Microphysiological systems: Nuove piattaforme di coltura cellulare per applicazioni di interesse biomedico

In questo elaborato verranno presentati le finalità, gli sviluppi e le prospettive future di una tipologia di coltura cellulare, ovvero dei microphysiological systems - MPS (o organs-on-chips), nuovi microdispositivi atti a riprodorre il più fedelmente possibile le condizioni fisiologiche adatte per la crescita e il mantenimento di strutture cellulari complesse. Verranno quindi inizialmente descritte le specifiche di base di questi dispositivi, sottolineandone l'innovatività dal punto di vista tecnologico e funzionale. Grazie agli MPS è infatti stato possibile intraprendere studi per una migliore comprensione del comportamento in condizioni dinamiche di una vasta gamma di tessuti, e la risposta di questi a stimoli chimici e fisici, rappresentativi di condizioni fisiologiche o patologiche, aprendo così le porte a nuovi standard per la sperimentazione clinica. Verrà quindi proposto un caso di studio, che riguarda l'applicazione di quanto sopra all'ambito cardiocircolatorio, prendendo in esame un modello di heart-on-a-chip, descrivendolo in tutte le fasi della sua realizzazione e infine discutendo uno studio riguardante la risposta delle cellule del muscolo cardiaco a un trattamento farmacologico.

Applicazioni ibride a confronto con web app e native

Il lavoro di questa tesi si basa sul definire quale metodo di programmazione di un'applicazione mobile risulti più idoneo per uno specifico ambiente di sviluppo web, che verrà introdotto nel terzo capitolo. In primis, questa dissertazione presenterà il mondo del mobile, analizzando il suo sviluppo tecnologico nel tempo e come, a causa di ciò, siano cambiati gli usi e i costumi delle attuali generazioni, riportando alcuni grafici che ci mostreranno questa rivoluzione e comparando la diffusione e l’uso odierno dei nuovi cellulari con quella dei PC. A tal proposito, verrà introdotto il concetto di smartphone, inteso come moderno cellulare dalle tantissime ed ampliabili funzionalità che rendono ormai indispensabile il suo utilizzo.

Un web service per applicazioni di gamification degli itinerari turistici

La gamification e il marketing di prossimità si stanno affermando come strategie sempre più efficaci per attrarre e fidelizzare il pubblico grazie anche alla grande diffusione degli smartphone che sono ormai alla portata di tutti e all'avanzamento tecnologico degli ultimi anni. Diversi studi ne testimoniano l'importanza e mostrano come le risposte dei consumatori all'utilizzo di queste tecniche siano molto positive, prestando attenzione però a non violare la privacy facendo uso improprio o non esplicitato della posizione dell'utente. La tesi propone un nuovo strumento che applica questi concetti al turismo trasformando gli itinerari in percorsi a premi, che sono interamente stabiliti dagli operatori. Così si associa a quella che sarebbe una classica visita a luoghi e monumenti un momento divertente di gioco che in più offre vantaggi economici.

Applicazioni di tecnologie IoT e wearable alla domotica: un caso di studio

Oggigiorno milioni di persone fanno uso di Internet per gli utilizzi più disparati: dalla ricerca di informazioni sul Web al gioco online; dall'invio e ricezione di email all'uso di applicazioni social e tante altre attività. Mentre milioni di dispositivi ci offrono queste possibilità, un grande passo in avanti sta avvenendo in relazione all'uso di Internet come una piattaforma globale che permetta a oggetti di tutti i giorni di coordinarsi e comunicare tra di loro. È in quest'ottica che nasce Internet of Things, l'Internet delle cose, dove un piccolo oggetto come un braccialetto può avere un grande impatto nel campo medico per il monitoraggio da remoto di parametri vitali o per la localizzazione di pazienti e personale e l'effettuazione di diagnosi da remoto; dove un semplice sensore ad infrarosso può allertarci a distanza di una presenza non autorizzata all'interno della nostra abitazione; dove un'autovettura è in grado di leggere i dati dai sensori distribuiti sulla strada. Questa tesi vuole ripercorrere gli aspetti fondamentali di Internet of Things, dai sistemi embedded fino alla loro applicazione nella vita odierna, illustrando infine un progetto che mostra come alcune tecnologie IoT e wearable possano integrarsi nella domotica, come per esempio l'utilizzo di uno smartwatch, come Apple Watch, per il controllo dell'abitazione.

Sviluppo applicazione mobile del gioco del Mahjong

L’obiettivo di questa tesi è la trasposizione del gioco da tavolo “Mahjong” su un’applicazione mobile. Essa è sviluppata in Android, ma l’idea è quella di estenderla anche alle altre piattaforme. Col passare del tempo il Mahjong si è diffuso in molti paesi e per questo ne sono nate molte varianti. In questo caso si adotta il regolamento ravennate 200-400, opportunamente modificato per adattarlo all’applicazione. Il nome dell’applicativo nasce dal fatto che esso dovrà gestire un numero molto elevato di lingue e che nessuno ha ancora sviluppato un gioco multiplayer sul Mahjong, per cui sarà il primo a livello mondiale. Nell’applicazione un utente dovrà creare il tavolo di gioco e solo allora gli altri potranno visualizzarlo. Dopo che tutti si saranno seduti, chiunque potrà chiedere di iniziare una partita, che comincerà non appena tutti avranno accettato la richiesta. È stato progettato un database, in modo da salvare lo stato attuale di tutti i tavoli. Le informazioni sullo stato di ogni partita, invece, sono salvate in un file diverso per ciascuna. L’architettura utilizzata per lo sviluppo dell’applicativo è del tipo client-server. Per la parte server dell’applicazione si è scelto di usare il linguaggio java, utilizzando le socket e instaurando connessioni SSL. Il server utilizza inoltre connessioni non persistenti. Tutte le richieste inviate e ricevute dal server sono create in un formato adatto all'interscambio di dati fra applicazioni client-server, chiamato JSON. Nel server si è creato, inoltre, un servizio di “caching” delle partite, in modo da incrementare le prestazioni e la velocità di elaborazione delle richieste. Per connettere in modo corretto il server al database si utilizza JDBC.

Interfaccia utente in applicazione mobile con analisi dell'usability, dei workflow e del contesto operativo dell'utente

In questo lavoro di tesi verrà presentato un applicativo, sviluppato con l’azienda EBWorld, per dispositivi con sistema operativo Android. L’applicazione ha come destinatari i tecnici e gli operatori sul campo di aziende clienti di EBWorld. Nel dispositivo vengono caricati i dati estratti dal database (porzioni di mappe e informazioni ad esse correlate) che vengono lette e mostrate nello schermo. Le funzionalità fornite sono: utilizzo dello strumento trail, per effettuare misurazioni; creazione di progetti all’interno delle esportazioni; inserimento di sketch, definiti in accordo con l’azienda, all’interno dei progetti; selezione degli sketch e delle informazioni estratte dal database e visualizzazione delle relative informazioni / proprietà; eliminazione di sketch inseriti. È stato effettuato uno studio di progettazione dell’interfaccia per offrire un’ottima usabilità anche in situazioni critiche.

Applicazione mobile per l'organizzazione aziendale e il timetracking

Obiettivo dell'elaborato di tesi è il comprendere l'organizzazione di un azienda tipo al fine di ottimizzarla e renderla più efficiente. Per raggiungere questo obiettivo è stato progettato un sistema client server che prende in gestione le commissioni di un’azienda. Il sistema permette la suddivisione del lavoro, i progetti sono formati da moduli e i moduli composti da attività. C’è un capo progetto e un responsabile per ogni modulo secondo la gerarchia aziendale. Ogni qualvolta un impiegato effettua una mansione per un’attività segnala le ore svolte attraverso un report, costituendo così il timetracking. Il sistema è stato sviluppato per dispositivi Android.

Un'infrastruttura distribuita per l'acquisizione e la visualizzazione interattiva dei dati dell'LHC

Questo progetto di tesi è lo sviluppo di un sistema distribuito di acquisizione e visualizzazione interattiva di dati. Tale sistema è utilizzato al CERN (Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare) al fine di raccogliere i dati relativi al funzionamento dell'LHC (Large Hadron Collider, infrastruttura ove avvengono la maggior parte degli esperimenti condotti al CERN) e renderli disponibili al pubblico in tempo reale tramite una dashboard web user-friendly. L'infrastruttura sviluppata è basata su di un prototipo progettato ed implementato al CERN nel 2013. Questo prototipo è nato perché, dato che negli ultimi anni il CERN è diventato sempre più popolare presso il grande pubblico, si è sentita la necessità di rendere disponibili in tempo reale, ad un numero sempre maggiore di utenti esterni allo staff tecnico-scientifico, i dati relativi agli esperimenti effettuati e all'andamento dell'LHC. Le problematiche da affrontare per realizzare ciò riguardano sia i produttori dei dati, ovvero i dispositivi dell'LHC, sia i consumatori degli stessi, ovvero i client che vogliono accedere ai dati. Da un lato, i dispositivi di cui vogliamo esporre i dati sono sistemi critici che non devono essere sovraccaricati di richieste, che risiedono in una rete protetta ad accesso limitato ed utilizzano protocolli di comunicazione e formati dati eterogenei. Dall'altro lato, è necessario che l'accesso ai dati da parte degli utenti possa avvenire tramite un'interfaccia web (o dashboard web) ricca, interattiva, ma contemporaneamente semplice e leggera, fruibile anche da dispositivi mobili. Il sistema da noi sviluppato apporta miglioramenti significativi rispetto alle soluzioni precedentemente proposte per affrontare i problemi suddetti. In particolare presenta un'interfaccia utente costituita da diversi widget configurabili, riuitilizzabili che permettono di esportare i dati sia presentati graficamente sia in formato "machine readable". Un'alta novità introdotta è l'architettura dell'infrastruttura da noi sviluppata. Essa, dato che è basata su Hazelcast, è un'infrastruttura distribuita modulare e scalabile orizzontalmente. È infatti possibile inserire o rimuovere agenti per interfacciarsi con i dispositivi dell'LHC e web server per interfacciarsi con gli utenti in modo del tutto trasparente al sistema. Oltre a queste nuove funzionalità e possbilità, il nostro sistema, come si può leggere nella trattazione, fornisce molteplici spunti per interessanti sviluppi futuri.

Localizzazione e tracking tramite filtri statistici in sistemi multi antenna

Uno dei temi più recenti nel campo delle telecomunicazioni è l'IoT. Tale termine viene utilizzato per rappresentare uno scenario nel quale non solo le persone, con i propri dispositivi personali, ma anche gli oggetti che le circondano saranno connessi alla rete con lo scopo di scambiarsi informazioni di diversa natura. Il numero sempre più crescente di dispositivi connessi in rete, porterà ad una richiesta maggiore in termini di capacità di canale e velocità di trasmissione. La risposta tecnologica a tali esigenze sarà data dall’avvento del 5G, le cui tecnologie chiave saranno: massive MIMO, small cells e l'utilizzo di onde millimetriche. Nel corso del tempo la crescita delle vendite di smartphone e di dispositivi mobili in grado di sfruttare la localizzazione per ottenere servizi, ha fatto sì che la ricerca in questo campo aumentasse esponenzialmente. L'informazione sulla posizione viene utilizzata infatti in differenti ambiti, si passa dalla tradizionale navigazione verso la meta desiderata al geomarketing, dai servizi legati alle chiamate di emergenza a quelli di logistica indoor per industrie. Data quindi l'importanza del processo di positioning, l'obiettivo di questa tesi è quello di ottenere la stima sulla posizione e sulla traiettoria percorsa da un utente che si muove in un ambiente indoor, sfruttando l'infrastruttura dedicata alla comunicazione che verrà a crearsi con l'avvento del 5G, permettendo quindi un abbattimento dei costi. Per fare ciò è stato implementato un algoritmo basato sui filtri EKF, nel quale il sistema analizzato presenta in ricezione un array di antenne, mentre in trasmissione è stato effettuato un confronto tra due casi: singola antenna ed array. Lo studio di entrambe le situazioni permette di evidenziare, quindi, i vantaggi ottenuti dall’utilizzo di sistemi multi antenna. Inoltre sono stati analizzati altri elementi chiave che determinano la precisione, quali geometria del sistema, posizionamento del ricevitore e frequenza operativa.

Progetto di un sistema per la trasmissione wireless di potenza in campo vicino a dispositivi impiantabili

I dispositivi impiantabili stanno acquisendo grande importanza nell’ambito delle applicazioni biomedicali, ciò è dovuto principalmente alla loro attitudine nell’adempiere funzioni di stimolazione, monitoraggio su organi interni e di comunicazione di segnali vitali al mondo esterno. La comunità scientifica, in particolare, concentra la sua attenzione sulle tecniche di alimentazione di tali dispositivi. Le batterie al litio hanno rappresentato, fino a qualche tempo fa, la sorgente di alimentazione primaria. Il bisogno crescente di minimizzare le dimensioni di questi dispositivi e migliorare la qualità di vita del paziente (evitare successive operazioni chirurgiche, rischi e infezioni a causa dei cavi percutanei), ha spinto nella ricerca di nuove soluzioni. Una di queste è rappresentata dalla Wireless Power Transfer (WPT). In questo lavoro di tesi, è stato proposto un sistema di alimentazione wireless transcutaneo. Il sistema sfrutta il principio dell’accoppiamento induttivo risonante, che consiste nella trasmissione di energia in campo vicino tra due risuonatori magneticamente accoppiati. Al fine di acquisire la massima efficienza, sono state effettuate operazioni di ottimizzazione geometrica sul trasmettitore e di adattamento sul modello circuitale. I software CST e LTspice hanno reso possibile le simulazioni sul sistema dal punto di vista elettromagnetico e circuitale. Gli sviluppi futuri prevedono di convalidare i risultati ottenuti realizzando prove “in vitro”.

Bluetooth per TuCSoN mobile: panorama tecnologico ed esperimenti

La tesi analizza lo stack di comunicazione Bluetooth e le possibili estensioni di TuCSoN per permettere il suo utilizzo. Come risultato di questo lavoro, sono state realizzate delle librerie software che permettono lo scambio di messaggi tra TuCSoN su Android e dispositivi Bluetooth.

The use of mobile single-sided NMR for the diagnosis of osteoporosis: a preliminary study

Una nuova ed originale tecnica è stata messa a punto, finalizzata alla realizzazione di una procedura per la diagnosi dell’osteoporosi, mediante l’utilizzo di scanner low field single-sided NMR. Tre differenti scanner (NMR MOLE, MOUSE PM 10 e MOUSE PM5) sono stati usati per determinare il Bone Volume-to-Total Volume ratio (BV/TV), parametro che fornisce indicazioni sulla microstruttura dell’osso. I risultati sono stati confrontati con le analisi micro-CT. Gli esperimenti sono stati condotti nel Lab. NMR del dipartimento DIFA di UNIBO e nel Lab. NMR della Victoria University di Wellington (NZ), durante un periodo di visita di cinque mesi, supportato da una borsa di studio della “Facoltà di Scienze” di UNIBO. Le analisi micro-CT sono state condotte presso il Lab. di Tecnologie Mediche dell’Istituto Ortopedico Rizzoli, Bologna. La ricerca è stata parzialmente finanziata dalla “Fondazione del Monte di Bologna e Ravenna”. La caratterizzazione dell’osso trabecolare di campioni animali e dei tessuti che lo circondano (come cartilagine e muscolo) è stata condotta tramite mappe di correlazione T1-T2 e D-T2 , dove T1 e T2 sono, rispettivamente, il tempo di rilassamento longitudinale e trasversale del nucleo 1H, e D è il coefficiente di autodiffusione molecolare. E’ stata sviluppata una sequenza di impulsi (Diffusion-Weighted T1-T2) per ottenere mappe T1-T2 pesate in diffusione. I risultati hanno consentito di mettere a punto una procedura che elimina il segnale NMR proveniente da cartilagine e muscolo, rendendo più realistico lo scenario di applicazione in-vivo. I tre diversi dispositivi NMR hanno dato risultati consistenti tra loro e con le immagini micro-CT. L’intera catena di esperimenti condotti ha mostrato che dispositivi NMR single-sided possono essere usati per valutare il BV/TV di ossa trabecolari, con il vantaggio di essere portatili, a basso costo e non invasivi, permettendo campagne di screening della popolazione a rischio osteoporosi.

Elaborazioni complesse server side multipiattaforma

Poiché nell’ultimo decennio i dispositivi mobile assumono un ruolo sempre più determinante nello svolgimento della vita stessa, nel corso del tempo si sono ricercate e sviluppate app per facilitare le più svariate operazioni quotidiane. Visto la vastità del mercato degli smartphone, nel tempo sono stati sviluppati vari sistemi operativi in grado di governare queste piattaforme. Per una azienda, tuttavia, gestire i costi di implementazione di una stessa app in ambienti differenti risulta più oneroso che gestire i costi di una sola in grado di operare nei diversi sistemi operativi. Quest’ultimo tipo di app viene comunemente denominato app multipiattaforma. Un modo per implementare questo genere di applicazioni vede come strumento di utilizzo Visual Studio, noto IDE. Nel caso specifico Visual Studio ha integrato il progetto Apache Cordova per le creazione di applicativi multipiattaforma. In questo elaborato di tesi tramite i due strumenti appena introdotti si sono sviluppate due differenti app, al fine di valutarne le performance in termini di tempo. La prima app propone la risoluzione di un noto problema di calcolo combinatorio conosciuto con il nome di Knapsack, ovvero il problema dello zaino. La seconda cerca invece di digitalizzare una semplice espressione matematica contenuta in un’immagine e di fornirne quindi il risultato. Dai dati ottenuti si possono operare confronti per determinare la validità dello strumento di sviluppo, mettendo in luce anche possibili evoluzioni di queste due app.

Posizionamento Indoor tramite lo studio della pressione atmosferica

La diffusione e l'evoluzione degli smartphone hanno permesso una rapida espansione delle informazioni che e possibile raccogliere tramite i sensori dei dispositivi, per creare nuovi servizi per gli utenti o potenziare considerevolmente quelli gia esistenti, come ad esempio quelli di emergenza. In questo lavoro viene esplorata la capacita dei dispositivi mobili di fornire, tramite il calcolo dell'altitudine possibile grazie alla presenza del sensore barometrico all'interno di sempre piu dispositivi, il piano dell'edificio in cui si trova l'utente, attraverso l'analisi di varie metodologie con enfasi sulle problematiche dello stazionamento a lungo termine. Tra le metodologie vengono anche considerati sistemi aventi accesso ad una informazione proveniente da un dispositivo esterno e ad una loro versione corretta del problema dei differenti hardware relativi ai sensori. Inoltre viene proposto un algoritmo che, sulla base delle sole informazioni raccolte dal sensore barometrico interno, ha obbiettivo di limitare l'errore generato dalla naturale evoluzione della pressione atmosferica durante l'arco della giornata, distinguendo con buona precisione uno spostamento verticale quale un movimento tra piani, da un cambiamento dovuto ad agenti, quali quelli atmosferici, sulla pressione. I risultati ottenuti dalle metodologie e loro combinazioni analizzate vengono mostrati sia per singolo campionamento, permettendo di confrontare vantaggi e svantaggi dei singoli metodi in situazioni specifiche, sia aggregati in casi d'uso di possibili utenti aventi diverse necessita di stazionamento all'interno di un edificio.

Google Translate e Microsoft Translator - Valutazione di due applicazioni per la traduzione automatica del parlato e analisi di una tecnologia in evoluzione.

This work focuses on Machine Translation (MT) and Speech-to-Speech Translation, two emerging technologies that allow users to automatically translate written and spoken texts. The first part of this work provides a theoretical framework for the evaluation of Google Translate and Microsoft Translator, which is at the core of this study. Chapter one focuses on Machine Translation, providing a definition of this technology and glimpses of its history. In this chapter we will also learn how MT works, who uses it, for what purpose, what its pros and cons are, and how machine translation quality can be defined and assessed. Chapter two deals with Speech-to-Speech Translation by focusing on its history, characteristics and operation, potential uses and limits deriving from the intrinsic difficulty of translating spoken language. After describing the future prospects for SST, the final part of this chapter focuses on the quality assessment of Speech-to-Speech Translation applications. The last part of this dissertation describes the evaluation test carried out on Google Translate and Microsoft Translator, two mobile translation apps also providing a Speech-to-Speech Translation service. Chapter three illustrates the objectives, the research questions, the participants, the methodology and the elaboration of the questionnaires used to collect data. The collected data and the results of the evaluation of the automatic speech recognition subsystem and the language translation subsystem are presented in chapter four and finally analysed and compared in chapter five, which provides a general description of the performance of the evaluated apps and possible explanations for each set of results. In the final part of this work suggestions are made for future research and reflections on the usability and usefulness of the evaluated translation apps are provided.