Dispositivi organ-on-chip per l' ingegnerizzazione di tessuto cardiaco destinato allo screening farmacologico

Negli ultimi anni, nell' ambito dell' ingegneria dei tessuti, ha avuto un rapido aumento la generazione di tessuti cardiaci miniaturizzati, per lo studio della fisiologia cardiaca e delle patologie. In questa tesi, viene analizzato un processo di realizzazione di un dispositivo heart-on-a-chip recentemente pubblicato da Jayne et al. Per il processo di fabbricazione dei dispositivi è stata utilizzata una combinazione di Soft Lithography e Direct Laser Writing (DLW). Quest' ultima, in particolare, ha fornito due importanti caratteristiche ai dispositivi deputati alla semina cellulare: una struttura curva lungo l’ asse verticale e strutture 3D di diverse altezze sullo stesso piano. Tramite DLW sono stati realizzati anche precisi punti di adesione per le cellule staminali pluripotenti indotte, che hanno consentito di controllare la geometria dei tessuti ingegnerizzati. In particolare, oltre al processo di fabbricazione, in questo lavoro vengono anche illustrate le procedure necessarie al fine di calibrare i microsensori utilizzati per monitorare i costrutti. La prima fase della calibrazione si occupa di determinare la responsività meccanica dei sensori di spostamento, mentre la seconda valuta quella dei sensori elettrici, deputati alla conversione di spostamenti in variazioni di resistenza elettrica.

Progettazione di un veicolo a guida automatica per linee di assemblaggio automotive

Questa tesi tratta la progettazione meccanica di un prototipo di veicolo a guida automatica (AGV). A partire dallo studio dello stato dell'arte e da considerazioni dinamiche su stabilità in frenata/accelerazione/curva si è definita la geometria di base. E' poi seguita la progettazione dei vari gruppi che compongono il veicolo, accompagnata dalle necessarie verifiche strutturali.

Utilizzo congiunto di aerofotogrammetria e Laser Scanner terrestre per il rilievo del torrente Ravone di Bologna

La città di Bologna è sicuramente famosa per le sue due torri, ma anche per la fitta rete idraulica ormai nascosta sotto le strade e sotto gli edifici. I primi canali di Bologna furono realizzati tra il XII e il XVI secolo a seguito della costruzione delle due opere fondamentali: le chiuse di San Ruffillo e di Casalecchio. Queste due opere di presa servivano e, servono ancora oggi, ad alimentare i canali del Navile, del Reno, del Savena, del Cavaticcio e delle Moline. Oltre a questi canali alimentati dalle acque dei fiumi, sotto la città di Bologna scorrono torrenti che drenano le acque prevalentemente meteoriche della zona pedecollinare della città, come ad esempio il torrente Ravone. Il presente lavoro di tesi ha come caso di studio proprio quest’ultimo. Il Ravone, in origine, scorreva a cielo aperto attraversando la città, ma per permettere l’urbanizzazione fuori dalle mura, è stato tombato in diversi tratti e in diverse epoche. La scarsità di informazioni riguardo la sua esatta posizione e la mancanza di elaborati grafici in grado di descriverne la sua geometria, ha spinto le autorità a richiedere un accurato rilievo al LARIG dell’UniBo. Le operazioni di rilievo si sono svolte con l’uso di tecniche geomatiche per la modellazione tridimensionale come l’aerofotogrammetria e l’acquisizione con laser scanner terrestre. Al fine di georeferenziare il dato acquisito, si è ricorso a tecniche di rilievo topografico come il posizionamento GNSS e la misurazione di angoli e distanze con stazione totale. I primi capitoli di questo elaborato sono dedicati alla descrizione dei fondamenti teorici della geodesia e delle tecniche di rilievo utilizzate per la restituzione del modello tridimensionale. Gli ultimi capitoli, invece, sono dedicati alla descrizione delle fasi di rilievo e all’analisi dei dati, dedicando particolare attenzione alla georeferenziazione delle nuvole di punti acquisite in ambienti confinati, come i tratti tombati del torrente Ravone.

Realizzazione di un Energy Harvester ibrido per applicazioni di monitoraggio strutturale

In questo studio è affrontato il progetto di un energy harvester destinato ad alimentare un nodo sensore impiegato per scopi di monitoraggio strutturale. La applicazione in questione è specifica per l'ambito ferroviario, dovendo il sistema essere collocato sul tirante di poligonazione della linea area di contatto. Sono state indagate modalità di conversione dell'energia dalle vibrazioni generate dal contatto fra catenaria e pantografo, studiandone la possibile integrazione con la conversione dell'energia solare tramite celle fotovoltaiche. Sono stati quindi progettati e realizzati due prototipi di energy harvester a vibrazioni, basati su tecnica di conversione rispettivamente elettromagnetica e piezoelettrica. La fase di progettazione è stata affinata tramite simulazioni MATLAB e COMSOL, utilizzando il metodo degli elementi finiti, ed è stato curato il progetto dei circuiti di regolazione della tensione generata dai dispositivi. Sulla base del consumo del nodo sensore misurato ne è stata simulata la alimentazione da parte di un energy harvester solare al variare del periodo dell'anno. I dispostivi realizzati sono stati valutati attraverso varie misurazioni e sono state indagate tra gli sviluppi futuri possibili approcci per il miglioramento della tecnologia realizzata.

Calcolo strutturale tramite simulazione agli elementi finiti ed analisi delle criticità di macchinari della linea di prodotto Handling

Questa tesi si propone di analizzare due macchinari della linea di “Handling” della divisione Active di IMA S.p.A., ovvero la macchina “Cyclops” e la macchina “Hercules”. Per entrambe le macchine si vuole svolgere un’analisi completa dei rischi strutturali: si vogliono individuare, infatti, i componenti strutturalmente critici al fine di proporre migliorie e soluzioni per evitare problematiche o danneggiamenti alle macchine. Per l’individuazione delle criticità strutturali, la prima cosa effettuata è stata un’analisi del funzionamento dei macchinari, attraverso uno studio dei singoli componenti e dei loro montaggi, a cui è seguita un’analisi dei carichi e delle sollecitazioni agenti su entrambe le macchine in condizioni di lavoro standard. A valle di queste analisi è stato possibile, quindi, individuare i componenti maggiormente sollecitati e, con l’ausilio di un software di nome Creo Simulate, ovvero un’estensione del software PTC Creo, molto diffuso nell’ambito della progettazione 3D di componenti industriali, sono state eseguite delle simulazioni virtuali di calcolo agli elementi finiti. Dall’analisi dei risultati delle simulazioni eseguite al calcolatore si sono evidenziate le eventuali criticità di ogni componente proponendo modifiche di progettazione, sia in termini di modifica della geometria del componente, sia riguardo a possibili modifiche nella scelta dei materiali. In aggiunta alle simulazioni virtuali, per completezza d’analisi, sono state svolte anche analisi strutturali di tipo analitico per la verifica di collegamenti bullonati e collegamenti saldati e per la verifica a fatica di alberi in rotazione.

Emissione di Compton inverso e applicazioni astrofisiche

L’emissione di Compton Inverso (IC) rientra nei processi di radiazione detti di diffusione (o di scattering) e riguarda l’interazione tra elettroni relativistici ad alta energia e fotoni molto meno energetici. Il meccanismo di interazione viene approssimato ad un semplice urto tra le due particelle, in seguito al quale il fotone acquista parte dell’energia cinetica dell’elettrone, venendo diffuso ed osservato a frequenza più alta e con direzione di propagazione diversa rispetto a quanto possedeva prima dell’urto. Il Compton Inverso è il meccanismo contrario della diffusione Compton, dove il fotone perde energia in seguito all’urto con l’elettrone e viene osservato a frequenze inferiori a quelle originarie. L’IC viene osservato in ambito astrofisico soprattutto in combinazione con l’emissione di sicrotrone – nella quale elettroni relativistici presenti in regioni magnetizzate vengono accelerati dal campo magnetico ed emettono radiazione – in un fenomeno detto Synchrotron Self-Compton. Esso avviene solitamente in sorgenti molto compatte nelle quali i fotoni prodotti per sincrotrone hanno maggiore possibilità di interagire nuovamente con gli elettroni che li hanno generati, venendo diffusi ad energie più elevate. L’IC viene inoltre osservato in combinazione alla diffusione Compton in un processo detto Comptonizzazione. Ciò si verifica in plasmi molto caldi e abbastanza rarefatti, nei quali si hanno innumerevoli scambi di energia tra le particelle che li compongono. La tesi comprende una prima parte introduttiva nella quale viene presentato il contesto storico di inizio Novecento nel quale si inserisce, tra gli altri, il fisico Arthur H. Compton. Successivamente, vengono spiegati nel dettaglio i principali meccanismi di diffusione con particolare attenzione all’IC. Infine, sono illustrate le applicazioni astrofisiche del Compton Inverso e alcune delle sorgenti nelle quali l’IC viene osservato in combinazione con altri processi di radiazione.

Missione JUICE: analisi delle opportunità per esperimenti di radar bistatico su Ganimede

Esperimenti di radar bistatico sono stati impiegati con successo nell’esplorazione spaziale ai fini di sondare a distanza superfici planetarie attraverso la riflessione di un segnale radio da parte di un corpo bersaglio. Un'appropriata analisi degli echi riflessi può fornire informazioni sulla struttura, sulla composizione chimica e sulla rugosità della superficie del target su scale proporzionali alle lunghezze d’onda trasmesse. Nel seguente studio si propone la modellazione della geometria del collegamento radio tra JUICE e la Terra per trovare opportunità per la sonda di eseguire esperimenti di radar bistatico sulla superficie di Ganimede, durante i soli flyby della luna. Questi, anche se ancora non è stato programmato con dettaglio nella fase scientifica della missione, potrebbero coincidere con finestre temporali plausibili per l’implementazione degli esperimenti analizzati. Ulteriori considerazioni vertono poi sull’angolo di incidenza e sull’effetto che questo avrà sull’accuratezza della stima della costante dielettrica superficiale della luna, effettuabile con osservazioni bistatiche. L’algoritmo principale per il calcolo del punto speculare e i grafici presentati, sono stati implementati con l’ausilio del software MATLAB e del toolkit SPICE. I risultati ottenuti, analizzando i flyby presi a riferimento, mostrano come la geometria della missione, per la maggior parte di essi, non sia la più favorevole per poter effettuare questo tipo di osservazione. Solo tre dei sette flyby analizzati: G04, G05 e G06, risultano avere una geometria favorevole per esperimenti di radar. bistatico su Ganimede.

Studio e analisi dei principali metodi di correzione del bloccaggio in galleria del vento

Le gallerie del vento a pareti chiuse non permettono di ottenere risultati fedeli alla realtà a causa di numerosi effetti di interferenza. In questa tesi si provvede ad elencare i fenomeni di maggior rilievo che contribuiscono al bloccaggio e successivamente si presentano le principali formule correttive da applicare ai risultati per renderli più vicini a quelli ottenuti nei test su strada. I metodi di correzione ottenuti sono poi confrontati fra loro grazie al supporto di simulazioni in cui vengono fatte variare sia la geometria del modello, sia le condizioni al contorno, al fine di comprendere quali formule siano più efficienti in certe situazioni. Infine, sono proposti metodi alternativi alle soluzioni numeriche, in particolare sono illustrate le gallerie del vento a pareti aperte, con i loro vantaggi e svantaggi rispetto a quelle con pareti chiuse. Riguardo a queste ultime, inoltre, nell'elaborato sono esposti due metodi per limitare il bloccaggio, agendo, cioè, sulla loro geometria: le gallerie del vento a pareti fessurate e quelle con le pareti regolabili.

Sintesi ed ottimizzazione di una pressa a ginocchiera per stampaggio di materiale plastico

L’elaborato affronta l’ottimizzazione di una pressa a doppia ginocchiera a 5 punti impiegata nello stampaggio a iniezione. Il processo di ottimizzazione coinvolge la sintesi dimensionale dei membri del meccanismo e la pianificazione della traiettoria del suo organo cedente. L’obiettivo finale è di ottenere una geometria del meccanismo ed una legge oraria che minimizzino il picco di coppia richiesto all’attuatore, oltre a rispettare i vincoli fisici dell’applicazione (ingombri, velocità massima, forza massima, ecc.). La soluzione ottima viene raggiunta applicando in serie l’algoritmo genetico e l’algoritmo SQP (programmazione quadratica sequenziale) ad un modello dinamico rigido del meccanismo. I due algoritmi vengono scelti in quanto efficaci nel risolvere un problema di ottimizzazione vincolato. Per quanto riguarda la loro applicazione in serie, l’algoritmo genetico permette l’esplorazione dello spazio di progettazione e l’individuazione di una soluzione "buona", a partire da questa l’algoritmo SQP trova l’ottimo locale. L’intero processo di modellazione ed ottimizzazione è implementato tramite il software MATLAB. I risultati sono validati con un software di analisi dinamica (SolidWorks Motion) ed in parte in maniera sperimentale. Infine, la soluzione attuale viene confrontata con quelle ottenute. Il confronto è descritto nel dettaglio nella Sezione 6.5 ed in forma riassuntiva nella Sezione 6.5.5.

Metodi di riduzione della resistenza in natura: effetto della rugosità superficiale

La pelle dello squalo è stata validata come un efficace sistema di controllo della resistenza di attrito privilegiato in regime turbolento. Essa è stata oggetto di numerosi studi volti a rendere realizzabili repliche quanto più simili alla sua reale struttura superficiale. In questa trattazione, partendo da una breve digressione storica sull’evoluzione dello studio delle rugosità superficiali, sono state analizzate le principali campagne sperimentali svolte in merito alla replica di superfici con Riblets 2D. Di queste ultime, sono state stimate le prestazioni per sezioni triangolari, smerlate, a lama e, per ciascuna di esse, è stata fornita la rispettiva ottimizzazione dei parametri caratteristici della geometria. Inoltre, è stato presentato uno studio sperimentale, in cui sono state impiegate Riblets 3D a lama trapezoidale, mostrando le criticità rispetto alle Riblets 2D. Successivamente, è stata fornita un’analisi che ha evidenziato il ruolo dell’orientazione delle superfici Riblet e delle nervature tridimensionali disposte sopra di esse, rispetto al flusso; in quanto è stato supposto che, nella reale pelle di squalo, ciò avrebbe potuto compensare la perdita di prestazioni rispetto al caso 2D. Infine, sono state discusse le tecniche di fabbricazione delle superfici Riblet tramite micro-goffratura e micro-stampaggio, considerando qulle più efficaci per la produzione di superfici ad alte prestazioni, commercializzabili in ambito industriale. In particolare, in questa trattazione è stata discussa la produzione di pellicole di rivestimento per la superficie esterna dei velivoli, stimando la riduzione della resistenza su diversi profili alari in differenti regimi di moto e sono state confrontate le prestazioni delle riblets su tre diversi tessuti impiegati per il nuoto competitivo.