldo Rossi in Spagna e la ripercussione che ebbe nella pratica costruttiva. Le diverse interviste, seppur rivolte a persone che oggi vivono in contesti distanti e che in seguito a questa esperienza collettiva hanno intrapreso strade diverse, hanno fatto emergere aspetti comuni, tale unanimità ha dato ancor più importanza al valore di testimonianza offerta. L’elemento che risulta più evidente è il lascito teorico, di molto prevalente rispetto a quello progettuale che si è andato mescolando di volta in volta con la tradizione e l’esperienza dei cosiddetti allievi di Aldo Rossi. Negli stessi anni comincia a farsi strada l’importanza del confronto e del dibattito circa i temi architettonici e nel capitolo La fortuna critica della teoria di Aldo Rossi nella Penisola Iberica è stato affrontato proprio questo rinnovato interesse per la teoria che in quegli anni si stava diffondendo. Si è portato avanti lo studio delle pubblicazioni di Gustavo Gili nella Coleccion Arquitectura y Critica che, a partire dalla fine degli anni Sessanta, pubblica e traduce in lingua spagnola i più importanti saggi di architettura, tra i quali La arquitectura de la ciudad di Aldo Rossi, nel 1971, e Comlejidad y contradiccion en arquitectura di Robert Venturi nel 1972. Entrambi fondamentali per il modo di affrontare determinate tematiche di cui sempre più in quegli anni si stava interessando la cultura architettonica iberica, diventando così ¬ testi di riferimento anche nelle scuole. Le tracce dell’influenza di Rossi sulla Penisola Iberica si sono poi ricercate nella rivista “2C. Construccion de la Ciudad” individuata come strumento di espressione di una teoria condivisa. Con la nascita nel 1972 a Barcellona di questa rivista viene portato avanti l’impegno di promuovere la Tendenza, facendo riferimento all’opera e alle idee di Rossi ed altri architetti europei, mirando inoltre al recupero di un ruolo privilegiato dell’architettura catalana. A questo proposito sono emersi due fondamentali aspetti che hanno legittimato l’indagine e lo studio di questa fonte: - la diffusione della cultura architettonica, il controllo ideologico e di informazione operato dal lavoro compiuto dalla rivista; - la documentazione circa i criteri di scelta della redazione a proposito del materiale pubblicato. E’ infatti attraverso le pubblicazioni di “2C. Construccion de la Ciudad” che è stato possibile il ritrovamento delle notizie sulla mostra Arquitectura y razionalismo. Aldo Rossi + 21 arquitectos españoles, che accomuna in un’unica esposizione le opere del maestro e di ventuno giovani allievi che hanno recepito e condiviso la teoria espressa ne “L’architettura della città”. Tale mostra viene poi riproposta nella Sezione Internazionale di Architettura della XV Triennale di Milano, la quale dedica un Padiglione col titolo Barcelona, tres epocas tres propuestas. Dalla disamina dei progetti presentati è emerso un interessante caso di confronto tra le Viviendas para gitanos di César Portela e la Casa Bay di Borgo Ticino di Aldo Rossi, di cui si è occupato l’ultimo paragrafo di questo capitolo. Nel corso degli studi è poi emerso un interessante risvolto della ricerca che, capovolgendone l’oggetto stesso, ne ha approfondito gli aspetti cercando di scavare più in profondità nell’analisi della reciproca influenza tra la cultura iberica e Aldo Rossi, questa parte, sviscerata nell’ultimo capitolo, La Penisola Iberica nel “magazzino della memoria” di Aldo Rossi, ha preso il posto di quello che inizialmente doveva presentarsi come il risvolto progettuale della tesi. Era previsto infatti, al termine dello studio dell’influenza di Aldo Rossi sulla Penisola Iberica, un capitolo che concentrava l’attenzione sulla produzione progettuale. A seguito dell’emergere di un’influenza di carattere prettamente teorica, che ha sicuramente modificato la pratica dal punto di vista delle scelte architettoniche, senza però rendersi esplicita dal punto di vista formale, si è preferito, anche per la difficoltà di individuare un solo esempio rappresentativo di quanto espresso, sostituire quest’ultima parte con lo studio dell’altra faccia della medaglia, ossia l’importanza che a sua volta ha avuto la cultura iberica nella formazione della collezione dei riferimenti di Aldo Rossi. L’articolarsi della tesi in fasi distinte, strettamente connesse tra loro da un filo conduttore, ha reso necessari successivi aggiustamenti nel percorso intrapreso, dettati dall’emergere durante la ricerca di nuovi elementi di indagine. Si è pertanto resa esplicita la ricercata eredità di Aldo Rossi, configurandosi però prevalentemente come un’influenza teorica che ha preso le sfumature del contesto e dell’esperienza personale di chi se ne è fatto ricevente, diventandone così un continuatore attraverso il proprio percorso autonomo o collettivo intrapreso in seguito. Come suggerisce José Charters Monteiro, l’eredità di Rossi può essere letta attraverso tre aspetti su cui si basa la sua lezione: la biografia, la teoria dell’architettura, l’opera. In particolar modo per quanto riguarda la Penisola Iberica si può parlare dell’individuazione di un insegnamento riferito alla seconda categoria, i suoi libri di testo, le sue partecipazioni, le traduzioni. Questo è un lascito che rende possibile la continuazione di un dibattito in merito ai temi della teoria dell’architettura, della sue finalità e delle concrete applicazioni nelle opere, che ha permesso il verificarsi di una apertura mentale che mette in relazione l’architettura con altre discipline umanistiche e scientifiche, dalla politica, alla sociologia, comprendendo l’arte, le città la morfologia, la topografia, mediate e messe in relazione proprio attraverso l’architettura.

Come città dell'infanzia. Architettura, educazione e immagine in due colonie per i figli degli Italiani all'estero a Cattolica e Tirrenia

The present doctoral dissertation deals with two significant case studies of Italian holiday camps which appear as interesting architectural experiences that reflect both the pedagogic and educational programmes of the fascist regime, and the discussion on the constructive and expressive principles that characterize the Italian architecture during the Thirties. The research explains the colony "XXVIII October for the sons of the Italian workers living abroad", today known as "Le Navi" ("The Ships"), built in Cattolica in 1934 and projected by the Roman architect Clemente Busiri Vici, and the feminine colony "for the sons of the Italian workers living abroad" built in 1934 in Tirrenia and projected by the architects Mario Paniconi and Giulio Pediconi. These holiday camps are the sole buildings commissioned directly by the Department in the Italian Foreign Office with the aim of offering a seaside stay to the sons of the Italians living in the colonies who, probably, could visit Italy only one time in their life. Firstly, the work illustrates the most relevant themes concerning these holiday camps, such as the representative intents that the buildings evoked to the children attending the places. Sun-bathing and group gymnastics were some of the rituals in the communal life, where order and discipline gave a precise internal organization to the spaces. Over the correspondence to practical functions, the figures and the forms of the different spaces of the buildings involve the children in an educational dimension. Subsequently, the function of the Department in the Italian Foreign Office and the planning and constructive ideas of the two colonies will be introduced. These colonies were conceived by a precise social project with educational, welfare and therapeutic aims. The elements, the spaces and the volumes create a fixed and theatrical scene of the life, full of ideological, political and celebratory overtones. Finally, the research shows that the relation between the architectural shape of the buildings and the rituals performed by fascist tutors produces an ideal space, extraneous to the external world that could influence the behavior of the children. The plan is to transmit to the children an image of Italy that will remain engraved in their minds once they have returned to their countries. In these projects there is the intent to transmit the image of "italianity" abroad. The way to do this was to plan for them a scenery which contains all the architectural elements of Italian cities. The holiday camps are proposed a sort of microcosm that appears as an "evocation" of the places and the spaces of Italian cities. The buildings appear as veritable "cities of childhood".

A Multilevel Model with Time Series Components for the Analysis of Tribal Art Prices

In the present work we perform an econometric analysis of the Tribal art market. To this aim, we use a unique and original database that includes information on Tribal art market auctions worldwide from 1998 to 2011. In Literature, art prices are modelled through the hedonic regression model, a classic fixed-effect model. The main drawback of the hedonic approach is the large number of parameters, since, in general, art data include many categorical variables. In this work, we propose a multilevel model for the analysis of Tribal art prices that takes into account the influence of time on artwork prices. In fact, it is natural to assume that time exerts an influence over the price dynamics in various ways. Nevertheless, since the set of objects change at every auction date, we do not have repeated measurements of the same items over time. Hence, the dataset does not constitute a proper panel; rather, it has a two-level structure in that items, level-1 units, are grouped in time points, level-2 units. The main theoretical contribution is the extension of classical multilevel models to cope with the case described above. In particular, we introduce a model with time dependent random effects at the second level. We propose a novel specification of the model, derive the maximum likelihood estimators and implement them through the E-M algorithm. We test the finite sample properties of the estimators and the validity of the own-written R-code by means of a simulation study. Finally, we show that the new model improves considerably the fit of the Tribal art data with respect to both the hedonic regression model and the classic multilevel model.

The spatial representation of time

Numerosi studi mostrano che gli intervalli temporali sono rappresentati attraverso un codice spaziale che si estende da sinistra verso destra, dove gli intervalli brevi sono rappresentati a sinistra rispetto a quelli lunghi. Inoltre tale disposizione spaziale del tempo può essere influenzata dalla manipolazione dell’attenzione-spaziale. La presente tesi si inserisce nel dibattito attuale sulla relazione tra rappresentazione spaziale del tempo e attenzione-spaziale attraverso l’uso di una tecnica che modula l’attenzione-spaziale, ovvero, l’Adattamento Prismatico (AP). La prima parte è dedicata ai meccanismi sottostanti tale relazione. Abbiamo mostrato che spostando l’attenzione-spaziale con AP, verso un lato dello spazio, si ottiene una distorsione della rappresentazione di intervalli temporali, in accordo con il lato dello spostamento attenzionale. Questo avviene sia con stimoli visivi, sia con stimoli uditivi, nonostante la modalità uditiva non sia direttamente coinvolta nella procedura visuo-motoria di AP. Questo risultato ci ha suggerito che il codice spaziale utilizzato per rappresentare il tempo, è un meccanismo centrale che viene influenzato ad alti livelli della cognizione spaziale. La tesi prosegue con l’indagine delle aree corticali che mediano l’interazione spazio-tempo, attraverso metodi neuropsicologici, neurofisiologici e di neuroimmagine. In particolare abbiamo evidenziato che, le aree localizzate nell’emisfero destro, sono cruciali per l’elaborazione del tempo, mentre le aree localizzate nell’emisfero sinistro sono cruciali ai fini della procedura di AP e affinché AP abbia effetto sugli intervalli temporali. Infine, la tesi, è dedicata allo studio dei disturbi della rappresentazione spaziale del tempo. I risultati ci indicano che un deficit di attenzione-spaziale, dopo danno emisferico destro, provoca un deficit di rappresentazione spaziale del tempo, che si riflette negativamente sulla vita quotidiana dei pazienti. Particolarmente interessanti sono i risultati ottenuti mediante AP. Un trattamento con AP, efficace nel ridurre il deficit di attenzione-spaziale, riduce anche il deficit di rappresentazione spaziale del tempo, migliorando la qualità di vita dei pazienti.

Analisi della relazione tra temperamento, stati psicobiosociali e variabili psicofisiche rispetto ai diversi compiti e strategie metodologiche

L’attività fisica produce effetti benefici a livello mentale (Biddle et al.,2004) e sembra agire sull’emozione modificando attitudini e motivazioni verso la pratica motoria (Digelidis et al., 2003) a partire da sensazioni come il piacere o la noia del fare (Spray et al., 1999). Da questi presupposti il progetto che comprendeva l’analisi di due studi volti a verificare gli effetti dell’attività motoria e sportiva in ambito scolastico, sui comportamenti di adattamento sociale e self efficacy dei bambini. Un terzo studio, di analisi qualitativa, in ambito calcistico, per verificare correlazioni tra orientamento motivazionale genitoriale e comportamenti di adattamento sociale dei figli. Gli strumenti di rilevazione dei livelli di adattamento sociale (Caprara et al, 1992) e self efficacy (Colella, 2008), sono stati somministrati prima e dopo il trattamento delle relative attività motorie mentre, l’orientamento motivazionale dei genitori (Borgogni et al, 2004) è stato rilevato una volta e confrontato con l’adattamento sociale dei figli. Il modulatore del primo studio, l’attività ad alto contenuto emotivo o aggressivo, ha mostrato variazioni significative (p<.05) nei livelli di aggressività fisica-verbale e di comportamento pro sociale tra i 2 gruppi, confermando la letteratura sull’argomento (Pellegrini, in Storch e Roth, 2005; Vaughn, 2005; Tappern e Boulton, 2005). Il modulatore del secondo studio, rappresentato dal giocosport rugby, sempre realizzato nelle ore curricolari di educazione fisica, ha evidenziato differenze significative (p<.05) nell’aumentata self efficacy da parte del gruppo sperimentale, con effetto preponderante sulle femmine rispetto ai maschi. Il terzo studio, descrittivo, ha evidenziato la correlazione tra orientamento motivazionale dei genitori e instabilità emotiva dei figli in risposta a profili genitoriali tendenti alla leadership o al successo nell’ambito lavorativo. I risultati evidenziati mostrano effetti significativi (p<.05), successivi al trattamento, sui comportamenti di adattamento sociale, aggressivo e sulla self efficacy a conferma, della letteratura, sull’importanza di determinate esperienze motorie in età scolare.

Ground penetrating radar early-time technique for soil electromagnetic parameters estimation

In recent years, thanks to the technological advances, electromagnetic methods for non-invasive shallow subsurface characterization have been increasingly used in many areas of environmental and geoscience applications. Among all the geophysical electromagnetic methods, the Ground Penetrating Radar (GPR) has received unprecedented attention over the last few decades due to its capability to obtain, spatially and temporally, high-resolution electromagnetic parameter information thanks to its versatility, its handling, its non-invasive nature, its high resolving power, and its fast implementation. The main focus of this thesis is to perform a dielectric site characterization in an efficient and accurate way studying in-depth a physical phenomenon behind a recent developed GPR approach, the so-called early-time technique, which infers the electrical properties of the soil in the proximity of the antennas. In particular, the early-time approach is based on the amplitude analysis of the early-time portion of the GPR waveform using a fixed-offset ground-coupled antenna configuration where the separation between the transmitting and receiving antenna is on the order of the dominant pulse-wavelength. Amplitude information can be extracted from the early-time signal through complex trace analysis, computing the instantaneous-amplitude attributes over a selected time-duration of the early-time signal. Basically, if the acquired GPR signals are considered to represent the real part of a complex trace, and the imaginary part is the quadrature component obtained by applying a Hilbert transform to the GPR trace, the amplitude envelope is the absolute value of the resulting complex trace (also known as the instantaneous-amplitude). Analysing laboratory information, numerical simulations and natural field conditions, and summarising the overall results embodied in this thesis, it is possible to suggest the early-time GPR technique as an effective method to estimate physical properties of the soil in a fast and non-invasive way.

Diritti umani e diritto alla salute - la questione dell’accesso ai farmaci come un problema di Giustizia Globale

Riconosciuto il problema dell’accesso ai farmaci come un problema di giustizia globale, la dissertazione, da un lato, è incentrata sullo studio dei diritti umani e sul diritto alla salute da una prospettiva giusfilosofica e, dall’altro, è finalizzata ad analizzare la disciplina brevettuale internazionale, sia approfondendo gli interessi realmente in gioco, sia studiando la struttura economica del brevetto stesso. Si è cercato quindi di guardare a tali interessi da una nuova prospettiva, ipotizzando una gerarchia di valori che sia completa e coerente con gli obiettivi che la dottrina, la giurisprudenza, nonché il diritto internazionale formalmente enunciano. Il progetto di ricerca vuole, in definitiva, arrivare a proporre nuove soluzioni giuridiche al problema dell’accesso ai farmaci. La dissertazione svolge pertanto uno studio critico della proposta di Thomas Pogge, di natura politica e giuridica e sorretta da istanze filosofiche, volta alla soluzione del problema dell’accesso ai farmaci, i.e. l’Health Impact Fund (HIF). Proposta che pone radicalmente in discussione, anche concretamente, il dogma del monopolio concesso con la privativa quale ricompensa per i costi di R&D sostenuti dai titolari dei brevetti e che pone, invece, l’accento sull’effettivo impatto sulla salute globale di ogni singola invenzione. Analizzandone approfonditamente gli aspetti più rilevanti, si passano poi in rassegna, criticamente, le proposte, alternative o di riforma, del sistema di proprietà intellettuale, volte al miglioramento dell’accesso ai farmaci; a tal proposito, si propone quindi una riforma transitoria della disciplina brevettuale, c.d. Trading Time for Space (TTS), che prevede un allungamento temporale dell’esclusiva brevettuale (Time) in cambio della vendita da parte del titolare della privativa del farmaco ad un prezzo accessibile nei Paesi in via di sviluppo (Space).

Digital Forensics AI: on Practicality, Optimality, and Interpretability of Digital Evidence Mining Techniques

Digital forensics as a field has progressed alongside technological advancements over the years, just as digital devices have gotten more robust and sophisticated. However, criminals and attackers have devised means for exploiting the vulnerabilities or sophistication of these devices to carry out malicious activities in unprecedented ways. Their belief is that electronic crimes can be committed without identities being revealed or trails being established. Several applications of artificial intelligence (AI) have demonstrated interesting and promising solutions to seemingly intractable societal challenges. This thesis aims to advance the concept of applying AI techniques in digital forensic investigation. Our approach involves experimenting with a complex case scenario in which suspects corresponded by e-mail and deleted, suspiciously, certain communications, presumably to conceal evidence. The purpose is to demonstrate the efficacy of Artificial Neural Networks (ANN) in learning and detecting communication patterns over time, and then predicting the possibility of missing communication(s) along with potential topics of discussion. To do this, we developed a novel approach and included other existing models. The accuracy of our results is evaluated, and their performance on previously unseen data is measured. Second, we proposed conceptualizing the term “Digital Forensics AI” (DFAI) to formalize the application of AI in digital forensics. The objective is to highlight the instruments that facilitate the best evidential outcomes and presentation mechanisms that are adaptable to the probabilistic output of AI models. Finally, we enhanced our notion in support of the application of AI in digital forensics by recommending methodologies and approaches for bridging trust gaps through the development of interpretable models that facilitate the admissibility of digital evidence in legal proceedings.

Optimizing AI at the Edge: from network topology design to MCU deployment

The first topic analyzed in the thesis will be Neural Architecture Search (NAS). I will focus on two different tools that I developed, one to optimize the architecture of Temporal Convolutional Networks (TCNs), a convolutional model for time-series processing that has recently emerged, and one to optimize the data precision of tensors inside CNNs. The first NAS proposed explicitly targets the optimization of the most peculiar architectural parameters of TCNs, namely dilation, receptive field, and the number of features in each layer. Note that this is the first NAS that explicitly targets these networks. The second NAS proposed instead focuses on finding the most efficient data format for a target CNN, with the granularity of the layer filter. Note that applying these two NASes in sequence allows an "application designer" to minimize the structure of the neural network employed, minimizing the number of operations or the memory usage of the network. After that, the second topic described is the optimization of neural network deployment on edge devices. Importantly, exploiting edge platforms' scarce resources is critical for NN efficient execution on MCUs. To do so, I will introduce DORY (Deployment Oriented to memoRY) -- an automatic tool to deploy CNNs on low-cost MCUs. DORY, in different steps, can manage different levels of memory inside the MCU automatically, offload the computation workload (i.e., the different layers of a neural network) to dedicated hardware accelerators, and automatically generates ANSI C code that orchestrates off- and on-chip transfers with the computation phases. On top of this, I will introduce two optimized computation libraries that DORY can exploit to deploy TCNs and Transformers on edge efficiently. I conclude the thesis with two different applications on bio-signal analysis, i.e., heart rate tracking and sEMG-based gesture recognition.

Relazione tra carica virale, reazione immunitaria dell'ospite, microbiota e decorso clinico della bronchiolite acuta nei bambini con età inferiore ai 12 mesi (RMB2018)

Il principale motivo di ospedalizzazione del lattante è la bronchiolite acuta, causata in primis dal Virus Respiratorio Sinciziale (VRS). In questo ambito appaiono controversi i risultati in letteratura riguardo: carica del VRS, risposta immunitaria ed infiammatoria dell’ospite, microbiota del paziente (durante l’infezione e per successivo sviluppo di wheezing e asma). In questo studio di coorte prospettico monocentrico vengono arruolati lattanti peraltro sani ricoverati per primo episodio di bronchiolite acuta, da VRS o da altro agente, per valutare primariamente la relazione tra decorso clinico e carica del VRS, secondariamente l’associazione con specifiche composizioni e modifiche nel tempo del microbiota nasofaringeo ed intestinale durante la fase acuta e nel lungo termine in relazione a sviluppo di wheezing ricorrente. Nello studio sono stati arruolati finora 89 pazienti, di cui 68 con bronchiolite da VRS (76.4%), con analisi della carica virale su 41 lattanti (60.3%) e del microbiota su 20 (29.4%). L’analisi della carica del VRS non ha riscontrato associazione tra outcome di severità clinica quali necessità e durata di ossigenoterapia, nonché durata di ricovero. La presenza di trend di associazione tra carica virale all’ingresso e picco del VRS-RNA con necessità di ossigenoterapia ad alto flusso (HFNC) e l’associazione significativa di clearance di VRS con HFNC (p = 0.03) suggeriscono che la carica virale potrebbe influenzare la severità della bronchiolite da VRS. Le analisi del microbiota evidenziano numerosi genera mai descritti finora in letteratura a nostra conoscenza (es. Alloiococcus e Leptotrichia su aspirato, nonché tutti i dati emersi dallo studio della saliva, prima volta in letteratura) ed un generale aumento della diversity a 6 mesi dalla dimissione. Occorrerà completare l’analisi della carica del VRS con quella del sistema infiammatorio dell’ospite, nonché studiare il microbiota sui campioni del follow-up a lungo termine per la verifica di eventuali associazioni con sviluppo di wheezing e asma.

Real-time anomaly detection of gamma-ray bursts for the Cherenkov Telescope Array using deep learning

The Cherenkov Telescope Array (CTA) will be the next-generation ground-based observatory to study the universe in the very-high-energy domain. The observatory will rely on a Science Alert Generation (SAG) system to analyze the real-time data from the telescopes and generate science alerts. The SAG system will play a crucial role in the search and follow-up of transients from external alerts, enabling multi-wavelength and multi-messenger collaborations. It will maximize the potential for the detection of the rarest phenomena, such as gamma-ray bursts (GRBs), which are the science case for this study. This study presents an anomaly detection method based on deep learning for detecting gamma-ray burst events in real-time. The performance of the proposed method is evaluated and compared against the Li&Ma standard technique in two use cases of serendipitous discoveries and follow-up observations, using short exposure times. The method shows promising results in detecting GRBs and is flexible enough to allow real-time search for transient events on multiple time scales. The method does not assume background nor source models and doe not require a minimum number of photon counts to perform analysis, making it well-suited for real-time analysis. Future improvements involve further tests, relaxing some of the assumptions made in this study as well as post-trials correction of the detection significance. Moreover, the ability to detect other transient classes in different scenarios must be investigated for completeness. The system can be integrated within the SAG system of CTA and deployed on the onsite computing clusters. This would provide valuable insights into the method's performance in a real-world setting and be another valuable tool for discovering new transient events in real-time. Overall, this study makes a significant contribution to the field of astrophysics by demonstrating the effectiveness of deep learning-based anomaly detection techniques for real-time source detection in gamma-ray astronomy.

On the Democratization of AI: Bridging the Gap with AutoML

Riding the wave of recent groundbreaking achievements, artificial intelligence (AI) is currently the buzzword on everybody’s lips and, allowing algorithms to learn from historical data, Machine Learning (ML) emerged as its pinnacle. The multitude of algorithms, each with unique strengths and weaknesses, highlights the absence of a universal solution and poses a challenging optimization problem. In response, automated machine learning (AutoML) navigates vast search spaces within minimal time constraints. By lowering entry barriers, AutoML emerged as promising the democratization of AI, yet facing some challenges. In data-centric AI, the discipline of systematically engineering data used to build an AI system, the challenge of configuring data pipelines is rather simple. We devise a methodology for building effective data pre-processing pipelines in supervised learning as well as a data-centric AutoML solution for unsupervised learning. In human-centric AI, many current AutoML tools were not built around the user but rather around algorithmic ideas, raising ethical and social bias concerns. We contribute by deploying AutoML tools aiming at complementing, instead of replacing, human intelligence. In particular, we provide solutions for single-objective and multi-objective optimization and showcase the challenges and potential of novel interfaces featuring large language models. Finally, there are application areas that rely on numerical simulators, often related to earth observations, they tend to be particularly high-impact and address important challenges such as climate change and crop life cycles. We commit to coupling these physical simulators with (Auto)ML solutions towards a physics-aware AI. Specifically, in precision farming, we design a smart irrigation platform that: allows real-time monitoring of soil moisture, predicts future moisture values, and estimates water demand to schedule the irrigation.