Theoretical and Experimental Study of the Magnetic Separation of Pollutants from Wastewater

This Thesys reports the study of a HGMS (High GradientMagnetic Separation) process for the treatment of industrialwastewaters that considers an assisted chemical-physical pre-treatment for the removal of heavy metals through the bound by adsorption with added iron-oxide particulate matter (hematite). The considered filter, constituted by ferromagnetic stainless steel wool and permanent magnets, is studied with a new approach based on a statistical analysis that requires the study of the trajectories of the particles. Experimental activity on a laboratory device has been carried out in order to test the model.

Trajectory planning of single and dual-arm robots for time-optimal handling of liquids and objects

This Thesis studies the optimal control problem of single-arm and dual-arm serial robots to achieve the time-optimal handling of liquids and objects. The first topic deals with the planning of time-optimal anti-sloshing trajectories of an industrial robot carrying a cylindrical container filled with a liquid, considering 1-dimensional and 2-dimensional planar motions. A technique for the estimation of the sloshing height is presented, together with its extension to 3-dimensional motions. An experimental validation campaign is provided and discussed to assess the thoroughness of such a technique. As far as anti-sloshing trajectories are concerned, 2-dimensional paths are considered and, for each one of them, three constrained optimizations with different values of the sloshing-height thresholds are solved. Experimental results are presented to compare optimized and non-optimized motions. The second part focuses on the time-optimal trajectory planning for dual-arm object handling, employing two collaborative robots (cobots) and adopting an admittance-control strategy. The chosen manipulation approach, known as cooperative grasping, is based on unilateral contact between the cobots and the object, and it may lead to slipping during motion if an internal prestress along the contact-normal direction is not prescribed. Thus, a virtual penetration is considered, aimed at generating the necessary internal prestress. The stability of cooperative grasping is ensured as long as the exerted forces on the object remain inside the static-friction cone. Constrained-optimization problems are solved for 3-dimensional paths: the virtual penetration is chosen among the control inputs of the problem and friction-cone conditions are treated as inequality constraints. Also in this case experiments are presented in order to prove evidence of the firm handling of the object, even for fast motions.

Dalla città alla casa, dalla casa alla città: la mutevole ricerca di un Piano per il ben-essere urbano

La ricerca si propone di definire le linee guida per la stesura di un Piano che si occupi di qualità della vita e di benessere. Il richiamo alla qualità e al benessere è positivamente innovativo, in quanto impone agli organi decisionali di sintonizzarsi con la soggettività attiva dei cittadini e, contemporaneamente, rende evidente la necessità di un approccio più ampio e trasversale al tema della città e di una più stretta relazione dei tecnici/esperti con i responsabili degli organismi politicoamministrativi. La ricerca vuole indagare i limiti dell’urbanistica moderna di fronte alla complessità di bisogni e di nuove necessità espresse dalle popolazioni urbane contemporanee. La domanda dei servizi è notevolmente cambiata rispetto a quella degli anni Sessanta, oltre che sul piano quantitativo anche e soprattutto sul piano qualitativo, a causa degli intervenuti cambiamenti sociali che hanno trasformato la città moderna non solo dal punto di vista strutturale ma anche dal punto di vista culturale: l’intermittenza della cittadinanza, per cui le città sono sempre più vissute e godute da cittadini del mondo (turisti e/o visitatori, temporaneamente presenti) e da cittadini diffusi (suburbani, provinciali, metropolitani); la radicale trasformazione della struttura familiare, per cui la famiglia-tipo costituita da una coppia con figli, solido riferimento per l’economia e la politica, è oggi minoritaria; l’irregolarità e flessibilità dei calendari, delle agende e dei ritmi di vita della popolazione attiva; la mobilità sociale, per cui gli individui hanno traiettorie di vita e pratiche quotidiane meno determinate dalle loro origini sociali di quanto avveniva nel passato; l’elevazione del livello di istruzione e quindi l’incremento della domanda di cultura; la crescita della popolazione anziana e la forte individualizzazione sociale hanno generato una domanda di città espressa dalla gente estremamente variegata ed eterogenea, frammentata e volatile, e per alcuni aspetti assolutamente nuova. Accanto a vecchie e consolidate richieste – la città efficiente, funzionale, produttiva, accessibile a tutti – sorgono nuove domande, ideali e bisogni che hanno come oggetto la bellezza, la varietà, la fruibilità, la sicurezza, la capacità di stupire e divertire, la sostenibilità, la ricerca di nuove identità, domande che esprimono il desiderio di vivere e di godere la città, di stare bene in città, domande che non possono essere più soddisfatte attraverso un’idea di welfare semplicemente basata sull’istruzione, la sanità, il sistema pensionistico e l’assistenza sociale. La città moderna ovvero l’idea moderna della città, organizzata solo sui concetti di ordine, regolarità, pulizia, uguaglianza e buon governo, è stata consegnata alla storia passata trasformandosi ora in qualcosa di assai diverso che facciamo fatica a rappresentare, a descrivere, a raccontare. La città contemporanea può essere rappresentata in molteplici modi, sia dal punto di vista urbanistico che dal punto di vista sociale: nella letteratura recente è evidente la difficoltà di definire e di racchiudere entro limiti certi l’oggetto “città” e la mancanza di un convincimento forte nell’interpretazione delle trasformazioni politiche, economiche e sociali che hanno investito la società e il mondo nel secolo scorso. La città contemporanea, al di là degli ambiti amministrativi, delle espansioni territoriali e degli assetti urbanistici, delle infrastrutture, della tecnologia, del funzionalismo e dei mercati globali, è anche luogo delle relazioni umane, rappresentazione dei rapporti tra gli individui e dello spazio urbano in cui queste relazioni si muovono. La città è sia concentrazione fisica di persone e di edifici, ma anche varietà di usi e di gruppi, densità di rapporti sociali; è il luogo in cui avvengono i processi di coesione o di esclusione sociale, luogo delle norme culturali che regolano i comportamenti, dell’identità che si esprime materialmente e simbolicamente nello spazio pubblico della vita cittadina. Per studiare la città contemporanea è necessario utilizzare un approccio nuovo, fatto di contaminazioni e saperi trasversali forniti da altre discipline, come la sociologia e le scienze umane, che pure contribuiscono a costruire l’immagine comunemente percepita della città e del territorio, del paesaggio e dell’ambiente. La rappresentazione del sociale urbano varia in base all’idea di cosa è, in un dato momento storico e in un dato contesto, una situazione di benessere delle persone. L’urbanistica moderna mirava al massimo benessere del singolo e della collettività e a modellarsi sulle “effettive necessità delle persone”: nei vecchi manuali di urbanistica compare come appendice al piano regolatore il “Piano dei servizi”, che comprende i servizi distribuiti sul territorio circostante, una sorta di “piano regolatore sociale”, per evitare quartieri separati per fasce di popolazione o per classi. Nella città contemporanea la globalizzazione, le nuove forme di marginalizzazione e di esclusione, l’avvento della cosiddetta “new economy”, la ridefinizione della base produttiva e del mercato del lavoro urbani sono espressione di una complessità sociale che può essere definita sulla base delle transazioni e gli scambi simbolici piuttosto che sui processi di industrializzazione e di modernizzazione verso cui era orientata la città storica, definita moderna. Tutto ciò costituisce quel complesso di questioni che attualmente viene definito “nuovo welfare”, in contrapposizione a quello essenzialmente basato sull’istruzione, sulla sanità, sul sistema pensionistico e sull’assistenza sociale. La ricerca ha quindi analizzato gli strumenti tradizionali della pianificazione e programmazione territoriale, nella loro dimensione operativa e istituzionale: la destinazione principale di tali strumenti consiste nella classificazione e nella sistemazione dei servizi e dei contenitori urbanistici. E’ chiaro, tuttavia, che per poter rispondere alla molteplice complessità di domande, bisogni e desideri espressi dalla società contemporanea le dotazioni effettive per “fare città” devono necessariamente superare i concetti di “standard” e di “zonizzazione”, che risultano essere troppo rigidi e quindi incapaci di adattarsi all’evoluzione di una domanda crescente di qualità e di servizi e allo stesso tempo inadeguati nella gestione del rapporto tra lo spazio domestico e lo spazio collettivo. In questo senso è rilevante il rapporto tra le tipologie abitative e la morfologia urbana e quindi anche l’ambiente intorno alla casa, che stabilisce il rapporto “dalla casa alla città”, perché è in questa dualità che si definisce il rapporto tra spazi privati e spazi pubblici e si contestualizzano i temi della strada, dei negozi, dei luoghi di incontro, degli accessi. Dopo la convergenza dalla scala urbana alla scala edilizia si passa quindi dalla scala edilizia a quella urbana, dal momento che il criterio del benessere attraversa le diverse scale dello spazio abitabile. Non solo, nei sistemi territoriali in cui si è raggiunto un benessere diffuso ed un alto livello di sviluppo economico è emersa la consapevolezza che il concetto stesso di benessere sia non più legato esclusivamente alla capacità di reddito collettiva e/o individuale: oggi la qualità della vita si misura in termini di qualità ambientale e sociale. Ecco dunque la necessità di uno strumento di conoscenza della città contemporanea, da allegare al Piano, in cui vengano definiti i criteri da osservare nella progettazione dello spazio urbano al fine di determinare la qualità e il benessere dell’ambiente costruito, inteso come benessere generalizzato, nel suo significato di “qualità dello star bene”. E’ evidente che per raggiungere tale livello di qualità e benessere è necessario provvedere al soddisfacimento da una parte degli aspetti macroscopici del funzionamento sociale e del tenore di vita attraverso gli indicatori di reddito, occupazione, povertà, criminalità, abitazione, istruzione, etc.; dall’altra dei bisogni primari, elementari e di base, e di quelli secondari, culturali e quindi mutevoli, trapassando dal welfare state allo star bene o well being personale, alla wellness in senso olistico, tutte espressioni di un desiderio di bellezza mentale e fisica e di un nuovo rapporto del corpo con l’ambiente, quindi manifestazione concreta di un’esigenza di ben-essere individuale e collettivo. Ed è questa esigenza, nuova e difficile, che crea la diffusa sensazione dell’inizio di una nuova stagione urbana, molto più di quanto facciano pensare le stesse modifiche fisiche della città.

Maximum principle, mean value operators and quasi boundedness in non-euclidean settings

This work deals with some classes of linear second order partial differential operators with non-negative characteristic form and underlying non- Euclidean structures. These structures are determined by families of locally Lipschitz-continuous vector fields in RN, generating metric spaces of Carnot- Carath´eodory type. The Carnot-Carath´eodory metric related to a family {Xj}j=1,...,m is the control distance obtained by minimizing the time needed to go from two points along piecewise trajectories of vector fields. We are mainly interested in the causes in which a Sobolev-type inequality holds with respect to the X-gradient, and/or the X-control distance is Doubling with respect to the Lebesgue measure in RN. This study is divided into three parts (each corresponding to a chapter), and the subject of each one is a class of operators that includes the class of the subsequent one. In the first chapter, after recalling “X-ellipticity” and related concepts introduced by Kogoj and Lanconelli in [KL00], we show a Maximum Principle for linear second order differential operators for which we only assume a Sobolev-type inequality together with a lower terms summability. Adding some crucial hypotheses on measure and on vector fields (Doubling property and Poincar´e inequality), we will be able to obtain some Liouville-type results. This chapter is based on the paper [GL03] by Guti´errez and Lanconelli. In the second chapter we treat some ultraparabolic equations on Lie groups. In this case RN is the support of a Lie group, and moreover we require that vector fields satisfy left invariance. After recalling some results of Cinti [Cin07] about this class of operators and associated potential theory, we prove a scalar convexity for mean-value operators of L-subharmonic functions, where L is our differential operator. In the third chapter we prove a necessary and sufficient condition of regularity, for boundary points, for Dirichlet problem on an open subset of RN related to sub-Laplacian. On a Carnot group we give the essential background for this type of operator, and introduce the notion of “quasi-boundedness”. Then we show the strict relationship between this notion, the fundamental solution of the given operator, and the regularity of the boundary points.

Il processo migratorio come determinante della salute mentale: l'esperienza del Centro di Consultazione Socio-Culturale nel Distretto di Pianura Est, AUSL di Bologna.

La ricerca in oggetto ha analizzato le relazioni tra migrazione e salute mentale nel Distretto di Pianura Est dell'AUSL di Bologna. Attraverso un dispositivo d’indagine multi-disciplinare basato sui quadri teorici dell'Antropologia Medica Critica, della Salute Pubblica e della Psichiatria, la ricerca si è inserita nell’ampio contesto di sperimentazione di un innovativo modello di assistenza per pazienti migranti, denominato Centro di Consultazione Socio- Culturale. L'architettura dello studio si rifà a un modello di Ricerca-Azione Partecipata e Multi-Situata fondato su un approccio analitico e auto-riflessivo, il quale ha consentito di problematizzare, oltre alle azioni e alle traiettorie dei vari soggetti che operano nel campo della ricerca, anche le categorie oggetto della ricerca stessa. L'analisi, profondamente radicata nel dato empirico, è stata condotta a partire dall'esperienza degli attori sociali coinvolti. Le esperienze, le informazioni e le rappresentazioni reciproche sono state co-costruite in forma partecipativa attraverso l'uso combinato di metodologie quali-quantitative proprie sia delle discipline sanitarie sia di quelle sociali. Come materiali della ricerca sono stati utilizzati: dati primari e secondari prodotti dalle istituzioni e dalle organizzazioni del territorio stesso; informazioni provenienti dall'osservazione partecipante; colloqui con informatori-chiave; interviste semi-strutturate con decisori politici, amministratori, organizzazioni del territorio, operatori dei servizi, cittadini e pazienti. La ricerca ha dimostrato la validità delle prospettive teoriche utilizzate e delle strategie di lavoro proposte. Il modello di lavoro multi-disciplinare e multi-metodologico si è rivelato produttivo nell'indagare congiuntamente le prospettive degli attori coinvolti insieme alle loro traiettorie, alle reciproche interconnessioni e alle relazioni tra processi locali e globali. L’analisi auto-riflessiva ha consentito di analizzare le attività del Centro di Consultazione evidenziandone vantaggi e limiti. Infine, la collaborazione tra Salute Pubblica e Antropologia Medica Critica ha dimostrato una grande potenzialità e produttività sia sul versante della ricerca scientifica sia su quello dell'assistenza sanitaria.

Analisi dei predittori e della traiettoria dello sviluppo neuromotorio a 24 mesi nei bambini very low birth weight

Neurodevelopment of preterm children has become an outcome of major interest since the improvement in survival due to advances in neonatal care. Many studies focused on the relationships among prenatal characteristics and neurodevelopmental outcome in order to identify the higher risk preterms’ subgroups. The aim of this study is to analyze and put in relation growth and development trajectories to investigate their association. 346 children born at the S.Orsola Hospital in Bologna from 01/01/2005 to 30/06/2011 with a birth weight of <1500 grams were followed up in a longitudinal study at different intervals from 3 to 24 months of corrected age. During follow-up visits, preterms’ main biometrical characteristics were measured and the Griffiths Mental Development Scale was administered to assess neurodevelopment. Latent Curve Models were developed to estimate the trajectories of length and of neurodevelopment, both separately and combined in a single model, and to assess the influence of clinical and socio-economic variables. Neurodevelopment trajectory was stepwise declining over time and length trajectory showed a steep increase until 12 months and was flat afterwards. Higher initial values of length were correlated with higher initial values of neurodevelopment and predicted a more declining neurodevelopment. SGA preterms and those from families with higher status had a less declining neurodevelopment slope, while being born from a migrant mother proved negative on neurodevelopment through the mediating effect of a being taller at 3 months. A longer stay in NICU used as a proxy of preterms’ morbidity) was predictive of lower initial neurodevelopment levels. At 24 months, neurodevelopment is more similar among preterms and is more accurately evaluated. The association among preterms’ neurodevelopment and physiological growth may provide further insights on the determinants of preterms’ outcomes. Sound statistical methods, exploiting all the information collected in a longitudinal study, may be more appropriate to the analysis.

La gestione delle cure oncologiche in Emilia-Romagna al tempo del COVID-19 tra lavoro invisibile e nuove pratiche di cura

L’insorgere della pandemia da COVID-19 ha comportato una pesante riorganizzazione delle strutture ospedaliere e lo stesso sistema delle cure oncologiche è stato ripensato cercando di garantire, da un lato, la sicurezza dei pazienti e del personale sanitario e, dall’altro, la continuità delle cure. Il progetto analizza l’impatto di questa riorganizzazione sulle traiettorie di malattia dei pazienti oncologici e sul lavoro di cura dei diversi attori coinvolti nella definizione di queste traiettorie. La ricerca, focalizzata sul contesto ospedaliero emiliano-romagnolo, si è svolta tramite la realizzazione di interviste qualitative a personale sanitario ospedaliero, associazioni di volontariato, pazienti e caregiver. La gestione del rischio Covid ha comportato un consistente impegno in termini di safety work da parte del personale sanitario. Inoltre, le limitazioni degli accessi agli ambienti ospedalieri, imposte come misure di sicurezza, hanno comportato l’esclusione di familiari e associazioni di volontariato dagli ospedali e, di conseguenza, una maggiore solitudine del paziente in tutte le fasi del percorso di cura. L’assistenza fornita da queste figure ricomprende una componente di “lavoro invisibile” che la situazione pandemica ha permesso di far emergere. Infatti, i familiari supportano indirettamente e informalmente il lavoro del personale sanitario all’interno dello stesso ambiente ospedaliero. I professionisti intervistati hanno riconosciuto il venir meno di questo supporto. La risposta del personale ospedaliero, e infermieristico in particolare, si è articolata in due direzioni al fine di sopperire a queste mancanze: da un lato, incrementando la componente di sentimental work, e quindi di supporto emotivo ai pazienti; dall’altro, attraverso buone pratiche orientate a rispondere ai bisogni dei pazienti, intesi non solo in senso biomedico, ma anche psicologico e relazionale. Possiamo quindi concludere che, sotto certi aspetti, la pandemia è stata contrastata con una maggiore umanizzazione delle cure oncologiche e una maggiore attenzione ai bisogni dei pazienti intesi nella loro interezza e complessità.

Oltre il ghetto. Dinamiche residenziali e traiettorie migranti a Bologna

La tesi intende contribuire a livello teorico ed empirico al dibattito in tema di segregazione residenziale su base etnica. Negli ultimi anni, infatti, si stanno sviluppando studi e ricerche che mirano a (ri)definire la categoria di segregazione residenziale e le forme che essa può assumere a livello urbano (micro-segregazione, interstizio, segregazione verticale) proprio a partire dall’analisi delle caratteristiche del contesto Mediterraneo o dell’Europa del Sud. In questo quadro, il disegno di ricerca si articola a partire dal caso studio di Bologna e analizza la distribuzione residenziale della popolazione residente straniera in prospettiva diacronica, utilizzando strumenti di analisi georeferenziata e considerando diverse variabili (nazionalità, genere, status-socioeconomico). L’analisi quantitativa viene integrata da una seconda parte, che si compone di 20 interviste biografiche di tipo recall, che ricostruisce le traiettorie abitative di migranti residenti nella Città Metropolitana di Bologna, al fine di comprendere le modalità in cui le dinamiche strutturali che investono l’housing system si concretizzino nelle storie di vita di persone migranti. Dall’analisi emerge che la popolazione residente straniera è investita da un processo di periferizzazione che si manifesta a livello spaziale-territoriale e nei percorsi di vita. Adottandone una definizione estensiva, la categoria di periferizzazione individua una specifica forma di segregazione residenziale che non denota solo un processo di mobilità territoriale ma anche un più ampio e articolato “modo di abitare” di chi sta ai margini.

Technological trajectories and environmental policy: the transformation of the automobile

This thesis aims to fill the gap in the literature by examining the relationship between technological trajectories and environmental policy in the automotive industry, focusing on the role of environmental policies in unlocking the industry from fossil fuel path-dependence. It first explores the inducement mechanism that underpins the interaction between environmental policy and green technological advances, investigating under what conditions the European environmental transport policy portfolio and the intrinsic characteristics of assignees' knowledge boost worldwide green patent production. Subsequently, the thesis empirically analyses the dynamics of technological knowledge involved in technological trajectories assessing evolution patterns such as variation, selection and retention, in order to study the impact of policy implementation on technological knowledge related to electric and hybrid vehicle technologies. Finally, the thesis sheds light on the drivers that encourage a shift from incumbent internal combustion engine technologies towards low-emission vehicle technologies. This analysis tests whether tax-inclusive fuel prices and technological proximity between technological fields induce a shift from non-environmental inventions to environmentally friendly inventive activities and if they impact the competition between alternative vehicle technologies. The findings provide insights into the effectiveness of environmental policy in triggering inventive activities related to the development of alternative vehicle technologies. In addition, there is evidence that environmental policy redirects technological efforts towards a sustainable path and impacts the competition between low-emission vehicles.

Topological analysis of singularity loci for serial and parallel manipulators

Singularities of robot manipulators have been intensely studied in the last decades by researchers of many fields. Serial singularities produce some local loss of dexterity of the manipulator, therefore it might be desirable to search for singularityfree trajectories in the jointspace. On the other hand, parallel singularities are very dangerous for parallel manipulators, for they may provoke the local loss of platform control, and jeopardize the structural integrity of links or actuators. It is therefore utterly important to avoid parallel singularities, while operating a parallel machine. Furthermore, there might be some configurations of a parallel manipulators that are allowed by the constraints, but nevertheless are unreachable by any feasible path. The present work proposes a numerical procedure based upon Morse theory, an important branch of differential topology. Such procedure counts and identify the singularity-free regions that are cut by the singularity locus out of the configuration space, and the disjoint regions composing the configuration space of a parallel manipulator. Moreover, given any two configurations of a manipulator, a feasible or a singularity-free path connecting them can always be found, or it can be proved that none exists. Examples of applications to 3R and 6R serial manipulators, to 3UPS and 3UPU parallel wrists, to 3UPU parallel translational manipulators, and to 3RRR planar manipulators are reported in the work.

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.