Memory hierarchy and data communication in heterogeneous reconfigurable SoCs

The miniaturization race in the hardware industry aiming at continuous increasing of transistor density on a die does not bring respective application performance improvements any more. One of the most promising alternatives is to exploit a heterogeneous nature of common applications in hardware. Supported by reconfigurable computation, which has already proved its efficiency in accelerating data intensive applications, this concept promises a breakthrough in contemporary technology development. Memory organization in such heterogeneous reconfigurable architectures becomes very critical. Two primary aspects introduce a sophisticated trade-off. On the one hand, a memory subsystem should provide well organized distributed data structure and guarantee the required data bandwidth. On the other hand, it should hide the heterogeneous hardware structure from the end-user, in order to support feasible high-level programmability of the system. This thesis work explores the heterogeneous reconfigurable hardware architectures and presents possible solutions to cope the problem of memory organization and data structure. By the example of the MORPHEUS heterogeneous platform, the discussion follows the complete design cycle, starting from decision making and justification, until hardware realization. Particular emphasis is made on the methods to support high system performance, meet application requirements, and provide a user-friendly programmer interface. As a result, the research introduces a complete heterogeneous platform enhanced with a hierarchical memory organization, which copes with its task by means of separating computation from communication, providing reconfigurable engines with computation and configuration data, and unification of heterogeneous computational devices using local storage buffers. It is distinguished from the related solutions by distributed data-flow organization, specifically engineered mechanisms to operate with data on local domains, particular communication infrastructure based on Network-on-Chip, and thorough methods to prevent computation and communication stalls. In addition, a novel advanced technique to accelerate memory access was developed and implemented.

Dissecting the role of IGF2BP3 in the stress-adaptive response and in intercellular communication in Ewing Sarcoma.

Tumor microenvironment has emerged as key factor influencing tumor progression and metastatization. In this context, small vesicles produced by cancer cells can influence the fate of their surroundings via the horizontal transfer of specific molecular cargos. Ewing Sarcoma, the second most common bone tumor in young patients, presents early metastasis associated to worse prognosis. The RNA binding protein Insulin-like Growth Factor 2 mRNA Binding Protein 3 (IGF2BP3) exerts a pro-oncogenic role associated with metastasis formation and worse prognosis in Ewing Sarcoma. Our aim was to investigate the still unexplored role of IGF2BP3 in the stress-adaptive response to tumor microenvironment and in the interactions between Ewing Sarcoma cells. Hypoxia is a major feature of Ewing Sarcoma microenvironment and we demonstrated that IGF2BP3 can direct the CXCR4-mediated migratory response to CXCL12 in Ewing Sarcoma cells subjected to oxygen deprivation. We also discovered that the interaction between IGF2BP3 and CXCR4 is regulated through CD164 and which colocalize at plasma membrane level, upon CXCL12 exposure. Interestingly, high IGF2BP3 levels in Ewing Sarcoma metastatic lesions positively correlated with the expression of both CD164 and CXCR4, indicating the IGF2BP3/CD164/CXCR4 oncogenic axis as a critical modulator of Ewing Sarcoma metastatic progression. We demonstrated for the first time that IGF2BP3 is loaded into Ewing Sarcoma derived exosomes, accordingly to its cellular levels. We discovered that IGF2BP3+ exosomes carry high levels of IGF2BP3-client mRNAs involved in cellular migration, CD164 and IGF1R, and, by transferring this cargo, sustain the migratory abilities of receiving cells, induce a sharp up-regulation of CD164, CXCR4 and IGF1R and enhance the activation of AKT/mTOR and ERK down-stream signalling pathways. We demostrated that the pro-tumorigenic role of IGF2BP3 is not only exerted at cellular level, but that intercellular communication is crucial in the context of Ewing Sarcoma microenvironment.

TIDES unveiled: pioneering green peptides synthesis and oligonucleotides innovations in science

My PhD research focused on the development of environmentally sustainable methods for peptide synthesis. The traditional and toxic solvents and bases used in solid-phase peptide synthesis (SPPS) were replaced with eco-friendly alternatives to reduce the environmental impact. In particular, N-octylpyrrolidone was found to be an effective green solvent in combination with dimethyl carbonate, resulting in a 63-66% reduction in process mass intensity (PMI). In addition, a green base, DEAPA, was identified for Fmoc removal, which showed comparable results to piperidine, while being less regulated and toxic, and able to better control aspartimide-related side reactions. The study extended beyond SPPS to explore liquid-phase peptide synthesis (LPPS) and solution-phase peptide synthesis (SolPPS) using propylphosphonic anhydride (T3P®) as a coupling reagent. The developed green SolPPS using Cbz amino acids achieved exceptional efficiency, minimal racemisation and a PMI of 30 to introduce a single amino acid in the iterative process. This PMI value is the lowest ever reported for an oligopeptide synthesis protocol. This technique was extended to N-Boc amino acids in DCM, requiring aqueous workups and achieving 95% purity of Leu-Enkephalin. Finally, T3P® was found to be suitable for LPPS. An anchor, mimicking a resin, was used to allow precipitation or solubilisation of the growing anchored-peptide, depending on the polarity of the solvent used. Anisole and DCM resulted in a pentapeptide purity of over 95%. While at Oxford University, I synthesized a cleavable fragment that is sensitive to cathepsin B (CatB) and incorporated it into a cyclic antisense oligonucleotide (ASO) targeting the metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1 (MALAT1). ASO demonstrated good stability in a simulated in vivo environment using human serum and high affinity with complementary RNA. The Cyclic-ASO was opened by CatB in optimal conditions. Experiments highlight therapeutic potential and a novel method for controlling cyclic oligonucleotide activity, potentially enhancing cellular uptake.

Cross-layer optimizations in multi-hop ad hoc networks

Unlike traditional wireless networks, characterized by the presence of last-mile, static and reliable infrastructures, Mobile ad Hoc Networks (MANETs) are dynamically formed by collections of mobile and static terminals that exchange data by enabling each other's communication. Supporting multi-hop communication in a MANET is a challenging research area because it requires cooperation between different protocol layers (MAC, routing, transport). In particular, MAC and routing protocols could be considered mutually cooperative protocol layers. When a route is established, the exposed and hidden terminal problems at MAC layer may decrease the end-to-end performance proportionally with the length of each route. Conversely, the contention at MAC layer may cause a routing protocol to respond by initiating new routes queries and routing table updates. Multi-hop communication may also benefit the presence of pseudo-centralized virtual infrastructures obtained by grouping nodes into clusters. Clustering structures may facilitate the spatial reuse of resources by increasing the system capacity: at the same time, the clustering hierarchy may be used to coordinate transmissions events inside the network and to support intra-cluster routing schemes. Again, MAC and clustering protocols could be considered mutually cooperative protocol layers: the clustering scheme could support MAC layer coordination among nodes, by shifting the distributed MAC paradigm towards a pseudo-centralized MAC paradigm. On the other hand, the system benefits of the clustering scheme could be emphasized by the pseudo-centralized MAC layer with the support for differentiated access priorities and controlled contention. In this thesis, we propose cross-layer solutions involving joint design of MAC, clustering and routing protocols in MANETs. As main contribution, we study and analyze the integration of MAC and clustering schemes to support multi-hop communication in large-scale ad hoc networks. A novel clustering protocol, named Availability Clustering (AC), is defined under general nodes' heterogeneity assumptions in terms of connectivity, available energy and relative mobility. On this basis, we design and analyze a distributed and adaptive MAC protocol, named Differentiated Distributed Coordination Function (DDCF), whose focus is to implement adaptive access differentiation based on the node roles, which have been assigned by the upper-layer's clustering scheme. We extensively simulate the proposed clustering scheme by showing its effectiveness in dominating the network dynamics, under some stressing mobility models and different mobility rates. Based on these results, we propose a possible application of the cross-layer MAC+Clustering scheme to support the fast propagation of alert messages in a vehicular environment. At the same time, we investigate the integration of MAC and routing protocols in large scale multi-hop ad-hoc networks. A novel multipath routing scheme is proposed, by extending the AOMDV protocol with a novel load-balancing approach to concurrently distribute the traffic among the multiple paths. We also study the composition effect of a IEEE 802.11-based enhanced MAC forwarding mechanism called Fast Forward (FF), used to reduce the effects of self-contention among frames at the MAC layer. The protocol framework is modelled and extensively simulated for a large set of metrics and scenarios. For both the schemes, the simulation results reveal the benefits of the cross-layer MAC+routing and MAC+clustering approaches over single-layer solutions.

Il passato nell’epoca della sua (ri)producibilità digitale. Torino 1943 - 45. Metodologia della ricerca con tecnologie informatiche. Sistema storico-territoriale di informazione multimediale

Se il lavoro dello storico è capire il passato come è stato compreso dalla gente che lo ha vissuto, allora forse non è azzardato pensare che sia anche necessario comunicare i risultati delle ricerche con strumenti propri che appartengono a un'epoca e che influenzano la mentalità di chi in quell'epoca vive. Emergenti tecnologie, specialmente nell’area della multimedialità come la realtà virtuale, permettono agli storici di comunicare l’esperienza del passato in più sensi. In che modo la storia collabora con le tecnologie informatiche soffermandosi sulla possibilità di fare ricostruzioni storiche virtuali, con relativi esempi e recensioni? Quello che maggiormente preoccupa gli storici è se una ricostruzione di un fatto passato vissuto attraverso la sua ricreazione in pixels sia un metodo di conoscenza della storia che possa essere considerato valido. Ovvero l'emozione che la navigazione in una realtà 3D può suscitare, è un mezzo in grado di trasmettere conoscenza? O forse l'idea che abbiamo del passato e del suo studio viene sottilmente cambiato nel momento in cui lo si divulga attraverso la grafica 3D? Da tempo però la disciplina ha cominciato a fare i conti con questa situazione, costretta soprattutto dall'invasività di questo tipo di media, dalla spettacolarizzazione del passato e da una divulgazione del passato parziale e antiscientifica. In un mondo post letterario bisogna cominciare a pensare che la cultura visuale nella quale siamo immersi sta cambiando il nostro rapporto con il passato: non per questo le conoscenze maturate fino ad oggi sono false, ma è necessario riconoscere che esiste più di una verità storica, a volte scritta a volte visuale. Il computer è diventato una piattaforma onnipresente per la rappresentazione e diffusione dell’informazione. I metodi di interazione e rappresentazione stanno evolvendo di continuo. Ed è su questi due binari che è si muove l’offerta delle tecnologie informatiche al servizio della storia. Lo scopo di questa tesi è proprio quello di esplorare, attraverso l’utilizzo e la sperimentazione di diversi strumenti e tecnologie informatiche, come si può raccontare efficacemente il passato attraverso oggetti tridimensionali e gli ambienti virtuali, e come, nel loro essere elementi caratterizzanti di comunicazione, in che modo possono collaborare, in questo caso particolare, con la disciplina storica. La presente ricerca ricostruisce alcune linee di storia delle principali fabbriche attive a Torino durante la seconda guerra mondiale, ricordando stretta relazione che esiste tra strutture ed individui e in questa città in particolare tra fabbrica e movimento operaio, è inevitabile addentrarsi nelle vicende del movimento operaio torinese che nel periodo della lotta di Liberazione in città fu un soggetto politico e sociale di primo rilievo. Nella città, intesa come entità biologica coinvolta nella guerra, la fabbrica (o le fabbriche) diventa il nucleo concettuale attraverso il quale leggere la città: sono le fabbriche gli obiettivi principali dei bombardamenti ed è nelle fabbriche che si combatte una guerra di liberazione tra classe operaia e autorità, di fabbrica e cittadine. La fabbrica diventa il luogo di "usurpazione del potere" di cui parla Weber, il palcoscenico in cui si tengono i diversi episodi della guerra: scioperi, deportazioni, occupazioni .... Il modello della città qui rappresentata non è una semplice visualizzazione ma un sistema informativo dove la realtà modellata è rappresentata da oggetti, che fanno da teatro allo svolgimento di avvenimenti con una precisa collocazione cronologica, al cui interno è possibile effettuare operazioni di selezione di render statici (immagini), di filmati precalcolati (animazioni) e di scenari navigabili interattivamente oltre ad attività di ricerca di fonti bibliografiche e commenti di studiosi segnatamente legati all'evento in oggetto. Obiettivo di questo lavoro è far interagire, attraverso diversi progetti, le discipline storiche e l’informatica, nelle diverse opportunità tecnologiche che questa presenta. Le possibilità di ricostruzione offerte dal 3D vengono così messe a servizio della ricerca, offrendo una visione integrale in grado di avvicinarci alla realtà dell’epoca presa in considerazione e convogliando in un’unica piattaforma espositiva tutti i risultati. Divulgazione Progetto Mappa Informativa Multimediale Torino 1945 Sul piano pratico il progetto prevede una interfaccia navigabile (tecnologia Flash) che rappresenti la pianta della città dell’epoca, attraverso la quale sia possibile avere una visione dei luoghi e dei tempi in cui la Liberazione prese forma, sia a livello concettuale, sia a livello pratico. Questo intreccio di coordinate nello spazio e nel tempo non solo migliora la comprensione dei fenomeni, ma crea un maggiore interesse sull’argomento attraverso l’utilizzo di strumenti divulgativi di grande efficacia (e appeal) senza perdere di vista la necessità di valicare le tesi storiche proponendosi come piattaforma didattica. Un tale contesto richiede uno studio approfondito degli eventi storici al fine di ricostruire con chiarezza una mappa della città che sia precisa sia topograficamente sia a livello di navigazione multimediale. La preparazione della cartina deve seguire gli standard del momento, perciò le soluzioni informatiche utilizzate sono quelle fornite da Adobe Illustrator per la realizzazione della topografia, e da Macromedia Flash per la creazione di un’interfaccia di navigazione. La base dei dati descrittivi è ovviamente consultabile essendo contenuta nel supporto media e totalmente annotata nella bibliografia. È il continuo evolvere delle tecnologie d'informazione e la massiccia diffusione dell’uso dei computer che ci porta a un cambiamento sostanziale nello studio e nell’apprendimento storico; le strutture accademiche e gli operatori economici hanno fatto propria la richiesta che giunge dall'utenza (insegnanti, studenti, operatori dei Beni Culturali) di una maggiore diffusione della conoscenza storica attraverso la sua rappresentazione informatizzata. Sul fronte didattico la ricostruzione di una realtà storica attraverso strumenti informatici consente anche ai non-storici di toccare con mano quelle che sono le problematiche della ricerca quali fonti mancanti, buchi della cronologia e valutazione della veridicità dei fatti attraverso prove. Le tecnologie informatiche permettono una visione completa, unitaria ed esauriente del passato, convogliando tutte le informazioni su un'unica piattaforma, permettendo anche a chi non è specializzato di comprendere immediatamente di cosa si parla. Il miglior libro di storia, per sua natura, non può farlo in quanto divide e organizza le notizie in modo diverso. In questo modo agli studenti viene data l'opportunità di apprendere tramite una rappresentazione diversa rispetto a quelle a cui sono abituati. La premessa centrale del progetto è che i risultati nell'apprendimento degli studenti possono essere migliorati se un concetto o un contenuto viene comunicato attraverso più canali di espressione, nel nostro caso attraverso un testo, immagini e un oggetto multimediale. Didattica La Conceria Fiorio è uno dei luoghi-simbolo della Resistenza torinese. Il progetto è una ricostruzione in realtà virtuale della Conceria Fiorio di Torino. La ricostruzione serve a arricchire la cultura storica sia a chi la produce, attraverso una ricerca accurata delle fonti, sia a chi può poi usufruirne, soprattutto i giovani, che, attratti dall’aspetto ludico della ricostruzione, apprendono con più facilità. La costruzione di un manufatto in 3D fornisce agli studenti le basi per riconoscere ed esprimere la giusta relazione fra il modello e l’oggetto storico. Le fasi di lavoro attraverso cui si è giunti alla ricostruzione in 3D della Conceria: . una ricerca storica approfondita, basata sulle fonti, che possono essere documenti degli archivi o scavi archeologici, fonti iconografiche, cartografiche, ecc.; . La modellazione degli edifici sulla base delle ricerche storiche, per fornire la struttura geometrica poligonale che permetta la navigazione tridimensionale; . La realizzazione, attraverso gli strumenti della computer graphic della navigazione in 3D. Unreal Technology è il nome dato al motore grafico utilizzato in numerosi videogiochi commerciali. Una delle caratteristiche fondamentali di tale prodotto è quella di avere uno strumento chiamato Unreal editor con cui è possibile costruire mondi virtuali, e che è quello utilizzato per questo progetto. UnrealEd (Ued) è il software per creare livelli per Unreal e i giochi basati sul motore di Unreal. E’ stata utilizzata la versione gratuita dell’editor. Il risultato finale del progetto è un ambiente virtuale navigabile raffigurante una ricostruzione accurata della Conceria Fiorio ai tempi della Resistenza. L’utente può visitare l’edificio e visualizzare informazioni specifiche su alcuni punti di interesse. La navigazione viene effettuata in prima persona, un processo di “spettacolarizzazione” degli ambienti visitati attraverso un arredamento consono permette all'utente una maggiore immersività rendendo l’ambiente più credibile e immediatamente codificabile. L’architettura Unreal Technology ha permesso di ottenere un buon risultato in un tempo brevissimo, senza che fossero necessari interventi di programmazione. Questo motore è, quindi, particolarmente adatto alla realizzazione rapida di prototipi di una discreta qualità, La presenza di un certo numero di bug lo rende, però, in parte inaffidabile. Utilizzare un editor da videogame per questa ricostruzione auspica la possibilità di un suo impiego nella didattica, quello che le simulazioni in 3D permettono nel caso specifico è di permettere agli studenti di sperimentare il lavoro della ricostruzione storica, con tutti i problemi che lo storico deve affrontare nel ricreare il passato. Questo lavoro vuole essere per gli storici una esperienza nella direzione della creazione di un repertorio espressivo più ampio, che includa gli ambienti tridimensionali. Il rischio di impiegare del tempo per imparare come funziona questa tecnologia per generare spazi virtuali rende scettici quanti si impegnano nell'insegnamento, ma le esperienze di progetti sviluppati, soprattutto all’estero, servono a capire che sono un buon investimento. Il fatto che una software house, che crea un videogame di grande successo di pubblico, includa nel suo prodotto, una serie di strumenti che consentano all'utente la creazione di mondi propri in cui giocare, è sintomatico che l'alfabetizzazione informatica degli utenti medi sta crescendo sempre più rapidamente e che l'utilizzo di un editor come Unreal Engine sarà in futuro una attività alla portata di un pubblico sempre più vasto. Questo ci mette nelle condizioni di progettare moduli di insegnamento più immersivi, in cui l'esperienza della ricerca e della ricostruzione del passato si intreccino con lo studio più tradizionale degli avvenimenti di una certa epoca. I mondi virtuali interattivi vengono spesso definiti come la forma culturale chiave del XXI secolo, come il cinema lo è stato per il XX. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di suggerire che vi sono grosse opportunità per gli storici impiegando gli oggetti e le ambientazioni in 3D, e che essi devono coglierle. Si consideri il fatto che l’estetica abbia un effetto sull’epistemologia. O almeno sulla forma che i risultati delle ricerche storiche assumono nel momento in cui devono essere diffuse. Un’analisi storica fatta in maniera superficiale o con presupposti errati può comunque essere diffusa e avere credito in numerosi ambienti se diffusa con mezzi accattivanti e moderni. Ecco perchè non conviene seppellire un buon lavoro in qualche biblioteca, in attesa che qualcuno lo scopra. Ecco perchè gli storici non devono ignorare il 3D. La nostra capacità, come studiosi e studenti, di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio che il 3D porta con sè, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Una ricostruzione storica può essere molto utile dal punto di vista educativo non sono da chi la visita ma, anche da chi la realizza. La fase di ricerca necessaria per la ricostruzione non può fare altro che aumentare il background culturale dello sviluppatore. Conclusioni La cosa più importante è stata la possibilità di fare esperienze nell’uso di mezzi di comunicazione di questo genere per raccontare e far conoscere il passato. Rovesciando il paradigma conoscitivo che avevo appreso negli studi umanistici, ho cercato di desumere quelle che potremo chiamare “leggi universali” dai dati oggettivi emersi da questi esperimenti. Da punto di vista epistemologico l’informatica, con la sua capacità di gestire masse impressionanti di dati, dà agli studiosi la possibilità di formulare delle ipotesi e poi accertarle o smentirle tramite ricostruzioni e simulazioni. Il mio lavoro è andato in questa direzione, cercando conoscere e usare strumenti attuali che nel futuro avranno sempre maggiore presenza nella comunicazione (anche scientifica) e che sono i mezzi di comunicazione d’eccellenza per determinate fasce d’età (adolescenti). Volendo spingere all’estremo i termini possiamo dire che la sfida che oggi la cultura visuale pone ai metodi tradizionali del fare storia è la stessa che Erodoto e Tucidide contrapposero ai narratori di miti e leggende. Prima di Erodoto esisteva il mito, che era un mezzo perfettamente adeguato per raccontare e dare significato al passato di una tribù o di una città. In un mondo post letterario la nostra conoscenza del passato sta sottilmente mutando nel momento in cui lo vediamo rappresentato da pixel o quando le informazioni scaturiscono non da sole, ma grazie all’interattività con il mezzo. La nostra capacità come studiosi e studenti di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio sottinteso al 3D, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Le esperienze raccolte nelle pagine precedenti ci portano a pensare che in un futuro non troppo lontano uno strumento come il computer sarà l’unico mezzo attraverso cui trasmettere conoscenze, e dal punto di vista didattico la sua interattività consente coinvolgimento negli studenti come nessun altro mezzo di comunicazione moderno.

La comunicazione chimica in Blattaria: contributo al miglioramento della lotta

CHEMICAL COMMUNICATION IN BLATTARIA: CONTRIBUTION TO THE IMPROVEMENT OF THE CONTROL TECNIQUES The management of cockroach infestations in urban environment has undergone some changes in recent years by moving to the predominant use of baits, thanks to the awareness of the risks connected with the use of spray insecticides. The effectiveness of a bait is determined by the collective performance of its components, including active and inert ingredients, the food attractant and any other attractive odour. This research has focused on the behavioral responses of Italian sinanthropic cockroaches to semiochemicals and food attractants, for the purpose of evaluating a possible practical application and of contributing to the improvement of control techniques. Behavioral and morphological studies have been carried out on Supella longipalpa (F.), a small cockroach that is spreading in Italy. Behavioral assays showed that the fourth and fifth tergites of females are significantly more attractive than other region of the body. Cuticular pores and ducts ending in glandular structures (observed with a S.E.M. = Scanning Electron Microscope) are present in large number on these tergites, suggesting that they could be involved in the production and the release of sexual pheromone. Cockroaches produce an aggregation pheromone that is excreted along with their frass and that consists of volatile and non-volatile compounds, mainly amines and steroidal glycosides. The effectiveness of faecal extracts obtained from excrements of Blattella germanica (L.), Blatta orientalis L., Periplaneta americana (L.) and S. longipalpa was evaluated, both at intraspecific and interspecific level, using a "Y" tube olfactometer. Bioassays showed that faecal extracts obtained with methanol have a good intraspecific attractiveness and, in some cases, they showed also interspecific behavioral responses. A gel was prepared, having physical characteristics that could give a good resistance to dehydration, as a potential basis for a new bait; the gel was then added faecal extracts, obtained with methanol from B. germanica and S. longipalpa frass. Arena-tests showed that the new gel containing faecal extracts is more attractive than some commercial gel formulations used as comparison: it was the only product that could attract 100% of insects placed in the arenas in 4-5 days. In conclusion, the substances involved in chemical communication of Blattaria may be able to effectively increase the attractiveness of products for monitoring and controlling cockroaches.

Physical and mineralogical changes of Hungarian monumental stones exposed to different conditions: stone-testing in-situ and under laboratory conditions

The Székesfehérvár Ruin Garden is a unique assemblage of monuments belonging to the cultural heritage of Hungary due to its important role in the Middle Ages as the coronation and burial church of the Kings of the Hungarian Christian Kingdom. It has been nominated for “National Monument” and as a consequence, its protection in the present and future is required. Moreover, it was reconstructed and expanded several times throughout Hungarian history. By a quick overview of the current state of the monument, the presence of several lithotypes can be found among the remained building and decorative stones. Therefore, the research related to the materials is crucial not only for the conservation of that specific monument but also for other historic structures in Central Europe. The current research is divided in three main parts: i) description of lithologies and their provenance, ii) physical properties testing of historic material and iii) durability tests of analogous stones obtained from active quarries. The survey of the National Monument of Székesfehérvár, focuses on the historical importance and the architecture of the monument, the different construction periods, the identification of the different building stones and their distribution in the remaining parts of the monument and it also included provenance analyses. The second one was the in situ and laboratory testing of physical properties of historic material. As a final phase samples were taken from local quarries with similar physical and mineralogical characteristics to the ones used in the monument. The three studied lithologies are: fine oolitic limestone, a coarse oolitic limestone and a red compact limestone. These stones were used for rock mechanical and durability tests under laboratory conditions. The following techniques were used: a) in-situ: Schmidt Hammer Values, moisture content measurements, DRMS, mapping (construction ages, lithotypes, weathering forms) b) laboratory: petrographic analysis, XRD, determination of real density by means of helium pycnometer and bulk density by means of mercury pycnometer, pore size distribution by mercury intrusion porosimetry and by nitrogen adsorption, water absorption, determination of open porosity, DRMS, frost resistance, ultrasonic pulse velocity test, uniaxial compressive strength test and dynamic modulus of elasticity. The results show that initial uniaxial compressive strength is not necessarily a clear indicator of the stone durability. Bedding and other lithological heterogeneities can influence the strength and durability of individual specimens. In addition, long-term behaviour is influenced by exposure conditions, fabric and, especially, the pore size distribution of each sample. Therefore, a statistic evaluation of the results is highly recommended and they should be evaluated in combination with other investigations on internal structure and micro-scale heterogeneities of the material, such as petrographic observation, ultrasound pulse velocity and porosimetry. Laboratory tests used to estimate the durability of natural stone may give a good guidance to its short-term performance but they should not be taken as an ultimate indication of the long-term behaviour of the stone. The interdisciplinary study of the results confirms that stones in the monument show deterioration in terms of mineralogy, fabric and physical properties in comparison with quarried stones. Moreover stone-testing proves compatibility between quarried and historical stones. Good correlation is observed between the non-destructive-techniques and laboratory tests results which allow us to minimize sampling and assessing the condition of the materials. Concluding, this research can contribute to the diagnostic knowledge for further studies that are needed in order to evaluate the effect of recent and future protective measures.

Biofilms on exposed monumental stones: mechanism of formation and development of new control methods

Within the stone monumental artefacts artistic fountains are extremely favorable to formation of biofilms, giving rise to biodegradation processes related with physical-chemical and visual aspect alterations, because of their particular exposure conditions. Microbial diversity of five fountains (two from Spain and three from Italy) was investigated. It was observed an ample similarity between the biodiversity of monumental stones reported in literature and that one found in studied fountains. Mechanical procedures and toxic chemical products are usually employed to remove such phototrophic patinas. Alternative methods based on natural antifouling substances are recently experimented in the marine sector, due to their very low environmental impact and for the bio settlement prevention on partially immersed structures of ships. In the present work groups of antibiofouling agents (ABAs) were selected from literature for their ability to interfere, at molecular level, with the microbial communication system “quorum sensing”, inhibiting the initial phase of biofilm formation. The efficacy of some natural antibiofoulants agents (ABAs) with terrestrial (Capsaicine - CS, Cinnamaldehyde - CI) and marine origin (Zosteric Acid - ZA, poly-Alkyl Pyridinium Salts – pAPS and Ceramium botryocarpum extract - CBE), incorporated into two commercial coatings (Silres BS OH 100 - S and Wacker Silres BS 290 - W) commonly used in stone conservation procedures were evaluated. The formation of phototrophic biofilms in laboratory conditions (on Carrara marble specimens and Sierra Elvira stone) and on two monumental fountains (Tacca’s Fountain 2 - Florence, Italy and Fountain from Patio de la Lindaraja - Alhambra Palace, Granada, Spain) has been investigated in the presence or absence of these natural antifouling agents. The natural antibiofouling agents, at tested concentrations, demonstrated a certain inhibitory effect. The silane-siloxane based silicone coating (W) mixing with ABAs was more suitable with respect to ethyl silicate coating (S) and proved efficacy against biofilm formation only when incompletely cured. The laboratory results indicated a positive action in inhibiting the patina formation, especially for poly-alkyl pyridinium salts, zosteric acid and cinnamaldehyde, while on site tests revealed a good effect for zosteric acid.

Trasmission and Reflection (ATR)Far-Infrared Spectroscopy Applied in the Analysis of Cultural Heritage Materials

FIR spectroscopy is an alternative way of collecting spectra of many inorganic pigments and corrosion products found on art objects, which is not normally observed in the MIR region. Most FIR spectra are traditionally collected in transmission mode but as a real novelty it is now also possible to record FIR spectra in ATR (Attenuated Total Reflectance) mode. In FIR transmission we employ polyethylene (PE) for preparation of pellets by embedding the sample in PE. Unfortunately, the preparation requires heating of the PE in order to produces at transparent pellet. This will affect compounds with low melting points, especially those with structurally incorporated water. Another option in FIR transmission is the use of thin films. We test the use of polyethylene thin film (PETF), both commercial and laboratory-made PETF. ATR collection of samples is possible in both the MIR and FIR region on solid, powdery or liquid samples. Changing from the MIR to the FIR region is easy as it simply requires the change of detector and beamsplitter (which can be performed within a few minutes). No preparation of the sample is necessary, which is a huge advantage over the PE transmission method. The most obvious difference, when comparing transmission with ATR, is the distortion of band shape (which appears asymmetrical in the lower wavenumber region) and intensity differences. However, the biggest difference can be the shift of strong absorbing bands moving to lower wavenumbers in ATR mode. The sometimes huge band shift necessitates the collection of standard library spectra in both FIR transmission and ATR modes, provided these two methods of collecting are to be employed for analyses of unknown samples. Standard samples of 150 pigment and corrosion compounds are thus collected in both FIR transmission and ATR mode in order to build up a digital library of spectra for comparison with unknown samples. XRD, XRF and Raman spectroscopy assists us in confirming the purity or impurity of our standard samples. 24 didactic test tables, with known pigment and binder painted on the surface of a limestone tablet, are used for testing the established library and different ways of collecting in ATR and transmission mode. In ATR, micro samples are scratched from the surface and examined in both the MIR and FIR region. Additionally, direct surface contact of the didactic tablets with the ATR crystal are tested together with water enhanced surface contact. In FIR transmission we compare the powder from our test tablet on the laboratory PETF and embedded in PE. We also compare the PE pellets collected using a 4x beam condenser, focusing the IR beam area from 8 mm to 2 mm. A few samples collected from a mural painting in a Nepalese temple, corrosion products collected from archaeological Chinese bronze objects and samples from a mural paintings in an Italian abbey, are examined by ATR or transmission spectroscopy.

Study of the building and decorative materials and techniques used in Hungarian Roman sites

The aims of this research were: - To identify the characteristics, properties and provenance of the building and decorative material found in three Hungarian Roman sites: Nagyharsány, Nemesvámos-Balácapuszta and Aquincum - To provide a database of information on the different sites - To have an overview of main conservation strategies applied in Hungary. Geological studies, macroscopical and microscopical observations, XRD investigations, physical and chemical analyses allowed us to define the characteristics and properties of the different kinds of collected materials. Building stones sampled from Nagyharsány site showed two different kinds of massive limestone belonging to the areas surrounding the villa. Also Building stones sampled from Nemesvámos-Balácapuszta Roman villa proved to be compatible with limestone belonging to local sources. Mural painting fragments show that all samples are units composed of multilayered structures. Mosaic tesserae can be classified as following: -Pale yellow , blackish and pink tesserae are comparable with local limestone; -White tessera, composed of marble, was probably imported from distant regions of the Empire, as the usual practice of Romans. Mortars present different characteristics according to the age, the site and the functions: -Building mortars are generally lime based, white or pale yellow in colour, present a high percentage of aggregates represented by fine sand; -Supporting mortars from both mosaics and mural paintings are reddish or pinkish in colour, due to the presence of high percentage of brick dust and tiles fragments, and present a higher content of MgO. Although the condition of the sites, there is an insignificant content of soluble salts. Database The whole study has allowed us to provide work sheets for each samples, including all characteristics and properties. Furthermore, all sites included in the frame of the research have been described and illustrated on the base of their floor plans, material and construction methodologies. It can be concluded that: 1. In Nagyharsány Archaeological site, it is possible to define a sequence of different construction phases on the base of the study of building material and mortars. The results are comparable with the chronology of the site provided by the archaeologists 2. The material used for construction was of local origin while the more precious ones, used for decorative elements, were probably imported from long distance 3. Construction techniques in Hungary mainly refer to the usual Roman knowledge and practice (Vitruvius); few differences have been found 4. The database will represent an archive for Archaeologists, Historians and Conservators dealing with Roman period in Hungary.

Durability of crystalline monumental stones in terms of their petrophysical characteristics

The durability of stone building materials is an issue of utmost importance in the field of monument conservation. In order to be able to preserve our built cultural heritage, the thorough knowledge of its constituent materials and the understanding of the processes that affect them are indispensable. The main objective of this research was to evaluate the durability of a special stone type, the crystalline stones, in correlation with their intrinsic characteristics, the petrophysical properties. The crystalline stones are differentiated from the cemented stones on the basis of textural features. Their most important specific property is the usually low, fissure-like porosity. Stone types of significant monumental importance, like the marble or granite belong to this group. The selected materials for this investigation, indeed, are a marble (Macael marble, Spain) and a granite (Silvestre Vilachán granite, Spain). In addition, an andesite (Szob andesite, Hungary) also of significant monumental importance was selected. This way a wide range of crystalline rocks is covered in terms of petrogenesis: stones of metamorphic, magmatic and volcanic origin, which can be of importance in terms of mineralogical, petrological or physical characteristics. After the detailed characterization of the petrophysical properties of the selected stones, their durability was assessed by means of artificial ageing. The applied ageing tests were: the salt crystallization, the frost resistance in pure water and in the presence of soluble salts, the salt mist and the action of SO2 in the presence of humidity. The research aimed at the understanding of the mechanisms of each weathering process and at finding the petrophysical properties most decisive in the degradation of these materials. Among the several weathering mechanisms, the most important ones were found to be the physical stress due to crystallization pressure of both salt and ice, the thermal fatigue due to cyclic temperature changes and the chemical reactions (mostly the acidic attack) between the mineral phases and the external fluids. The properties that fundamentally control the degradation processes, and thus the durability of stones were found to be: the mineralogical and chemical composition; the hydraulic properties especially the water uptake, the permeability and the drying; the void space structure, especially the void size and aperture size distribution and the connectivity of the porous space; and the thermal and mechanical properties. Because of the complexity of the processes and the high number of determining properties, no mechanisms or characteristics could be identified as typical for crystalline stones. The durability or alterability of each stone type must be assessed according to its properties and not according to the textural or petrophysical classification they belong to. Finally, a critical review of standardized methods is presented, based on which an attempt was made for recommendations of the most adequate methodology for the characterization and durability assessment of crystalline stones.

Studio delle comunicazioni intraspecifiche in Anarsia lineatella Zeller

Sebbene Anarsia lineatella sia un fitofago ormai da anni introdotto e diffuso in Italia, ancora poco si conosce circa le sue abitudini riproduttive. In considerazione della elevata dannosità di A. lineatella nei pescheti del nord Italia e delle scarse conoscenze sulla sua biologia, si è evidenziata la necessità di approfondire la conoscenza di questo fitofago. Pertanto gli scopi di questa ricerca hanno riguardato l’approfondimento delle conoscenze sui sistemi di comunicazione intraspecifici utilizzati da A. lineatella; la valutazione dell’efficacia di diverse miscele di feromone sintetico, in laboratorio utilizzando anche densità diverse di popolazioni di anarsia e in campo utilizzando gabbie di accoppiamento appositamente costruite, posizionate in frutteti a conduzione biologica nel nord Italia e messe a confronto con gabbie che utilizzavano come fonte attrattiva femmine vergini di tre giorni di età. Sono state condotte prove sul comportamento di maschi di A. lineatella di differenti età in risposta al feromone emesso da femmine vergini di tre giorni di età e al feromone emesso da erogatori di materiale plastico contenenti differenti miscele di feromone sintetico. Sono stati condotti studi per verificare l’influenza del contenuto di alcol ((E)5-10:OH) nella miscela feromonica sulla capacità di inibizione degli accoppiamenti, sottoponendo gli insetti a differenti concentrazioni di feromone in modo da verificare eventuali differenze di attività delle diverse miscele, differenze che emergerebbero con evidenza maggiore alle minori concentrazioni. Alcune prove sono state effettuate anche con differenti densità di popolazione, poiché una maggiore densità di popolazione determina una maggiore probabilità di accoppiamento, evidenziando più chiaramente i limiti di efficacia della miscela utilizzata. Inoltre sono state effettuate prove di campo per confrontare due modelli di erogatore per la confusione sessuale di anarsia contenenti miscele con differenti percentuali di alcol Inoltre, poiché nei pescheti la presenza di A. lineatella è pressoché sempre associata a quella di Cydia molesta e l’applicazione del metodo della confusione deve spesso essere applicato per controllare entrambi gli insetti, può risultare vantaggioso disporre di un unico erogatore contenente entrambi i feromoni; è stato quindi valutato un erogatore contenente una miscela dei due feromoni per verificare eventuali interazioni che possano ridurre l’efficacia.

Applicazione di strumenti e metodi per la gestione ambientale di un territorio vasto - Sviluppo di un sistema di gestione ambientale in un ente pubblico secondo lo schema europeo EMAS e analisi di un sistema energetico territoriale

Environmental Management includes many components, among which we can include Environmental Management Systems (EMS), Environmental Reporting and Analysis, Environmental Information Systems and Environmental Communication. In this work two applications are presented: the developement and implementation of an Environmental Management System in local administrations, according to the European scheme "EMAS", and the analysis of a territorial energy system through scenario building and environmental sustainability assessment. Both applications are linked by the same objective, which is the quest for more scientifically sound elements; in fact, both EMS and energy planning are oftec carachterized by localism and poor comparability. Emergy synthesis, proposed by ecologist H.T. Odum and described in his book "Environmental Accounting: Emergy and Environmental Decision Making" (1996) has been chosen and applied as an environmental evaluation tool, in order complete the analysis with an assessment of the "global value" of goods and processes. In particular, eMergy syntesis has been applied in order to improve the evaluation of the significance of environmental aspects in an EMS, and in order to evaluate the environmental performance of three scenarios of future evolution of the energy system. Regarding EMS, in this work an application of an EMS together with the CLEAR methodology for environmental accounting is discussed, in order to improve the identification of the environmental aspects; data regarding environmental aspects and significant ones for 4 local authorities are also presented, together with a preliminary proposal for the integration of the assessment of the significance of environmental aspects with eMergy synthesis. Regarding the analysis of an energy system, in this work the carachterization of the current situation is presented together with the overall energy balance and the evaluation of the emissions of greenhouse gases; moreover, three scenarios of future evolution are described and discussed. The scenarios have been realized with the support of the LEAP software ("Long Term Energy Alternatives Planning System" by SEI - "Stockholm Environment Institute"). Finally, the eMergy synthesis of the current situation and of the three scenarios is shown.

Technological innovation in Emilia-Romagna: knowledge, practice, strategies

The present study aims at assessing the innovation strategies adopted within a regional economic system, the Italian region Emilia-Romagna, as it faced the challenges of a changing international scenario. As the strengthening of the regional innovative capabilities is regarded as a keystone to foster a new phase of economic growth, it is important also to understand how the local industrial, institutional, and academic actors have tackled the problem of innovation in the recent past. In this study we explore the approaches to innovation and the strategies adopted by the main regional actors through three different case studies. Chapter 1 provides a general survey of the innovative performance of the regional industries over the past two decades, as it emerges from statistical data and systematic comparisons at the national and European levels. The chapter also discusses the innovation policies that the regional government set up since 2001 in order to strengthen the collaboration among local economic actors, including universities and research centres. As mechanics is the most important regional industry, chapter 2 analyses the combination of knowledge and practices utilized in the period 1960s-1990s in the design of a particular kind of machinery produced by G.D S.p.A., a world-leader in the market of tobacco packaging machines. G.D is based in Bologna, the region’s capital, and is at the centre of the most important Italian packaging district. In chapter 3 the attention turns to the institutional level, focusing on how the local public administrations, and the local, publicly-owned utility companies have dealt with the creation of new telematic networks on the regional territory during the 1990s and 2000s. Finally, chapter 4 assesses the technology transfer carried out by the main university of the region – the University of Bologna – by focusing on the patenting activities involving its research personnel in the period 1960-2010.