Metodologie "green" per l'ottenimento di biopolimeri da colture microbiche

Sono stati studiati ed applicati metodi “green” per l’estrazione di poliidrossialcanoati (PHA) da colture microbiche singole (Cupriavidus necator) e miste. Sono stati effettuati esperimenti che prevedono l’utilizzo di surfattanti anionici switchable (SAS) per l’estrazione del polimero, al fine di arrivare ad un protocollo ottimale per l’estrazione di PHB da C.necator che prevede l’uso di NH4 laurato come SAS (100 wt% rispetto al peso dei batteri) per tre ore a 90°C. La sostanza ambifilica agisce distruggendo la membrana cellulare esponendo così i granuli di PHB. Il SAS utilizzato si caratterizza per la possibilità di essere recuperabile tramite aggiunta di CO2 al sistema con una resa del 98%. Per le colture microbiche miste, più refrattarie all’impiego dei surfattanti, sono stati utilizzati dei pre-trattamenti, meccanici e fotocatalitici, al fine di indebolire la membrana batterica. Per il trattamento meccanico sono stati impiegati un omogeneizzatore e un sonicatore ad ultrasuoni; mentre per il trattamento fotocatalitico è stata sperimentata l’azione del nano biossido di titanio (sospensione 1% nano-TiO2) in miscela con i batteri, esposti a radiazioni UV. Dai risultati ottenuti sia il trattamento meccanico che quello fotocatalitico non sono risultati adeguati per i batteri misti. Infine il PHB estratto dalla biomassa batterica è stato purificato con un trattamento fotocatalitico che prevede l’utilizzo di nano-TiO2 1% supportato in tessuti, esposti a luce UV. I risultati di questo post-trattamento mostrano che, anche utilizzando diverse tipologie di tessuto, il PHB viene in parte adsorbito dal tessuto, con la seguente perdita di campione. In conclusione il trattamento del C. necator con i SAS risulta essere un ottimo metodo di estrazione di PHB considerando sia la qualità del polimero estratto sia il riciclo e il riutilizzo del surfattante, mentre per il trattamento delle colture microbiche miste ancora non è stato trovato un protocollo soddisfacente.

Sistemi indossabili per acquisizione e monitoraggio di segnali biomedici

L'elaborato tratterà lo stato della tecnologia nel campo dell'acquisizione e del monitoraggio di segnali fisiologici grazie all'utilizzo di sistemi indossabili. Nel primo capitolo della tesi saranno introdotte le idee e le motivazioni che hanno spinto la ricerca verso una maggiore integrazione tra uomo, tecnologia e qualità della vita. Verranno introdotti poi alcuni dispositivi che spiccano per le loro particolarità e qualità che al meglio rispecchiano la fusione tra ingegneria e medicina. Il secondo capitolo descriverà alcuni dei sensori e in generale le tecnologie utilizzate in questi dispositivi. L'ultima parte della tesi tratterà, attraverso il concetto di mHealth, come questi nuovi strumenti sono e dovrebbero essere regolamentati dagli enti preposti, sottolineando quali vantaggi e svantaggi la direzione che la tecnologia ha intrapreso in questo settore potrà in futuro portare alla salute, alla sanità pubblica e alla qualità della vita.

La crittografia nel sistema di moneta digitale Bitcoin

In questo documento si presenta lo studio degli algoritmi matematici e crittografici su cui si basa il sistema di moneta digitale Bitcoin, in circolazione dal 2009. Bitcoin è un sistema di cripto valuta elettronica peer-to-peer, ideato da un anonimo conosciuto con lo pseudonimo "Satoshi Nakamoto", i cui principi sono descritti in un documento pubblicato nel 2008 ed ora accessibile in rete. L'utilizzo di Bitcoin permette di effettuare transazioni con sicurezza da un soggetto ad un altro e, grazie a una tecnologia peer-to-peer che opera senza alcuna autorità centrale e intermediari quali banche o istituzioni governative, sia la gestione delle operazioni sia l'emissione di denaro sono svolte per mezzo di un protocollo P2P. Nel corso della trattazione si propone un analisi più tecnica del sistema di gestione e creazione dei Bitcoin e degli strumenti crittografici che hanno permesso l'avvento di questa moneta elettronica decentralizzata.

Elaborazione del linguaggio naturale per la costruzione di un motore di ricerca semantico

Questa tesi riguarda la progettazione di un motore di ricerca semantico a partire dalla costruzione di un'ontologia pesata di token, possibile grazie ad un'elaborazione del linguaggio naturale dei testi ed all'utilizzo di altri strumenti per la descrizione dell'intorno semantico dei termini.

Tecniche automatiche di mapping e localizzazione in ambienti indoor

Il mapping di grandezze fisiche risulta estremamente importante, essendo in grado di fornire un adeguato supporto per la localizzazione e il monitoraggio di parametri ambientali sensibili. Nel caso indoor, in assenza di un sistema di localizzazione di riferimento analogo al GPS per il caso outdoor, sfruttando appieno le potenzialità della sensoristica a bordo degli smartphone, si è fatto progressivamente strada il mapping di grandezze fisiche quali, ad esempio, il segnale Wi-Fi e il campo magnetico terrestre. In questo caso il mapping, senza richiedere alcuna infrastruttura e coadiuvato dall'utilizzo di dispositivi portatili largamente diffusi ad uso quotidiano, rappresenta una soluzione relativamente recente ridefinibile come Mobile Crowd Sensing. Il MCS rappresenta un nuovo paradigma di servizio, volto a sfruttare l'interconnettività tra dispositivi portatili per effettuare misurazioni di caratteristiche ambientali in maniera automatizzata, aggregandole in un sistema cloud usufruibile ad una vasta comunità. Tuttavia , il considerevole flusso di dati generato, la variabilità temporale delle grandezze di interesse e il rumore insito nelle misurazioni costituiscono problematiche fondamentali per l'utilizzo e la gestione delle misurazioni effettuate. Per tali motivi l'attività di tesi ha previsto i seguenti obiettivi: (i) fornire una panoramica delle principali tecniche e tecnologie di localizzazione volta a motivare l'importanza del mapping di grandezze fisiche ambientali; (ii) individuazione di grandezze fisiche appetibili per la creazione di mappe affidabili e realizzabili nei contesti applicativi più disparati, sfruttando risorse già presenti nell'ambiente; (iii) sviluppo di un algoritmo statistico in grado di fornire una stima accurata dell'andamento spaziale della grandezza di interesse attraverso un numero limitato di misurazioni, mantenendo la compatibilità con processi MCS e una bassa complessità computazionale. L’algoritmo sviluppato è stato validato attraverso simulazioni e misurazioni svolte in ambienti reali. In particolare, prove sperimentali sono state effettuate nell’arena Vicon nei laboratori DEI dell’Università di Bologna, sede Cesena, concepita dal gruppo di ricerca Casy.

Sistema di controllo ad anello chiuso per eliostati

Tra le numerose tecnologie che impiegano l'energia solare per la produzione di elettricità una tra le più promettenti è quella degli impianti a Central Receiving System (CRS). Tale sistema consiste in un campo di specchi altamente riflettenti, detti eliostati, che concentrano la radiazione solare su una superficie assorbente posizionata in cima a una torre. La quantità di radiazione concentrabile da un sistema CRS, e quindi l'energia effettivamente prodotta, dipende in maniera cruciale dalla precisione del puntamento degli eliostati. I sistemi attualmente disponibili sono in grado di ottenere un'alta effcienza ma necessitano di componenti meccanici ad alto costo, che siano in grado di ottenere precisioni di puntamento molto elevate. Le molte sorgenti di errore presenti nel sistema possono però portare a un decremento significativo di tale efficienza. Alcuni di questi errori (tolleranze meccaniche dell'installazione, agenti atmosferici) possono essere compensati mediante opportuni sistemi di controllo ad anello chiuso. Il risultato è di aumentare il potere di concentrazione dell'impianto, riducendo al contempo i costi, vista la possibilità di utilizzo di componenti meccanici meno precisi. Questa tesi si propone di sviluppare un sistema di controllo a basso costo in retroazione per orientare nello spazio tridimensionale un eliostato. Tale sistema deve essere in grado di soddisfare le specifiche sulla precisione di puntamento fornite dalla modellistica degli impianti CRS. Sono illustrati i metodi per ottenere le quantità necessarie a determinare l'orientazione da misure statiche di accelerazione e campo magnetico.Sono stati esaminati i modelli teorici di accelerometri e magnetometri e le procedure, presenti nella letteratura, per una loro corretta calibrazione. Si sono quindi confrontate le prestazioni delle differenti calibrazioni in una misura con un sensore reale. Si è valutato l'impatto di vari tipi di filtraggio digitale nel diminuire l'incertezza di determinazione degli angoli caratteristici fino ai valori forniti dalle specifiche.

Analisi di attacchi basati su port scanning

Nella tesi vengono presentate le analisi, con le relative considerazioni, di attacchi basati su port scanning, in particolar modo ci si sofferma sull'utilizzo di risorse, come impiego di CPU, di banda, ecc., in relazione alle diverse tecniche adoperate. Gli attacchi sono stati rivolti attraverso l'applicativo Nmap contro una rete di honeypot, gestiti e configurati attraverso il software Honeyd. Inoltre vengono fornite tutta una serie di conoscenze necessarie al lettore, le quali risulteranno essenziali per poter affrontare tutti gli argomenti trattati, senza doversi necessariamente informare da altre fonti.

Modellazione e rendering del lungomare di Riccione mediante Blender

Lo scopo di questa tesi è quello di realizzare un modello tridimensionale del lungomare di Riccione, mediante l'uso di programmi di modellazione, grafica e CAD (computer aided design). Lo scopo è di riprodurre un intero ambiente virtuale che l'utente sia libero di esplorare e in cui possa muoversi in totale libertà. Il possibile utilizzo di un tale progetto è quindi essenzialmente divulgativo o a fini turistici, poiché permette di far conoscere il lungomare di Riccione e di farlo esplorare attivamente dall'utente attraverso il computer comodamente da casa. Questo potrebbe successivamente invogliare gli utenti a visitare dal vivo la città, destando curiosità in merito agli arredi turistici precedentemente osservati in maniera virtuale.

Caratterizzazione di scintillatori organici per la rivelazione di neutroni termici

La rivelazione dei neutroni gioca un ruolo fondamentale sia nel campo della fisica nucleare di base che in diversi ambiti applicativi quali la produzione di energia in reattori a fissione, la sicurezza nazionale alle frontiere, la terapia e la diagnostica mediche. Negli anni passati la rivelazione di neutroni di bassa energia (nell'intervallo termico) si è basata principalmente sull'utilizzo di contatori proporzionali a $^3$He. Il grosso vantaggio di questi strumenti è la loro quasi totale inefficienza nella rivelazione di radiazione elettromagnetica, consentendo una caratterizzazione pulita dei flussi neutronici di bassa energia, anche quando, come spesso succede, sono accompagnati da un intenso fondo di raggi X e raggi gamma. La scarsa disponibilità di $^3$He ed il conseguente incremento del suo costo hanno stimolato, negli ultimi anni, numerosi programmi di sviluppo di nuovi rivelatori per neutroni termici in grado di rimpiazzare i troppo costosi contatori a $^3$He. In questo contesto si sono sviluppati da una parte il progetto ORIONE/HYDE dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), che punta allo sviluppo di scintillatori organici a matrice siliconica in grado di rivelare sia neutroni veloci che termici, dall'altra l'applicazione di tali sviluppi ad attività connesse con il Progetto SPES nell'ambito del PRIN intitolato Sviluppo di Rivelatori e tecniche d'analisi per la sperimentazione con i fasci radioattivi dei Laboratori Nazionali dell'INFN, con particolare riferimento a SPES. All'interno di una matrice scintillante organica (ricca quindi di nuclei di Idrogeno e Carbonio) opportunamente drogata per favorire il processo di scintillazione, viene disperso un ulteriore dopante ad alta sezione d'urto di cattura neutronica (tipicamente $^{10}$B o $^6$Li). Questo scintillatore risulta sensibile alla radiazione neutronica veloce che viene rivelata tramite i processi di urto elastico ed il successivo rinculo dei nuclei che causa l'emissione di luce di scintillazione. Inoltre grazie alle grandi sezioni d'urto dei processi di cattura neutronica da parte del materiale dopante e la successiva emissione di particelle cariche anche la sensibilità ai neutroni di bassa energia (lenti e termici) viene garantita. La matrice utilizzata (polifenil-dimetil silossano) ha ottime proprietà meccaniche e, a differenza di altri materiali utilizzati per la realizzazione di scintillatori per neutroni, non risulta tossica o dannosa per l'ambiente. Inoltre il costo del materiale utilizzato è notevolmente competitivo rispetto alle alternative attualmente in commercio. In questo lavoro di tesi verranno caratterizzati alcuni di questi nuovi scintillatori drogati con $^6$Li. Verrà analizzata la loro risposta in termini di resa di luce quando esposti a flussi di particelle cariche e raggi gamma e a flussi neutronici di bassa energia. I risultati verranno paragonati a quelli ottenuti con uno scintillatore commerciale standard a matrice vetrosa.

Il senso di presenza nelle realtà virtuali vissute tramite HMD: l'interazione e le interfacce

Grazie alla crescente evoluzione tecnologica è oggi possibile, tramite Head Mounted Display (HMD), vivere una realtà virtuale ricca nei dettagli, interattiva ed immersiva. L’avanzamento in questo settore ha infatti portato a una vera e propria rivoluzione, aprendo la possibilità di utilizzare questa tecnologia in molteplici ambiti. L’ostacolo riscontrato è che a un progresso di tale entità non si associa un adeguato aggiornamento e perfezionamento riguardo alle metodologie di interazione con oggetti 3D, dell’utilizzo di interfacce grafiche e del generale design ambientale. La diretta conseguenza di questo mancato aggiornamento è quella di indebolire o addirittura annullare l’effetto presenza dell'HMD, requisito indispensabile che consente all’utente di immergersi sensorialmente nel contesto simulato. L’obiettivo di questo studio consiste nel comprendere cosa è necessario tenere in considerazione e quali regole vanno cambiate per poter mantenere un'alta sensazione di presenza per l'utente all’interno di una realtà virtuale. A questo scopo è stato creato un ambiente virtuale 3D in grado di supportare l'utilizzo di un HMD, l'Oculus Rift, e di diversi dispositivi di input in grado di consentire controllo tramite movimenti naturali, il Razer Hydra ed il Leap Motion, in modo da poter effettuare un'analisi diretta sul livello del fattore presenza percepito nell'effettuare diverse interazioni con l'ambiente virtuale e le interfacce grafiche attraverso questi dispositivi. Questa analisi ha portato all'individuazione di molteplici aspetti in queste tipologie di interazioni e di design di intrefacce utente che, pur essendo di uso comune negli ambienti 3D contemporanei, se vissuti in un contesto di realtà virtuale non risultano più funzionali e indeboliscono il senso di presenza percepito dall'utente. Per ognuno di questi aspetti è stata proposta ed implementata una soluzione alternativa (basata su concetti teorici quali Natural Mapping, Diegesis, Affordance, Flow) in grado di risultare funzionale anche in un contesto di realtà virtuale e di garantire una forte sensazione di presenza all'utente. Il risultato finale di questo studio sono quindi nuovi metodi di design di ambienti virtuali per realtà aumentata. Questi metodi hanno permesso la creazione di un ambiente virtuale 3D pensato per essere vissuto tramite HMD dove l'utente è in grado di utilizzare movimenti naturali per interagire con oggetti 3D ed operare interfacce grafiche.

Risposta della taxocenosi ad Arpacticoidi lungo un gradiente di acidificazione (Castello Aragonese, Ischia)

Recentemente molti studi in ambiente marino sono stati focalizzati sui possibili impatti dovuti alle variazioni del pH degli oceani, causato dall’aumento delle immissioni di CO2 nell’atmosfera. Tra i possibili effetti nocivi, l’acidificazione oceanica può indurre cambiamenti nelle abbondanze e nelle distribuzioni delle engeneer species, con conseguenti ripercussioni sulla fauna associata. Esempio tipico di engeneer species sono le macroalghe che sono capaci di creare, lungo le coste rocciose, habitat diversi a seconda della specie che riesce ad attecchire. Tra le specie animali che dominano in questi habitat troviamo i copepodi Arpacticoidi, piccoli crostacei che svolgono un ruolo chiave all’interno delle reti trofiche. Per questi motivi lo scopo di questo lavoro è valutare possibili effetti dell’acidificazione sulle taxocenosi a copepodi Arpacticoidi associate alle macroalghe. Lo studio è stato svolto ad Ischia, nella zona nei pressi del Castello Aragonese, dove vi sono dei vents di origine vulcanica che emettono CO2 e formano un gradiente naturale di acidificazione lungo un’area di circa 300m, suddivisibile in 3 stazioni a differenti valori medi di pH. L’analisi delle taxocenosi è stata svolta a livello di generi e famiglie di Arpacticoidi, in termini di abbondanze e di struttura di comunità, su differenti specie algali raccolte lungo il gradiente di acidificazione. Mentre non si notano differenze significative per le famiglie, la struttura di comunità analizzata a livello di generi di copepodi Arpacticoidi mostra una suddivisione in due comunità ben distinte, delle quali una appartenente alla stazione acidificata e un'altra alle stazioni di controllo e moderatamente acidificata. Tale suddivisione si conferma anche prendendo in considerazione la diversa complessità strutturale delle alghe. Per quanto riguarda le abbondanze, sia a livello di famiglie che di generi, queste mostrano generalmente valori più elevati nella stazione moderatamente acidificata e valori più bassi nella stazione più acidificata. C’è però da considerare che se non si tiene conto della complessità algale queste differenze sono significative per le famiglie Ectinosomatidae, Thalestridae e per il genere Dactylopusia, mentre, se si tiene conto della complessità algale, vi sono differenze significative per la famiglia Miraciidae e per i generi Amonardia e Dactylopusia. In definitiva questo studio sembrerebbe evidenziare che le taxocenosi a copepodi Arpacticoidi siano influenzate sia dalla differente complessità algale, che dall’acidificazione oceanica. Inoltre mostra che, in prospettiva di studi futuri, potrebbe essere necessario focalizzarsi su specie algali ben definite e su un'analisi tassonomica dei copepodi Arpacticoidi approfondita fino al livello di specie.

Meiofauna associata a macroalghe bentoniche lungo un gradiente di acidificazione (Castello Aragonese, Ischia)

Tra i vari impatti causati dall’aumento costante di CO2 nell’atmosfera troviamo l’acidificazione oceanica. Le conseguenze di questo processo non sono interamente conosciute. Per questo è importante conoscere la risposta all’acidificazione degli organismi marini e degli ecosistemi. Lo scopo di questo lavoro è valutare le conseguenze dell’acidificazione su comunità meiofaunali epifite. Sono stati quindi condotti campionamenti in situ, in una zona acidificata in conseguenza della presenza di vents idrotermali presenti nell’isola di Ischia (Italia). La zona di studio indagata è stata suddivisa in due siti, differenti per esposizione al moto ondoso. All’interno di ciascuna esposizione sono stati individuate tre stazioni, differenti per il grado di acidificazione. Sono stati prelevati campioni di alghe lungo il gradiente di acidificazione con associata la meiofauna e sono stati considerati come substrato secondario. Le alghe sono state analizzate attraverso descrittori della loro complessità mentre gli organismi sono stati contati e classificati a livello di grandi taxa. I descrittori sintetici di ricchezza tassonomica e di abbondanza non presentano valori di correlazione alti con i descrittori di complessità algale. Invece, i risultati ottenuti considerando l’intera comunità mostrano una relazione significativa fra la struttura delle comunità meiofaunali e l’acidificazione e anche con la diversa esposizione al moto ondoso. Infine dalle analisi condotte mediante regressione multipla fra tutti i descrittori algali e la struttura di comunità si nota come i primi non giustificano da soli le variazioni dei popolamenti meiobentonici. In definitiva questi risultati sembrerebbero dimostrare che la struttura delle comunità meiofaunali venga influenzata sia dalla acidificazione che dall’esposizione al moto ondoso oltre che dalla struttura dell’habitat. È tuttavia difficile definire se le variazioni nella struttura di comunità sono dovute ad una azione parallela e sinergica dei fattori considerati (esposizione e gradiente) o se si tratta di un effetto a cascata dove l’acidità influenza le comunità algali che a loro volta strutturano le comunità bentoniche associate. In prospettiva di studi futuri sarebbe quindi interessante condurre uno studio simile prendendo in considerazione le possibili relazioni specie-specifiche intercorrenti tra la struttura delle comunità meiofaunali e le differenti specie algali.

Ingegnerizzazione di RBAC-MAS in TuCSoN

L'obiettivo della tesi è la creazione di un'infrastruttura di tipo RBAC (Role Based Access Control), adibita al controllo degli accessi all'interno del linguaggio di coordinazione TuCSoN. Il punto di partenza si basa sull'analisi del lavoro sviluppato dall'Ing. Galassi: "Modello di sicurezza e controllo di accesso in una infrastruttura di coordinazione: architettura e implementazione". Usando questa come base teorica di partenza, si sono estrapolati i concetti chiave e si è data vita ad un'implementazione funzionante e di semplice utilizzo di RBAC in TuCSoN.

Verifica radioprotezionistica con tecniche Monte Carlo del bunker per radioterapia dell' ASMN-IRCCS di Reggio Emilia

Conoscere con dettaglio il campo di radiazione che si genera nell'utilizzo di un acceleratore lineare di elettroni durante una seduta di radioterapia è essenziale sia per i pazienti sia per gli operatori. L'utilizzo del codice Monte Carlo MCNPX 2.7.0 permette di stimare dati dosimetrici dettagliati in zone dove può essere complicato effettuare misurazioni.Lo scopo di questo lavoro è indagare il comportamento del fascio fotonico prodotto nel bunker di radioterapia dell'ASMN-IRCCS di Reggio Emilia, valutando con precisione in particolare la produzione di fotoneutroni secondari. L'obiettivo è la verifica dell'efficacia delle barriere offerte dalla struttura tenendo in considerazione anche il canale di penetrazione degli impianti di servizio che costituisce un punto di fuga per le radiazioni.

Il processo di compostaggio - studio di un metodo alternativo di screening e valutazione del compost

Il processo di compostaggio è il metodo più antico ed al tempo stesso innovativo di trasformazione dei rifiuti. La trasformazione in impianti di compostaggio industriale ricrea lo stesso processo semplice ma in scala maggiore processando molte tonnellate/anno di rifiuto con particolare riguardo a quello proveniente da raccolta differenziata. Il presente elaborato, oltre ad illustrare le nuove tecnologie di produzione nelle realtà locali della zona Romagnola, ha inteso indagare un aspetto alternativo ed innovativo di valutazione del compost. A supporto di quanto già previsto alla specifica normativa di settore e nell'ottica dell'ottimizzazione del processo, è stata valutata la possibilità di uso della tecnica analitica di microestrazione in fase solida (SPME) e della tecnica strumentale con naso elettronico. Si è inteso verificare anche come l'utilizzo di carbone vegetale, aggiunto alla fase di maturazione, possa apportare un contributo significativo nel controllo delle emissioni odorigene, problematica diffusa nelle aree limitrofe ad impianti di compostaggio. L'utilizzo delle tecniche di estrazione in fase solida (SPME) ha dimostrato che durante il processo le componenti odorigene tendono a ridursi notevolmente modificandosi in modo apprezzabile e valutabile mediante analisi GC-MS. L'aggiunta di carbone vegetale alla fase di maturazione contribuisce alla riduzione delle emissioni odorigene. I risultati ottenuti evidenziano come l'utilizzo dei sistemi proposti possa portare ad un'economicità qualora si riscontrassero tempi di maturazione variabili per le tipologie di materiale trattato, riducendo così i tempi di permanenza nei tunnel di maturazione e come le tecniche SPME e naso elettronico possano essere accoppiate per ottenere risultati complementari così da costruire un'informazione complessiva completa. Possibili sviluppi dello studio potrebbero essere improntati alla verifica puntuale del grado di maturazione in relazione alla tipologia del materiale in ingresso ed alla stagionalità nonché all'utilizzo di tali tecniche ad altre matrici e nell'ambito dell'individuazione della presenza di composti indesiderati in matrici ambientali.