Analisi integrata di dati SAR e mareografici per lo studio dell’evoluzione di grandi masse di ghiaccio nell’ambito dei cambiamenti climatici: il caso del ghiacciaio Harald Moltke (Groenlandia).

Il progetto di tesi, inserito nel contesto degli studi sugli effetti dei cambiamenti climatici, si basa sull’utilizzo di dati radar derivanti dalla piattaforma satellitare Sentinel-1 (missione spaziale dell’Agenzia Spaziale Europea, inserita all’interno del progetto Copernicus) e mareografici, e ha l’obiettivo di verificare (e quindi validare) l’affidabilità dei dati Sentinel-1 per il monitoraggio della velocità e delle dinamiche di scioglimento del ghiacciaio Harald Moltke (Groenlandia) e la relazione con i fenomeni di distaccamento del suo fronte (eventi di “ice-calving”). Il monitoraggio del ghiacciaio e lo studio di questi ultimi eventi sono tra le tematiche legate al cambiamento climatico toccate dal progetto MACMAP (“A Multidisciplinary Analysis of Climate change indicators in the Mediterranean And Polar regions”, PI. A. Guarnieri, INGV) finanziate dell’istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia. Per ottenere i campi di velocità del ghiacciaio sono stati utilizzati due dataset di immagini satellitari SAR (Sentinel-1) e, questi, elaborati con tecnica Offset tracking: il primo elaborato dal programma PROMICE e il secondo processato appositamente per questo lavoro con il tool SNAP (SentiNel Applications Platform, tool opensource creato dall’Agenzia Spaziale Europea, ESA). Per relazionare i fenomeni di calving con l’andamento della velocità del ghiacciaio sono stati integrati dati mareografici forniti dall’istituto INGV.

Gli integrali di cammino

Normalmente la meccanica quantistica non relativistica è ricavata a partire dal fatto che una particella al tempo t non può essere descritta da una posizione $x$ definita, ma piuttosto è descritta da una funzione, chiamata funzione d'onda, per cui vale l'equazione differenziale di Schr\"odinger, e il cui modulo quadro in $x$ viene interpretato come la probabilità di rilevare la particella in tale posizione. Quindi grazie all'equazione di Schr\"odinger si studia la dinamica della funzione d'onda, la sua evoluzione temporale. Seguendo quest'approccio bisogna quindi abbandonare il concetto classico di traiettoria di una particella, piuttosto quello che si studia è la "traiettoria" della funzione d'onda nei vari casi di campi di forze che agiscono sulla particella. In questa tesi si è invece scelto di studiare un approccio diverso, ma anch'esso efficace nel descrivere i fenomeni della meccanica quantistica non relativistica, formulato per la prima volta negli anni '50 del secolo scorso dal dott. Richard P. Feynman. Tale approccio consiste nel considerare una particella rilevata in posizione $x_a$ nell'istante $t_a$, e studiarne la probabilità che questa ha, nelle varie configurazioni dei campi di forze in azione, di giungere alla posizione $x_b$ ad un successivo istante $t_b$. Per farlo si associa ad ogni percorso che congiunge questi due punti spazio-temporali $a$ e $b$ una quantità chiamata ampiezza di probabilità del percorso, e si sviluppa una tecnica che permette di sommare le ampiezze relative a tutti gli infiniti cammini possibili che portano da $a$ a $b$, ovvero si integra su tutte le traiettorie $x(t)$, questo tipo di integrale viene chiamato integrale di cammino o più comunemente path integral. Il modulo quadro di tale quantità darà la probabilità che la particella rilevata in $a$ verrà poi rilevata in $b$.

Aliqua, lo sviluppo attraverso il design computazionale di un gilet di idratazione

“Viviamo in un periodo storico molto speciale, un periodo raro, un periodo in cui la confluenza di quattro campi sta fornendo ai designer strumenti che mai prima d’ora avevamo a disposizione.” Questo è ciò che Neri Oxman, designer e professoressa al MIT Media Lab, ha detto durante un Ted Talk tenutosi ormai sette anni fa. Il suo messaggio rimane così attuale e interessante, che continua ad ispirare ancora oggi tantissimi designer, scienziati e ingegneri, compreso me e questa tesi. Uno dei campi citati è il design computazionale. A seguito di una prima fase di ricerca è emerso che è già stato fatto molto in questo campo, ma c’è ancora tanto da esplorare. L’obiettivo di questa tesi è indagare l’uso di questa disciplina come booster creativo di cui il designer può avvalersi nelle diverse fasi del percorso progettuale. Per farlo, ho deciso di sperimentare tramite un esempio pratico: la progettazione di un gilet di idratazione per corridori. Inizialmente, sono stati studiati quali sono i requisiti che deve avere un progetto perché il designer possa sfruttare efficacemente il design computazionale durante tutta la progettazione. Nella fase di concept, è stato analizzato come l’approccio di questa disciplina aiuta il progettista nell’identificazione dei problemi e delle priorità progettuali. Sono poi stati usati e testati diversi strumenti del design computazionale, quali algoritmi e design generativo, per determinare alcune caratteristiche del prodotto definitivo. Il risultato di questo percorso di tesi è Aliqua, un gilet di idratazione per corridori più efficace e performante rispetto a quelli ora esistenti, progettato integrando il design intuitivo con quello computazionale. Sicuramente ci sono ancora molte cose che possono essere migliorate per rendere l’uso degli strumenti di questo campo più intuitivi e performanti, ma questa tesi dimostra che il design computazionale è fin da ora un valido alleato del designer durante tutte le fasi di progettazione.

Analisi sperimentale e riprogettazione di un sistema di pesatura IPC per il controllo di qualità

Il presente elaborato descrive il percorso effettuato sulla macchina XTREMA, prodotta dalla divisione Life del gruppo IMA. Il progetto ha come fine il miglioramento delle prestazioni della macchina, quantificate principalmente in termini di accuratezza del prodotto dosato e di prodotti processati in un arco di tempo. Il Capitolo 1 fornisce un iniziale studio delle caratteristiche e del funzionamento della macchina, con successiva focalizzazione sul sistema di controllo peso. Con l’obiettivo di definire le prestazioni del sistema di controllo peso, nel Capitolo 2 è impostata una campagna sperimentale di test che permette di studiare lo stato attuale del sistema, identificando l’influenza dei vari parametri di funzionamento sulle perfomances, portando alla luce le criticità della macchina. Viene quindi analizzato il gruppo, individuando le cause delle problematiche e identificando su quali campi agire per incrementare velocità di funzionamento e accuratezza del sistema. All’interno del Capitolo 3 entrambi i componenti del sistema di controllo peso, discensore e gruppo di bilance, sono quindi riprogettati per risolvere le criticità rilevate. Nel Capitolo 4 viene affrontato il montaggio del prototipo in una macchina dedicata alle prove, dove viene impostata una nuova campagna di test con l’obiettivo collaudare il sistema e validarne le prestazioni. Confrontando le prove si dimostrerà che il nuovo prototipo, oltre ad aumentare il numero di flaconi pesati al minuto, permette di risolvere le problematiche del precedente sistema, consentendo di ottenere un’accuratezza del controllo peso superiore a quanto riscontrato nella campagna iniziale di prove svolta inizialmente.

"SYN feel light": Progetto di un sistema di illuminazione sinestetico per il miglioramento dell'esperienza ristorativa

La tesi nasce dalla collaborazione con GOLDèlite, una recente startup di Bologna specializzata nella progettazione e realizzazione di prodotti di design impiegando un materiale antibatterico brevettato. Un approccio multidisciplinare e la contaminazione di più e diverse competenze ha dato vita all’intero progetto che ha portato alla risposta ad una complessità contemporanea con la creazione di un prodotto adattato ad un ambiente innovativo. Il progetto prevede la realizzazione della lampada SYN feel light capace di incrementare esperienze sensoriali, trasformando i suoni in colori abbinati ad aromi, regalando così un’atmosfera suggestiva ideale pensata per ristoranti ricercati. Il concept riprende le linee eleganti e raffinate di un ristorante stellato, legando il know-how aziendale e la tecnologia di Area3 e Indico Technologies, aziende che operano in diversi campi scientifici volti al benessere fisico e mentale. Alla base di tale progettazione, vi è una panoramica su un particolare e poco noto fenomeno percettivo capace di unire più sfere sensoriali: la sinestesia. Analizzando teorie neuroscientifiche e studi sul fenomeno, si è poi ricercato il suo impiego in ambienti della quotidianità ed è stata realizzata una collezione di casi studio che sfruttano la multisensorialità delle sinestesie per incrementare le esperienze sensoriali e il benessere. L’obiettivo della tesi è mostrare lo sviluppo di un artefatto capace di stimolare i 5 sensi durante esperienze gastronomiche, dimostrando come esso migliori tali esperienze e porti allo sviluppo di nuove sinestesie. Inoltre, l’allenamento di tali fenomeni può portare a diversi benefici per la salute delle persone. Il progetto è arrivato alla fase di prototipazione e la successiva prova sul campo seguendo quelli che sono gli stadi precedenti all’entrata sul mercato, obiettivo prefissato dell’azienda con il quale la lampada SYN feel light si evolverà.

Progetto e modellazione CAD di parti per comandi di simulatore di volo di elicottero da produrre con tecniche additive

La tesi di laurea, di tipo sperimentale, nasce dall’esigenza di progettare un sistema di force feedback da installare sui comandi di un simulatore di volo per elicottero, prevedendo di utilizzare tecnologie additive per la produzione dei componenti. Sono state, quindi, presentate alcune proposte per il soddisfacimento dei requisiti di progetto. Tra le due soluzioni progettuali individuate, una è stata scartata, mentre l'altra, basata su un collare da montare sul comando del ciclico e su un disegno per il supporto del sistema di ritenuta, è stata sviluppata. Sono state fatte, di conseguenza, assieme a quelle di tipo progettuale, alcune scelte legate alla pianificazione meccanica (ad esempio, scelta delle viti e delle molle). Il risultato finale è un sistema di force feedback funzionante, in cui la leva del comando ciclico del simulatore di volo per elicottero oppone uno sforzo in seguito ad una deflessione da parte del pilota.

Generazione di osservabili radiometriche per navigazione deep space tramite reti neurali convoluzionali

Grazie all’evoluzione degli strumenti di calcolo e delle strutture digitali, le intelligenze artificiali si sono evolute considerevolmente negli ultimi anni, permettendone sempre nuove e complesse applicazioni. L’interesse del presente progetto di tesi è quello di creare un modello di studio preliminare di intelligenza artificiale definita come Rete Neurale Convoluzionale, o Convolutional Neural Network (CNN), al fine di essere impiegata nel campo della radioscienza e dell’esplorazione planetaria. In particolare, uno degli interessi principali di applicazione del modello è negli studi di geodesia compiuti tramite determinazione orbitale di satelliti artificiali nel loro moto attorno ai corpi celesti. Le accelerazioni causate dai campi gravitazionali planetari perturbano le orbite dei satelliti artificiali, queste variazioni vengono captate dai ricevitori radio a terra sottoforma di shift Doppler della frequenza del segnale, a partire dalla quale è quindi possibile determinare informazioni dettagliate sul campo di gravità e sulla struttura interna del corpo celeste in esame. Per poter fare ciò, occorre riuscire a determinare l’esatta frequenza del segnale in arrivo, il quale, per via di perdite e disturbi durante il suo tragitto, presenterà sempre una componente di rumore. Il metodo più comune per scindere la componente di informazione da quella di rumore e ricavarne la frequenza effettiva è l’applicazione di trasformate di Fourier a tempo breve, o Short-time Fourier Transform (STFT). Con l’attività sperimentale proposta, ci si è quindi posto l’obiettivo di istruire un CNN alla stima della frequenza di segnali reali sinusoidali rumorosi per avere un modello computazionalmente rapido e affidabile a supporto delle operazioni di pre-processing per missioni di radio-scienza.

Sviluppo di un modello previsionale del comportamento magnetico di leghe Fe-Si

Il presente lavoro di tesi ha lo scopo di implementare un modello previsionale del comportamento magnetico di leghe Fe-Si in regime statico e dinamico, mediante l’identificazione e l’ottimizzazione dei parametri caratteristici del modello di Jiles-Atherton. Tale fine è stato perseguito attraverso l’uso del software di calcolo Matlab-Simulink. Il modello, validato mediante i dati reperibili in letteratura, permette di simulare la curva di prima magnetizzazione e il ciclo di isteresi per materiali ferromagnetici soft mediante la conoscenza di un set limitato di dati sperimentali ricavabili dalle prove magnetiche. Il modello è stato impiegato per eseguire la simulazione anche su campioni prodotti industrialmente in acciaio al silicio a grano non orientato forniti allo stato fully-processed M470-50A preventivamente sottoposti a caratterizzazione microstrutturale, mediante microscopia ottica, elettronica e analisi EBSD, e meccanica, attraverso le prove di trazione. I risultati ottenuti dalla simulazione presentano ottimale accuratezza, in particolar modo nel caso statico sia in termini di estrazione dei parametri sia di definizione del ciclo; risulta ancora da migliorare ulteriormente il grafico in frequenza. Al fine di rendere fruibile il modello realizzato è stata progettata una Graphical User Interface. Nell’ottica di una mobilità green in accordo con gli obiettivi globali, l’implementazione del presente modello pone quindi le basi per uno studio futuro del comportamento dei materiali magnetici per la realizzazione di motori elettrici sempre più performanti in funzione dei parametri di produzione e delle condizioni di utilizzo, aspetti che incidono notevolmente sulle proprietà di tale materiale.

"Tecniche di Load Pull attivo a bassa frequenza per la caratterizzazione in banda base di transistori per applicazioni RF"

Una sempre crescente quantità di informazione digitale viene condivisa tra miliardi di dispositivi connessi in ogni angolo del pianeta. Per riuscire a sfruttare una banda più ampia ed aumentare la velocità di trasmissione dei dati, i prossimi standard di telecomunicazioni wireless dovranno adoperare frequenze operative sempre più alte, cercando di rispettare stringenti specifiche in termini di affidabilità ed efficienza energetica. In generale, le prestazioni di un transistor dipenderanno dalle terminazioni a cui esso è collegato. In un setup di caratterizzazione e test, è possibile, tramite un metodo noto come load pull attivo, sintetizzare un determinato valore di impedenza ad uno o più piani di riferimento all'interno di un circuito. Questa strategia si basa in generale sulla manipolazione del rapporto tra onde entranti ed uscenti da un piano di riferimento del dispositivo. Se da una parte tecniche di load pull attivo a banda larga a radiofrequenza hanno ricevuto un notevole interesse sia commerciale che accademico, dall'altra le strategie per la sintesi di impedenze presenti al terminale di alimentazione dell'amplificatore, sono state meno investigate. Questo elaborato si propone di introdurre un algoritmo per il load pull attivo a banda base per amplificatori per applicazioni RF. Dopo un'introduzione sui modelli comportamentali degli amplificatori, è stato considerato il problema degli effetti di memoria. È stata poi descritta la tecnica per l'emulazione di impedenze. Dapprima, è stato considerato il caso lineare. Poi, tramite il design di un amplificatore di potenza per applicazioni a radio frequenza usato come device under test (DUT), sono stati affrontati due esempi in presenza di non linearità, verificando la correttezza della tecnica proposta tramite l'uso di simulazioni.

Valorizzazione dei sottoprodotti dei gamberi rossi tramite l'estrazione di molecole bioattive con tecnologie green

Il gambero rosso argentino (Pleoticus muelleri) è un crostaceo molto importante a livello commerciale. Nell’industria di trasformazione dei gamberi, gli scarti prodotti sono circa il 50-60% rispetto al volume delle catture, pertanto identificare la loro valorizzazione rappresenterebbe un grande passo avanti nell’ambito dell’aumento della sostenibilità e dell’economia circolare. I sottoprodotti derivanti dai gamberi, infatti, rappresentano una fonte di composti bioattivi molto interessanti, come l’astaxantina, un pigmento che ha suscitato particolare interesse soprattutto negli ultimi anni, in primis per le sue proprietà antiossidanti. Lo scopo del seguente studio, infatti, è stato la valutazione del recupero di molecole bioattive dai sottoprodotti dei gamberi attraverso il confronto di tecnologie green e tecnologie “tradizionali”. In particolar modo, le tecniche green prese in esame sono state l’estrazione con fluidi supercritici (SFE), l’estrazione tramite campi elettrici pulsati (PEF), la combinazione delle due (PEF-SFE) e l’estrazione accelerata con solvente (ASE). L’ASE è stata eseguita sia con l’utilizzo di solventi non green, utilizzando una miscela di cloroformio e metanolo, sia attraverso l’uso di solventi green, utilizzando acqua ed etanolo. Per la SFE e il PEF i parametri di processo sono stati ottimizzati per l’estrazione di astaxantina. Inoltre, è stata considerata anche l’estrazione di altre biomolecole, quali polifenoli, proteine, minerali ed infine metalli pesanti. Dai risultati è emerso che, a seconda delle biomolecole che si vogliono estrarre dai sottoprodotti dei gamberi, alcune tecniche permettono rese più soddisfacenti rispetto alle altre; tuttavia, non è possibile affermare che una delle tecniche green prese in esame in questo studio sia universalmente migliore rispetto alle altre.