Reti neuronali artificiali e composizione musicale

Presentazione generale delle reti neuronali e descrizione della loro evoluzione. Introduzione al connessionismo e studio di tre casi di applicazione delle reti neuronali per la composizione musicale.

Sperimentazione di algoritmi di localizzazione per sorgenti acustiche

L'obiettivo di questo elaborato è quello di realizzare un sistema di acquisizione real-time e low cost, in grado di stimare la posizione di una sorgente sonora. Per acquisizione real-time si intende un sistema in grado di seguire gli spostamenti della sorgente audio nell'ambiente, limitando il più possibile i tempi di latenza fra un'acquisizione e l'altra. A tal fine si sfrutteranno due coppie di microfoni, che concorrereranno in maniera sequenziale alla stima dell'angolo di arrivo del suono (e quindi della retta su cui giace il punto di provenienza del suono). Combinando i dati raccolti dai quattro microfoni sarà dunque possibile risalire alla posizione di provenienza della sorgente sonora. Il software (implementato in MATLAB) verrà ampiamente discusso nei seguenti capitoli, il suo scopo sarà quello di gestire l'acquisizione dati, garantire il funzionamento real-time e fornire una stima di posizione della sorgente sonora, mostrando il relativo errore commesso durante la misura, nel caso in cui si conosca a priori la posizione della sorgente.

Reti wi-fi e sicurezza

Descrizione dei vari standard 802.11 e della loro evoluzione, analisi dei protocolli di sicurezza e possibili attacchi alle reti wireless.

Emergency direct: studio e implementazione di un'applicazione android per disseminazione di messaggi d'allarme in reti spontanee

In questa tesi inizialmente ci si è occupati di definire ed approfondire le caratteristiche della tecnologia Wi-Fi Direct, illustrandone il funzionamento, l’architettura e gli scenari di utilizzo. Successivamente è stata sviluppata un’applicazione basata su tale tecnologia, con lo scopo di fornire un servizio di disseminazione di messaggi d’aiuto in situazioni di emergenza o di catastrofi naturali, nelle quali la rete cellulare viene inevitabilmente meno. In queste occasioni c’è il bisogno di avere uno strumento che permetta di comunicare in maniera facile, veloce e che sia alla portata di tutti. Caratteristiche e qualità proprie di uno smartphone, dispositivo che oggigiorno è presente nelle tasche di ognuno di noi. L’obiettivo finale infatti, sarebbe quello di creare un applicativo che possa idealmente essere preinstallato in ogni nostro dispositivo, un servizio che sia diffuso, compreso ed utilizzabile istantaneamente da tutti, in modo tale da essere una sicurezza e un aiuto di vitale importanza in situazioni di pericolo. Per lo sviluppo di una tale applicazione ci si è basati sul sistema operativo Android, che è il più diffuso tra gli utenti di tutto il mondo. Nel primo capitolo ci si è occupati di di presentare ed approfondire la tecnologia Wi-Fi Direct, definendone gli ambiti generali di utilizzo e le problematiche che vengono affrontate. Nel secondo capitolo si prosegue con la presentazione della tecnologia in ambiente Android, descrivendo le API fornite da Google per l’utilizzo del servizio in questione. Nel terzo capitolo, dopo un’analisi dei progetti che coinvolgono tale tecnologia, viene illustrata l’applicazione creata, le sue funzionalità e caratteristiche ed eventuali casi d’uso. Nel quarto capitolo è stata inserita la parte più tecnica, dove illustro i problemi incontrati e le modalità di risoluzione degli stessi, insieme alle strutture ed agli oggetti messi a disposizione da Java che sono stati utilizzati. Infine nel capitolo conclusivo è stato fatto un riepilogo del lavoro svolto, indicando le difficoltà incontrate ed eventuali possibili miglioramenti e sviluppi futuri del mio progetto.

Decision making nella robotica collettiva

Nel testo viene esposta la presa di decisione nella robotica collettiva, cioè il comportamento collettivo esibito dagli animali sociali in sciame migrato in un gruppo di robot. Questa tesi si prefigge di analizzare come un insieme di individui, all'interno di un gruppo, possano giungere tutti ad avere una stessa opinione comune, o come essi siano in grado di dividersi autonomamente il lavoro senza alcun bisogno di controllo centrale. Inizialmente, viene introdotta la robotica collettiva, esponendone origini, caratteristiche e ambiti di ricerca. Viene in seguito presentato il collective decision making, all'interno del comportamento collettivo generale, esponendone le origini biologiche fino ai primi esperimenti su dei semplici robot. Vengono poi analizzati i due aspetti del decision making, vale a dire il raggiungimento del consenso e la suddivisione del lavoro. Per entrambi gli argomenti, sono presentati studi sia di carattere biologico che robotico, allo scopo di trarne similitudini e differenze e realizzare una valida analisi critica. Infine, vengono esposti i possibili sviluppi del comportamento e della robotica collettiva, mostrando possibili scenari di utilizzo futuro e gli attuali limiti allo sviluppo.

Punti impropri nella robotica mobile

Negli ultimi decenni molti autori hanno affrontato varie sfide per quanto riguarda la navigazione autonoma di robot e sono state proposte diverse soluzioni per superare le difficoltà di piattaforme di navigazioni intelligenti. Con questo elaborato vogliamo ricercare gli obiettivi principali della navigazione di robot e tra questi andiamo ad approfondire la stima della posa di un robot o di un veicolo autonomo. La maggior parte dei metodi proposti si basa sul rilevamento del punto di fuga che ricopre un ruolo importante in questo campo. Abbiamo analizzato alcune tecniche che stimassero la posizione del robot in primo luogo nell’ambiente interno e presentiamo in particolare un metodo che risale al punto di fuga basato sulla trasformata di Hough e sul raggruppamento K-means. In secondo luogo presentiamo una descrizione generale di alcuni aspetti della navigazione su strade e su ambienti pedonali.

Proof of concept di una mano ad azionamento bilaterale per l'impiego nei settori della Robotica e della Protesica.

A partire dal concept ideato dall’ing. Emanuele Gruppioni, ricercatore presso il Centro Protesi stesso, l’obiettivo del lavoro è rappresentato dallo studio di fattibilità, dalla realizzazione e dalla messa in opera della suddetta mano, che presenta come caratteristica peculiare e innovativa un azionamento bilaterale che le consente di essere ambidestra. Questo azionamento è attuato da due cavi posti in ogni dito, che grazie all’azione dei motori inseriti nel palmo vengono riavvolti su delle pulegge consentendo la flessione delle dita in una direzione o nell’altra, in una struttura di mano nella quale non sono quindi individuabili a priori le tipiche ragioni palmare e dorsale. Questo tipo di azionamento in futuro potrebbe essere rielaborato nell’ottica di avere un’unica protesi di mano che possa essere utilizzata sia da pazienti destrimani sia mancini, o, in alternativa, di avere un dispositivo protesico che ampli le funzionalità di presa rispetto alla mano umana.

DTN discovery and routing: from space applications to terrestrial networks.

L'argomento di questa tesi è l'architettura di rete Delay-/Disruption-Tolerant Networking (DTN), progettata per operare nelle reti “challenged”, dove la suite di protocolli TCP/IP risulta inefficace a causa di lunghi ritardi di propagazione del segnale, interruzioni e disturbi di canale, ecc. Esempi di reti “challenged” variano dalle reti interplanetarie alle Mobile Ad-Hoc Networks (MANETs). Le principali implementazioni dell'architettura DTN sono DTN2, implementazione di riferimento, e ION, sviluppata da NASA JPL per applicazioni spaziali. Una grande differenza tra reti spaziali e terrestri è che nello spazio i movimenti dei nodi sono deterministici, mentre non lo sono per i nodi mobili terrestri, i quali generalmente non conoscono la topologia della rete. Questo ha portato allo sviluppo di diversi algoritmi di routing: deterministici per le reti spaziali e opportunistici per quelle terrestri. NASA JPL ha recentemente deciso di estendere l'ambito di applicazione di ION per supportare anche scenari non deterministici. Durante la tesi, svolta presso NASA JPL, mi sono occupato di argomenti diversi, tutti finalizzati a questo obiettivo. Inizialmente ho testato la nuova implementazione dell'algoritmo IP Neighbor Discovery (IPND) di ION, corretti i bug e prodotta la documentazione ufficiale. Quindi ho contribuito ad integrare il Contact Graph Routing (CGR) di ION nel simulatore DTN “ONE” utilizzando la Java Native Interface (JNI) come ponte tra il codice Java di ONE e il codice C di ION. In particolare ho adattato tutte le librerie di ION necessarie per far funzionare CGR all'interno dell'ambiente di ONE. Infine, dopo aver analizzato un dataset di tracce reali di nodi mobili, ho contribuito a progettare e a sviluppare OCGR, estensione opportunistica del CGR, quindi ne ho curato l'integrazione in ONE. I risultati preliminari sembrano confermare la validità di OCGR che, una volta messo a punto, può diventare un valido concorrente ai più rinomati algoritmi opportunistici.

Valutazione del rischio sismico e idrogeologico nelle reti di distribuzione acqua e attuazione dei possibili interventi

L’obbiettivo ultimo di questo elaborato è quello di valutare il rischio per un evento sismico e un evento idrogeologico di tre reti di condotte per la distribuzione dell’acqua, per poter assegnare ai vari gradi di rischio un opportuno intervento. Le condotte delle reti sono identificate con: ID, materiale, pressione nominale, diametro nominale, portata, spessore, tipologia di giunti, rivestimento, protezione catodica, anno di posa, collocazione. Noti i dati, si possono calcolare le classi dei fattori vulnerabilità, esposizione e pericolosità, relativa ad ogni singola condotta e all’intera rete. La vulnerabilità valuta i fattori di suscettibilità e resilienza di una condotta, l’esposizione valuta i costi ad essa associati e la pericolosità valuta la possibilità degli eventi scelti in base alla collocazione fisica della condotta. Le classi sono successivamente combinate per conoscere il rischio della condotta rispetto l’intera rete. Valutato il livello di rischio abbinato al livello di vulnerabilità della condotta, si ottiene l’intervento opportuno per la condotta analizzata.

Algoritmi per la correzione di distorsioni in immagini

Studio, analisi ed implementazione di algoritmi esistenti per la correzione di distorsioni in immagini, con introduzione delle semplificazioni necessarie per la sua realizzazione in dispositivi embedded. Introduzione di nuovi metodi di semplificazione. Calibrazione di una telecamera o un sistema di telecamere stereo con lenti wide angle o fisheye tramite opencv.

Metodi di map-matching per l'identificazione degli itinerari dei ciclisti

Negli ultimi anni si è assistito al considerevole aumento della disponibilità di dati GPS e della loro precisione, dovuto alla diffusione e all’evoluzione tecnologica di smartphone e di applicazioni di localizzazione. Il processo di map-matching consiste nell’integrare tali dati - solitamente una lista ordinata di punti, identificati tramite coordinate geografiche ricavate mediante un sistema di localizzazione, come il GPS - con le reti disponibili; nell’ambito dell’ingegneria dei trasporti, l’obiettivo è di identificare il percorso realmente scelto dall’utente per lo spostamento. Il presente lavoro si propone l’obiettivo di studiare alcune metodologie di map-matching per l’identificazione degli itinerari degli utenti, in particolare della mobilità ciclabile. Nel primo capitolo è esposto il funzionamento dei sistemi di posizionamento e in particolare del sistema GPS: ne sono discusse le caratteristiche, la suddivisione nei vari segmenti, gli errori di misurazione e la cartografia di riferimento. Nel secondo capitolo sono presentati i vari aspetti del procedimento di map-matching, le sue principali applicazioni e alcune possibili classificazioni degli algoritmi di map-matching sviluppati in letteratura. Nel terzo capitolo è esposto lo studio eseguito su diversi algoritmi di map-matching, che sono stati testati su un database di spostamenti di ciclisti nell’area urbana di Bologna, registrati tramite i loro smartphone sotto forma di punti GPS, e sulla relativa rete. Si analizzano altresì i risultati ottenuti in un secondo ambiente di testing, predisposto nell’area urbana di Catania, dove sono state registrate in modo analogo alcune tracce di prova, e utilizzata la relativa rete. La comparazione degli algoritmi è eseguita graficamente e attraverso degli indicatori. Vengono inoltre proposti e valutati due algoritmi che forniscono un aggiornamento di quelli analizzati, al fine di migliorarne le prestazioni in termini di accuratezza dei risultati e di costo computazionale.

Determinazione e analisi del rischio sismico e idrogeologico nelle reti di distribuzione acqua

In questo elaborato si è focalizzata l’attenzione sulla determinazione del rischio simico e idrogeologico per una rete di distribuzione acqua. Partendo dalle caratteristiche di ogni singolo elemento si sono valutati la vulnerabilità, l’esposizione e la pericolosità per ogni condotta. In conclusione si è analizzato il rischio al fine di individuare quegli elementi maggiormente compromessi su cui concentrare l’attenzione per possibili interventi futuri.

Analisi di serie temporali riguardanti dati energetici mediante architetture neurali profonde

Il presente lavoro di tesi riguarda lo studio e l'impiego di architetture neurali profonde (nello specifico stacked denoising auto-encoder) per la definizione di un modello previsionale di serie temporali. Il modello implementato è stato applicato a dati industriali riguardanti un impianto fotovoltaico reale, per effettuare una predizione della produzione di energia elettrica sulla base della serie temporale che lo caratterizza. I risultati ottenuti hanno evidenziato come la struttura neurale profonda contribuisca a migliorare le prestazioni di previsione di strumenti statistici classici come la regressione lineare multipla.

Valutazione delle prestazioni di processori a basso consumo energetico in applicazioni parallele

In questo lavoro di tesi sono state impiegate le librerie grafiche OpenGL ES 2 per eseguire calcoli paralleli sulla GPU del Raspberry Pi. Sono stati affrontati e discussi concetti riguanrdati il calcolo parallelo, stream processing, GPGPU e le metriche di valutazione di algoritmi paralleli. Sono inoltre descritte le potenzialita e le limitazioni derivanti dall'impiego di OpenGL per implementare algoritmi paralleli. In particolare si e fatto riferimento all'algoritmo Seam Carving per il restringimento di immagini, realizzando e valutando una implementazione parallela di questo sul Raspberry Pi.

Sperimentazione con algoritmi per l'analisi di nuvole di punti per applicazioni di guida autonoma

Al giorno d’oggi quasi tutte le persone possiedono un mezzo motorizzato che utilizzano per spostarsi. Tale operazione, che risulta semplice per una persona, può essere compiuta da un robot o un autoveicolo in modo autonomo? La risposta a questa domanda è si, ma se ad una persona serve solo un po’ di pratica per guidare, questa azione non risulta altrettanto immediata per dei veicoli motorizzati. In soccorso ad essi vi è la Computer Vision, un ramo dell’informatica che, in un certo senso, rende un elaboratore elettronico in grado di percepire l’ambiente circostante, nel modo in cui una persona fa con i propri occhi. Oggi ci concentreremo su due campi della computer vision, lo SLAM o Simultaneous Localization and Mapping, che rende un robot in grado di mappare, attraverso una camera, il mondo in cui si trova ed allo stesso tempo di localizzare, istante per istante, la propria posizione all’interno di esso, e la Plane Detection, che permette di estrapolare i piani presenti all’interno di una data immagine.